陶瓷厚度与基牙底色对4 种常用CAD/CAM瓷修复体颜色的影响

花葳蕾 王 洁 吕凯歌

（上海交通大学医学院附属第九人民医院口腔修复科，上海交通大学口腔医学院，国家口腔医学中心，国家口腔疾病临床医学研究中心，上海市口腔医学重点实验室，上海 200011）

全瓷因其良好的机械性能和光学半透明性成为临床最常用的美学修复体材料。随着数字化辅助设计Computer-Aided Design (CAD)和计算机辅助制造Computer-Aided Manufacturing (CAM) 的不断发展，大量CAD/CAM 类全瓷产品问世，但对于被命名为同样色号的全瓷材料，不同品牌产品在明度、色相和半透明度上并不完全一致，这干扰临床医生和患者的选择。已有研究证实CAD/CAM 全瓷修复体的美学效果主要受陶瓷厚度[1]、陶瓷种类[2]以及基牙底色[3]等因素影响：陶瓷厚度越大，遮色效果越好；陶瓷越透明，遮色效果越差；基牙颜色与邻牙差异越大，对陶瓷遮色能力要求越高。而颜色仿真与重现是医师和患者关注的重点，也是临床医生选择材料的重要参考依据。因此，本实验选择4 种新型CAD/CAM 全瓷材料，使用Lab 颜色模型，通过模拟临床常见基牙底色和冠修复体不同位置的常见厚度，比较基牙底色、陶瓷厚度、陶瓷种类的遮色效果和半透明度，指导口腔修复体的牙体预备量和修复体的材料选择，以期在最小牙体预备量的基础上满足修复体美学需求，获得患者满意的修复效果。

1 材料和方法

1.1 主要材料和仪器

1.1.1 主要材料 材料成分及制造商信息见表1。7 种圆柱形背景板，A1 色调复合树脂（A1）、A2 色调复合树脂（A2）、ND7 色调复合树脂（ND7）、白色（White）、黑色（Black）、钴铬合金（CC）、贵金属合金（PMA），直径均为2 cm，高度为5 mm。

表1 材料成分及品牌的相关信息*

1.1.2 仪器 烧结炉（Programat P710 Ivoclar Vivadent AG,Schaan,Liechtenstein）；反射式分光光度仪(Colori7，爱色立公司，上海)；自动精密切割机（Mecatome T210,Presi,France）；游标卡尺（精确到0.02 mm）（南京苏测计量仪器有限公司，中国）；P800、P1200、P2000 和P4000 碳化硅砂纸（上海标誉精密仪器有限公司，中国）。

1.2 方法

1.2.1 试样制备 将4 种CAD/CAM 陶瓷块按照厂家说明书的要求在自动精密切割机上加工成10 mm×10 mm 的试件。根据厚度将每种材料的30 个试样分为：1mm 组、1.5mm 组和2 mm 组（n=10）。所有试样在冷水条件下以150 r/min 的速度用P800、P1200、P2000 和 P4000 粒度的SiC 纸进行抛光。根据制造商要求烧结，测量试样厚度（＞±0.02 mm 的试样舍去），75%乙醇清洗3 次，蒸馏水中储存待用。

1.2.2 颜色测量与评估 颜色的测试基于CIE1976Lab颜色系统，其中L 值代表明度，L 值越大，材料的亮度越高；a 值代表红-绿度量，a 值越大，材料越偏红；b 值代表黄-蓝度量，b 值越大，材料越偏黄。采用Colori7 分光光度计（Spectra-Magic版本1.01，美能达，日本），测试方法如图1 所示。用分光光度计测量厚度2 mm 试样在A2 树脂背景下的L、a、b 值，作为标准试样；同法测量A1～Black 的7 个基底试件；使用光学凝胶（Cargille，美国）封闭各试样和A1～Black 的基底试件之间的间隙，再次测量各试样的L、a、b 值。重复3 次并记录平均值。色差值（ΔE）和半透明性参数（TP）计算公式如下：

图1 测试方法图

1.3 统计学分析

使用统计软件(IBM SPSS Version 20，IBM 德国)对数据集进行分析。所有数据的正态分布采用Shapiro-Wilk 检验进行分析（P＞0.05）。基于不同的基牙底色、陶瓷类型和陶瓷厚度，采用三因素方差分析，然后是多重单因素方差分析、双样本t检验和Tukey 检验，P＜0.05 表明差异有统计学意义。采用Pearson 相关检验和多元逻辑回归分析每种材料的色差与厚度和基牙底色的关系。

2 结果

2.1 理想色A2（标准试样）及基底试件颜色

在标准A2 基牙底色上，IPS、VS、VM、VE 的L、a、b 值如表2 所示。4 种陶瓷间的L、a、b 存在差异。对于L 值，VS＞VE＞IPS＞VM，VM 的亮度读数显示最低的平均值（58.92），而VS 的亮度读数显示最高的平均值（70.56），也最接近正常牙釉质亮度值（70.67）。对于a 值，VE＞VM＞IPS＞VS；对于b值，VE＞VS＞IPS＞VM。

不同基牙底色的L、a、b 值如表2 所示，7种基牙底色间的L、a、b 存在差异。对于L 值，WHITE＞A1＞PMA＞ND7＞A2＞CC＞BLACK；对于a值，PMA＞CC＞BLACK＞ND7＞WHITE＞A2＞A1；对于b 值，PMA＞ND7＞A2＞A1＞CC＞WHITE＞BLACK。

表2 A1～Black 基底试件和标准陶瓷试件的L、a、b 值

2.2 测试试样的颜色

2.2.1 明度（L 值）的比较 如图2（A-C）所示，与标准基牙底色一致，各种基牙底色下的亮度值均呈现以下趋势：VS＞VE＞IPS＞VM。随着厚度增加，不同陶瓷块的亮度差值（ΔL）在逐渐减小，且ΔL在4种陶瓷间存在显著性差异。在不同基牙底色下，VS 和VE 的ΔL 值均＜0（除White 基牙底色外）。当厚度为1 mm 和1.5 mm 时，IPS 的ΔL 值＜0（除White、ND2、A2 基牙底色外），2 mm 厚度的IPS 的ΔL 值＞0。当厚度为1mm 时，VM 在深基牙底色下（Black、CC、PMA）的ΔL 值＜0，在厚度为1.5 mm和2 mm 时,VM 的ΔL 值均＞0。

图2 不同类型陶瓷的TP 值

2.2.2 半透明度（TP 值）比较 对于TP 值而言（如图2 所示），TP 均值按半透明度递减顺序依次为VM＞IPS＞VS＞VE，其中VS 在厚度为1 mm 的TP值为17.03 ± 1.22，最接近牙本质的TP 值（16.4[5]）与牙釉质的TP 值（18.7[5]）。1.0 mm 氧化锆陶瓷的TP 范围为5.5～13.5[6]，明显低于本研究中的玻璃陶瓷和树脂基陶瓷的TP 值。与对于4 种陶瓷而言，随着厚度的增加，TP 值有所减小，但变化量取决于材料类型。

2.2.3 色相（a 值、b 值）比较 陶瓷的a 值如图3（d-f）所示，VE、IPS 颜色在各种基牙底色下的a值＞0，而VS、VM 的a 值＜0（除White 背景外）。对于b 值而言（图3 g-i），VS、VE、VM 的b 值＞0，IPS 颜色的b 值＜0。Δa 值与Δb 值随着厚度的增加而减小，且在Δa 与b 在4 种陶瓷间存在显著性差异（P＜0.05）。

图3 不同类型陶瓷的Lab 值

2.2.4 ΔE 值比较 随着陶瓷厚度的增加，4 种陶瓷在不同基牙底色上的色差值（ΔE 值）均在减少，且ΔE 值与厚度呈负相关，与TP 值呈正相关。如图4 所示，当其厚度达到2 mm 时，各种基牙底色下的ΔE 均＜3.7（除White、Black 基牙底色外）。

图4 不同类型陶瓷的ΔE 值

2.3 色差拟合模型

多元逻辑回归分析结果显示（图5，图6），颜色拟合模型概率性大，且通过显著性检验。因此，得出3 个自变量（陶瓷厚度、陶瓷种类、基牙底色），自变量不同变化对因变量不同分类水平的变化有显著影响，对模型构成均有显著贡献。

图5 厚度和ΔE 值拟合

图6 TP 和ΔE 值拟合

3 讨论

色彩是评价全瓷冠修复体质量的重要指标之一，如何使修复材料更好地重现天然牙的色彩成为口腔医师越来越关注的问题。对于相同色调的陶瓷材料，不同品牌产品在明度、色相、半透明度、荧光性甚至饱和度上均存在差异，而对于同一品牌同一色调的复合树脂材料，其厚度的改变同样可能造成光学性能的差异。此外，由于患者基牙颜色的差异，陶瓷材料在戴冠之后往往存在颜色偏差，也可能造成修复失败。本文探究4 种常见CAD/CAM 聚合物基复合材料的颜色与材料类型、基牙底色和厚度等综合影响因素之间的关系，为临床医生的陶瓷材料选择提供重要参考。

陶瓷厚度是影响修复体最终呈色效果的重要因素。当厚度低于1 mm 时，被测材料的颜色会因其背景色而变化。2.0 mm 厚度的陶瓷在修复时可遮盖各种背景色[7]，当然，陶瓷厚度的进一步增加会导致色差降低。本研究不仅仅从厚度因素单一评价陶瓷的遮色能力，更进一步考虑到陶瓷种类，对于IPS 和VE 而言，当其厚度为1.5 mm 时，对深背景可实现较好的遮色效果，而VS 和VM 则需厚度超过1.5 mm，才可实现等效遮色效果。在明度和色度上，L*、a*和b*值随着厚度的增加而增加。关于色度的变化，b*值对厚度变化的敏感度高于a*值，这一结果与以前的研究一致[8]。TP 值随着所有组的厚度减少而增加。根据朗伯定律，由于吸收减少，材料厚度的减小允许更多的光透射。

基牙底色是影响最终修复体色泽的重要因素之一。当CAD/CAM 陶瓷材料的厚度低于1.5 mm时，潜在的金属底色（钴铬合金、贵金属合金）会影响最终颜色结果，提示临床牙体修复时，需考虑不同患者基牙颜色差异，尤其是口内存在金属修复体或者桩核等的情况，需适当增加修复体厚度以达到预期美学效果。与既往研究一致，随着基牙颜色由浅到深，CIELab 值与目标颜色之间的差异增加，基牙底色对颜色的不利影响增加，引起各种颜色不匹配，修复体往往与作为对照的邻牙之间的色差逐渐增大[9]。本研究结果提示，即使选择了相同的修复体色调，临床医生也应该意识到不同基牙底色和不同厚度组合的CAD/CAM陶瓷材料在色彩再现方面的不一致。

修复体的颜色参数同样受CAD/CAM 陶瓷材料类型的影响。一般来说，不同陶瓷类型因其化学结构和晶体含量的差异，导致其半透明度的差异，而其透光度与临床色差（ΔE 值）存在显著正相关。本研究结果显示，与在相同厚度下研究的其他陶瓷相比，传统长石瓷（MarkII）在统计学和临床上具有最高的半透明度。同样，CHU 等人在比较Procera，Empress 2 和Vitadur Alpha 时，将长石瓷确定为最半透明的材料[10]。相反，VE 的半透明度最低，这可能是透光特性可能与材料的无机含量有关，而VE 的Al2O3的含量相对较高 (约 23 wt%)。此外，IPS 的半透明度高于VS，可能是由于VS 嵌段中的二氧化锆颗粒较小，晶相比例大于二硅酸锂微晶玻璃，增加了玻璃基质和晶体的光散射，降低了陶瓷材料的半透明性。

本研究通过指出半透明度和色差的关系，进一步验证了在材料选择过程中，材料的半透明性是实现修复体美学性能的关键因素之一[4]。因此，TP 是一种有前景的临床指标，可用于指导修复医生选择陶瓷、制造商生产陶瓷，因其是独立于材料品牌和种类的，可使陶瓷和树脂基修复体看起来更自然[5]。一般来说，牙科陶瓷的半透明性受晶体结构、晶粒尺寸、颜料等因素的影响，以及缺陷的数量、尺寸和分布、孔隙率等因素的影响。本研究中的CAD/CAM 陶瓷材料具有不同的微观结构。VITABLOCS MarkII 是最常用的长石基陶瓷，由大量长石、石英和高岭土组成，平均粒径为4μm；IPS e.max CAD 为二硅酸锂型陶瓷，玻璃基质嵌入尺寸约为0.2～1 μm 的小针状氟磷灰石晶体[11]；VITA SUPRINITY 为氧化锆增强硅酸锂，是一种富含高度分散四方氧化锆（10 wt%）的玻璃陶瓷材料，圆形和棒状晶体的均匀细晶结构，平均晶体大小约为0.5 μm[12]；VITA ENAMIC 是一种聚合物渗透陶瓷网络PICN，由长石和氧化锆（按86 wt%）增强的陶瓷结构被树脂基（UDMA，TEGDMA）（14 wt%）渗透互穿而成[12]。

尽管所有陶瓷样品都是A2 色，但CIELAB 颜色坐标分布广泛。有研究表明：一些陶瓷系统在色调A2-A3 之间显示出视觉上难以察觉的色差，以及色调A1-A2 和色调A2-A3 之间视觉上可接受的色差[13]。由于本实验为体外实验，标准试件形态与天然牙牙冠外形有一定差异，且缺乏口腔环境条件，如牙龈、唇颊舌、唾液等，不能真实反映口内自然环境。因此实验结果有局限性，仍需更多的系统性的实验来更好地研究不同背景颜色、各种陶瓷材料以及厚度组合对口腔修复体颜色的综合影响。

综上所述，本研究结果表明全瓷修复体的美学特性受到诸多因素影响，其中陶瓷类型、瓷层厚度以及基牙底色成为决定全瓷修复体的最终颜色的重要参数。临床实践中，基牙底色并不总是由临床医生选择，修复体的厚度又受到最小量的牙齿预备量和目标修复空间的限制。此外，还可以选择不同的树脂粘接剂色调来稍微改变陶瓷的颜色。而最终能自由改变的只有陶瓷材料本身，因此，医生可通过参考不同陶瓷的色调和半透明度，以达到良好的颜色匹配。而实验室技术人员应了解陶瓷的性质，以达到预期的效果，并且医生与技工需要相互合作并良好沟通以达到最佳的美学效果，获得色泽逼真、患者满意的理想修复效果。

4 结论

本研究提示，陶瓷厚度、基牙底色和陶瓷种类影响CAD/CAM 瓷修复体的颜色，在临床常见厚度范围内陶瓷材料的遮色效果与陶瓷厚度呈线性正相关，与半透明度呈线性负相关。当陶瓷厚度达到2 mm 时，4 种陶瓷在各种基牙底色上的ΔE 均＜3.7，陶瓷按半透明度递减顺序依次为VM（长石基玻璃）＞IPS（硅酸锂玻璃）＞VS（氧化锆增强玻璃）＞VE（聚合物渗透陶瓷）；在临床实践中，医师可以根据基牙底色、修复类型及修复需要达到的颜色效果来挑选合适的陶瓷材料，以达到良好的颜色匹配。