吳傳興 林敏 陳銘晟 甘寧 王璐

嵌體是微創(chuàng)美學(xué)中的代表產(chǎn)物之一，相較于全冠修復(fù)，其具有牙體組織破壞少，牙周牙髓并發(fā)癥少的優(yōu)點(diǎn)。傳統(tǒng)陶瓷嵌體厚度一般為 1.5～2 mm[1]，但在牙釉質(zhì)磨損、臨床牙冠較短等可行微量牙體預(yù)備的情況下，將瓷厚度設(shè)計(jì)為0.5～1 mm[2]的超薄嵌體更加符合微創(chuàng)美學(xué)的理念。傳統(tǒng)的陶瓷嵌體材料有白榴石基與二硅酸鋰鑄瓷等，它們具有較好的力學(xué)性能和美學(xué)性能，但脆性較大[3]，而近年推出的CAD/CAM陶瓷樹(shù)脂復(fù)合體材料擁有更好的韌性和更高的回彈模量[4]，能夠緩沖更大的咬合力，減少修復(fù)體的折裂的發(fā)生率[5]。在口腔內(nèi)長(zhǎng)期的咀嚼循環(huán)會(huì)導(dǎo)致材料的力學(xué)性能下降[6]，同時(shí)會(huì)因累積疲勞損傷導(dǎo)致修復(fù)體破損[7]，本研究擬在體外模擬口腔的咀嚼循環(huán)體系，比較不同類(lèi)的CAD/CAM陶瓷樹(shù)脂復(fù)合體材料以及傳統(tǒng)CAD/CAM玻璃陶瓷材料的疲勞性能差異和疲勞失效方式，評(píng)估不同材料在超薄嵌體臨床應(yīng)用中的耐久性。

1 材料與方法

1.1 設(shè)備與材料

Vita?Enamic(VITA,Germany)；LavaTMUltimate(3M ESPE,USA)；IPS e.max?CAD、IPS Empress?CAD(Ivoclar Vivadent,Liechtenstein)(表1)；不銹鋼加載頭(廣東深圳哈斯數(shù)控加工廠)；Sinora CEREC CAD/CAM加工系統(tǒng)(Sirona,Charlotte,NC,USA)；Bisco Duo-Link SE Kit雙固化粘接劑(Bisco.Inc，USA)；電液伺服材料試驗(yàn)機(jī)(MTS Systems,MTS809，USA)；光學(xué)顯微鏡(OLYMPUS SZ61，Japan)；康特嵌體車(chē)針套裝(coltene whaledent，Swiss)。

表1 4 種材料的相關(guān)成分信息簡(jiǎn)介

1.2 試件制備

納入因正畸治療而拔除的下頜前磨牙40 顆，納入標(biāo)準(zhǔn)：完整無(wú)齲壞，無(wú)充填物，未行根管治療，大小形態(tài)正常且相近。①牙體預(yù)備：由同一位研究人員按照統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)，使用康特嵌體車(chē)針套裝將40 顆下頜前磨牙面預(yù)備成(4 mm×4 mm×0.5 mm)overlay嵌體洞型(圖1)，然后將其隨機(jī)平均分為4 組，即Vita?Enamic(VE)組；LavaTMUltimate(LU)組；IPS e.max?CAD(IC)組和IPS Empress?CAD(IE)組；②修復(fù)體制作：將所有預(yù)備好的離體牙通過(guò)Sinora CEREC CAD/CAM系統(tǒng)掃描記錄圖像資料，為避免解剖形態(tài)對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果帶來(lái)的誤差，在該系統(tǒng)上對(duì)所有嵌體進(jìn)行統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計(jì)和加工(圖2)。將修復(fù)體面設(shè)計(jì)為頰舌兩牙尖，頰舌尖平均厚約1.2 mm，中間一凹陷的中央窩，中央窩底部設(shè)計(jì)為平均厚度為1 mm的小平面，以保證與加載頭有足夠均勻的接觸面積。然后使用Sinora CEREC CAD/CAM系統(tǒng)對(duì)VE、LU、IC、IE 4 種CAD/CAM瓷塊進(jìn)行切削加工，完成后對(duì)VE,LU進(jìn)行打磨拋光，對(duì)陶瓷材料IC、IE還需要進(jìn)行燒結(jié)。所有嵌體加工制作完成后，用光學(xué)顯微鏡(×4)檢查有無(wú)明顯缺陷；③粘接儲(chǔ)存：所有離體牙及嵌體試件均使用Bisco Duo-Link SE Kit雙固化粘接系統(tǒng)進(jìn)行規(guī)范化粘接操作。粘接完成后將離體牙包埋于黃銅管中，包埋部位位于牙頸部以下。并將最終試件儲(chǔ)存于常溫蒸餾水中以準(zhǔn)備疲勞測(cè)試。

圖1 試件的制作流程

圖2 CAD/CAM系統(tǒng)設(shè)計(jì)加工流程

1.3 實(shí)驗(yàn)方法

本實(shí)驗(yàn)采用逐步加載法對(duì)嵌體進(jìn)行疲勞測(cè)試，使用電液伺服材料試驗(yàn)機(jī)MTS809(重慶大學(xué)航天航空學(xué)院)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，將包埋好的試件夾持于機(jī)器下部，將頂端圓弧直徑為6 mm的不銹鋼加載頭夾持于機(jī)器上部，加載頭垂直加載于試件中央窩處(圖3)。循環(huán)加載力的形式為正弦波形，頻率設(shè)定為5 Hz，起始加載力為200 N，循環(huán)5 000 次，然后逐步加力至400、600、800、1 000、1 200、1 400 N，各階段加載力均循環(huán)30 000 次，總循環(huán)次數(shù)為185 000 次。若實(shí)驗(yàn)過(guò)程中試件出現(xiàn)破損，則停止加載，記錄加載力及循環(huán)次數(shù)并觀察破壞形式；若實(shí)驗(yàn)過(guò)程中未出現(xiàn)損壞，則循環(huán)完185 000 次后停止實(shí)驗(yàn)。疲勞加載完成后，于光學(xué)顯微鏡(×10)下觀察修復(fù)體，分析其生存狀態(tài)以及并記錄斷裂形式，分為：①無(wú)破損：試件在經(jīng)受185 000 次疲勞循環(huán)后未出現(xiàn)修復(fù)體或牙體破損；②修復(fù)體破損：試件出現(xiàn)修復(fù)體裂紋或破損，但無(wú)牙體破壞；③牙體破壞：試件出現(xiàn)修復(fù)體破損同時(shí)累及牙體組織。

圖3 疲勞加載試驗(yàn)

1.4 統(tǒng)計(jì)學(xué)分析

采用SPSS 22.0進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析。Kaplan-Meier生存曲線分析比較4 組試件的疲勞性能。統(tǒng)計(jì)每一個(gè)加載周期開(kāi)始時(shí)的完整試件數(shù)和結(jié)束時(shí)的損壞試件數(shù)，計(jì)算每個(gè)加載周期的生存概率(%)。采用Log-rank檢驗(yàn)，分析4 種材料在P=0.05的顯著性水平上存活率的差異。在顯著性為0.008的水平上對(duì)材料疲勞性能進(jìn)行兩兩對(duì)比(6 次比較的Bonferroni校正)。

2 結(jié) 果

2.1 4 種材料疲勞性能對(duì)比

統(tǒng)計(jì)每組材料每個(gè)加載周期的存活率，以及最大加載力和循環(huán)次數(shù)，并繪制出生存曲線表。疲勞實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示，所有材料均出現(xiàn)一定程度上的疲勞失效(表2)。K-M生存曲線(圖4)分析顯示4 種材料存活率存在顯著差異(P<0.05)。進(jìn)行P=0.008的Bonferroni校正后發(fā)現(xiàn)陶瓷樹(shù)脂復(fù)合體材料VE、LU與二硅酸鋰玻璃陶瓷IC三者間疲勞性能均無(wú)明顯統(tǒng)計(jì)學(xué)差異，且均好于白榴石基玻璃陶瓷IE(表3)。

表2 4 種材料的平均斷裂載荷和循環(huán)次數(shù)

圖4 各加載階段材料的存活率 (n=10)

表3 每組材料疲勞失效形式和數(shù)量

2.2 4 種材料破壞形式觀察

觀察并統(tǒng)計(jì)所有試件疲勞失效形式(表4，圖5)，VE、LU、IC疲勞失效的試件中僅表現(xiàn)為修復(fù)體裂紋或破損，未見(jiàn)牙體破壞，其中LU、VE多表現(xiàn)為環(huán)形裂紋，IC表現(xiàn)為修復(fù)體大面積破損。IE的所有試件均未存活，其中80%為修復(fù)體破損，20%為牙體破壞。

圖5 光學(xué)顯微鏡下材料的破壞形式 (×10)

表4 事后歸因兩兩比較材料之間生存率的差異

3 討 論

隨著牙科材料的進(jìn)步，修復(fù)體的厚度可以做到更薄，Johnson等[8]將Lava Ultimate等材料的厚度設(shè)計(jì)為0.3 mm，依然能表現(xiàn)出很高的斷裂韌性，但該實(shí)驗(yàn)為單純垂直加載試驗(yàn)，不能證明材料遠(yuǎn)期效果，且Martin等[9]也建議將超薄修復(fù)體的厚度控制在0.7～1 mm。本實(shí)驗(yàn)的目的在于通過(guò)模擬口腔咀嚼循環(huán)，比較4 種材料在厚1 mm的超薄嵌體修復(fù)中的疲勞性能差異。

人類(lèi)每年平均咀嚼25 萬(wàn)次，正常咀嚼力約50～250 N，緊咬牙和夜磨牙的情況下咀嚼力一般為500～800 N，若咀嚼到硬物時(shí)可達(dá)1 200～1 400 N[10-11]。對(duì)實(shí)驗(yàn)方法的選擇上， Kassem等[12]提出以60 N，12 Hz對(duì)修復(fù)體進(jìn)行加載循環(huán)1 000 000 次從而模仿修復(fù)體在口內(nèi)5～10 年的疲勞壽命；但這種方法加載力度單一，無(wú)法體現(xiàn)口腔復(fù)雜的咀嚼活動(dòng)尤其是高咀嚼力下的狀態(tài)。本實(shí)驗(yàn)采用的是Fennis等[13]提出的逐步加載法，第一階段為200 N循環(huán)5 000 次，隨后每一階段為400、600、800、1 000、1 200、1 400 N各循環(huán)30 000 次，此方法為動(dòng)態(tài)加載法，能夠覆蓋更高咀嚼力和副功能咬合力范圍，加載力變化大，對(duì)試件的累積疲勞效應(yīng)明顯。實(shí)驗(yàn)中選擇不銹鋼作為加載頭，相較于天然牙牙尖作或樹(shù)脂球作為加載頭，不銹鋼可多次重復(fù)利用，不會(huì)出現(xiàn)接觸部分磨耗變形[14]，由于所有嵌體標(biāo)準(zhǔn)化的面設(shè)計(jì)，保證了所有試件加載過(guò)程中接觸面積一致，減少了因接觸面積差異所引起的修復(fù)體受到的壓強(qiáng)不同，導(dǎo)致的疲勞試驗(yàn)結(jié)果誤差。

通過(guò)K-M生存曲線分析，Vita?Enamic和LavaTMUltimate 2 種陶瓷樹(shù)脂復(fù)合體材料的疲勞性能和IPS e.max?CAD相當(dāng)，無(wú)明顯差異(P>0.008)；但I(xiàn)PS Empress?CAD的疲勞失效率明顯較高，平均斷裂載荷為820 N。IPS Empress?CAD是以白榴石晶體顆粒為主要成分的玻璃陶瓷，較高的強(qiáng)度和出色的美學(xué)效果使其常常用于貼面，嵌體，高嵌體以及前后牙冠的制作。但本實(shí)驗(yàn)證明，將其設(shè)計(jì)為厚1 mm的超薄嵌體，在中等的咬合力下(>800 N)修復(fù)體無(wú)法提供足夠的強(qiáng)度，因此本研究認(rèn)為該材料無(wú)法很好的運(yùn)用于咬合力較大的后牙超薄嵌體修復(fù)。IPS e.max?CAD的主要成分是二硅酸鋰，大量的微觀，交聯(lián)，針狀二硅酸鋰晶體嵌入到玻璃基體中，使得這種陶瓷比其他類(lèi)型的玻璃基陶瓷材料具有更高的機(jī)械性能，Aboushelib等[6]和Belli等[15]通過(guò)分析材料的內(nèi)部結(jié)構(gòu)發(fā)現(xiàn)，二硅酸鋰晶體可以有效限制裂紋發(fā)展，從而提高材料的疲勞性能，因此即使將其設(shè)計(jì)為1 mm厚的超薄嵌體也能表現(xiàn)出優(yōu)異的長(zhǎng)期穩(wěn)定性。Vita Enamic是一種聚合物滲透陶瓷[16]，其是以富含氧化鋁成分的長(zhǎng)石瓷多孔陶瓷為主體，將小分子的二甲基丙烯酸尿烷(UDMA)和二甲基丙烯酸三甘醇酯(TEGDMA)滲透到支架的微孔中，并完成聚合，陶瓷含量為86%，樹(shù)脂含量為14%。LavaTMUltimate是一種納米樹(shù)脂陶瓷，主體是由二甲基丙烯酸尿烷(UDMA)和雙酚A聚乙二醇二醚二甲基丙烯酸酯(Bis-EMA)聚合而成的樹(shù)脂基體，其中充填有80%的SiO2和ZrO2納米顆粒[17]。Vita?Enamic和LavaTMUltimate 2 種陶瓷樹(shù)脂復(fù)合體材料制作工藝和成分有所不同，但相較傳統(tǒng)陶瓷材料擁有更高的回彈模量和初始斷裂韌性，其樹(shù)脂基體的存在會(huì)在微觀結(jié)構(gòu)中形成增韌機(jī)制，能夠很好的分解應(yīng)力[18-19]，通過(guò)生存曲線分析可以得出，2 種材料即使是在高加載力(1 200～1 400 N)水平下，也能表現(xiàn)出極高的存活率，本結(jié)果也與Shembish等[20]的研究結(jié)果相一致。因此本研究結(jié)果認(rèn)為相較于白榴石基玻璃陶瓷IE，陶瓷樹(shù)脂復(fù)合體材料VE，LU以及二硅酸鋰玻璃陶瓷IC在超薄嵌體修復(fù)應(yīng)用中的中長(zhǎng)期效果更佳。

瓷是一種脆性材料，不能吸收大量的形變能，對(duì)局部剪切和拉伸應(yīng)力的抵抗能力適中[7]，由于彈性模量較高，陶瓷材料IE、IC疲勞加載后可觀察到修復(fù)體大面積脆性斷裂。相較而言2 種陶瓷樹(shù)脂復(fù)合體材料LU、VE的疲勞破壞形式多表現(xiàn)為較為局限的環(huán)形裂紋。這可以解釋為與全瓷修復(fù)體的脆性玻璃基相比，聚合物基具有較強(qiáng)的抗損傷能力[15,21]，近年也有研究者發(fā)現(xiàn)，陶瓷樹(shù)脂復(fù)合體材料對(duì)微壓痕[22]或金剛石道具打磨[23]引起的裂紋擴(kuò)展有更大的耐受性。因此認(rèn)為，陶瓷樹(shù)脂復(fù)合體材料LU、VE對(duì)裂紋擴(kuò)展的限制性要優(yōu)于玻璃陶瓷材料IE、IC。

臨床修復(fù)失敗時(shí)基牙的保留程度對(duì)后期治療至關(guān)重要，Brunton[24]認(rèn)為，使用剛性材料進(jìn)行牙體修復(fù)失效時(shí)，更有可能導(dǎo)致剩余牙體組織發(fā)生毀滅性破壞。但從本實(shí)驗(yàn)結(jié)果上來(lái)看(表3，圖5)，所有試件中，僅有20%的IC出現(xiàn)牙體破損，其余試件均未出現(xiàn)基牙進(jìn)一步的損壞，說(shuō)明通過(guò)盡可能多的保留健康牙體組織，采用超薄嵌體的修復(fù)方式，即使在高出正常咀嚼力水平的加載循環(huán)上，也能避免災(zāi)難性的牙體破壞。

從實(shí)驗(yàn)結(jié)果來(lái)看，超薄嵌體的修復(fù)方式對(duì)基牙的研磨量小且修復(fù)失敗后基牙破壞性小。使用陶瓷樹(shù)脂復(fù)合體材料VE、LU和二矽酸鋰玻璃陶瓷IC進(jìn)行超薄嵌體修復(fù)能表現(xiàn)出良好的疲勞性能，而白榴石基玻璃陶瓷IPS Empress CAD不適合應(yīng)用于咬合力較大的超薄嵌體。本實(shí)驗(yàn)結(jié)論仍需后續(xù)試驗(yàn)和臨床數(shù)據(jù)來(lái)驗(yàn)證。