三种椅旁CAD/CAM全瓷高嵌体的抗压强度

doi:10.3969/j.issn.2095-4344.0747

中国组织工程研究 ›› 2018, Vol. 22 ›› Issue (26): 4128-4132.doi: 10.3969/j.issn.2095-4344.0747

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三种椅旁CAD/CAM全瓷高嵌体的抗压强度

喻璐璐^1，2，顾卫平^1，2

¹南京医科大学口腔疾病研究江苏省重点实验室，江苏省南京市 210029；²南京医科大学附属口腔医院综合科，江苏省南京市 210029

收稿日期:2017-12-16 出版日期:2018-09-18 发布日期:2018-09-18
通讯作者: 顾卫平，硕士生导师，主任医师，南京医科大学附属口腔医院综合科，江苏省南京市 210029
作者简介:喻璐璐，女，1993年生，浙江省杭州市人，汉族，南京医科大学在读硕士，主要从事口腔修复研究。
基金资助:
江苏高校优势学科建设工程资助项目(2014-37)

Compressive strength of three all-ceramic chairside CAD/CAM onlays

Yu Lu-lu^{1, 2}, Gu Wei-ping^{1, 2}

¹Jiangsu Key Laboratory of Oral Diseases, Nanjing Medical University, Nanjing 210029, Jiangsu Province, China; ²Department of Polyclinics, Affiliated Hospital of Stomatology, Nanjing Medical University, Nanjing 210029, Jiangsu Province, China

Received:2017-12-16 Online:2018-09-18 Published:2018-09-18
Contact: Gu Wei-ping, Master’s supervisor, Chief physician, Jiangsu Key Laboratory of Oral Diseases, Nanjing Medical University, Nanjing 210029, Jiangsu Province, China; Department of Polyclinics, Affiliated Hospital of Stomatology, Nanjing Medical University, Nanjing 210029, Jiangsu Province, China
About author:Yu Lu-lu, Master candidate, Jiangsu Key Laboratory of Oral Diseases, Nanjing Medical University, Nanjing 210029, Jiangsu Province, China; Department of Polyclinics, Affiliated Hospital of Stomatology, Nanjing Medical University, Nanjing 210029, Jiangsu Province, China
Supported by:
the Advantage Discipline Construction Project in Jiangsu Universities, No. 2014-37

摘要/Abstract

摘要：

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文题释义：

高嵌体：是利用黏结技术部分嵌入牙冠内、部分高于牙面的修复体，当患牙有较大范围缺损，需恢复外形及咬合接触同时有完整颊舌壁可保留时，适宜行高嵌体修复，其备牙量少，保留牙体组织较多，牙壁的受力将由嵌体时的拉应力改为压应力，可降低牙折风险。

高嵌体材料：CEREC Blocs属于天然长石质瓷，是一种非晶玻璃，其主要成分为SiO₂、Al₂O₃、Na₂O和K₂O。IPS e.max CAD是新型的二硅酸锂增强型玻璃陶瓷材料，其中二硅酸锂晶体的加入有效阻止了微裂纹的扩展，经热处理后可提高陶瓷的强度，其弯曲强度可达360-400 MPa。Lava Ultimate是有机树脂与无机填料混合而成的复合材料，在二甲基丙烯酸酯树脂的网状结构中，添加了80%的纳米型胶体硅与ZrO₂颗粒的混合物，降低了材料的脆性同时增强其韧性。

CAD/CAM：是计算机辅助设计与制作(computer aided design/computer aided manufacture)的简称，口腔修复学领域的CAD/CAM技术是指将数字、光电子技术、计算机信息处理技术和自动控制机械加工技术相组合用于修复体制作的一种工艺，通常由数据采集(数字化模型)、CAD、CAM三部分组成。

背景：椅旁CAD/CAM全瓷高嵌体修复在临床上的应用越来越广泛。不同椅旁CAD/CAM全瓷材料具有不同的理化性能，为临床选择造成一定难度，目前国内外对于椅旁CAD/CAM全瓷高嵌体修复的抗压强度研究较少。

目的：研究不同椅旁CAD/CAM全瓷高嵌体修复的抗压强度，观察其折裂模式。

方法：制备30个人离体牙高嵌体试件，分别以CEREC Blocs、IPS e.max CAD、Lava Ultimate陶瓷材料为高嵌体，每种材料10个试件，每种材料又分黏结组与非黏结组，黏结组试件用双固化树脂粘接剂将高嵌体与离体牙进行黏结，非黏结组将高嵌体试戴调改后直接密合于离体牙上。检测各组试件垂直加载下的抗压强度值，同时观察其折裂模式。

结果与结论：①在6组中，抗压强度最大的是IPS e.max CAD黏结组，抗压强度值为(313.22±56.00) MPa；抗压强度最小的是CEREC Blocs非黏结组，抗压强度值为(15.85±5.20) MPa。IPS e.max CAD黏结组抗压强度大于其余5组(P < 0.05)；Lava Ultimate黏结组与CEREC Blocs黏结组的抗压强度无差异；CEREC Blocs、IPS e.max CAD、Lava Ultimate三种材料黏结组的抗压强度远大于对应的非黏结组(P < 0.05)；②试件折裂模式为：非黏结组仅有瓷块折裂；粘结组86.6%的试件瓷块折裂同时伴有牙齿折裂。黏结组的牙齿折裂率大于非黏结组(P < 0.05)；3种材料黏结组的折裂模式无差异(P > 0.05)；③结果表明在3种椅旁CAD/CAM全瓷材料中，IPS e.max CAD陶瓷材料高嵌体黏结后的抗压强度最大。

ORCID: 0000-0001-9079-5844(喻璐璐)

中国组织工程研究杂志出版内容重点：生物材料；骨生物材料; 口腔生物材料; 纳米材料; 缓释材料; 材料相容性；组织工程

关键词: 椅旁CAD/CAM, 全瓷材料, 纳米复合陶瓷, 高嵌体, 抗压强度, 折裂模式, 口腔生物材料, 生物材料

Abstract:

BACKGROUND: The use of chairside computer aided design/computer aided manufacture (CAD/CAM) system is a convenient way to fabricate porcelain onlays that have been widely used in clinical practice. Different chairside CAD/CAM all-ceramic materials have different physical and chemical properties, which make a certain difficulty in clinical selection. There are few studies on compressive strength of chairside CAD/CAM porcelain onlays at home and abroad.

OBJECTIVE: To investigate the fracture strength of onlay restorations with different chairside CAD/CAM all-ceramic materials.

METHODS: Thirty onlay specimens of isolated teeth were prepared in the study. These specimens were randomly divided into three groups: CEREC Blocs group, IPS e.max CAD group and Lava Ultimate group. In each group, 10 specimens were randomized into two subgroups: bonding group (dual-curing resin adhesive) and unbonded group. Afterwards, these specimens were subjected to vertical compressive loading; the maximum force at fracture and patterns of failure were recorded.

RESULTS AND CONCLUSION: (1) In these groups, the maximum fracture strength was (313.22±56.00) MPa for IPS e.max CAD bonding group; the minimum fracture strength was (15.85±5.20) MPa for CEREC Blocs unbonded group. The fracture strength of IPS e.max CAD was higher than that of the other five groups (P < 0.05). The fracture strength of the bonding group was greater than that of the unbonded group (P < 0.05). There was no significant difference in the fracture strength of the Lava Ultimate and CEREC Blocs groups. (2) In the unbonded group, only fractured porcelain pieces were detected. In the bonding group, fracture of porcelain pieces was often accompanied by tooth fractures. The tooth fracture rate of the bonding group was greater than that of the unbonded group (P < 0.05). There was no significant difference in the failure mode between all-ceramic materials (P > 0.05). (3) Under the condition of this study, the highest fracture strength was found with the IPS e.max CAD material in the three kinds of CAD/CAM all ceramic materials.

中国组织工程研究杂志出版内容重点：生物材料；骨生物材料; 口腔生物材料; 纳米材料; 缓释材料; 材料相容性；组织工程

Key words: Dental Porcelain, Inlays, Compressive Strength, Tissue Engineering

中图分类号:

R318

喻璐璐，顾卫平. 三种椅旁CAD/CAM全瓷高嵌体的抗压强度[J]. 中国组织工程研究, 2018, 22(26): 4128-4132.

Yu Lu-lu, Gu Wei-ping. Compressive strength of three all-ceramic chairside CAD/CAM onlays[J]. Chinese Journal of Tissue Engineering Research, 2018, 22(26): 4128-4132.

图/表（结果） 3

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引言

根管治疗后因牙齿理化性能的改变，易发生折裂，因此常在根管治疗后对患牙进行冠修复^[1]。在选择合适的修复方案时应遵循“微创”原则，即选择保存牙体组织多、便于再治疗的方案。高嵌体修复具有磨牙量少、省时微创等优点，是目前临床上根管治疗后常用的修复方法^[2]。有研究对全冠与高嵌体修复根管治疗后牙体缺损进行疗效分析，结果显示两种修复方法的临床疗效无统计学差异^[3]；也有临床研究表明高嵌体修复可取得良好的长期效果^[4]。鉴于以上研究，高嵌体修复以其良好的临床疗效及磨牙量少等优点在临床上值得推广应用。

与传统工艺相比，椅旁计算机辅助设计与制作(computer aided design/computer aided manufacture，CAD/CAM)系统制作的高嵌体以其高效、精确、舒适等优点在临床中应用越来越广泛^[5-6]。常用的椅旁CAD/CAM可切削陶瓷材料，主要有长石质类可切削陶瓷、玻璃陶瓷、氧化铝陶瓷、氧化锆陶瓷、混合型陶瓷材料等^[7]。陶瓷材料具有良好的美学效果和机械性能，但陶瓷材料的抗折性较差，一直是临床失败的主要原因^[8-9]，因此，研究具有良好机械性能的陶瓷材料是目前临床热点之一。目前临床上常用的椅旁CAD/CAM陶瓷材料主要是长石质瓷和玻璃陶瓷，具有较高的强度，但其抗折性差。为改善陶瓷材料抗折性能，结合陶瓷和树脂的复合材料不断被推出，如3M公新推出的Lava Ultimate瓷块。有研究结果显示，陶瓷树脂复合材料的弯曲强度与长石质类陶瓷材料相近，其弯曲模量低于长石质类陶瓷材料^[10]。也有学者对不同陶瓷树脂复合材料机械性能进行研究，发现不同组成的陶瓷树脂复合材料弯曲强度有所差异，但均大于长石质类及玻璃陶瓷材料^[11]。然而对新型陶瓷树脂复合材料用于椅旁CAD/CAM高嵌体修复的实验及临床研究较少。对于不同陶瓷材料运用于椅旁CAD/CAM高嵌体其强度是否能满足临床，特别是后牙咀嚼所需值得研究。此次研究模拟口腔高嵌体修复，对Lava Ultimate、CEREC Blocs、IPS e.max CAD三种陶瓷材料进行抗压强度对比研究，以期为临床应用提供实验依据。

中国组织工程研究杂志出版内容重点：生物材料；骨生物材料; 口腔生物材料; 纳米材料; 缓释材料; 材料相容性；组织工程

材料方法

1.1 设计随机分组材料力学实验。

1.2 时间及地点实验于2017年1至7月在南京医科大学附属口腔医院综合科及南京医科大学口腔疾病研究江苏省重点实验室完成。

1.3 材料新鲜人离体牙；椅旁CAD/CAM系统：Sirona Cerec AC(西诺德；德国)；切削系统：CEREC MC XL(西诺德；德国)；烤瓷炉(Programat P310，义获嘉，瑞士)；瓷块：CEREC Blocs(西诺德；德国)；IPS e.max CAD(义获嘉，瑞士)；Lava Ultimate(3M ESPE，美国)；Unicem 树脂水门汀(3M ESPE，美国)；台式电子万能材料实验系统(Instron 公司，美国)；光固化灯(3M ESPE，美国)；自凝塑料粉/液(上海二医张江生物材料有限公司)。

1.4 实验方法

1.4.1 收集离体牙选取在口腔医院拔除的废弃新鲜人离体牙30颗，分3组，分别以CEREC Blocs、IPS e.max CAD、Lava Ultimate陶瓷材料为高嵌体，每种材料10颗；每种材料又分黏结组与非黏结组，每组5颗。

入选标准：20-40岁的恒磨牙；形态相似且大小相近。

排除标准：形态结构异常；有龋坏、缺损、重度磨耗等。

1.4.2 离体牙预备由同一人完成，用TR-13金刚砂车针在牙合面作2 mm的定深沟，将牙合面均匀磨除2 mm，髓腔深度在2 mm，底平，点线角圆钝，在边缘处采用端端相接的形式^[12]。

1.4.3 椅旁CAD/CAM系统扫描切削选取正常牙列取模灌模，将左下第一磨牙从模型上刻除，将离体牙埋入石膏模型，使用椅旁CEREC CAD/CAM系统扫描、重建、切削高嵌体，确保高嵌体中央厚度在4 mm。

1.4.4 试件制备黏结组离体牙用35%磷酸酸蚀，涂黏结剂，高嵌体用氢氟酸酸蚀，涂前处理剂、粘接剂，用双固化树脂粘接剂进行粘接，手指加压固定，确保均匀完全黏结，去除多余黏结剂，光固化灯光照40 s，最后37 ℃恒温水浴24 h。非黏结组不做黏结处理，将高嵌体试戴调改后直接密合于离体牙上。各组离体牙用义齿基托树脂包埋在直径为3 cm的圆柱体模具中，见图1。

1.4.5 测试将试件固定于万能力学实验机上，用直径为4 mm的圆形加载头以1.0 mm/min 的速度垂直加载于离体牙中央窝，直至高嵌体折裂。

1.5 主要观察指标记录高嵌体破坏时的最大载荷，计算抗压强度值；观察并记录每个高嵌体的折裂模式。

1.6 统计学分析用SPSS 24.0统计学分析软件对数据进行统计学分析比较。采用ANOVA方差分析法分析各组的抗压强度值是否有统计学意义；用SNK法(q 检验)分析两两组别之间的抗压强度值差异；用χ²检验分析不同组别折裂模式是否有统计学意义。P < 0.05表示有差异有显著性意义。

中国组织工程研究杂志出版内容重点：生物材料；骨生物材料; 口腔生物材料; 纳米材料; 缓释材料; 材料相容性；组织工程

讨论

根管治疗后为阻断冠部微渗漏及恢复患牙形态功能进行牙体修复治疗时，应遵循保留更多牙体组织的原则，随着口腔材料及粘结技术的发展，高嵌体修复在生存率、美观、舒适等方面均有较大进步，因此保留更多牙体组织的高嵌体修复在临床上的应用越来越广泛^[2^，^13]。椅旁CAD/CAM系统通过三维扫描后，利用计算机辅助设计、制作，可在临床完成贴面、嵌体、高嵌体、全冠等。其优点主要有^[14-15]：缩短临床操作时间，可在1 min内获取牙列模型，5-7 min完成修复体制作，10 min完成修复体切削；减少临床取模造成的误差，避免患者取模时发生恶心呕吐等；创伤小；精确恢复邻接关系、咬合关系等。临床上选择椅旁CAD/CAM全瓷材料需考虑多方面的因素，比如强度、耐磨性、美观等。

陶瓷材料属于脆性材料，在形变为0.1%时即可出现裂纹^[16]，陶瓷材料的性能与其化学组成及物理结构有关，因此，可通过添加不同化学成分、改变其空间结构，达到增强陶瓷材料机械性能的目的。CEREC Blocs属于天然长石质瓷，是一种非晶玻璃，其主要成分为SiO₂、Al₂O₃、Na₂O和K₂O。IPS e.max CAD是新型的二硅酸锂增强型玻璃陶瓷材料，其中二硅酸锂晶体的加入有效阻止了微裂纹的扩展，经热处理后可提高陶瓷的强度，其弯曲强度可达360-400 MPa^[17]。Lava Ultimate是有机树脂与无机填料混合而成的复合材料，在二甲基丙烯酸酯树脂的网状结构中，添加了80%的纳米型胶体硅与ZrO₂颗粒的混合物，降低了材料的脆性同时增强其韧性^[18-19]。有研究表明陶瓷树脂混合材料弯曲强度可达100-200 MPa，其弹性模量低于IPS e.max CAD，更接近牙本质的弹性模量^[11]。Egbert等^[20]的研究结果显示，Lava Ultimate陶瓷材料的强度大于Vita enamic和Paradigm MZ100。陈曦等^[21]的研究结果表明，当Vita enamic瓷块的厚度达到2.5 mm以上时，其强度大于Vitablocs MarK Ⅱ。Aboushelib 等^[22]的结果显示，Lava Ultimate陶瓷材料的初始强度低于IPS e.max CAD，但其抗疲劳强度大于IPS e.max CAD。此次实验中，Lava Ultimate陶瓷材料的抗压强度低于IPS e.max CAD，与Aboushelib等的结果相符。Gresnigt等^[23]的研究表明在垂直加载下，Lava Ultimate陶瓷材料的抗压强度与IPS e.max CAD相似，但在水平加载下，Lava Ultimate陶瓷材料的抗压强度低于IPS e.max CAD。不同学者的研究结果中，3种不同CAD/CAM陶瓷材料的抗压强度有所不同，这些差异可能是由试样的尺寸形态、厚度、实验方法等因素

造成的。此次实验通过模拟口腔内高嵌体修复研究不同材料的抗压强度，提供更明确的临床建议。

文献显示正常人在咀嚼时后牙区承受的咬合力为200-400 N^[24]，此次实验中3种全瓷材料黏结后的折裂载荷值均大于正常牙合力，在临床应用中均能满足最大咬合需要，其中IPS e.max CAD陶瓷材料的抗压强度最大。临床上由修复体或牙体折裂导致的修复失败，可能是由于超出了正常的最大咬合负荷(即循环疲劳、创伤等)。非黏结组的高嵌体强度远低于黏结组，其折裂载荷在200-500 N，可耐受口腔正常咬合力。临床上在高嵌体黏结前，需进行修复体试戴，此时不应用较大咬合力，以免修复体折裂，咬合调整可在黏结后进行。此次实验中，非黏结组IPS e.max CAD的抗压强度大于其余两种材料，但其差异不具有统计学意义。Magne等^[25]的研究结果显示，高嵌体修复黏结前，复合树脂材料Paradigm MZ100的抗折性能优于e.max CAD与Vita MarK Ⅱ。Magne 等研究的加载点在高嵌体边缘嵴内侧，说明受力点及瓷块厚度可影响瓷块强度。

实验数据中较大的标准差可能归因于离体牙的大小形态，因为尽管经过仔细挑选，离体牙仍可能存在亚临床缺陷和大小形态的差异。然而，考虑到此次实验最终的意义是为了高嵌体在口腔内的使用，需结合天然牙釉质和牙本质，不同于人工模具，可更贴合临床。实验设计中加载点位于中央窝，由于中央窝及周围牙尖斜面形态，导致在加载过程中可能无法达到完全的垂直压缩^[26]。为了尽可能达到垂直向加载，并模拟口腔内的咬合接触，实验选择与口内牙尖接触面积相近的圆形加载头进行加载。

有研究表明不同基底可影响全瓷材料的折裂强度^[27]，人离体牙相比于树脂牙、动物牙等，其黏结性能、弹性模量、强度等更贴近临床，因此此次实验选择采用人离体牙作为高嵌体基底。全瓷高嵌体的粘结剂主要采用树脂水门汀粘结剂，树脂黏结剂具有较高黏粘结强度，同时还能增强全瓷材料的抗压强度^[28]。其机制主要在于，黏结树脂渗透入陶瓷表面，形成树脂-陶瓷混合层或过渡层；同时黏结剂与牙本质中的有机及无机成份形成化学结合，从而使高嵌体、树脂、牙体组织形成一个整体^[29]。有研究表明黏结时，将瓷块与牙齿分别酸蚀，可增强全瓷材料的强度^[30]。

此次实验中，黏结组86.6%的试件修复体折裂同时伴有牙体组织的折裂。3种材料的折裂模式基本相同，其中Lava Ultimate黏结组发生牙本质牙釉质同时折裂的概率大于其余两种材料，但无统计学差异，该结果说明在所研究的3种全瓷材料中，牙体折裂率与修复体抗压强度尚未见明显关联性。实验通过黏结组和非黏结组的抗压强度比较，发现黏结后的抗压强度明显增强，同时黏结组发生牙体折裂的概率远大于非黏结组。陶瓷材料属于脆性材料，几乎不发生弹性形变，当高嵌体通过树脂黏结剂与牙体黏结后，黏结剂可吸收应力，起到一定的缓冲作用，当加载的力超过极限时高嵌体发生折裂。同时，力可沿黏结界面传递到牙体组织，引起牙体组织折裂^[30]。由于牙本质的弹性模量低于牙釉质，牙本质发生折裂的概率低于牙釉质。Lava Ultimate中含有树脂基质，与树脂黏结剂产生更强的黏结强度，因此在瓷块发生折裂时同时发生牙本质折裂的可能性更大。Johnson等^[31]的研究也表明牙合贴面修复体黏结后，在受到垂直向力加载折裂时有2/3的试件同时发生牙体组织折裂。此次实验中，非黏结组试件折裂同时不伴有牙体组织折裂，结果与Magne等^[25]的研究一致。非黏结组的高嵌体未与牙体形成一个整体，当力沿高嵌体向下传递时在交界面形成应力中断，不引起牙体组织折裂。在临床上，因为高嵌体的固位要求，必须将高嵌体黏结后使用，虽然高嵌体黏结后发生牙体组织折裂概率增加，但整体抗压强度也显著增加。因此在临床上，应选择黏结强度大的黏结剂进行高嵌体黏结，同时应严格控制高嵌体修复的临床适应证，即选择剩余牙体组织抗力较大的患牙，以减少牙体折裂的发生。

综上所述，虽然Lava Ultimate、CEREC Blocs、IPS e.max CAD高嵌体修复的强度均可满足临床正常咀嚼需要，但是IPS e.max CAD高嵌体的抗压强度最大，因此在临床上选择后牙椅旁CAD/CAM高嵌体修复材料时可优先选择IPS e.max CAD。高嵌体在口内潮湿环境下进行功能运动时，受到不同方向力的加载，同时经长期重复加载，产生疲劳效应。此次实验的局限性在于只从垂直方向研究其静态载荷，故需进一步研究其多方向加载及其疲劳载荷强度。

中国组织工程研究杂志出版内容重点：生物材料；骨生物材料; 口腔生物材料; 纳米材料; 缓释材料; 材料相容性；组织工程

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