垫底树脂和固位深度对树脂基纳米陶瓷髓腔固位冠修复磨牙抗折性能的影响

李 智，徐永祥，包旭东△，王晓燕△

(北京大学口腔医学院·口腔医院1.牙体牙髓科，2.材料研究室，国家口腔医学中心，国家口腔疾病临床医学研究中心，口腔数字化医疗技术和材料国家工程实验室，口腔数字医学北京市重点实验室，国家卫生健康委员会口腔医学计算机应用工程技术研究中心，国家药品监督管理局口腔生物材料重点实验室，北京 100081)

髓腔固位冠是冠核一体且中心固位形伸入髓腔内部的一种修复体，利用髓腔的机械固位形和粘接获得固位[1]，常用于临床冠短、咬合间隙小、根管系统复杂等根管治疗牙修复[2-5]。髓腔固位冠属于冠内固位修复体，深入髓腔的中心固位形对牙体组织产生一定拉应力，因此可能增加牙齿折裂风险。有学者采用三维有限元法分析了髓腔固位冠中心固位形对牙体的应力分布情况，发现髓室底区域会产生应力集中，于是建议在髓室底应用树脂或玻璃离子垫底，以圆钝尖锐线角、减少应力集中[6]，但目前复合树脂垫底是否能提高髓腔固位冠修复牙抗折性能尚未见研究报道。

近年来，树脂基纳米陶瓷CAD/CAM(computer aided design/computer aided manufacture)可切削修复材料逐渐应用于临床。树脂基纳米陶瓷兼具了复合树脂的韧性与陶瓷的强度，弹性模量(12.8 GPa)与牙本质(5.5～19.3 GPa)相近[7]，可以减少应力集中，并有阻止裂纹扩展的能力，被逐渐应用于制作髓腔固位冠修复根管治疗牙。有体外研究表明，与常用的二硅酸锂玻璃陶瓷相比，树脂基纳米陶瓷髓腔固位冠修复牙齿的抗折性能相当或更好[7-9]。髓腔固位冠通过深入髓腔的中心固位形获得机械固位，但是固位深度可能也会影响抗折性能。Hayes等[10]使用二硅酸锂玻璃陶瓷进行髓腔固位冠修复，发现固位深度4 mm时折裂载荷最高，3 mm时最低，但de Kuijper等[11]却认为固位深度与修复牙抗折能力无关。有限的研究对于髓腔固位冠设计能获得最佳抗折性能的固位深度尚无一致结论。断口形貌分析可通过观察断裂面上的特征性结构分析材料折裂和应力传导特点，在口腔修复领域多侧重应用于分析材料本身性质对修复机械性能的影响[12-13]，分析髓腔固位冠断口形貌特征可以帮助学者们探究不同影响因素下应力传导和分布特点，更好地理解折裂机制。本研究旨在探究使用树脂基纳米陶瓷髓腔固位冠修复磨牙时，垫底树脂和髓腔固位深度对修复牙抗折性能的影响。

1 材料与方法

1.1 分组与样本制备

收集因牙周病或智齿冠周炎而拔除的发育完成的完整下颌恒磨牙，要求无龋及无隐裂，釉牙骨质界(cemento-enamal junction, CEJ)水平近远中径及颊舌径为(9±1) mm，咬合面解剖形态与下颌第一磨牙相似，均具有近中、远中双根。去除牙周膜及牙石后存放在4 ℃生理盐水中。随机挑选出8颗离体牙，设为对照组(组①)， 不进行牙体预备。

其余离体牙使用金刚砂车针平行于咬合面水平截除距CEJ 3 mm以上冠部组织，断面至髓室底深度5.5～6.5 mm。用体视显微镜SZ61(奥林巴斯，日本)在10倍放大率下观察，排除有裂纹的牙齿。使用8#、10#、15# K锉(登士柏，美国)在Glyde(登士柏，美国)辅助下探查疏通根管至根尖孔，随后用M3镍钛锉Sx-M3(益锐，中国)进行根管预备，每支锉之间使用2.5%(质量分数)NaOCl根管冲洗10 s，最后用蒸馏水超声荡洗20 s。纸尖干燥根管，使用牙胶尖(柳苑，中国)和根管糊剂(登士柏，美国)采用热垂直加压法进行根管充填，热牙胶(思博安，美国)回填至根管口，垂直加压达根管口下1 mm。

将32颗根管治疗后的离体牙分为4个治疗组(组②～组⑤)， 各组离体牙样本的近远中径和颊舌径经单因素方差分析差异无统计学意义，随后进行牙预备(n=8)。

无垫底树脂组(组②)：不对根管口进行处理。有垫底树脂组：(1)固位深度2 mm组(组③)：用SE-BOND(Kuraray，日本)Ⅰ液预处理髓室底及根管口内侧壁20 s并吹干，涂布SE-BOND Ⅱ液吹匀并光照20 s，然后用一薄层Z350XT流动树脂(3M，美国)充填髓底不规则区域并封闭根管口，再用一定量AP-X复合树脂(Kuraray，日本)充填髓室底，保留髓腔深度为2 mm；(2)固位深度3 mm组(组④)：同法制作垫底树脂，自预备体边缘至垫底树脂表面深度距离为3 mm；(3)固位深度4 mm组(组⑤)：同法制作垫底树脂，自预备体边缘至垫底树脂表面深度距离为4 mm。

对所有样本进行髓腔预备，去除侧壁倒凹，使用标准锥度为6°的车针修整侧壁保证髓腔壁均外敞6°,样本髓腔侧壁厚度2.5～2.8 mm。

1.2 设计制作髓腔固位冠修复体

使用3Shape TRIOS 2(3Shape，丹麦)扫描32个髓腔固位冠预备体，选取其中一个预备体，通过计算机辅助设计生成下颌第一磨牙髓腔固位冠修复体，作为牙合面标准数字化蜡型，应用于另外31个修复体牙合面设计，使得所有修复体的牙冠解剖外形相同。

选择树脂基纳米陶瓷材料(Hyramic，爱尔创，中国)切削制作修复体，打磨抛光，超声清洗。试戴髓腔固位冠，确认边缘密合。修复体组织面用≤50 μm的氧化铝颗粒(Ronvig，丹麦)喷砂处理10 s，无水乙醇冲洗除去砂粒，无油空气干燥30 s。然后用3M Universal (3M ESPE，美国)通用粘接剂(含硅烷偶联剂)处理上述修复体组织面20 s，吹干。牙体组织表面用37%(质量分数)磷酸(Dentex，中国)酸蚀15 s，蒸馏水冲洗30 s，无油干燥空气轻轻吹干，保持牙本质湿润状态。在牙体组织表面涂布3M Universal(3M ESPE，美国)， 光固化(义获嘉，德国)10 s(800mW/cm2)。最后将RelyX U200(3M ESPE，美国)双重固化树脂水门汀均匀涂布于修复体组织面，正确就位于预备体，预固化(义获嘉，德国)1～2 s后去除多余水门汀，然后每个轴面光固化20 s。

将粘接完成的离体牙及对照组完整牙牙根(距CEJ ≥ 2.0 mm)部分包埋固定在自固化丙烯酸树脂(飞鹰，中国)内，以模拟牙槽骨，放置于4 ℃ 100%湿度环境下，24 h后进行静态加载。

1.3 静态加载

使用万能力学实验机(5969，Intron，美国)进行加载实验，每次加载均将样本固定放置于水平金属底座的同一位置，加载头为直径6 mm的不锈钢球，垂直于咬合平面放置。先施加5 N预载荷固定加载位置和加载接触点，使加载头与咬合面形成稳定的远中颊尖、近中舌尖和远中舌尖三点接触。由于修复体咬合面解剖形态相同，每个样本加载均为相同的加载接触点位置。加载头以1 mm/min的速度加载，直至牙齿折裂，记录断裂载荷。

1.4 体视显微镜观察折裂模式

使用体视显微镜(SZ61，奥林巴斯，日本)(6.7倍)观察样本折裂模式，将折裂模式分为可修复型折裂(延伸至CEJ以上的断裂)和不可修复型折裂(裂纹延伸至牙根两种类型，图1)。

A, repairable fracture; B, irrepairable fracture.图1 髓腔固位冠修复牙折裂类型Figure 1 Fracture modes of teeth restored with endocrown

1.5 扫描电镜观察修复体断口形貌

选择体视显微镜下观察断裂面有放射状分布裂纹的碎片(图2)，干燥后表面镀金处理5 min(JLC-1100，JEOL，日本)， 然后置于扫描电镜(EVO 18，Carl Zeiss，德国)下观察(加速电压20 kV)，识别断裂表面特征性标志。

Radial cracks in fracture section under the stereomicroscope (white arrows).图2 筛选扫描电镜观察样本Figure 2 Select samples for SEM observation

1.6 统计学分析

使用统计软件SPSS 26.0(SPSS Inc.，美国)，采用单因素方差分析(One way-ANOVA)比较组间差异，P<0.05为差异有统计学意义。

A and B, typical irrepairable fracture of the sample without resin base. The central retainer was intact and debonded. C and D, typical irrepairable fracture of the sample with resin base. The endocrown fracture piece and the broken pieces of teeth remianed bonding.图3 折裂样本示例Figure 3 Samples of fracture

2 结果

2.1 静态加载断裂载荷

完整牙断裂载荷为(3 069.34±939.50) N，无树脂垫底和树脂垫底后不同固位深度各组断裂载荷范围为2 331.55～3 537.18 N。无垫底树脂组断裂载荷为 (2 438.04±774.40) N，有垫底树脂时固位深度为2 mm组断裂载荷为 (3 537.18±763.65) N，两组差异有统计学意义(P<0.05)；有树脂垫底固位深度为3 mm组断裂载荷为 (2 331.55±766.39) N，固位深度4 mm组断裂载荷为 (2 786.98±709.24) N，与无垫底树脂组断裂载荷相比差异无统计学意义(P>0.05)。在不同固位深度的组间比较中，固位深度为2 mm的样本断裂载荷最高，固位深度3 mm的样本断裂载荷最低，二者差异有统计学意义(P<0.05)。固位深度4 mm组断裂载荷大小介于固位深度2 mm和3 mm组之间，与后两者相比差异无统计学意义(P>0.05)。

2.2 髓腔固位冠修复牙静态加载折裂模式

完整牙及3 mm固位深度样本静态加载折裂均有2例可修复型折裂，无垫底树脂样本及2 mm固位深度样本静态加载折裂均有1例可修复型折裂，其他样本均为不可修复型折裂(表1)。固位深度为4 mm时，组内所有样本均为不可修复型折裂。

表1 对照组与实验组折裂模式Table 1 Fracture modes of control group and experimental groups

无垫底树脂组修复牙不可修复型折裂时，可见修复体的髓腔固位体完整，与髓腔侧壁组织脱粘接，有垫底树脂组修复牙不可修复型折裂时，髓腔固位体内部裂开，与髓腔侧壁组织依然保持粘接(图3)。

2.3 髓腔固位冠修复体断裂面特点

有垫底树脂时断裂面上止裂线和细小的扭转扭曲较多，裂纹均向根方扩展；无垫底树脂时断裂面除了有较多止裂线、细小的扭转扭曲和向根方扩展裂纹之外，还可见较多平行于咬合面的横向裂纹，自髓腔固位体中心指向外侧(图4)。

3 讨论

临床或体外实验中，修复体发生折裂后，可通过断裂面上的特征裂纹或应力痕迹识别裂纹来源和大小来区分断裂过程的不同阶段，分析应力传导和分布特点[14-15]。本研究通过扫描电镜观察修复体断面特征，推测不同预备条件下髓腔固位冠修复牙的内部应力传导和分布情况，与折裂载荷、折裂特点等结果互为印证。

虽然树脂基纳米陶瓷的强度和弹性模量低于常用二硅酸锂玻璃陶瓷，但并不代表其修复牙齿的抗折强度低。有学者在对髓腔固位冠修复磨牙的疲劳试验中，分别采用与咬合面夹角35°和90°的不同加载方向进行加载，均发现与长石瓷、二硅酸锂玻璃陶瓷和氧化锆增强硅酸锂玻璃陶瓷相比，树脂基纳米陶瓷制作的髓腔固位冠修复磨牙具有更高的抗折性能，发生可修复性折裂的比例更高[7]，三维有限元分析亦支持这一结论[16]。有学者报告在进行温度循环疲劳后，分别对髓腔固位冠修复磨牙进行0°与90°方向的加载，显示二硅酸锂玻璃陶瓷、树脂基纳米陶瓷髓腔固位冠修复磨牙的抗折性能与二硅酸锂玻璃陶瓷相当[8]。也有学者认为二硅酸锂玻璃陶瓷弹性模量大，从而削弱了应力向周围结构的传递，在髓室底产生了较多的应力集中，使得此处易发生折裂[17]。本研究选择了树脂基纳米陶瓷材料，进一步深入探究髓腔处理对树脂基纳米陶瓷固位冠修复磨牙抗折性能的影响。

本研究在采用树脂基纳米陶瓷材料制作髓腔固位冠修复磨牙时，髓底复合树脂垫底可以提高修复牙的抗折性能。髓腔固位体受到轴向压力后会发生横向变形，从而在固位体表面粘接层及髓腔侧壁产生应力，导致修复体脱粘接或牙体组织折裂。当有垫底树脂时，由于垫底树脂的缓冲作用，分散了一部分应力，使得髓腔固位体内部轴向应力减小，相应的粘接层拉应力和对侧壁的侧向力减小，这与体式显微镜和扫描电镜观察结果一致。无垫底树脂时，修复体断面有较多横向裂纹，而且修复体和牙体组织折裂的同时，还发生了脱粘接。复合树脂层应力中断或应力缓冲的作用减少了传导至下方牙体组织的应力[3,18]，从而提高了髓腔固位冠修复牙的整体抗折性能。

本实验使用复合树脂垫底以产生不同固位深度时，2 mm固位深度的髓腔固位冠修复根管治疗磨牙抗折性能更好。在样本制备中，2 mm的固位深度对应充足厚度的垫底树脂，应力中断和缓冲作用较明显[3]，且垫底树脂与髓腔侧壁的粘接力一定程度上阻止髓腔侧壁裂纹扩展及折裂，从而提高牙齿抗折性能。

也有学者的研究表明，使用二硅酸锂玻璃陶瓷髓腔固位冠修复根管治疗牙，因为随着髓腔固位深度由2 mm增加至4 mm，修复牙的断裂载荷增加，可能是由于修复体与牙齿粘接面积增大，这有利于粘接固位和咬合力传导[11,19]。而本研究当固位深度为4 mm时，修复后根管治疗牙的断裂强度反而低于固位深度2 mm组，这可能是由于使用的修复材料不同。本研究采用树脂基纳米陶瓷制作髓腔固位冠，材料本身的弹性模量与牙本质接近，应力分布相对均匀，并且不容易产生应力集中[7]。另外本研究4 mm固位深度组不可修复型折裂的比例高，固位深度为4 mm时，髓腔固位体接近髓室底，受力支点下移使得力臂增长。当冠方受到同样大小和方向的加载力时，杠杆作用使得髓室底受到更大的侧向应力，并且折裂位置降低，因此容易出现不可修复型折裂[20]。

综上所述，使用树脂基纳米陶瓷髓腔固位冠修复磨牙时，进行树脂垫底和预备2 mm固位深度，修复后牙齿的断裂强度最高，达到与完整牙近似的抗折水平与折裂模式。