磨牙不同桩核系统切削氧化锆全瓷冠修复的边缘和内部适合性研究

明先庆,张紫薇,王子添,陈心蕾,罗颐辰,张 玮

当磨牙发生大面积缺损时,其机械性能降低,发生牙折的可能性大幅上升[1]。临床上一般会选用桩核冠进行修复[2]。目前磨牙桩核多采用铸造金属桩核、预成纤维桩树脂核[3],CAD/CAM纤维桩核因其良好的生物相容性和优良的机械性能,也被逐渐用于临床。氧化锆全瓷冠在后牙修复中应用广泛,其主流加工方法为CAD/CAM切削加工[4-5]。

对于磨牙桩核冠修复来说,桩核冠的密合性是影响修复体使用寿命的重要因素之一[6]。但是目前关于CAD/CAM纤维桩核、铸造金属桩核、预成纤维桩树脂核3种桩核切削氧化锆全瓷冠修复内部及边缘适合性之间的差异鲜有报道。本实验旨在研究这3种桩核和切削氧化锆全瓷冠修复后的边缘及内部适合性的差异,并与无桩核基牙切削氧化锆全瓷冠作对比,探究不同桩核对切削全瓷冠边缘及内部适合性的影响,为临床磨牙桩核冠选择提供参考。

1 材料与方法

1.1 主要实验材料和设备

ISOmet 1000低速切割机(Buehler,美国),P型钻(MANI,日本),超硬石膏(Silky Rock,美国),玻璃纤维增强树脂块(北京欧亚瑞康新材料科技,中国),预成玻璃纤维桩、树脂粘接剂(RelyXTMUnicem AplicapTM)、光固化复合树脂(3M ESPE,美国),氧化锆可切割瓷(爱迪特,中国),加成型硅橡胶印模材料(DMG Silagum,德国),D2000口外扫描仪、Trios3口内扫描仪、3Shape Dental System CAD软件、光学印模采集系统(3Shape,丹麦),Mgics(Materialise,比利时),Dentalfräse Multi 5X数字化齿科切削机床(R+K CAD/CAM,德国),3D偏差分析软件(Geomagic Wrap 2021,美国),Prism 9(GraphPad Software,美国)。

1.2 实验方法

1.2.1 离体牙的选择和分组

经患者知情同意,选择2022年3月—6月在南京医科大学附属口腔医院因牙周病拔除的上颌第一磨牙32颗,纳入标准如下:磨牙无龋坏、无缺损、无裂纹、无充填体或修复体、无明显变异,未行根管治疗,形态、大小相似(冠部颊舌径10～12 mm,冠部近远中径7～9 mm,根长10～13 mm)。将32颗磨牙随机分为4组(n=8):A组铸造纯钛桩核组,B组预成纤维桩树脂核组,C组CAD/CAM纤维桩核组,D组无桩核基牙组。用精度为0.01 mm的游标卡尺分别测量4组磨牙颊舌径、近远中径及牙根长度并记录,使用Prism 9统计软件进行单因素方差分析,4组样本冠部尺寸和根长差异无统计学意义(表1)[7]。

表1 各组磨牙尺寸测量数据Tab.1 Crown size and root length of molars from each group

1.2.2 实验样本制作

将A、B、C组离体牙在釉牙骨质界冠方2 mm处,用低速切割机垂直于牙体长轴截冠。常规根管预备、根管充填,磷酸锌暂封根管口。将预备后的离体牙放生理盐水中常温保存备用,1周后取出离体牙行根管和牙体预备。使用P型钻对腭根和近颊根进行桩道预备,直径达根径的1/3,保留根尖部3～5 mm的根尖封闭区,逐级扩大根管,成形钻修整桩道。使用金刚砂车针去除髓腔倒凹形成2°～5°的外敞洞形,牙本质肩领高2 mm,并于釉牙骨质界处预备出宽1 mm直角肩台,完成根管和牙体预备。

1.2.3 桩核制作及全冠预备

A组铸造纯钛桩核:硅橡胶+固位钉制取根管印模,石膏代型灌制,主桩核和插销桩蜡型制作,使用纯钛包埋铸造纯钛桩核。要求完成后基牙冠部高度为4 mm,核部边缘线与牙本质肩领外侧边缘线齐平,轴面聚合度为5°～8°。

B组预成纤维桩树脂核:将根管桩道气枪轻吹,纸捻拭干,为腭根和近中颊根选择两根适合的预成玻璃纤维桩,要求预成纤维桩能达到桩道预备长度,且提拉时有阻塞感。使用树脂粘接剂对预成纤维桩进行粘接,光固化后进行树脂核堆塑,核部堆塑标准同A组。

C组CAD/CAM纤维桩核:硅橡胶+固位钉制取根管印模,口外扫描仪扫描根管印模获取数字化印模模型,将印模模型翻转即可获得患牙剩余牙体及根管形态的三维数字化模型,接着使用数字化设计软件,选定桩核边缘线,核部设计参考上述标准,预留粘接间隙为40 μm,设计完成一体化桩核。导出整体设计模型为立体光刻文件格式(stereo lithography,STL),后用Magics的分割工具分割出插销桩。保存当前桩核设计模型,数字化齿科切削机床根据模型数据切削玻璃纤维增强树脂块生成CAD/CAM纤维桩核。

将加工完成的各组桩核复位于离体牙上,保证桩核能够被动完全就位。树脂粘接剂粘固桩核,除去多余粘接剂,光固化。桩核粘接完成之后,检查修改使24颗基牙的桩核长轴与离体牙长轴一致,光滑连续且线角圆钝,全部基牙高度为4 mm,轴面聚合度为5°～8°,肩台为1 mm宽的直角肩台。

D组无桩核组磨牙按照上述基牙形态进行预备,预备完成后均位于牙本质层(图1)。

1.2.4 切削氧化锆全瓷冠制作

采用Trios 3口内扫描仪扫描上述预备完成的磨牙,并通过数字化设计软件对基牙的全瓷冠进行设计,冠轴面厚度为1.0～1.5 mm,牙合面厚度为1.5 mm,牙尖厚度为2.0 mm,冠边缘厚度1.0 mm[8],同时设置冠边缘及内部粘接剂厚度为40 μm。将设计完成的冠部模型以STL格式输入数字化切削设备,切削氧化锆瓷块制作全瓷冠,后置于烧结炉中烧结。

1.2.5 全瓷冠适合性测量

使用金刚砂车针在牙根上磨出数个定位点(图2A),方便后期拟合。在全瓷冠的组织面注入轻体硅橡胶,并将其分别就位于相应的基牙上,施加50 N垂直于牙冠的压力使轻体硅橡胶溢出冠边缘,并持续加载至轻体完全凝固。用手术刀片小心去除溢出的轻体,取下全冠,得到带有硅橡胶薄膜的代型32个[9](图2A)。用D2000口外扫描仪对带有硅橡胶薄膜的代型进行扫描,扫描结束后去除硅橡胶薄膜对各代型进行二次扫描,将两次扫描获得的文件以STL格式保存。

A:带硅橡胶薄膜的代型;B:全瓷冠整体适合性的3D偏差色谱;C:全瓷冠内部适合性的3D偏差色谱;D:全瓷冠边缘适合性的3D偏差色谱图2 全瓷冠适合性测量Fig.2 Adaptation measurement of monolithic zirconia crown

将带有硅橡胶薄膜和不带有硅橡胶薄膜的扫描文件分别导入Geomagic Wrap 2021软件,以去除硅橡胶薄膜的代型作为对照,测量分析带有硅橡胶薄膜的代型与对照代型的3D偏差色谱(图2B),得到硅橡胶薄膜的厚度,即粘接剂的厚度。冠内部适合性:整个基牙表面到全瓷冠内表面的垂直距离(图2C);冠边缘适合性:肩台到全瓷冠边缘的垂直距离[10](图2D)。数据统计过程中需去除3D偏差为负的数值,因为这些数值代表牙冠比基牙小,不符合实际情况[11]。

1.3 统计学分析

采用Prism 9统计软件对4组冠边缘、冠内部的适合性进行方差分析,P<0.05为差异有统计学意义。

2 结 果

4组冠内部和边缘适合性测试结果如表2所示,基牙类型和测量位置均对适合性有影响(P<0.05),且两者之间存在交互作用(P=0.02)。

表2 各组全瓷冠内部及边缘适合性的比较Tab.2 Comparison of internal and marginal adaptation of four groups of monolithic zirconia crowns

冠内部适合性:无桩核基牙组冠内部适合性最佳,为(88.83±9.47)μm,优于铸造纯钛桩核组、预成纤维桩树脂核组、CAD/CAM纤维桩核组(P<0.05),每列不同上标字母的组间差异显著(P<0.05)且后三组冠内部适合性之间差异无统计学意义(P>0.05)。

冠边缘适合性:无桩核基牙组、预成纤维桩树脂核组、CAD/CAM纤维桩核组三组冠边缘适合性之间差异无统计学意义(P>0.05),铸造纯钛桩核组冠边缘适合性最差,为(99.43±4.69)μm。

同组冠内部与边缘适合性对比:无桩核基牙组的冠内部与边缘适合性较为一致(P>0.05),铸造纯钛桩核组、预成纤维桩树脂核组、CAD/CAM纤维桩核组均为冠边缘适合性优于内部适合性(P<0.05)。

3 讨 论

冠部适合性是评价口腔固定修复效果的重要指标。研究表明全冠与基牙的边缘间隙过大会导致菌斑聚集、微渗漏、继发龋,对基牙和牙周组织造成损伤[12]。当冠内部间隙过大时,修复体易失去粘接,导致全冠的固位力欠佳。冠内部间隙过大同时会增加冠部应力,降低其断裂韧性[13]。目前临床可接受的冠边缘适合性为120 μm[14]。但对冠内部适合性尚无明确的界定范围,有些研究者提到200～300 μm的内部间隙是可以接受的[15]。

本研究利用高流动性轻体硅橡胶代替粘接剂,通过扫描获得硅橡胶薄膜的3D点云数据,并在Geomagic Wrap 2021中将边缘或内部所有的扫描点纳入3D偏差分析。此方法能在不破坏试件完整性的前提下尽可能地模拟临床,并在3D偏差分析图谱上直观地显示适合性分析结果[10]。相较于以往粘接切片后观察间隙值的体视显微镜法更加全面,Micro-CT法也可以在不破坏试件完整性的同时在三维层面对修复体适合性进行评估,但是这种方法存在放射伪影的缺点,且其冠部为未粘接状态。硅橡胶法和三维偏差分析测量已在口腔领域的研究中进行了逐步使用,并且取得了良好效果[11]。

研究结果显示,4组全瓷冠的边缘及内部适合性均满足临床标准,其中无桩核基牙组最好,桩核的出现会导致切削氧化锆全瓷冠边缘及内部适合性的下降,铸造纯钛桩核组的影响最大、适合性最差,预成纤维桩树脂核组与CAD/CAM纤维桩核组次之。本实验中,切削氧化锆全瓷冠的适合性与扫描准确度关系密切。Bocklet和Revilla-Le′on等[16-17]研究表明牙本质对于扫描的影响最小,其次为复合树脂、银汞。金属影响最大,是因为在扫描时金属由于反光特性难以被识别,需要延长拍摄时间拍摄更多照片才能完成扫描,从而导致数据在叠加成像的过程中出现误差的可能性较高。与此同时,金属在扫描时的噪点较多,会给图像带来了错误和额外的信息[18]。

Li等[19]研究发现材料半透性越高,扫描精度越低,预备体终止线轴龈线角的形变量越大。因为光可在半透明材料体内发生次表面反射。次表面散射(sub surface scattering,SSS)指光从表面进入物体经过内部散射,然后又通过物体表面的其他顶点射出的光线传递过程[20],SSS的“光污染”会造成口内扫描系统的传感器检测到的表面光测量值不同,因此也降低了扫描的精度。图1显示无桩核基牙组半透明性<预成纤维桩树脂核组半透明性

除扫描因素外,全瓷冠的适合性还受桩核制作工艺、基牙预备、操作者的技术熟练程度等因素影响[21-23]。铸造纯钛桩核、CAD/CAM纤维桩核为制作后粘接,预成纤维桩树脂核是直接在磨牙上进行树脂核堆塑,3组桩核与牙体衔接处均存在明显界限。铸造纯钛桩核组在衔接处为金属-树脂-牙体过渡,但铸造纯钛桩核的硬度高,预备困难,会造成衔接处流畅度难以保障,且金属桩核表面的光滑度也会相对较差,从而导致铸造纯钛桩核的全瓷冠适合性进一步下降。CAD/CAM纤维桩核为树脂基质、树脂强度与牙本质接近,所以CAD/CAM纤维桩核、预成纤维桩树脂核在衔接处的会相对流畅,桩核表面也会相对光滑[21]。无桩核基牙组不存在桩核与牙体界限。

多因素综合叠加,最终导致铸造纯钛桩核组冠适合性最差,预成纤维桩树脂核组与CAD/CAM纤维桩核组冠部适合性相近,而无桩核基牙组冠部适合性最佳。

无桩核基牙组冠内部与边缘适合性较为一致,另外3种桩核组冠内部与边缘适合性差异具有统计学意义。无桩核基牙组均由牙本质构成,不存在不同材质和衔接界限的影响。而另外3组桩核与肩台处为不同材质构成,冠内部适合性区域存在桩核材料及衔接界限的直接影响,适合性显著降低。冠边缘适合性区域均由牙本质构成,桩核对其影响为间接的,故边缘适合性虽也有一定程度降低,但明显优于冠内部适合性。从图2可以观察到,冠在肩台转折处的误差较大,其原因可能是扫描仪会对较锐利的转角、尖、窝、嵴进行正校正,降低相关部位曲率,使基牙的形态更加平滑,从而有利于最终修复体的制作,但也导致了该部位全瓷冠的内部适合性下降[24-25];另一个可能原因是大多数数字化齿科切削机床在切削时,切削刀无法准确切削出锐利的内角,从而使线角、尖、嵴等处的间隙增加。

综上,磨牙3种桩核系统与无桩核基牙的切削氧化锆全瓷冠边缘及内部适合性均满足临床要求,桩核的出现会降低全瓷冠适合性,铸造金属桩核影响最大。但本实验具有一定的局限性,因为体外实验无法模拟口腔磨牙的位置对口内扫描仪操作空间的限制,以及邻牙、唾液、血液、温度湿度等对扫描的影响。其次该实验基牙形态较为一致且理想化,但是临床桩核和全冠预备时形态差异较大。未来可进一步的研究。