三种CAD/CAM全瓷材料牙合贴面抗折能力实验研究

[摘要]目的：探讨三种CAD/CAM（Computer-aided design/Computer-aided manufacturing）全瓷材料全解剖式牙合贴面的抗折能力，为临床应用提供参考。方法：扫描离体下颌右侧第一磨牙建立数字模型，在数字模型上进行牙合贴面数字备牙，共四个厚度，分别为1.0 mm、1.5 mm、2.0 mm、2.5 mm，选取二硅酸锂玻璃陶瓷瓷块2种（IPS e.max CAD瓷、VITA SUPRINITY瓷）和树脂基陶瓷瓷块1种（Lava Ultimate优韧瓷），数字设计和数字切削制作相应厚度全瓷牙合贴面，每种瓷块每个厚度10例，共获120例牙合贴面。将牙合贴面加压粘接到3D打印硬质树脂代型上，循环加载后，使用万能材料试验机进行垂直加载试验，记录牙合贴面断裂载荷，观察失效模式。使用SPSS 22.0软件对数据进行统计分析。结果：断裂载荷结果显示，在厚度为1.0 mm、1.5 mm、2.0 mm时三种材料间断裂载荷比较差异有统计学意义（P＜0.05），厚度为2.5 mm时，两种玻璃陶瓷之间差异无统计学意义（P＞0.05），而玻璃陶瓷和树脂基陶瓷之间断裂载荷比较差异有统计学意义（P＜0.05）。两种玻璃陶瓷随着厚度增加，断裂载荷也随之增大（P＜0.05）；树脂基陶瓷厚度为1.0 mm、1.5 mm、2.0 mm时的断裂载荷也随着厚度增大（P＜0.05）。三种牙合贴面的断裂模式均表现为裂纹，破碎和折裂。结论：三种CAD/CAM全瓷材料全解剖式牙合贴面抗折能力均能满足后牙牙合面缺损修复的需要，树脂基陶瓷操作步骤相对简单；临床上尽量选择较薄的贴面进行修复，以利于颞下颌关节的适应。

[关键词]二硅酸锂玻璃陶瓷；树脂基陶瓷；牙合贴面；抗折能力；失效模式

[中图分类号]R783.1 [文献标志码]A [文章编号]1008-6455（2024）08-0017-05

Study on Fracture Resistance of Occlusal Veneers Fabricated by Three Different CAD/CAM Ceramic Materials

HUANG Xiaoyan， DONG Rui， WANG Peihuan， FU Chongjian， LIU Yuxiao

（ Department of Stomatology， the 960th Hospital of PLA， Jinan 250031， Shandong， China ）

Abstract： Objective To explore the fracture resistance of occlusal veneers fabricated by three different CAD/CAM ceramic materials. Methods A right mandibular first molar with normal morphology in vitro was scanned and its digital model was constructed. Then digital preparation of occlusal veneer were processed on the digital models， the thickness of the digital veneers was 1.0 mm， 1.5 mm， 2.0 mm， 2.5mm separately. Then the data was transferred to the carving machine and the processing of the veneers was completed with a sort of resin-based ceramic ignot and two sorts of lithium disilicate glass-ceramic ignot. 120 occlusal veneers were fabricated while every sort of ceramic ingot with every thickness is 10. Then the occlusal veneers were bonded to the 3D printed hard resin bodies. After cyclic loading， the vertical loading experiment was conducted to the veneers by electric universal test machine. The fracture resistance strength was recorded and the failure modes were observed. SPSS22.0 was used to analyze the data. Results The results of fracture load showed that the difference of fracture load between the three materials was statistically significant when the thickness was 1.0 mm， 1.5 mm and 2.0 mm （P＜0.05）， while there was no statistically significant difference between the two glass-ceramics when the thickness was 2.5 mm （P＞0.05）. There was significant difference in fracture load between glass ceramics and resin-based ceramics （P＜0.05）. The fracture load increases with the increase of the thickness of the two glass-ceramics （P＜0.05）. The fracture load of resin-based ceramics increased with the thickness of 1.0 mm， 1.5 mm and 2.0 mm （P＜0.05）. The fracture modes of the three kinds of occlusal surfaces were cracks， crushing and fracture. Conclusion The fracture resistance of three different CAD/CAM ceramic occlusal veneers can meet the demand of the restoration of posterior tooth occlusal defect， the operation steps of resin-based ceramics are relatively simple. In clinical practice， the thinner veneer should be selected to repair the temporal-mandibular joint， so as to facilitate the adaptation of temporal-mandibular joint.

Key words： lithium disilicate glass ceramic; resin-based ceramic; occlusal veneer; fracture resistance; failure mode

后牙牙合面缺损是口腔临床常见疾病，多见于牙列重度磨耗，酸蚀症等。随着数字口腔技术的进步，全瓷牙合贴面在后牙牙合面缺损修复尤其是牙列重度磨耗咬合重建方面表现出较大的潜力[1-2]。全瓷牙合贴面修复的实现，依赖于全瓷材料的进步。临床上全瓷牙合贴面全瓷材料的选择，目前尚缺乏系统的循证医学证据支持。本研究从全瓷牙合贴面机械性能着手，探讨了三种CAD/CAM全瓷材料全解剖式牙合贴面的抗折能力，为临床应用提供参考。

1 材料和方法

1.1 材料和设备选择：临床采集下颌右侧第一磨牙1颗，要求外形良好，各项维度接近正常下颌第一磨牙的均值，无龋坏、缺损或充填体；IPS e.max CAD瓷块（Ivoclar Vivadent，Liechtenstein），VITA SUPRINITY瓷块（VITA，Germany），Lava Ultimate优韧瓷（LAVA，USA），硬质树脂材料（C&B，Korea），义获嘉树脂粘接剂套装（Ivoclar Vivadent，Liechtenstein），齿科3D扫描仪（先临DS-MIX，中国杭州），齿科3D打印机（先临AccuFab-D1s，中国杭州），Exocad webview牙科设计软件（GmbH，Germany），西诺德全瓷切削设备（Sirona，Germany），INSTRON 8872循环加载机（INSTRON，USA），UTM5305电子万能材料试验机（深圳三思，中国），光固化机（Dentsply，USA）。本研究获得本院伦理委员会批准[（2022）科研伦理审第（77）号]。

1.2 实验试件的制作：扫描离体下颌右侧第一磨牙，建立数字模型，应用Exocad webview牙科设计软件，在数字模型上进行牙合贴面数字备牙，牙合面均匀降低一定高度，边缘圆钝，厚度分别为1.0 mm，1.5 mm，2.0 mm，2.5 mm，设计数字牙合贴面（见图1～2）。根据预备厚度，使用CAD/CAM全瓷切削设备分别制作IPS e.max CAD瓷，VITA SUPRINITY瓷，Lava Ultimate优韧瓷三种牙合贴面，每种牙合贴面每个厚度10例，共120例。设计并3D打印硬质树脂代型，代型全高15 mm。树脂代型和全瓷牙合贴面制作完成后（见图3），将牙合贴面表面打磨，抛光，IPS e.max CAD瓷和VITA SUPRINITY瓷牙合贴面置入烤瓷炉烧结完成，应用义获嘉树脂粘接套装按程序将牙合贴面加压（压力计，50 N）粘接于相应硬质树脂代型上（见图4）；Lava Ultimate优韧瓷牙合贴面不做烧结，组织面使用50 um氧化铝颗粒在2bars压力下进行喷砂，直至呈哑光状态，使用义获嘉树脂粘接剂将牙合贴面加压（压力计，50 N）粘接于硬质树脂代型上。将粘接完毕试件常温放置2 h，然后再浸于蒸馏水并放置于37℃恒温箱24 h。将所有试件依次固定于循环加载机上进行循环加载，频率10 Hz，循环载荷应力范围为0～250 N，周期10万次[3]。共获得120个不同陶瓷材料牙合贴面实验试件。

图1 数字设计牙合贴面

图2 数字牙合贴面与代型

图3 树脂代型和全瓷牙合贴面制作完成

图4 牙合贴面粘接于代型

1.3 牙合贴面抗折能力测试：在每个牙合贴面试件牙合面选取近舌尖，远舌尖，远颊尖三点，形成加载平面。修整所有代型底座，使底面平行于加载平面。将所有试件依次置于电子万能材料试验机上，圆形不锈钢加载头垂直于牙合面，加载头与加载平面形成稳定的接触关系。加载头与牙合面间放置厚度为0.5 mm硅胶片做缓冲。电子万能材料试验机以0.5 mm/min速度垂直加载直至试件失效。失效标准：加载曲线出现拐点，转而下降，此时试件合并有轻脆的碎裂声，牙合贴面出现肉眼可见裂缝或（和）碎裂。记录加载曲线和试件失效时的断裂载荷。大体观察和立体显微镜观察记录每个试件失效模式。

1.4 统计学分析：牙合贴面断裂载荷以均数±标准差（x¯±s）描述，以SPSS 22.0软件分析比较结果，对数据进行配对样本的t检验，以P＜0.05为有统计学意义。

2 结果

2.1 三种不同全瓷材料牙合贴面断裂载荷：所有试件均成功完成垂直加载试验，断裂载荷均值见表1，应力-位移典型曲线见图5。断裂载荷结果显示，在厚度为1.0 mm、1.5 mm、2.0 mm时三种材料间断裂载荷比较差异有统计学意义（P＜0.05），厚度为2.5 mm时，两种玻璃陶瓷之间差异无统计学意义（P＞0.05），而玻璃陶瓷和树脂基陶瓷之间断裂载荷比较差异有统计学意义（P＜0.05）。两种玻璃陶瓷随着厚度增加，断裂载荷也随之增大（P＜0.05）；树脂基陶瓷在厚度为1.0 mm、1.5 mm、2.0 mm时的断裂载荷也随着厚度增大（P＜0.05）。

2.2 牙合贴面失效模式：三种陶瓷牙合贴面的失效模式均表现为裂纹、局部破碎和折裂（见图6～7）。记录标准如下。裂纹为断裂局限在瓷层内，单纯出现裂隙条纹者，贴面形态未发生变化；局部破碎为断裂呈现粉碎性破坏，以加载点为中心裂纹向四周放射状扩展；折裂为断裂出现全瓷层折断，粘接界面破坏，以及合并硬质树脂代型折裂者。见图6。立体显微镜下观察显示：裂纹仅呈现为瓷层内的裂隙；破碎起源于牙尖接触部，裂纹呈放射状向四周蔓延，放射状裂纹并非直线进展，而是呈现不连续的台阶状；折裂多为全瓷层的破坏，呈牙尖贯通状，形成较大的裂缝。见图7。三种全瓷牙合贴面失效模式分布方式见表2。

3 讨论

随着对咬合疾病研究的不断深入，重度牙列磨耗和酸蚀症等导致的后牙牙合面缺损修复成为研究热点。虽然常规修复方法固定全冠式咬合重建效果肯定[4]，但是它存在着磨牙多，步骤繁琐复杂等问题，临床上逐渐探讨使用数字和微创的方法加以取代。全瓷牙合贴面是一种后牙牙合面缺损微创修复方法[5]，它磨牙少，可数字化设计、制作，简化治疗步骤。将全瓷牙合贴面应用于后牙咬合重建，首先需要制作牙合贴面的陶瓷材料抗折性能能够满足临床需求。通常认为氧化锆是目前抗折强度最大的全瓷材料，但是由于其可粘接性能有待突破[6]，较少应用于制作主要依赖粘接固位的修复体，因此本课题未将氧化锆全瓷纳入样本，而是选择了三种具有良好粘接性能的CAD/CAM陶瓷瓷块[7]，其中IPS e.max CAD瓷、VITA SUPRINITY瓷为二硅酸锂玻璃陶瓷，Lava Ultimate优韧瓷为树脂基陶瓷。

通常认为，二硅酸锂玻璃陶瓷是一种兼具美观和强度的陶瓷材料，主要成分为氧化硅和氧化锂等，可以用于制作全瓷冠，前牙美学贴面，嵌体等[8-10]，其加工性能良好，可以通过CAD/CAM技术椅旁加工，可实现快速制作，快速修复。IPS e.max CAD瓷为常规二硅酸锂玻璃陶瓷，VITA SUPRINITY瓷为氧化锆增韧性二硅酸锂玻璃陶瓷，含有10%的氧化锆，均为主流的玻璃陶瓷材料。Lava Ultimate优韧瓷是一种树脂基陶瓷，它以复合树脂为基质，将陶瓷颗粒（80%）通过纳米化和硅烷化技术包裹在高度交联的树脂基体中，除了可以数字化切削加工，其修补也较为容易，也是一种较为理想的牙科陶瓷材料。应用二硅酸锂玻璃陶瓷和树脂基陶瓷制作后牙牙合贴面，其抗折性能是重要参考指标，也是目前的研究热点之一[11-14]。尽管各种成品陶瓷瓷块有参数表明其性能，但是同种材料不同厚度的牙合贴面抗折能力差异，需要加以研究论证，瓷块在经过疲劳试验后其性能特点也尚待证实。有学者回顾了文献，发现多数研究设计的牙合贴面厚度在0.7～1.0 mm[5]，还有学者探讨了牙合贴面的抗折能力，设计最大厚度均≤1.2 mm[15-16]。但是对于重度牙合面磨耗的后牙，多数患者是牙釉质重度缺失，部分患者暴露牙本质，缺损牙体厚度多数1.0～2.5 mm。因而，本研究选择了1.0 mm、1.5 mm、2.0 mm、2.5 mm四个厚度进行研究，更加贴近临床重度牙列磨耗修复需要。

文献报道，二硅酸锂玻璃陶瓷具有比较高的挠曲强度[17]，可达360～400 Mpa，且多次烧结后仍能满足牙合贴面修复需要[18]，但是不同类别的二硅酸锂玻璃陶瓷间的差别尚待明确。本研究表明，在1.0 mm，1.5 mm，2.0 mm厚度组，两种玻璃陶瓷牙合贴面的抗折能力有差异，说明在特定厚度，不同类别玻璃陶瓷间抗折性能也有较大差异，可能与IPS e.max CAD硬度较高有关[7]。虽然VITA SUPRINITY瓷添加了氧化锆增韧，但是在较低厚度条件下尚不能表现出强度增强的优势，可能与增韧材料含量低有关。在2.5 mm组，两种玻璃陶瓷牙合贴面抗折能力无显著性差异，提示当达到一定厚度时，两者的抗折性能趋于一致。研究结果还表明，同种玻璃陶瓷材料不同厚度牙合贴面的断裂载荷差异有统计学意义，随着厚度的增加，抗折能力亦逐渐增加，与Sasse的研究结果相同[19]。就Lava Ultimate优韧瓷而言，牙合贴面抗折性能与玻璃陶瓷牙合贴面相比表现出不同的特点，应力-位移曲线坡度相对平缓，相同厚度的条件下，两者断裂载荷之间差异有统计学意义，优韧瓷牙合贴面大于玻璃陶瓷者。这可能是由于优韧瓷的树脂基结构使得其弹性模量更接近天然牙本质[20]，材料的韧性优于玻璃陶瓷，同等受力条件下形变会大于玻璃陶瓷，有一定的缓冲作用[21]，因而表现出较高的断裂载荷。Lava Ultimate优韧瓷不同厚度牙合贴面间抗折能力亦表现出特点，在前三个厚度，优韧瓷断裂载荷随厚度增加而增大，前后间差异有统计学意义，在第四个厚度断裂载荷减小，与1.5 mm组接近，说明优韧瓷抗折能力随厚度增加而增大的趋势局限于一定的厚度范围，厚度达到2.5 mm，抗折能力反而下降。由于样本含量较小，该结果需要进一步研究证实。本研究结果显示Lava优韧瓷断裂载荷均接近或大于2 000 N，与类似研究相吻合[22]。两种玻璃陶瓷牙合贴面和Lava优韧瓷牙合贴面各个厚度的断裂载荷均大于后牙最大咀嚼力值（500～800 N）[15]，因而能够满足后牙牙合面缺损修复的需要。

研究发现，经过循环加载后，不论是玻璃陶瓷还是树脂基陶瓷，牙合贴面失效模式都表现为裂纹，局部破碎和折裂。失效多数集中于修复体内或局限于小范围牙体破坏[23]，随着厚度增加，裂纹逐渐减少，折裂增多，2.5 mm厚度折裂最多。这可能是因为，全瓷牙合贴面为单面覆盖式修复，垂直受力后颌力较快地从受力点向边缘扩散，边缘未有明显的肩台等止点，造成应力无法充分分散，因而在较薄的修复体较易出现裂纹。而随着牙合贴面厚度增加，贴面强度和脆性增加，受到较大的载荷后应力快速向边缘和代型传递，造成瓷层折裂，粘接界面破坏，或者合并代型同时折裂。局部破碎分布未呈现规律性，贴面瓷层破坏介于裂纹和折裂之间，破碎起始于牙尖，随着受力增大，首先出现裂纹，继而牙尖破碎，裂纹向周围放射扩散。

本研究采用扫描离体牙，数字设计牙合贴面和代型的方法，通过数字切削和3D打印制作牙合贴面和硬质树脂代型，保证了牙合贴面形态和代型的均一性，最大限度地去除了离体牙个体差异和人为因素对实验结果的影响。硬质树脂代型弹性模量与牙本质接近，理化性能稳定，加工性能良好，能够较好地模拟天然牙。循环加载实验也较好地模拟了咀嚼运动对牙合贴面的影响。以上都保证了实验结果的可靠性和可重复性。

综上，三种CAD/CAM全瓷材料牙合贴面抗折能力均能够满足后牙牙合面缺损修复的需要。本研究是体外实验，复杂的口内环境和加载模式尚不能完全模拟，相关研究将进一步加强。

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[收稿日期]2023-02-03

本文引用格式：黄小艳，董瑞，王培欢，等.三种CAD/CAM全瓷材料牙合贴面抗折能力实验研究[J].中国美容医学，2024，33（8）：17-21.