李 怡，王丽瑜，刘晓强，周 倜，吕季喆，谭建国

(1. 北京大学口腔医学院·口腔医院修复科，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，北京 100081； 2. 南京医科大学口腔医学院，南京 210029； 3. 烟台市口腔医院福山分院修复科，烟台 264001)

计算机辅助设计和计算机辅助制作(computer-aided design and computer-aided manufacturing，CAD/CAM)技术及椅旁切削陶瓷材料的快速发展，满足了人们对口腔修复体美观性、生物相容性和耐用性日益增长的需求[1-2]。目前，椅旁CAD/CAM陶瓷修复材料主要包括玻璃基陶瓷(glass-matrix cera-mics)和树脂基陶瓷(resin-matrix ceramics)两大类[3]。玻璃基陶瓷具有理想的颜色和半透明度，同时也具有良好的抗折性能和粘接性能[4-6]；树脂基陶瓷结合了传统陶瓷与复合树脂的优点，具有良好的美观效果和可切削性能，加工后无需烧结和上釉，可简化椅旁制作步骤[3, 7-8]。临床上，玻璃基陶瓷和树脂基陶瓷都可用于制作前牙贴面[9]。

贴面的边缘特征是评价修复体质量的重要指标，光滑且密合的边缘在减少微渗漏的同时有助于牙周组织健康[10-11]。研究表明，不同CAD/CAM系统制作的全冠修复体在边缘密合度上存在差异，总体上均可满足临床要求[12-13]。不同陶瓷材料的力学性能将影响其切削后的边缘粗糙度[14]，但目前针对国产陶瓷材料椅旁CAD/CAM瓷贴面边缘粗糙度和密合度的研究较少，有必要评价它们的特征和影响因素，以便为临床应用提供参考。

本研究旨在测量和比较不同材料及不同厚度椅旁CAD/CAM瓷贴面的边缘特征，并测量两种陶瓷材料的力学性能。

1 材料与方法

1.1 测试瓷贴面的边缘特征

1.1.1分组设计 根据陶瓷材料类型(玻璃基陶瓷、树脂基陶瓷)和贴面厚度(0.3 mm、0.5 mm)将贴面分为4组(表1)。使用统计软件G*Power 3.1计算样本量：以边缘密合度为主要测量指标，统计检验方法为单因素方差分析，设置效应量d=0.6，检验水准α=0.05，检验力1-β=0.80，分组数为4，计算出总样本量为35，最终总样本量设计为36，每组样本量设计为n=9。

1.1.2制作瓷贴面 将树脂人工牙固定于红白打样膏底座上，在周围粘接3个树脂三棱锥，用于扫描后的数据配准(图1)。在人工牙上模拟临床条件进行对接型瓷贴面牙体预备[15]，制备颈1/3厚度为0.3 mm、0.5 mm的贴面预备体各9个。牙体预备所用的车针为具有深度指示功能的金刚砂车针，用于指导牙体预备量。利用2.5倍放大镜检查确认贴面预备体边缘清晰、光滑、连续。利用扫描仪扫描贴面预备体，设计瓷贴面。设置参数为：粘接剂间隙0.020 mm，额外粘接剂间隙0.050 mm，到边缘线的距离1.000 mm，平滑距离0.200 mm，车针半径0.500 mm，车针补偿间距0.510 mm。利用椅旁切削设备制作颈1/3厚度为0.3 mm和0.5 mm的玻璃基陶瓷贴面和树脂基陶瓷贴面(n=9)， 4组共计36个。每组切削样本时均采用新的切削车针，且保证切削设备经过校准。切削完成后，玻璃基陶瓷贴面按照厂家建议的参数进行烧结。将贴面在蒸馏水中超声荡洗1 min彻底清洁。

图1 树脂人工牙模型 图2 贴面边缘粗糙度测量方法 图3 贴面边缘密合度的测量点 图4 三点弯曲试验示意图Figure 1 Resin typodont used in this study Figure 2 Measurement of marginal roughness of laminate veneers (Marginal curve of laminate veneer was marked by white line, marginal roughness was measured by green line) Figure 3 Annotation points for marginal fitness of laminate veneersFigure 4 Schematic diagram of 3-point flexural test

1.1.3测试边缘粗糙度 利用数码相机在50倍体式显微镜下拍摄瓷贴面龈边缘中部5 mm的照片。在ImageJ软件(National Institutes of Health，美国)内标记瓷贴面边缘曲线，测量最高峰和最低谷之间的垂直距离(图2)，每个瓷贴面测量5点，以平均值作为边缘粗糙度[14]。

1.1.4测试边缘密合度 在瓷贴面和预备体之间注入间隙检查剂，压紧150 s至其完全固化。随后取下瓷贴面，间隙检查剂保留在预备体上，再次进行扫描。将该扫描数据与贴面预备体的扫描数据利用Geomagic Studio软件(3D Systems，美国)进行配准，使两次扫描数据置于同一坐标系内。在Geomagic Control X软件(3D Systems，美国)内测量唇面边缘的间隙检查剂厚度(图3)，每个贴面测量10点，以平均值为边缘密合度[16-17]。

1.2 测试力学性能

将玻璃基陶瓷和树脂基陶瓷分别加工成长度(13.5±0.5) mm、宽度(4.0±0.1) mm、高度(1.0±0.1) mm的条形试件[14](n=20)。在持续水冷却下，利用磨抛机逐级打磨抛光至3 μm。将试件在蒸馏水中超声荡洗1 min彻底清洁。利用数显卡尺测量试件尺寸，在万能力学试验机上采用三点弯曲试验测量两种陶瓷材料的力学性能(图4)。测试使用的传感器为1 kN，支撑跨度10 mm，加载速度0.5 mm/min。记录试件断裂时的最大荷载(N)和最大形变(mm)。测试的力学性能包括弯曲强度(σf)、弯曲模量(Ef)和回弹模量(Ur)[14]，计算公式分别为：

式中P为最大荷载(N)，L为支撑跨度(mm)，b为破坏点处试样的宽度(mm)，h为破坏点处试样的高度(mm)，m为荷载-挠度曲线线性部分的斜率(N/mm)。

1.3 材料及设备

所用材料及设备包括：CAD/CAM玻璃基陶瓷(爱尔创，中国)、CAD/CAM树脂基陶瓷(爱尔创，中国)、树脂人工牙(Nissin，日本)、金刚砂车针(Shofu，日本)、放大镜(Kavo，美国)、化学固化树脂(DMG，德国)、间隙检查剂(GC，日本)、扫描仪(3Shape，丹麦)、椅旁切削机(爱尔创，中国)、数显卡尺(广陆，中国)、磨抛机(Buehler，美国)、数码相机(Canon，日本)、体式显微镜(Nikon，日本)、万能力学试验机(Shimadzu，日本)。

1.4 统计学分析

计量数据以均数±标准差表示，使用SPSS Statistics 20.0(IBM，美国)对数据进行统计分析。对边缘粗糙度和边缘密合度进行单因素方差分析，并通过Tukey HSD方法进行组间多重比较，对弯曲强度、弯曲模量、回弹模量进行独立样本t检验。以P<0.05为差异有统计学意义。

2 结果

2.1 边缘粗糙度

四组贴面的边缘形貌见图5，边缘粗糙度测量结果见图6。0.3 mm和0.5 mm厚度的玻璃基陶瓷贴面边缘粗糙度分别为(24.48±5.55) μm和(19.06±5.75) μm，差异有统计学意义(P<0.001)； 0.3 mm和0.5 mm厚度的树脂基陶瓷贴面边缘粗糙度分别为(6.13±1.27) μm和(6.84±2.19) μm，差异无统计学意义(P>0.05)。玻璃基陶瓷贴面的边缘粗糙度大于树脂基陶瓷贴面，差异有统计学意义(P<0.001)。

A, macrophotograph of laminate veneers, dashed box represents area observed under stereomicroscope; B-E, stereomicrograph of laminate veneers at ×50 magnification (B, 0.3 mm glass-matrix ceramics; C, 0.5 mm glass-matrix ceramics; D, 0.3 mm resin-matrix ceramics; E, 0.5 mm resin-matrix ceramics).图5 贴面的边缘形貌Figure 5 Marginal topography of laminate veneers

* P<0.05, vs. 0.3 mm glass-matrix ceramics; # P<0.05, vs. 0.5 mm glass-matrix ceramics.图6 贴面的边缘粗糙度Figure 6 Marginal roughness of laminate veneers

表1 贴面的分组信息Table 1 Information of four groups of laminate veneers

2.2 边缘密合度

四组贴面的边缘密合度测量结果见图7。0.3 mm和0.5 mm厚度的玻璃基陶瓷贴面边缘密合度分别为(66.30±26.71) μm和(85.48±30.44) μm，0.3 mm和0.5 mm厚度的树脂基陶瓷贴面边缘密合度分别为(56.42±19.27) μm和(58.36±8.33) μm。两种厚度玻璃基陶瓷和树脂基陶瓷贴面的边缘密合度差异均无统计学意义(P>0.05)。

图7 贴面的边缘密合度Figure 7 Marginal fitness of laminate veneers

2.3 力学性能

两种陶瓷材料的力学性能测量结果见表2。玻璃基陶瓷的弯曲强度为(327.40±54.25) MPa，弯曲模量为(44.40±4.39) GPa，回弹模量为(1.24±0.37) MPa；树脂基陶瓷的弯曲强度为(173.71±16.61) MPa，弯曲模量为(11.88±0.51) GPa，回弹模量为(1.29±0.27) MPa。玻璃基陶瓷的弯曲强度和弯曲模量大于树脂基陶瓷，差异有统计学意义(P<0.001)，两种材料的回弹模量差异无统计学意义(P>0.05)。

表2 陶瓷的力学性能Table 2 Mechanical properties of ceramics

3 讨论

本研究测量和比较了厚度为0.3 mm和0.5 mm椅旁CAD/CAM玻璃基陶瓷与树脂基陶瓷贴面的边缘特征。结果表明，厚度为0.3 mm和0.5 mm的玻璃基陶瓷与树脂基陶瓷贴面的边缘粗糙度存在显著差异，边缘密合度无显著差异。

粗糙的修复体边缘会导致色素附着，影响修复体的美观效果[18]，同时，粗糙的边缘为细菌附着提供了场所，不利于自洁[19]。Wright等[20]研究表明，粗糙的修复体边缘还会导致修复体机械强度减弱。本试验通过体式显微镜观察和测量发现，在所研究的厚度范围内，玻璃基陶瓷贴面的边缘粗糙度大于树脂基陶瓷贴面的边缘粗糙度，玻璃基陶瓷贴面越薄边缘粗糙度越大，而树脂基陶瓷贴面的厚度不影响边缘粗糙度。这些结果表明，边缘越薄的修复体，采用树脂基陶瓷比玻璃基陶瓷更容易获得光滑完整的边缘。这可能是由于椅旁切削使用的是金刚砂车针，而树脂基陶瓷的脆性比玻璃基陶瓷低，不容易发生局部碎裂，进而保存了边缘完整性。椅旁CAD/CAM玻璃基陶瓷材料的厂家通常建议牙体预备时制备出明显的边缘凹槽，以保证修复体的边缘完整性。而本研究提示，采用树脂基陶瓷材料有望在更加微创的牙体预备条件下制作出边缘完整、形态规则的修复体。实际的临床应用时，由于树脂粘接剂可能充满粗糙间隙，边缘粗糙度对贴面长期临床效果的影响仍有待进一步观察。

修复体的边缘密合度是评价修复体成功与否的重要指标之一[21]。较大的边缘间隙会导致边缘渗漏，使得粘接剂溶解，菌斑聚集，增加了龋病和牙周病的患病概率，最终导致骨丧失和修复体失败[22-24]。修复体与牙体组织间理想的边缘密合度为25～50 μm[2]，但在临床工作中常常难以实现。Contrepois等[13]通过回顾分析既往469个研究得出，94.9 %的全瓷冠边缘密合度小于或等于120 μm，边缘密合度最大为174 μm，最小为3.7 μm。为避免上述不良反应的发生，目前研究认为较为满意的临床边缘间隙应小于120 μm[22]。本研究中，厚度为0.3 mm和0.5mm的椅旁CAD/CAM玻璃基陶瓷与树脂基陶瓷贴面的边缘密合度为56～85 μm，均可满足临床要求。

弯曲强度可用来评估材料抵抗弯曲破坏的能力，弯曲模量和回弹模量可以用来评估材料的刚度及其可弹性存储的能量[14, 25]，利用上述参数可以了解陶瓷材料在模拟咬合应力下的动态行为。本研究表明，玻璃基陶瓷表现出更高的弯曲强度和弯曲模量，承受变形的能力相对较低，材料相对较脆；树脂基陶瓷具有较低的弯曲强度和弯曲模量，承受变形的能力相对较高，材料更具韧性。因此，树脂基陶瓷贴面比玻璃基陶瓷贴面在切削时不易崩瓷，可加工性强，更容易形成光滑、完整的边缘。本研究中使用的树脂基陶瓷是在13%～43 %的树脂基质中加入无机填料，其韧性特征可归因于其中的树脂成分。此外，回弹模量是反映材料永久变形之前吸收能量多少的指标，修复体边缘的反复弹性变形可能会导致边缘微渗漏和修复体失败。本研究证实，两种陶瓷材料的回弹模量没有显著差异，但其临床意义仍有待研究。

综上，在本试验条件下，玻璃基陶瓷贴面的边缘粗糙度高于树脂基陶瓷贴面的边缘粗糙度，玻璃基陶瓷贴面厚度越厚，边缘粗糙度越小，而树脂基陶瓷贴面的厚度不影响边缘粗糙度。玻璃基陶瓷和树脂基陶瓷贴面的边缘密合度均可满足临床需要。玻璃基陶瓷贴面的弯曲强度、弯曲模量均高于树脂基陶瓷，与玻璃基陶瓷贴面相比，树脂基陶瓷贴面材料更具韧性，机械加工性更强，切削时更易得到光滑的边缘。未来将对上述瓷贴面进行老化试验，进一步评估不同材料和厚度椅旁CAD/CAM瓷贴面在老化后边缘特征的变化。

(志谢：感谢刘义可为本研究提供部分模具。)