边缘设计对全锆冠强度、密合性和边缘质量影响的体外研究进展

    氧化锆陶瓷自二十世纪九十年代初被引入牙科修复领域以来，主要用于制作全瓷修复体的基底。但是，表面饰瓷的氧化锆全瓷修复体常因饰瓷层崩裂或剥脱，导致修复体过早失败。Marchark 等于2011 年首次报道了无需饰瓷的完全解剖形态氧化锆冠（简称全锆冠）的修复病例，此后，全锆冠的临床应用越来越广泛。
    固定修复体的边缘（margin）是修复体与预备体唯一与口腔环境发生连通的区域。合适的边缘设计和精确的牙体预备关系到修复体的长期稳定性及美学效果。边缘设计既要考虑形态又要考虑厚度。固定修复体的边缘形态主要分为肩台边缘（shoulder edge）、凹槽边缘（chamfer edge）、刃状边缘（knife edge，亦称羽状边缘feather edge）、斜面边缘（bevel edge）等。
    肩台边缘与预备体轴面一般成直角，能为修复体边缘提供足够的空间，满足修复体强度及美观要求；但90°的内线角处可能产生应力集中，造成边缘瓷崩裂，因此应预备成内线角圆顿的直角肩台。凹槽边缘，可分为浅凹槽边缘和深凹槽边缘，牙体预备量较肩台边缘更为保守，边缘位置清晰，但易形成无基釉边缘，对修复体远期效果产生不利影响；为避免无基釉的产生，预备时凹槽边缘宽度不应超过预备车针的半径。
    刃状边缘所需预备的牙体组织量最少，修复体边缘趋于刀刃状薄边；刃状边缘在制作过程中易变形，以往仅用于强度高的金属边缘。肩台边缘及凹槽边缘是全锆冠常采用的边缘形态。近年来，随着高强度氧化锆陶瓷和高精度计算机辅助设计与加工制造（Computer-Aided Design And Manufacturing，CAD/CAM）的发展，更符合微创理念的刃状边缘在全锆冠的边缘设计中得以应用。
    目前，临床上尚未就全锆冠的边缘设计达成共识，修复体边缘设计仍主要依赖于医生的经验和对患牙余留牙体情况的判断。因此，本文就不同边缘设计对全锆冠抗折强度、边缘密合性和边缘质量影响的体外研究进展进行综述，以期为未来进行临床研究提供思路，为全锆冠的边缘设计提供循证依据。
    1.边缘设计对全锆冠抗折强度的影响
    1.1 边缘厚度对全锆冠抗折强度的影响
    采用肩台边缘和凹槽边缘形态时，全锆冠的抗折强度随着边缘厚度的增加而提高。同时，Nakamura等发现咬合面厚度对凹槽边缘全锆冠的抗折强度也有影响，提示我们在边缘厚度不足时，可以通过适当增加咬合面厚度来提高全锆冠的整体抗折强度。相反，当咬合空间不足时，不宜采用过薄的边缘设计。
    1.2 边缘形态对全锆冠抗折强度的影响
    在Findakly 等的研究中，刃状边缘全锆冠的抗折强度不及1.0 mm 肩台边缘全锆冠。但是，相比边缘较薄的凹槽和肩台边缘全锆冠，刃状边缘全锆冠具有更高的抗折强度，这可能与边缘形态不同，全锆冠的应力分布模式不同有关。凹槽边缘和肩台边缘全锆冠受力时，冠边缘分散咬合应力，当咬合应力达到一定程度时，全锆冠边缘容易折裂；而刃状边缘全锆冠受力时，应力主要集中在全锆冠咬合面，冠边缘不分担咬合应力，相比较薄的冠边缘，较厚的咬合面能承受更大的应力，因此刃状边缘全锆冠的整体抗折强度更高。
    1.3 边缘形态对全锆冠断裂模式的影响
    Niwut等和Marit 等发现凹槽边缘全锆冠的裂纹起源于冠边缘的微小缺陷，裂纹沿着压缩应力环方向，向轴面和咬合面扩展。但是，也有研究显示无论采用何种边缘形态，裂纹均起源于全锆冠咬合面的加载点下方。这些差异可能是实验设计的细节不同造成，例如样品不同、加载头直径、代型弹性模量及老化方式不同等。
    不同边缘形态的全锆冠，裂纹扩展特点不同。肩台边缘和凹槽边缘全锆冠的裂纹从全锆冠咬合面的加载点下方向冠边缘扩展，最终导致基牙颈部和/或冠边缘断裂。刃状边缘全锆冠的裂纹向代型/基牙的咬合面扩展，最终多以冠中线断裂为主。上述研究中的全锆冠，无论采取何种边缘设计，其抗折强度均远高于人体最大咬合力850 N，能够满足临床需求。当采用较薄的肩台边缘和凹槽边缘，特别是刃状边缘设计时，确保全锆冠的咬合面有一定的厚度对于获得较高的抗折强度非常重要。
    2.边缘设计对全锆冠边缘密合性及微渗漏的影响
    优秀的边缘密合性是固定修复成功的关键因素之一，较大的边缘间隙会导致粘接剂溶解、菌斑堆积，还会造成基牙牙颈部微渗漏，导致继发龋、牙髓炎、牙髓坏死等，最终造成修复失败。
    2.1 边缘厚度对全锆冠边缘密合性的影响
    关于边缘厚度对全锆冠边缘密合性是否有影响，目前的研究结果尚存在争议。Mina 等的研究显示，边缘厚度对凹槽边缘全锆冠的垂直边缘间隙无显著影响。但是Walaa 等得到相反的结论，相比于0.5 mm 和1.2 mm，将边缘厚度设置为1.0 mm都更利于凹槽边缘全锆冠的边缘密合。同时，该研究还揭示了边缘厚度、咬合面厚度及烧结工艺这三个因素之间的交互作用。氧化锆在高温下发生蠕变，全锆冠越薄，内部应力越大，烧结过程中蠕变越严重，从而造成较大的垂直边缘间隙。
    氧化锆蠕变率随着温度升高呈指数提高，快速烧结工艺温度高于标准烧结工艺，因此，采用快速烧结工艺制作的全锆冠的垂直边缘间隙普遍高于标准工艺。上述实验均采用直接观察法测量垂直边缘间隙，结果差异可能是实验样本量较少导致的。有文献报道测试至少30 个样本，对每个样本进行至少50 次测量才可产生可靠的结果。同时上述研究采用不同品牌的氧化锆，蠕变速率不同也会导致测量结果偏差。目前，未见关于边缘厚度对肩台边缘全锆冠边缘密合性影响的相关研究。
    2.2 边缘形态对全锆冠边缘密合性的影响
    边缘厚度相同（1.0 mm）的凹槽边缘和肩台边缘全锆冠，垂直边缘间隙没有显著差异。刃状边缘全锆冠和1.0 mm 肩台边缘全锆冠，垂直边缘间隙也没有显著差异。Ji 等发现，氧化锆品牌与边缘形态对全锆冠绝对边缘间隙具有显著影响，Prettau Zirconia 组全锆冠边缘过度延伸，凹槽边缘绝对边缘间隙显著小于肩台边缘，而Zenostar ZRtranslucent 组全锆冠边缘延伸不足，肩台边缘绝对边缘间隙显著小于凹槽边缘，这可能和不同品牌的氧化锆收缩率不同有关。
    2.3 边缘形态对全锆冠微渗漏的影响
    产生微渗漏的主要原因是修复材料与牙体组织的热膨胀系数不同，当温度急剧变化时产生热应力，从而形成边缘裂缝。保持冠边缘完整是减小微渗漏的关键因素之一。Ferrari 等研究发现，刃状边缘与凹槽边缘全锆冠的边缘微渗漏无显著性差异。这是由于材料和加工工艺不断发展，全锆冠的边缘缺陷得到有效控制，降低了边缘微渗漏的发生。但该研究未进行冷热循环及动态疲劳加载实验，研究结果仅代表全锆冠粘接初期的边缘微渗漏现象。综上，采用不同边缘设计的全锆冠的边缘密合性均可满足临床要求。
    为了获得更好的边缘密合性，更多因素需要被考量，例如原材料品牌、修复体的厚度、烧结工艺等。未来需要设计严格的随机对照实验及长期临床随访，以进一步研究边缘设计对全锆冠的边缘密合性和微渗漏的影响。
    3.边缘设计对不同制造工艺的全锆冠边缘质量的影响
    良好的边缘质量是影响修复体长期稳定性的重要因素，减少修复体边缘缺陷，增加修复体边缘完整性可减少机械并发症及生物并发症。边缘缺陷的形成与修复材料组成、边缘设计及应用制造工艺有关。
    3.1 边缘设计对减材制造的全锆冠边缘质量的影响
    目前，全锆冠最常用的制造工艺为软加工技术，即将氧化锆粉体制成块体并进行预烧结，再根据CAD 获得的修复体数字化蜡型，采用CAM 对预烧结氧化锆瓷块切削成型，完全烧结后得到最终修复体。有文献报道，相比凹槽边缘和肩台边缘全锆冠，刃状边缘全锆冠在制作过程中更易崩瓷，加工难度更高。
    这是由于氧化锆瓷块表面和内部都存在堆积缺陷，预烧结后瓷块呈现脆性，因此切削过程中容易出现崩瓷。尽管有研究证实采用硬加工技术制造的0.5 mm 凹槽边缘全锆冠，其边缘质量优于软加工技术。但是，由于需要专门的切削设备和耗材，硬加工技术很难得到推广。
    3.2 边缘设计对增材制造的全锆冠边缘质量的影响
    近年来，牙科修复体的增材制造技术飞速发展，3D 打印牙科修复体成为修复体制造领域的研究热点。立体光固化成型技术（Stereo lithography Appearance，简称SLA）是目前研究最为深入，最具临床应用前景的一种3D 打印技术。最近的一项研究报道，分别采用SLA 和软加工技术，制造0.5 mm 凹槽边缘和0.5 mm 肩台边缘全锆冠，所有全锆冠的边缘均表现为光滑无缺陷，但两种技术在应用于制造刃状边缘全锆冠时均产生了或大或小的边缘缺陷。
    Shen 等发明了三维胶态沉积法制造全锆冠。修复体初坯由纳米氧化锆胶体沉积而成，在未经烧结的状态下，对边缘和粘接面进行切削成型，该过程中材料发生塑性形变，不易崩瓷。与传统的软加工技术相比，采用三维胶态沉积法制造的凹槽边缘和刃状边缘全锆冠，边缘缺陷都更少，边缘质量更高。
    研究发现，边缘厚度对采用三维胶态沉积法制造的凹槽边缘全锆冠的边缘质量有影响，0.3 mm 凹槽边缘全锆冠边缘缺陷率高于0.5 mm凹槽边缘全锆冠。目前，增材制造技术在牙科陶瓷修复体成型领域仍处于起步阶段，为了提高全锆冠的边缘加工质量，需不断优化修复材料和制造工艺，同时进一步完善相关评价。
    4.总结与展望
    凭借优秀的机械性能、生物相容性和不断跟进的美学性能，全锆冠受到越来越多医生和患者的欢迎。大量体外研究证实，无论采用何种边缘设计，全锆冠的抗折强度和边缘密合性均能满足临床需求。由于影响全锆冠的抗折强度和边缘密合性的因素较多，且多个因素间存在交互作用，因此为了进一步提高全锆冠的抗折强度和边缘密合性，需要在临床设计和制作过程中考量更多相关因素。
    减材制造技术制作的全锆冠在边缘过薄时容易发生崩瓷，从而影响边缘加工质量和边缘完整性。新型增材制造工艺，初步展现出了制作高边缘质量全锆冠的潜力。但边缘设计对采用新型增材制造工艺制作的全锆冠的抗折强度、密合性和边缘加工质量的影响还有待进一步研究。
    截至目前全锆冠的临床应用仅十余年，关于全锆冠的临床研究多为中短期研究。凹槽边缘和肩台边缘全锆冠的1-3 年成功率为93.6～100%，缺乏有关刃状边缘全锆冠临床疗效的报道。未来亟待更多的临床研究来明确边缘设计对全锆冠临床修复成功率的影响，从而为全锆冠的边缘设计提供更全面可靠的循证依据。