研究背景现代口腔正畸治疗中,成年人已成为矫治的一大群体。成年人由于社交、职业等原因,对正畸治疗的要求不仅仅停留在矫治后的美观改善,对矫治器的美观性也提出了更高的要求,希望出现“美观的正畸治疗”。这就要求矫治器更加隐蔽、美观,符合部分患者尤其是成年女性患者的生理、心理需求。目前美观矫治系统主要有三种：唇侧美观托槽矫治系统、舌侧矫治系统、无托槽隐形矫治系统。唇侧美观托槽又包括唇侧陶瓷托槽和塑料托槽。临床使用及研究最多的陶瓷托槽是氧化铝陶瓷托槽,这类托槽具有美观、强度高、耐磨损、生物相容性好等优点,但氧化铝陶瓷断裂韧性较低,在矫治过程中及去除托槽时易发生断裂,尤以托槽结扎翼断裂最为常见。托槽断裂不仅延误患者的治疗,而且患者有吸入托槽断片的危险。塑料托槽在临床应用中易着色、硬度和强度低、耐磨性差,在承受正畸力负载中易发生变形、损坏和槽沟蠕变。基于这些缺点,塑料托槽已逐渐停止使用。舌侧矫治系统及无托槽隐形矫治系统美观性好,但是舌侧矫治临床操作不便,对舌体刺激较大,影响发音以及口腔卫生等：隐形矫治适应症相对较窄,矫治效果不及固定矫治,且对患者依从性要求较高,一定程度上限制其在正畸临床中的应用。目前各种矫治系统均存在一定不足,因此有必要研发新型矫治器系统。氧化锆陶瓷由于具有较高的断裂韧性、强度、硬度、耐磨性、化学稳定性及生物相容性等优良性能,从陶瓷材料中脱颖而出,成为最有发展前景的新型牙科结构材料。和氧化铝陶瓷相比,氧化锆陶瓷显现出了更高的机械参数(抗弯强度为900-1200MPa,断裂韧性为9-10MPa·m1/2,是氧化铝陶瓷的2-3倍)。但是牙科氧化锆陶瓷多呈白垩色,无法满足临床上对颜色匹配的要求。如果氧化锆陶瓷本身的颜色能够接近自然牙的色泽和半透性,就可以省却不必要的遮色或减少饰面瓷的厚度,增加美观性。所以人们通常将氧化锆坯体浸泡于染色液内进行着色,或在氧化锆瓷粉内添加着色剂进行着色,然后进行烧结,从而获得与天然牙协调一致的美学效果。氧化锆陶瓷的加工水平也在不断提高,如利用计算机辅助设计与计算机辅助制作(CAD/CAM)系统加工全瓷修复体,这种方法成为牙科陶瓷修复的研究热点。CAD/CAM系统二十世纪七十年代开始应用于牙科学,以其快速、简便、精确等优点而获得牙科医生的认可和青睐。CAD/CAM系统在口腔科学中的应用主要集中在修复学,在正畸中主要应用于个性化舌侧矫治和无托槽隐形矫治中。国内外尚未见到应用CAD/CAM系统将可切削氧化锆陶瓷加工成个性化牙色陶瓷托槽的报道。研究目的本研究将CAD/CAM技术、高强度氧化锆材料以及个性化配色方案相结合,制作个性化牙色氧化锆陶瓷托槽试件,并对其粘结性能和美观性能进行评价,为陶瓷托槽加工工艺的优化及美观性的改进提供新的思路。为个性化牙色氧化锆陶瓷托槽的开发和应用提供参考依据。材料与方法第一部分收集40颗因正畸治疗而拔除的无龋坏、修复体和其它肉眼可见釉质缺损的上颌第一前磨牙,去除表面残留的软组织,消毒清洗干燥后,离体牙表面喷涂阻射剂,并垂直固定于硅胶泥中,使用3Shape D700三维牙科扫描仪进行扫描并将数据保存为STL格式。将三维扫描的离体牙STL格式数据导入Pro/Engineer软件,在Pro/Engineer软件环境下,进行计算机辅助个性化氧化锆陶瓷试件设计,试件大小为4mm×3mm×2mm。试件定位于离体牙牙冠唇面中心,其底面形态与对应牙面形态一致,将数据保存为STL格式。将氧化锆陶瓷试件的STL格式数据导入WorkNC Dental软件中,应用DWX-50五轴数控牙科雕刻机对Upcera氧化锆瓷块进行加工。切削后的试件完全置于Upzir氧化锆专用染色液A3色中浸泡着色5min,干燥后进行烧结,烧结温度为1480℃,保温2h。得到个性化牙色氧化锆陶瓷试件。第二部分收集20颗因正畸治疗而拔除的无龋坏、修复体和其它肉眼可见釉质缺损的上颌第一前磨牙,随机分为两组。离体牙酸蚀30s,严格按照京津釉质粘结剂和3M Transbond XT光敏树脂粘结剂的操作要求,将Fascination(?)2多晶氧化铝陶瓷托槽粘结至牙冠唇面中心。24h后,应用ElectroPuls E1000电子动静态万能材料试验机测定剪切粘结力。计算剪切粘结强度P(MPa)＝剪切粘结力F(N)/粘结面积S(mm2),统计粘结剂残留指数,观察托槽脱落后断裂数以及釉质表面出现明显缺损的离体牙数。第三部分将第一部分中加工的40个氧化锆陶瓷试件及其对应离体牙随机分为A、B、C、D四组,每组10颗。A组：试件粘结面无处理+京津釉质粘结剂,B组：试件粘结面无处理+3M Transbond XT光敏树脂粘结剂,C组：试件粘结面110μm氧化铝喷砂10s(距离10mm,空气压力为0.4MPa)+京津釉质粘结剂,D组：试件粘结面110μm氧化铝喷砂10s(距离10mm,空气压力为0.4MPa)+3M Transbond XT光敏树脂粘结剂。离体牙酸蚀30s,将四组试件按照要求粘结至对应离体牙牙冠唇面中心,24h后,应用ElectroPuls E1000电子动静态万能材料试验机测定剪切粘结力。计算剪切粘结强度P(MPa)=剪切粘结力F(N)/粘结面积S(mm2),统计粘结剂残留指数,观察试件脱落后断裂数以及釉质表面出现明显缺损的离体牙数。按照第一部分中介绍的方法额外加工两个氧化锆陶瓷托槽试件,其中一个试件粘结面采用110μm氧化铝颗粒距离粘结面10mm,在0.4MPa压强下喷砂10s。扫描电镜分别观察喷砂及未喷砂试件粘结面的表面结构。第四部分随机挑选10名门诊正畸患者,编号为①-⑩。①-⑤号患者左上切牙与⑥-⑩号患者右上切牙为实验组,①-⑤号患者右上切牙与⑥-⑩号患者左上切牙为对照组。使用ShadeEye-NCC电脑比色仪分别对实验组上颌切牙的临床牙冠唇面中心处进行比色。记录被测牙根据Vita经典16色系所显示的比色结果。取患者的上颌硅橡胶印模,灌注超硬石膏,将石膏模型固定于D700扫描仪工作台上,进行全方位扫描,对扫描影像进行数字化牙颌模型的三维重建,并将数据保存为STL格式。将数据导入Pro/Engineer软件,进行计算机辅助上颌切牙个性化氧化锆陶瓷托槽的设计。中切牙托槽大小为4mm×4mm×2mm,侧切牙托槽大小为4mm×3mm×2mm,试件大小的设定参考对照组Fascination(?)2氧化铝陶瓷托槽。托槽定位于临床牙冠中心,数据保存为STL格式。将数据导入WorkNC Dental自动化义齿加工解决方案,应用DWX-50五轴数控牙科雕刻机按设计对氧化锆预成坯体进行加工。按照比色结果将试件完全浸泡于不同色号的Upzir氧化锆专用染色液内5min,干燥后进行烧结,烧结温度为1530℃,保温2h。得到个性化牙色氧化锆陶瓷托槽。使用电脑比色仪依次测定10名患者的上颌切牙临床牙冠中心处色度值,色度系统采用CIE-1976-Lab系统。将氧化锆陶瓷托槽和氧化铝陶瓷托槽暂时固定于对应天然牙临床牙冠中心处,电脑比色仪测定粘结于对应天然牙牙面上的陶瓷托槽的色度值。计算陶瓷托槽与对应天然牙之间的色差值(AE)。AE的计算公式为ΔE=[(ΔL)2+(Δa)2+(Δb)2]1/2,ΔL、Δa、Δb分别为样本间L、a、b值之差。结果1.未喷砂组个性化氧化锆陶瓷托槽试件与京津釉质粘结剂和3M Transbond XT光敏树脂粘结剂的剪切粘结强度分别为4.737±1.191MPa、4.272±1.012MPa,喷砂组个性化氧化锆陶瓷托槽试件与两种粘结剂的剪切粘结强度分别为9.762±2.039MPa、8.848±1.211MPa.两种粘结剂的剪切粘结强度无显著性差异(P>0.05);喷砂组与未喷砂组的剪切粘结强度有显著差异(P<0.05),喷砂组显著高于未喷砂组。2.氧化铝陶瓷托槽Fascination(?)2与京津釉质粘结剂及3M Transbond XT光敏树脂粘结剂的剪切粘结强度分别为10.142±2.994MPa、13.790±2.889MPa。两组剪切粘结强度有显著差异(P<0.05)。3.个性化牙色氧化锆陶瓷托槽和氧化铝陶瓷托槽与天然牙的色差值分别为3.145±1.745NBS、6.357±1.718NBS,两组色差值有显著差异(P<0.05)。个性化牙色氧化锆陶瓷托槽与对应天然牙的色差小于氧化铝陶瓷托槽。结论1.经氧化铝颗粒喷砂处理的氧化锆陶瓷与3M Transbond XT光敏树脂粘结剂及京津釉质粘结剂的剪切粘结强度均可满足正畸临床粘结需要,且去除时不易引起釉质损伤。未经表面处理时,氧化锆陶瓷与两种正畸常用粘结剂的剪切粘结强度较低,无法满足临床所需。2.正畸临床使用的Fascination(?)2多晶体氧化铝陶瓷托槽,与京津釉质粘结剂及3M Transbond XT光敏树脂粘结剂的剪切粘结强度均能满足正畸临床粘结需要,但是使用Transbond XT光敏树脂粘结剂进行粘结时,去除托槽可能引起釉质损伤,临床医生在使用时应小心谨慎。3.经个性化染色的氧化锆陶瓷托槽的美学效果在临床可接受范围内,但是其美观性尚未实现最佳化,未来需要在个性化颜色配比方面进行更深层次的研究。