不同椅旁可切削修復材料序列拋光時間及表面粗糙度與光澤度的比較

羅 昊，田福聰，王曉燕△

(1.北京大學口腔醫(yī)學院·口腔醫(yī)院牙體牙髓科，國家口腔醫(yī)學中心，國家口腔疾病臨床醫(yī)學研究中心，口腔生物材料和數(shù)字診療裝備國家工程研究中心，口腔數(shù)字醫(yī)學北京市重點實驗室，國家衛(wèi)生健康委員會口腔醫(yī)學計算機應用工程技術(shù)研究中心，國家藥品監(jiān)督管理局口腔生物材料重點實驗室，北京 100081；2.Department of Endodontics, Dental College of Georgia at Augusta University, Augusta GA30912, USA)

近年來，椅旁計算機輔助設(shè)計/輔助制作(computer aided design/computer aided manufacturing, CAD/CAM)修復由于操作簡便和高效，一次就診中即可完成修復治療，故在臨床中得到廣泛應用[1]。椅旁CAD/CAM可切削修復材料包括樹脂基材料、復合材料和陶瓷材料等[2]。修復體試戴過程中，臨床醫(yī)生常需在椅旁對修復體進行調(diào)改，導致修復體表面粗糙度增加，影響機械、美學以及生物學性能[3-5]，因此，調(diào)磨后的修復體需重新獲得光滑均質(zhì)的表面以滿足修復需要。對于陶瓷類CAD/CAM修復材料，不僅可以通過表面上釉的方法獲得光滑一致的表面，還能夠通過椅旁應用臨床拋光工具拋光達到相似的效果，而CAD/CAM復合材料以及樹脂類材料則不能通過上釉光滑表面，只能通過應用臨床拋光工具進行拋光。大量研究證實，CAD/CAM長石質(zhì)玻璃陶瓷修復材料使用Sof-Lex氧化鋁拋光碟系統(tǒng)進行拋光，能夠獲得更光滑的表面[6-7]。對于CAD/CAM復合材料及樹脂類材料，由于不同材料組成構(gòu)成差異大，目前尚無統(tǒng)一的拋光工具與拋光流程，但這類材料的成分或部分成分與復合樹脂直接修復材料相似，均主要由樹脂基質(zhì)與填料顆粒混合而成，而復合樹脂直接修復材料可采用Sof-Lex拋光碟系統(tǒng)拋光獲得相似的拋光效果[8]。

此外，臨床修復體的拋光效果與醫(yī)師的操作密不可分。在拋光過程中無論用何種拋光工具，均存在操作者偏倚，不同操作者拋光復合樹脂表面獲得的粗糙度差異存在統(tǒng)計學意義[9]。拋光時間是影響修復體表面粗糙度和光澤度的主要因素之一。臨床序列拋光要求醫(yī)生采用輕壓力，每步驟應拋光至修復體表面不再發(fā)生視覺變化，因此，每個拋光步驟應持續(xù)足夠的時間，最終使表面達到劃痕肉眼不可見的光滑程度。Jones等[10]的研究顯示使用SuperSnap拋光碟拋光復合樹脂(壓力為20～30 g)，拋光碟每步驟適宜的時間為20 s。Amaya-Pajares等[11]的研究則認為使用拋光尖拋光陶瓷材料時，各步驟適宜的時間為40 s。在不同修復材料拋光性能的研究中，大多數(shù)并未仔細描述具體操作流程，這可能是導致結(jié)論不一致的原因之一。臨床操作中，多數(shù)醫(yī)師不易保持操作壓力，并且不固定拋光時間，因此，本研究選擇了Sof-Lex拋光碟系統(tǒng)，在恒定壓力條件下，比較不同種類CAD/CAM修復材料拋光后表面粗糙度與光澤度的差異，測定適宜的拋光時間，旨在為操作者拋光椅旁可切削修復體提供參考依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 材料選擇

本研究納入5種CAD/CAM修復材料(表1)，分別為長石瓷(vita mark Ⅱ, VM)、彈性瓷(vita enamic, VE)、優(yōu)韌瓷(lava ulimate, LU)、復合樹脂A(shofu block HC, SB)和復合樹脂B(brilliant crios, BC)，材料具體類型和組成成分見表1。

表1 實驗用CAD/CAM可切削修復材料

1.2 試樣拋光

將試樣倒置固定于自制模擬拋光裝置上，將拋光壓力設(shè)定為100 g，該壓力下3種拋光碟片彎曲且中央金屬環(huán)剛好不接觸試樣表面(圖1)。將慢速手機固定于自制裝置上，轉(zhuǎn)速設(shè)定為10 000 r/min。拋光時手機運動方式為往復運動，往復距離為5 mm，手機固定架移動速度為2 mm/s。使用Sof-Lex拋光碟系統(tǒng)中的中碟(medium disk, M碟，磨粒粒徑10～40 μm)、細碟(fine disk, F碟，磨粒粒徑3～9 μm)和超細碟(superfine disk, SF碟，磨粒粒徑1～7 μm)對試樣進行序列拋光。試樣每拋光10 s，測量一次表面粗糙度值及光澤度值，直至數(shù)值不再增加即更換下一級拋光碟，同時記錄此時試樣的表面粗糙度值(Ra值)、光澤度值以及拋光碟的使用時間。每個拋光碟僅使用一次，序列拋光結(jié)束后記錄拋光總時間。

圖1 自制拋光裝置

1.3 表面粗糙度的測量

選用表面輪廓儀(Surftest SJ-410，Mitutoyo公司，日本)測量試樣表面的輪廓算術(shù)平均偏差。測量前使用校準平面進行校準，觸針尖端直徑2 μm，截斷值為0.8 mm，取樣長度為4.0 mm。每個試樣分別從四個方向測量，取平均值記為試樣的Ra值。

1.4 光澤度的測量

完全避光條件下，選用小孔光澤度儀(Novo-curve，Rhopoint公司，英國)測量試樣表面的光澤度值。測量前使用校準平面進行校準，入射光線與法線夾角為60°。選取試樣中心為測定點，置于光澤度儀中心的小孔上，試樣每旋轉(zhuǎn)90°角測量一次光澤度值，共測量4次，取平均值記為試樣的光澤度值。

1.5 掃描電鏡觀察

試樣拋光前與拋光完成后用超聲清洗試樣1 min，吹干，離子濺射儀噴金處理，掃描電鏡(Hitachi SU8010，Hitachi公司，日本)觀察。

1.6 統(tǒng)計學分析

采用SPSS 24.0進行統(tǒng)計學分析。對符合正態(tài)分布的Ra值及光澤度值采用均數(shù)±標準差表述，對其采用重復測量的方差分析比較材料種類以及拋光序列的影響，其中主體間因素為材料種類，主體內(nèi)因素為拋光序列，對主體內(nèi)因素拋光序列的兩兩比較采用Bonferroni法，P<0.05為差異有統(tǒng)計學意義。對不符合正態(tài)分布的拋光時間，采用中位數(shù)表述，對其采用非參數(shù)檢驗Kruskal-Wallis H檢驗材料種類對每步拋光序列所用時間及拋光總時間的影響，兩兩比較時采用Bonferroni校正顯著值，P<0.05為差異有統(tǒng)計學意義。

2 結(jié)果

2.1 不同修復材料序列拋光各步驟的表面粗糙度

不同修復材料序列拋光各步驟的Ra值見表2，不同拋光步驟的Ra值差異有統(tǒng)計學意義(P<0.001)。拋光步驟與材料種類間存在交互作用(P<0.001)，說明不同材料的Ra值隨拋光步驟的進行變化趨勢不同。所有材料經(jīng)Sof-Lex拋光碟序列拋光后，Ra值較拋光前均明顯降低(P<0.05)，且均小于0.2 μm。VM使用M碟拋光后Ra值最低(P<0.05)，使用F碟與SF碟繼續(xù)拋光后Ra值反而升高(P<0.05)。VE、SB與BC序列拋光至SF碟后的Ra值較拋光至M碟時顯著降低(P<0.05)，LU序列拋光時Ra值每步驟較上一步驟都顯著降低(P<0.05)。序列拋光完成后，所有材料間Ra值差異無統(tǒng)計學意義(P>0.05)。

表2 可切削修復材料序列拋光各步驟的表面粗糙度值

2.2 不同修復材料序列拋光各步驟的光澤度

不同修復材料序列拋光各步驟的光澤度值見表3，不同拋光步驟的光澤度值差異有統(tǒng)計學意義(P<0.001)。拋光步驟與材料種類間存在交互作用(P<0.001)，說明不同材料的光澤度值隨拋光步驟的進行變化趨勢不同。所有材料經(jīng)Sof-Lex拋光碟序列拋光后，光澤度值較拋光前均明顯升高(P<0.05)。VM序列拋光至SF碟后的光澤度值較拋光至M碟時顯著降低(P<0.05)，VE、LU與SB序列拋光時光澤度值每步驟較上一步驟都顯著升高(P<0.05)。BC序列拋光至SF碟后的光澤度值較拋光至M碟時顯著升高(P<0.05)。序列拋光完成后，LU與SB的光澤度值顯著高于VE與BC(P<0.05)，VM與其他組的光澤度值差異無統(tǒng)計學意義(P>0.05)。

表3 可切削修復材料序列拋光各步驟的光澤度值

2.3 不同修復材料序列拋光各步驟所需時間

不同修復材料序列拋光各步驟所需時間見表4，不同材料各步驟拋光時間不同(P<0.05)。VM、LU使用M碟的時間顯著低于SB(P<0.05)。VM使用F碟的時間顯著低于VE、LU(P<0.05)，使用SF碟的時間顯著低于LU(P<0.05)。VM拋光總時間顯著低于VE與SB(P<0.05)，VE、LU、SB與BC組的拋光總時間差異無統(tǒng)計學意義(P>0.05)。

表4 可切削修復材料序列拋光各步驟的的拋光時間[/s, M(Mmin, Mmax)]

2.4 不同修復材料序列拋光后表面形貌

不同修復材料序列拋光各步驟的表面形貌見圖2。VM、VE拋光前(A1、B1)可見碎裂導致的不規(guī)則表面，LU、SB以及BC拋光前(C1、D1與E1)表面可見深大的犁溝以及凹坑樣缺損。VM使用M碟拋光后(A2)表面平整，僅可見散在的微小表面剝落痕跡，繼續(xù)使用F碟、SF碟拋光后(A3及A4)出現(xiàn)散在的大塊破碎表面。VE使用M碟、F碟以及SF碟序列拋光后(B2、B3與B4)，不規(guī)則表面逐漸平整，陶瓷網(wǎng)格狀結(jié)構(gòu)逐漸清晰，網(wǎng)格間陶瓷碎裂塊數(shù)量及面積隨拋光序列減少。LU使用M碟拋光后(C2)表面仍可見劃痕及剝落，繼續(xù)使用F碟拋光后(C3)表面僅存少量淺劃痕，繼續(xù)使用SF碟拋光后(C4)表面劃痕基本消失，填料均勻分布的結(jié)構(gòu)清晰可見。SB使用M碟拋光后(D2)表面仍見淺劃痕，使用F碟拋光后(D3)表面劃痕數(shù)量減少，出現(xiàn)散在的圓形凹坑。使用SF碟拋光后(D4)劃痕數(shù)量進一步減少，但凹坑未消失。BC使用M碟、F碟及SF碟序列拋光后(E2、E3、E4)未見明顯的劃痕，表面不規(guī)則凹坑的數(shù)量隨拋光序列減少。

Letters A to E represent different computer aided design/manufacturing materials as follow: A, vita mark Ⅱ; B, vita enamic; C, lava ultimate; D, shofu block HC; E, brilliant crios.Numbers 1 to 4 represent each polishing step as follow: 1, before polishing; 2, after polishing with M disk; 3, after polishing with F disk; 4, after polishing with SF disk.Sof-Lex polishing disk systems included medium disk(with abrasive particle sizes of 10-40 μm), fine disk(with abrasive particle sizes of 3-9 μm)and superfine disk(with abrasive particle sizes of 1-7 μm).

3 討論

本研究結(jié)果顯示，所有CAD/CAM修復材料經(jīng)Sof-Lex拋光碟系統(tǒng)序列拋光后Ra值均顯著降低，光澤度值均顯著增高。各材料間拋光后Ra值差異無統(tǒng)計學意義，而光澤度值及拋光碟的使用時間差異有統(tǒng)計學意義。

修復體拋光研究中拋光壓力是難以控制的因素。既往研究顯示不同拋光者之間、甚至同一拋光者拋光時對樣本施加的壓力有顯著差異[12-13]。采用電子天平校準操作者壓力[7,14-15]是常見的壓力控制方式，但操作者在一次操作中壓力難保持恒定，即便采用上述方法，結(jié)果也具有不確定性。為控制壓力恒定，本研究設(shè)計了一種壓力控制裝置，該裝置由手機固定架、樣本固定座以及電子導軌三部分組成。試樣可倒置固定于樣本固定座內(nèi)，通過在樣本固定座上方放置砝碼施加恒定壓力。慢速手機可固定在手機固定架上，保證拋光時拋光碟與試樣接觸的相對角度恒定。手機固定架與電子導軌相連，導軌可帶動手機以恒定速度往復運動，進行拋光。

Sof-Lex拋光碟系統(tǒng)常常應用于復合樹脂的修形拋光，但既往研究發(fā)現(xiàn)，Sof-Lex拋光碟系統(tǒng)無論用于玻璃陶瓷、復合材料還是復合樹脂類材料的拋光，均可獲得良好的拋光效果[6-8,16]，因此，本試驗選用了該系統(tǒng)，輔助壓力控制裝置，以減少拋光工具、壓力及操作因素對材料拋光性能的影響。既往文獻中缺乏Sof-Lex拋光碟系統(tǒng)適宜壓力的相關(guān)研究。有研究指出，醫(yī)生使用拋光碟時的壓力范圍在9～107 g[12]。而其他有關(guān)橡膠基質(zhì)拋光工具的研究則認為，拋光陶瓷和復合樹脂材料的理想壓力為1.5～2 N(約150～200 g)[11,17]，遠大于拋光碟的壓力?？紤]到Sof-Lex拋光碟碟片質(zhì)地較硬，施加較大壓力才能使碟片彎曲，本研究將拋光壓力設(shè)定為100 g。此壓力下，拋光碟呈一定角度彎曲，且中央金屬環(huán)剛好不接觸試樣表面，既避免了金屬環(huán)摩擦修復材料表面造成的不必要損傷，又提供了足夠的拋光壓力(圖1)。

有研究認為，因牙周炎拔除患牙釉質(zhì)的Ra值為0.19 μm[18]，但Ra值大于0.2 μm會增加材料表面菌斑附著水平，進而引起繼發(fā)齲以及牙周組織炎癥[19]，因此，0.2 μm常作為修復體表面粗糙度的臨床標準。光澤度值沒有統(tǒng)一的臨床標準，M?rmmann等[20]認為釉質(zhì)的光澤度值大約為53 GU，可間接作為修復體光澤度的判斷標準。本研究顯示，使用Sof-Lex拋光碟系統(tǒng)序列拋光后，5種材料的Ra值均小于0.2 μm，達到臨床可接受水平。除VE外，其他材料序列拋光后光澤度值也均高于53 GU。

本實驗中，VM僅使用M碟拋光后，Ra值即減小至最低，光澤度值升高至最大。M碟常作為預拋光的碟片，磨料粒度大，切削能力更強，但VM作為玻璃陶瓷材料，硬度及耐磨性較高，M碟更多起到拋光而不是磨削的作用，因此,VM的Ra值反而更低，光澤度值更高,這可能與玻璃陶瓷磨削時的去除方式有關(guān)。本研究使用的M拋光碟，磨料粒徑范圍為10～40 μm。材料拋光時切削深度低，主要發(fā)生塑性流動的去除方式，該種去除方式造成的表面損傷更少，材料表面粗糙度更低[21]。此外，陶瓷表面會因為磨粒施加的法向載荷而產(chǎn)生法向裂紋，換用更小粒度的拋光碟時，由于拋光壓力不變，磨粒接觸表面的面積減小，法向載荷可能增大，導致裂紋進一步擴展發(fā)生表面碎裂與破壞。掃描電鏡觀察表面形貌也證實，在M碟拋光后，繼續(xù)使用F碟與SF碟反而會破壞已形成的光滑表面，增加了表面粗糙度。綜上考慮，玻璃陶瓷材料結(jié)構(gòu)單一，僅用M碟拋光較短時間即達到可接受的光滑程度，筆者推薦使用Sof-Lex系統(tǒng)的M碟拋光約40 s，不建議繼續(xù)使用F碟與SF碟按序列拋光。

VE是一種復合材料，由有機的樹脂成分壓入無機相的長石質(zhì)陶瓷網(wǎng)格結(jié)構(gòu)中制作而成，其硬度和彈性模量高于復合樹脂類材料，但低于玻璃陶瓷材料[22]。該材料拋光后，Ra值與其他材料差異無統(tǒng)計學意義，光澤度值與LU、SB差異無統(tǒng)計學意義，與其他學者的研究結(jié)果一致[23]，但本研究中VE的光澤度值低于53 GU的標準，遠低于其他研究報告，這可能是因為研究采用的拋光工具和方法不同導致的。本研究掃描電鏡顯示，VE中玻璃陶瓷的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)會在拋光過程中碎裂，隨著拋光碟粒度的降低，碎裂的面積和范圍逐漸減小，但SF碟拋光完成時仍可見散在的表面破壞。這種碎裂形式的表面破壞可隨網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)延伸，范圍較大且形態(tài)不規(guī)則，不同于復合樹脂無機填料脫落遺留的少量小凹坑，因此，測量光澤度時，光線發(fā)生漫反射的量可能更多，導致其光澤度值更低。此外，由于VE是含有樹脂基質(zhì)的復合材料，相對于單一成分的玻璃陶瓷，可能需要更長時間、更精細的拋光，才能達到可接受的光滑程度。根據(jù)本研究結(jié)果，我們推薦拋光VE時M碟、F碟均使用50～60 s，SF碟使用30 s。

LU、SB以及BC均為復合樹脂類的修復材料。LU微觀結(jié)構(gòu)上屬于納米填料復合樹脂，填料由分散的納米顆粒及納米顆粒集聚成的納米簇組成。SB與BC微觀結(jié)構(gòu)上則屬于混合微填料復合樹脂，均為分散的納米顆粒以及大顆粒填料構(gòu)成。使用M碟拋光后，LU的Ra值顯著高于SB與BC，光澤度值顯著低于SB與BC，這可能由于納米填料復合樹脂的耐磨性較差，在磨削能力較強的M碟作用下，形成的光滑表面會不斷被破壞形成更新的粗糙表面，而混合填料中含有大塊填料，保護樹脂基質(zhì)不被過度磨削。序列拋光完成后，掃描電鏡結(jié)果顯示三者表面均一，結(jié)構(gòu)清晰，且表面粗糙度差異也無統(tǒng)計學意義。LU、SB的光澤度顯著高于BC，這是由于填料顆粒越小，填料脫落留下的凹坑直徑越小，當小于入射光波長后表面光澤度便不再變化，因此，納米填料復合樹脂拋光后光澤度值更高[24]。掃描電鏡證實，LU拋光后表面沒有明顯的填料脫落痕跡，表面完整。SB、BC可以觀察到填料脫落遺留下的凹坑，雖然SB的凹坑面積比BC更大，但BC表面的凹坑分布更廣，數(shù)量更多，可能是BC光澤度值更低的原因，但也有系統(tǒng)綜述表明，使用Sof-Lex拋光碟系統(tǒng)拋光后納米填料復合樹脂與混合微填料復合樹脂拋光后光澤度無顯著差異[25-26]。既往文獻認為，使用SuperSnap拋光碟拋光復合樹脂時每步驟拋光時間為20～25 s[10]，并且復合樹脂表面光滑程度的提高大部分發(fā)生在各拋光步驟的前5 s[17]。常規(guī)Sof-Lex拋光碟系統(tǒng)中的M碟、F碟與SF碟每步驟應使用15～20 s，但本研究選取了新型的CAD/CAM復合樹脂類材料，相對于直接充填的復合樹脂強度更高，各步驟時間也均有不同程度延長。根據(jù)本研究結(jié)果，我們推薦拋光復合樹脂類材料時M碟使用40～60 s，F(xiàn)碟使用40～50 s，SF碟使用30～40 s。

本研究序列拋光中各步驟拋光壓力均設(shè)定為100 g，手機轉(zhuǎn)速均設(shè)定10 000 r/min。有研究報告不同的拋光壓力與手機轉(zhuǎn)速也會影響修復體拋光時間和表面光滑程度[10-11]。本研究樣本均為平面樣本，與弧面的臨床修復體外形有一定差異。此外，本研究僅探討了碟形拋光系統(tǒng)Sof-Lex對CAD/CAM修復材料的拋光作用，而臨床上拋光碟僅應用于前牙修復體唇面及鄰面、后牙修復體的頰舌面及鄰面的拋光，不能應用于咬合面，因此，拋光杯、拋光尖等適用于咬合面的拋光工具對修復材料的作用仍需進一步研究。

綜上考慮，推薦使用Sof-Lex拋光碟系統(tǒng)拋光時，對于VM僅用M碟拋光40 s即可，對于VE、LU、SB與BC要序列使用M碟、F碟和SF碟拋光，總體拋光時間約130～140 s。