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椅旁加工全瓷部分冠:关于材料选择、临床实施和错误预防的建议
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作者:

Sven Rinke 博士,讲师 (德国)

哥廷根医科大学口腔修复门诊,口腔颌面中心

Holger Ziebolz,牙医  (德国)

Ila Davarpanah,牙医 (德国)

Dirk Ziebolz 博士,讲师 (德国)

莱比锡医科大学牙齿保存和牙周病门诊头颅和口腔医学系

本文原载于《世界牙科技术》2018年第2期《CAD/CAM专刊》第42-50页。


椅旁加工单颗牙修复体已经在临床上应用了三十多年,对于口腔医生而言这是一个可靠且有充分依据的治疗选择。该方法经过持续的发展,同时伴随新材料的出现,进一步扩展了适应证范围。如今,CAD/CAM加工的部分冠也成为了一个标准适应证。长期的临床成功不仅取决于制作的准确性和材料疲劳强度的提高,还有对临床相关错误来源的预防。这其中包括符合材料和方法要求的牙体预备、通过良好的软组织管理和湿度控制而达到的正确数据采集,以及遵循扫描系统相关的操作规定。另外,确定材料特定的设计参数以及选择合适的磨削工具与模式对加工的高精度也起着决定性的作用。对于CAD/CAM制作的部分冠的粘接固位,应该考虑将使用复合树脂结合单独的硬组织处理(选择性牙釉质酸蚀或者蚀刻和冲洗技术)继续作为标准操作方法。

引言

单颗牙全瓷修复体既可以以间接方法由牙科技工室制作完成,也可以在一次患者就诊期间采用CAD/CAM技术直接在临床上完成修复(椅旁即刻修复)。早在三十年前,由Mörmann和Brandestini开发的CEREC方案就被引入到修复治疗中。从此,椅旁加工这种形式就被建立起来,在很多研究中对该系统均有详细的记载,因此可以作为这种治疗选择的参考。

在最初阶段,椅旁方法还主要局限于对嵌体和高嵌体的加工。临床研究显示,技工室制作的嵌体和高嵌体年失败率在0至7.5%之间,而在椅旁加工的修复体中年失败率却在0.8至4.8%之间。因此,这种方法至少在嵌体和高嵌体方面获得了一个良好的临床验证(图1a至c)。

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图1a至c:椅旁加工全瓷嵌体和高嵌体是一个有据可查的成功的修复形式。

经过长期的持续发展,椅旁方法的应用范围被扩展至单颗牙修复体的制作上面。除了嵌体和高嵌体外,现在后牙区的部分冠和全冠也成为CEREC方案的标准适应证之一。在其发展过程中,显示了三大主要创新领域:

1. 数据采集技术的改进。如今新开发的口内扫描仪(摄像机)可以在无喷粉的情况下进行数据采集。一方面,这简化了临床应用;另一方面,消除了因粉末喷洒不均匀而可能造成的误差。真彩显像出现后,从根本上改善了对比度并且优化了细节识别。尤其重要的是,口内扫描头进一步地缩小,可以更好地进入磨牙区域。

2. 设计软件的进一步发展。除了直观和相对简单易学的操作方法外,最新的软件解决方案还在很大程度上提供了自动化修复体设计选项,而且对天然牙齿能够做到形态逼真和解剖学正确的复制。

3. 修复体的铣削制作具有更高的精度。通过应用更小直径的切削工具、改进磨削策略以及使用多台磨削电机同步进行材料磨削,能够获得相应的解剖结构细节,特别是在咀嚼区域。然而,对于应用范围的扩展,除了这些方法技术的改进外,还需要材料技术的创新,因为材料断裂在扩展适应证(冠修复体或部分冠)方面是最常见的造成失败的原因。

材料选择

在CAD/CAM技术应用的初期阶段,在制作单颗牙全瓷修复体时,使用的几乎都是弯曲强度为100-160MPa的长石陶瓷(如VITA MK II,德国维他公司)。在一项大规模的以实践为基础的研究中,该材料组制作的嵌体和高嵌体经过10年观察期后的结果表明,年失败率为1.6% ,这也得到了其他研究的证实。但同时,由长石陶瓷制作的部分冠或全冠修复体,特别是在磨牙区,却显示了明显上升失败风险。这同样体现在随后开发的白榴石增强型玻璃陶瓷(IPS Empress,义获嘉伟瓦登特,列支敦士登)上。对这个材料组的研究也显示,磨牙区的部分冠和全冠具有明显增加的与材料相关的失败风险(图2)。如果要扩展椅旁修复的适应证范围,就要应用坚固的陶瓷材料以减少因材料断裂而造成的修复失败。

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图2:磨牙区的一个由白榴石增强型陶瓷椅旁制作的部分冠,经过4年佩戴期后出现断裂。

除了强度,对于椅旁工作流程还需考虑到其他要求。为了能够在一次就诊期间就能为患者戴入修复体,就要实现无模型且尽可能无需饰面的修复体制作。因此,椅旁加工的后牙修复体主要是单层材料修复体,这种材料需要将高强度和良好的光学特性平衡地结合在一起,并通过染色来实现个性化的效果。此外,这些材料要能适应椅旁工作流程,尽可能快速而可靠地被铣削加工。

已经应用了超过10年的二硅酸锂基高强度(强度值为350-420MPa)玻璃陶瓷,在很大程度上满足了上述要求。这类最初为铸瓷技术开发的材料显示,制作的部分冠和全冠修复体能够修复咬合负载大的后牙区域,其5年观察期的存活率达到97%以上。多年来,二硅酸锂陶瓷也作为铣削加工材料被应用,因此也被用于椅旁修复治疗。在一个记录了超过34000 颗CAD/CAM加工的陶瓷修复体的大样本研究中,与白榴石增强型玻璃陶瓷制作的修复体相比,由二硅酸锂陶瓷(e.max CAD,义获嘉伟瓦登特)制作的嵌体和高嵌体显示了明显更高的存活率和更低的断裂率。椅旁加工的二硅酸锂陶瓷部分冠和全冠在平均观察期为2-4年的存活率也达到了96.3%至100% 。

除了常规的二硅酸锂陶瓷外,新开发的氧化锆增强型硅酸锂陶瓷(ZLS陶瓷,如VITA SUPRINITY PC,德国维他公司;Celtra Duo,登士柏西诺德公司)也能将光学性能和高强度良好地结合在一起。这类材料的材料分析显示, 弯曲强度为370-450MPa,断裂韧性值位于二硅酸锂陶瓷区间。对椅旁加工的ZLS 陶瓷嵌体和部分冠所做的第一个临床研究得出了令人鼓舞的结果。

从这些结果中可以得出这样的结论:在功能负荷大的适应证(磨牙区的部分冠或者全冠)中,CAD/CAM加工的修复体的临床成功表现与使用了具有足够高弯曲强度(>350MPa)的材料相关(图3a至c)。因此,应当优先选用高强度的玻璃陶瓷(二硅酸锂或ZLS陶瓷)来制作磨牙区的全瓷部分冠和全冠,而长石陶瓷以及白榴石增强型玻璃陶瓷因具有显著高的断裂率,而使其在该区域的应用受到限制。另一类材料组—即所谓的混合陶瓷,在椅旁加工后牙修复体的应用方面也显示出很大的潜力。在这些材料中,例如VITA ENAMIC(维他)由丙烯酸聚合物渗入陶瓷网格结构而形成,旨在结合陶瓷和复合材料的良好性能。混合陶瓷的弹性模量接近天然牙本质,基于其弹性特点而具有“缓冲效应”的优点,因此加工也非常简单和快捷。对由混合陶瓷VITA ENAMIC制作的冠修复体所做的第一个临床研究显示,2年后的存活率可达到96.8% 。

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图3a至c:由高强度玻璃陶瓷(Celtra Duo)椅旁制作的一个部分冠。明显的变色龙效果使修复体和牙体硬组织融为一体,几乎看不出它们之间的过渡。

临床相关的错误来源

然而,无论所描述的材料和工艺技术如何创新,椅旁加工对治疗团队的要求却越来越高。在常规的工作流程中,数据采集(即传统印模)由牙医来完成,而接下来的修复体制作步骤则交到牙科技师手中。然而,在椅旁工作流程中,牙医不仅要进行数据采集(数字印模),还要负责修复体的设计与加工。在这个复杂的制作过程中当然也增加了错误的可能性。尽管很多研究展示,使用不同的方法和材料椅旁加工的修复体具有长期的存活率,但对于椅旁工作流程中的

潜在风险因素和错误来源的研究或报告却非常少。

临床相关的错误可能发生在以下几个方面:

• 牙体预备,

• 数据采集(数字印模),

• 修复体的虚拟设计,

• 修复体加工和

• 粘接固定。

牙体预备

众所周知,全瓷修复体需要根据材料做出相应的牙体预备。对于高强度的玻璃陶瓷,要求最小厚度为1到1.5mm,以及90°圆缓直角或圆缓的斜面肩台,此外预备体无任何尖锐棱角。除了因选择不能长期承受负荷的修复材料外,材料的最小厚度也是一个与材料技术相关的主要失败原因。如果要避免上述问题,在预备时最简单的方法就是利用相应的定深标记和使用合适的车针进行预备(图4a和b)。对于椅旁加工的部分冠有特殊的预备要求。技工室制作的全瓷部分冠,也包括普通部分冠的预备体都没有斜面,这种几何形状不适合CAD/CAM技术,因为组织面的密合性基本上是由铣刀的几何形状和直径决定的。被冠修复体覆盖的呈锐角的牙尖区域需要做出比较大的预备,以实现良好的密合精度。这样,修复体就位在大面积的窝洞上,且不会低于所要求的最小材料厚度(图5和6)。如果剩余的牙尖部分比所使用的车针直径窄,那么前述问题就会恶化,因为这会导致修复体的组织面与预备体表面之间进一步地不适合。

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图4a和b:借助合适的定深钻(PrepMarker,德国固美)可以根据修复体材料做出正确的牙体预备。

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图5:牙尖尖端呈锐角的区域,需要对修复体相对应的内(组织)面做出比较大的磨削,以避免不适合。

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图6:为一个对于CAD/CAM加工而言不适合的预备体进行虚拟设计的截面图。特别是在牙尖尖端和狭窄的牙尖区域,对修复体必须做大范围的磨削,这样会导致修复体达不到所要求的最小材料厚度。

基于这些工艺技术上的限制,在CAD/CAM制作部分冠的工作流程中,应该按照Ahlers等人的建议进行牙体预备。其中除了常规的高嵌体,还有两种修复体类型可以覆盖整个咬合面,即CAD/CAM加工的部分冠和所谓的Tabletop(咬合面贴面)(图7a至c)。在高嵌体预备时要保留牙尖。其预备要求在被修复的牙尖上至少有2mm厚的剩余壁。在第二类修复体类型中牙尖被修复体覆盖,预备体边缘的位置应根据缺损情况或美观性来确定,针对对颌牙尖的位置只需要磨除材料要求的牙体组织厚度1.0至1.5mm即可。在用Tabletop贴面修复时,仅需要对咬合面做出符合材料要求的预备,且预备体边缘为大约1mm深的圆弧形。由于其具有相对简单的几何形状,可以由CAD/CAM精确地切削出来。

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图7a至c:举例说明适合于CAD/CAM加工的部分冠的牙体预备。

数据采集(数字印模)

目前的系统综述表明,至少在单颗牙修复病例中,数字印模可以达到与传统印模相同甚至更好的结果。在最初获取数字印模时还需要喷(不透明的)粉取像。而误差的产生主要源自喷洒的粉末不均匀。Kim等人的一篇回顾性分析确定,在1251个数字印模中,21%的错误来自于喷粉不均匀,因此成为最常见的错误来源。无需喷粉的数字印模系统的出现对于质量保证而言是非常重要的一步。

使用目前的无粉扫描系统,扫描结果基本上取决于扫描仪的操作和正确的干燥。传统印模也需要对取模区做良好的干燥处理。自撑开系统(例如OptraGate立体开口器,义获嘉伟瓦登特)可以充分地撑开脸颊,使扫描头可以方便地进入待扫描区域(图8)。

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图8:自撑开式开口器简化了扫描区的干燥,同时为口内扫描仪的摄像头提供了良好的移动空间。

除了保持扫描区干燥之外,相机的光学镜头上无唾液也是很重要的。如果在扫描期间数据采集速率下降,就应当检查相机是否雾化或者镜头表面是否有液体薄膜。为了防止镜头雾化,在开始扫描之前,有必要充分预热相机。至少在CEREC系统已经证明,扫描区域不需要治疗灯的直接照射。

不仅需要干燥扫描区,预备体边缘的显示也至关重要。预备体边缘平齐龈缘或者位于龈缘上方这两种情况都非常理想地适合于数字印模。只有边缘“可见”,才能被扫描仪准确地捕捉到。为了能够暴露出预备体边缘,可以使用牙龈收缩线进行单线排龈或者双线排龈。在椅旁修复流程中,需要在牙体预备后就取光学印模(同一次就诊期间),因此尽可能地减少软组织的损伤是很重要的。针对这种情况,使用超声预备工具在软组织保护方面具有优势,这大大地简化了之后的扫描操作(图9a至9c)。

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图9a至c:预备体边缘平齐龈缘或者位于龈缘上处,使用牙龈收缩线以及使用超声金刚砂工作头进行保护软组织的牙体预备,可以避免牙龈出血,从而简化了数字化印模的获取(图9a至9c)。


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如果因龋齿或者预先治疗使预备体边缘不可避免地位于龈下时,临床证明可将牙龈收缩(排龈)线和排龈膏结合使用。这种组合可以确保通过排龈线使软组织向侧方移位,同时又通过排龈膏止血(图10a至d)。预备体边缘位于龈下这种情况,如果单独使用排龈膏会使软组织的侧方移位不充分,尽管具有良好的止血作用但牙龈会“回缩”,所以使用口内扫描仪不能充分地显示预备体边缘。另外,在数字化扫描之前,使用排龈膏还存在一个潜在的错误来源——不能将它们完全去除干净。膏剂残留物可能会导致扫描结果变差,所以务必要仔细地全部清除干净(图11)。

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图10a至d:龈下预备体的暴露可借助牙龈收缩线(排龈线)和排龈膏的组合使软组织侧向移位和止血,以便能够获取光学印模。

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图11:为了获得良好的扫描结果,必须仔细地清除排龈膏。

数字印模的数据获取不完整或不正确的原因还可能是因扫描仪使用不当所造成。这种情况首先被称为( 规定的)扫描系统偏差。不过,如果软组织遮盖了预备体也可能导致数据不准确。因此,在扫描下颌时要注意挡住舌头(图12)。遵循扫描系统要求进行操作似乎比操作者的经验更为重要。如果不按照系统规定操作,往往会对咬合区或者邻间区域的相关数据采集不完整。在咬合区域数据缺失或者不正确,会导致要么咬合过高,要么无咬合接触。

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图12:因扫描系统偏差所造成的数据不完整,或由于软组织接触了预备体而导致的数据不准确(例如下颌磨牙区域的舌体)是最常见的失败原因。

而如果邻接区数据缺失,虽然设计软件可以自动填补上,但这会妨碍邻面接触部位轮廓的正确再现,由此获得的修复体要么邻面接触过紧要么接触丧失(图13)。如果邻面或者面出现接触缺失的情况,则要么由牙科技师进行相对费时费力的修改,要么重新制作修复体。因此,在设计之前就应该检查邻接区的数据是否完整,必要时可重新进行扫描。如果要完整地获取邻面数据,需要将扫描头向近中和远中“倾斜”。不过由于患者开口度是有限的,这一操作在后牙区域尤其困难。邻面区域数据采集不充分的另外一个风险因素是牙齿表面的位置关系过紧(相邻牙齿之间的间隙过窄)。

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图13:邻面区域的数据缺失会导致接触面的尺寸不可预测。这增加了需要复杂修正的风险,甚至可能还要重新制作修复体。

修复体的虚拟设计

设计和后续机器加工的目的是,制作出一个密合的修复体,并且只需要非常少的后续手动处理。这对于内部配合尤为重要,因为这个制作过程中没有模型。如果在口内调整咬合及邻面接触就会非常耗时,因此应尽可能地避免这种情况的发生。

自CEREC 软件升级到4.0版本后,可以在很大程度上自动化地进行修复体设计。对于密合度高且使用长久的修复体来说,将修复体参数正确地存储在软件内是非常重要的。其中一个主要参数是最小的材料厚度,对于高强度玻璃陶瓷来说应该设定为1mm。如果低于最小材料厚度,在软件中就可以通过色彩阴影或在截面图像上显示出来(图14)。另一个相关参数是修复体边缘的厚度,经证明70至90μm的值适合于陶瓷。通过这个软件参数,陶瓷在边缘区域被加强,以避免在磨削过程中发生边缘破裂的情况。

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图14:在虚拟设计的修复体咬合区域,最小材料厚度大范围地低于1mm。因此,在这种情况下需要额外再进行一次牙体预备。

由于椅旁直接修复过程无模型,修复体的咬合和邻面接触应尽可能地准确。在实际应用中,已证明将这些接触点调至浅蓝色是适合的。决定咬合接触强度的另一个参数是所谓的咬合磨削偏移(offset)。通过它,可以补偿就位道方向上的公差。换言之,就是修复体在咬合高度上需要减少的量。这方面,CEREC Omnicam口内扫描仪和CEREC MC XL研磨设备的组合被证实需要设定为100至120μm。有了这些设计规范,在大多数情况下加工出来的修复体,在口内进行只需要做最小限度的调磨(图15)。

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图15:咬合面和邻面接触点的虚拟设计具有理想的形态。如果修复体参数选择正确(粘接间隙,咬合面的磨削偏移量),那么戴入口内的修复体则不需要或只需进行最小限度的口内调整。

修复体的加工

借助切削技术加工出设计好的修复体,主要由两个因素决定:一方面,通过选择铣削模块;另一方面,通过铣刀的几何形状。在当今最常用的铣削设备(CEREC MC XL)中,通过两个铣刀平行磨削制作出修复体(图16)。

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图16:修复体件的磨削由两个铣刀平行地以标准方式进行。圆柱形铣刀(左)主要负责修复体内(组织)面的磨削,并影响可能达到的密合度。

CEREC研磨设备的圆柱形铣刀主要负责修复体组织面的加工,可提供两种不同的直径(Step Bur 和Step Bur S,登士柏西诺德)。在磨削具有更复杂几何形状的部分全瓷冠时,使用小直径的Step Bur(1mm)。但是,必须考虑到,使用这种工具会延长加工时间。

关于铣削模式,可以分为时间优化(快速)程序和所谓的精细铣削程序。使用时间优化程序的缺点是陶瓷修复体件的边缘破裂风险会增加(图17)。这种风险通过设计具有足够强度的边缘(高强度玻璃陶瓷需要70至80μm的值)、选择小型铣刀(Step Bur)和使用精细铣削模式来降低。最新一代的CEREC研磨设备可以通过选择更小直径的铣刀和精确铣削模式而得到进一步的改善。

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图17:以快速铣削模式制作的全瓷部分冠边缘破损。

粘接固定

除了上面提到的参数外,陶瓷修复体的成功在很大程度上还取决于粘接的质量。目前针对椅旁加工修复体的临床数据完全建立在粘接固位的修复体上。一个基于实践的登记研究(陶瓷成功分析(Ceramic Success Analysis)= CSA)获取了大量有关CAD/CAM制作的嵌体和高嵌体的数据,已经可以衍生出粘接固位的风险因素。

在这项研究中,纳入了5791个由CAD/CAM加工而成的嵌体和高嵌体,这些嵌体由167位治疗医生在1994年至2014年间粘接固定到患者口内,与修复体边缘完全位于牙釉质上的嵌体相比,修复体边缘部分位于牙本质上的嵌体的失败风险增加了78%。另外,与无复合树脂垫底的修复体相比,采用传统垫底方式的修复体的失败风险增加了2倍。此外,使用简单粘接系统(2步-酸蚀和冲洗系统,1步-自酸蚀系统)固位的嵌体,与使用粘接系统结合单独涂布粘合剂固定(3步-全酸蚀系统,2步-自酸蚀系统)的嵌体和高嵌体相比,失败风险增加了142%。

基于这些发现,可以为CAD/CAM加工的修复体提出以下建议:

• 修复体边缘尽可能位于牙釉质上;

• 放弃传统的且受到医生偏好的粘接垫底;

• 粘接固位采用牙釉质-牙本质粘接结合单独涂布粘合剂的方法。

CAD/CAM加工的部分冠的相关数据也仅包括了粘接固定的修复体,它们采用的是单独牙釉质酸蚀或者应用酸蚀和冲洗技术的标准粘接系统。

对自粘接复合树脂在全瓷部分冠中的粘接应用也进行了讨论。一个关于CAD/CAM加工的部分冠的临床研究显示,在没有事先进行牙釉质酸蚀而直接使用自粘接复合树脂(Rely X Unicem,3M Espe)固定的修复体,在平均为6.5年观察期的存活率(60%)低于采用单独牙釉质酸蚀和使用了相同粘接材料的修复体存活率(82%)。因此,自粘接复合树脂仅在单独的牙釉质处理之后才推荐使用。在对牙齿完全干燥下进行粘接,对牙体硬组织(磷酸酸蚀-选择性或全酸蚀)和修复体(氢氟酸)分别进行处理,并且双固化复合树脂仍然被认为是全瓷部分冠的固位材料。另外一个长期临床成功的重要因素是,粘接固定后的修复体在经过必要的调之后,使用合适的抛光工具仔细地进行抛光。彻底的抛光降低了对颌牙的磨损以及出现机械失败的风险(图18a至c)

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图18a至c:对粘接固定的修复体做必要的调后,进行仔细的抛光。适用于氧化锆以及高强度玻璃陶瓷的抛光磨头(如94020C/F.204.040,固美)按照通用的全瓷处理方案进行抛光。

总结

可用的临床数据显示,如今CAD/CAM加工的部分冠已被视为是一个成功的且有据可查的标准适应证。当临床治疗过程与方法和材料特定要求协调时,部分冠的CAD/CAM加工就可被视为技工室加工的一个替代方案。但是,实施这一程序还需要考虑到相对更高的投入。

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