探究不同类型多层预染色氧化锆陶瓷的色彩魅力

05-23

Chien-Ming Kang,CDT,MS,a Tzu-Yu Peng, CDT, PhD, b 和 Saiji Shimoe, PhDc

C.-M.K. 和 T.-Y.P. 对本研究做出了同等贡献。

a 中国台湾台北，华艺牙技牙体技术所，牙科技工。

b 日本广岛，广岛大学研究生院，医学科学研究科，生物结构/功能修复学研究室，助理研究员；中国台湾台中，中国医药大学，牙医学院，博土后研究员。

c 日本广岛，广岛大学研究生院，医学科学研究科，生物结构功能修复学研究室，副教授。

摘要

背景：使用全解剖式多层预染色氧化锆陶瓷可以方便快捷地制作出美观的修复体。但采用该方法的最终颜色准确度尚无明确定论。

目的：本体外研究旨在确定不同类型、不同厚度的全解剖式多层预染色氧化锆陶瓷的颜色准确度。

材料和方法：制作 80 个片状 A2 色全解剖式多层预染色氧化锆陶瓷试件（15×15 mm），有 2 种不同厚度（1.0 mm 和 1.5 mm）和 4 种氧化锆品牌（UPCERA EXPLORE [UPEX]、KATANA Zirconia STML [STML]、Enamel ZR Multi-5 [EZM5] 和 Aidite 3D Pro Zir [A3DM]），共分为 8 组 (n=10)。使用分光光度计基于 3 种具有不同背景色的色卡（灰色、透明色和 A2 色）测量了国际照明委员会 (CIELab) 值。计算各组色卡与 Vita A2 比色板之间的色差 (ΔE)、半透明度参数 (TP) 和色度 (C) 值来评估最终颜色的准确度。采用 ANOVA 方差分析和 Tukey HSD 事后检验 (α=0.05) 进行统计分析。

结果：UPEX和STML的ΔE值高于灰色和透明色卡的临床可接受阈值 (ΔE>3.7)，也高于A2 色卡的相应值。A3DM 显示，所有色卡与比色板的ΔE差值较小 (P<0.05)，相应的ΔE值在临床可接受的阈值范围内 (ΔE<3.7)。TP值与厚度成反比，C值与厚度成正比。在相同厚度的氧化锆陶瓷中，UPEX和STML的TP值最高，而A3DM的C值最低 (P<0.05)。

结论：在特定厚度下，颜色准确度主要受全解剖式多层预染色氧化锆陶瓷类型的影响，而氧化锆陶瓷的高透明度会造成色差。(J Prosthet Dent 2020;124:789.e1-e7)

关键词：氧化锆，硅涂层，表面处理，密合性，适应性

最新研发出的全解剖式多层预染色氧化锆无需在烧结前通过浸泡或在氧化锆表面刷上染色液来染色。[1-4] 这样可以避免因染色过程而降低强度。[5,6] 此外，预染色氧化锆块简化了实验室步骤，[2,7] 临床操作也更简单方便。[8]全解剖式多层预染色氧化锆具有多色性和半透明性，并具有多层色和半透明梯度。[9-13]全解剖式多层预染色氧化锆陶瓷是一种极佳的牙科修复材料,[14-18] 不会出现双层材料修复体 [11,17,19,20] 如金属烤瓷[21,22]或氧化锆贴面[23,24]等的崩裂情况。然而，由于全解剖式多层预染色氧化锆的最终颜色不能通过染色或瓷贴面来改变，须适配天然牙色。已有研究阐述了全解剖式氧化锆陶瓷的厚度对最终颜色[7,25-27]及其光学特性[28-30]的影响。然而，关于不同类型的全解剖式多层预染色氧化锆陶瓷的最终颜色准确度的研究很少。本体外研究基于这一点，探究了[4]种不同厚度的全解剖式多层预染色氧化锆陶瓷的颜色准确度。

临床意义

多孔氧化锆陶瓷块的类型和不同的透明度会影响全解剖式多层预染色氧化锆陶瓷的最终颜色。为了达到最佳的美学效果，应该考虑这些因素。

零假设：测试的不同类型氧化锆陶瓷在颜色准确度上没有显著差异。

1.材料和方法

本研究中使用了四种类型的全解剖式多层预染色氧化锆瓷块（表 1）。将两种不同厚度（1.0 mm 和 1.5 mm）的片状 (15×15 mm) 试件直立放置在 A2 色氧化锆圆盘中心，试件使用计算机辅助设计和制造 (CAD-CAM) 制备（图 1）。按此方法共制备了 80 个多层预染色多孔氧化锆试件，并按照制造商的说明进行烧结。

使用牙科分光光度计 (Shade Pilot; DeguDent GmbH) 通过国际照明委员会 (CIELab) 颜色系统测量试件的颜色（图 1C）[31]，在测量前和每 10 次测量后使用制造商提供的白平衡板进行校准。试件置于中心位置，传感器与试件之间的角度设定为 89-91 度角。CIELab 的每个值（L* [明度]、a* [红到绿]和 b* [黄到蓝]）均根据 3 种不同的色卡（灰色、A2 色和透明色）进行测量。

灰色卡 (L*=39.5, a*=-0.8, b*=0.6) 是标准专业级摄影色卡 (QP Card 101; QPcard AB)。A2 色卡的制作方法如下。在镍铬合金 (KERAN Ni-Cr合金;Eisenbacher Dentalwaren ED GmbH) 中灌注一个 40×40 mm 的石蜡模型，进行喷砂处理，再涂上A2不透明瓷 (GC Initial Paste Opaque; GC Corp)，然后按照制造商的说明(L*=74.4,a*=1.1,b*=23.3)置于炉 (AUSTROMAT624;DEKEMA Dental-Keramiköfen GmbH) 中进行烧结。透明色卡使用的是透明玻璃片，测量时悬于工作台上方 100 cm 处，以避免下面的物体影响测量结果。

使用以下 CIELab 色差公式[32]计算各组与 Vita A2 比色板 (L*=73.7, a*=1.3, b*=18.0) 基于各色卡的色差(ΔE)：ΔE=[(ΔL*)2+(Δa*)2+(Δb*)2]1/2，其中 ΔL*, Δa*, 和 Δb* 表示沿数值、红到绿和黄到蓝坐标的差值。

半透明度参数 (TP) 值通过计算试件与黑色卡和白色卡的色差来确定，计算公式如下[33]：TP=[(L*B-L*W)2+(a*B-a*W)2+(b*B-b*W)2]1/2, 其中，下标 B 和 W 分别表示基于黑色卡的颜色坐标 (L*=22.3, a*=-0.5, b*=-0.9) 和白色卡的颜色坐标 (L*=90.9, a*=-0.7, b*=1.8) (QP Card 101; QPcard AB)。TP 值为 100 表示层完全透明；TP 值越大，材料的覆盖力越低。色度值 (C) 的计算公式如下[34]：C=[(a*)2+(b*)2]1/2。

采用Shapiro-Wilk检验分析了分布的正态性。由于所有数据均呈正态分布，遂进行了参数检验。数据的统计分析评价采用三因素重复测量方差分析 (ANOVA)，固定因素为氧化锆块的类型、厚度和色卡，然后采用 Tukey 诚实显著性差异 (HSD) 检验进行事后比较。使用描述氧化锆瓷块厚度和类型的因素对 TP 值和 C 值进行双因素方差分析，然后进行事后 Tukey HSD 检验。所有分析均使用统计软件程序 (IBM SPSS Statistics, v24; IBM Corp) 进行 (α=0.05)。

2.结果

CIELab 颜色值的三因素重复测量方差分析结果见表 2。方差分析结果表明，三个因素之间存在明显的交互。所有结果数据的平均值和标准偏差见表 3-5。基于灰色卡（表 3）和透明色卡（表 4）对比，在相同类型的氧化锆瓷块中，a* 值和 b* 值随着厚度的增大而增大，但 L* 值的变化取决于材料。无论厚度如何，EZM5 基于灰色卡的 L* 值最大，A3DM 和 EZM5 基于透明色卡的 L* 值最大。A3DM 基于两种色卡均为 a* 值最大，b* 值最小。基于 A2 色卡（表 5）对比，L* 值和 b* 值减小，但对于同一类型的氧化锆瓷块，a* 值随着厚度的增大而增大。EZM5 的 L* 值最高，A3DM 的 a* 值最高，UPEX 和 STML 的 b* 值最高。

图 2 显示了每种类型的全解剖式多层预染色氧化锆陶瓷和 Vita A2 比色板基于不同色卡的色差 (ΔE)。两种厚度下 UPEX 和 STML 基于灰色卡或透明色卡的 ΔE 在临床上可看出 (ΔE>3.7)。[35]

表 1.所用材料及规格

数据来自制造商指南和文献资料。钇含量：3Y-TZP，3 mol% 氧化钇部分稳定的四方氧化锆多晶；4Y-PSZ，4 mol% 氧化钇部分稳定的氧化锆；5Y-PSZ，5 mol% 氧化钇部分稳定的氧化锆。

图1.氧化锆试件和颜色测量步骤。A，制备的八个不同试件组 (n=10, N=80)。B，基于 5 种不同色卡（黑色、白色、灰色、A2 色和透明色）进行的颜色测量。C，用于测量每个试件的 CIELab 值的牙科分光光度计 (Shade Pilot)。D，颜色测量后进行单色分析（对比 Vita A2 比色板的组标准值）。

对于 A2 色卡，只有厚度为 1.0 mm 的 EZM5 的 ΔE 在临床上可看出 (ΔE=3.76)。两种厚度下 A3DM 基于每种色卡的 ΔE 都在临床可接受的阈值内 (ΔE<3.7)。事后 Tukey HSD 检验（表 3-5）表明，A3DM 的 ΔE 基于 A2 色卡和灰色卡（厚度为 1.0 mm 时，P=1.000；厚度为 1.5 mm 时，P=0.112）或 A2 色卡和透明卡（厚度为 1.0 mm 时，P=0.992；厚度为 1.5 mm 时，P=0.857）的比较没有统计学显著差异；但基于其他类型色卡的比较有统计学显著差异 (P<0.05)。在所有测量的试件中，基于灰色卡和透明色卡比较的 ΔE 没有显著差异 (P>0.05)。

图 3 显示了厚度为 1.0 mm 和 1.5 mm 的全解剖式多层预染色氧化锆陶瓷的 TP 值和 C 值。两因素方差分析（表 6）显示，氧化锆的厚度和类型对 TP 值和 C 值有显著影响 (P<0.05)。事后 Tukey HSD 检验的结果表明，对于相同类型的氧化锆瓷块，厚度为 1.5 mm 的所有试件的 C 值均明显较大，而 TP 值均明显较小 (P<0.05)。对于厚度值相同的不同类型氧化锆瓷块，UPEX 和 STML 的 TP 值显著高于 EZM5 和 A3DM (P<0.05)。A3DM 的 C 值明显小于 UPEX、STML 和 EZM5 的 C 值 (P<0.05)。

3.讨论

零假设被拒绝，因为分析结果表明，即使厚度相同，最终颜色的准确度也因氧化锆瓷块的类型而异。实验结果表明，厚度会影响全解剖式多层预染色氧化锆陶瓷的透明度和最终颜色，这与既往研究的结果一致。[11,25-27] 但相比于厚度，氧化锆瓷块的类型对最终颜色的影响更显著。虽然该修复体可以通过外部染色进行修饰，但这只会降低氧化锆的明度，并非改变其颜色。[27,28]

表 2.基于氧化锆瓷块类型、厚度和色卡等固定因素，对 CIELab 值 (L*, a*, b*, ΔE) 进行三因素重复测量方差分析（源自球形假设）。

表 3.基于灰色卡测量的各组 CIE L*、a*、b* 和 ΔE 值的平均值 ± 标准偏差同一列中，不同字母表示经 Tukey HSD 检验事后比较，各组之间有统计学差异 (P<.05)。

Hee-Kyung Kim 和 Sung-Hun Kim[30]的研究报告称，由于氧化钇的含量不同，不同类型的氧化锆具有不同的透明度。氧化钇含量的增加会增加非双折射立方相的数量，从而提高透明度。[8,15,29] 但本研究中氧化钇含量与透明度无关，因为所测试的氧化锆瓷块（UPEX、EZM5 和 A3DM）的内部结构由不同的 YSZ 材料组成（表 1，图 1），[8] 导致不同层的透明度不同。

据报告，在口腔环境中视为匹配的对比牙齿之间的临床上可接受色差阈值 (ΔE) 为 ΔE<3.7。[35]不论氧化锆瓷块类型，基于灰色和透明色卡测量的 ΔE（图 2）均相似。UPEX 和 STML 基于灰色（表 3）和透明（表 4）色卡的 ΔE 超过了临床可接受阈值 (ΔE>3.7)，并且大于基于 A2 色卡的ΔE（表 5）。

表 4.基于透明色卡测量的各组 CIE L*、a*、b* 和 ΔE 值的平均值 ± 标准偏差同一列中，不同字母表示经 Tukey HSD 检验事后比较，各组之间有统计学差异 (P<.05)。

表 5.基于透明色卡测量的各组 CIE L*、a*、b* 和 ΔE 值的平均值 ± 标准偏差同一列中，不同字母表示经 Tukey HSD 检验事后比较，各组之间有统计学差异 (P<.05)。

图 2. 不同材料基于不同色卡比较的色差 (ΔE)。水平线代表临床上可接受阈值 ΔE=3.7。

这可能是由于高透明度导致更多的光线进入氧化锆并从氧化锆中散射出去；因此，背景颜色对最终颜色的影响很大。12,13在选择全解剖式多层预染色氧化锆瓷块时，透明度可能不是关键因素。

A3DM 的 C 值小于 UPEX、STML 和 EZM5 的 C 值（图 3），因为 UPEX、STML 和 EZM5 的初始色比 A2 色更深。由于透明度较高，需要使用深色染料来调整颜色。随着染料的用量增加，C 值会增大，但明度会降低，色差也会变大。2,3 临床上最好避免选择色度值过高的氧化锆块，因其烧结后的最终颜色会比预期的明度低，且颜色匹配度较差。2,9,10 尽管如此，EZM5 的 ΔE 结果与其他类型氧化锆瓷块的结果截然不同。为了防止高透明度带来的 ΔE，提高了 EZM5 的明度，从而增大了 C 值，使氧化锆瓷块的初始颜色与 A2 色高度匹配。这导致 EZM5 基于灰色和透明色卡比较的 ΔE 较小；但基于 A2 色卡比较的 ΔE 较大。A3DM 的显示出较低的透明度，基于各种色卡测量的 ΔE 较小，在临床可接受的阈值范围内 (ΔE<3.7)。

本研究得出的结果表明，在本研究测试的所有试件中，A3DM 氧化锆瓷块的颜色准确度最好。不过，只测试了一种颜色 (A2)，不同的颜色可能会产生不同的结果。这些因素应在今后的研究中加以探讨。

图 3. 全解剖式多层预染色氧化锆陶瓷的半透明度参数 (TP) 和色度 (C) 值。厚度为 1.0 mm 和 1.5 mm 的预染色氧化锆陶瓷。

表 6. 氧化锆瓷块类型和厚度对半透明度参数 (TP) 和色度 (C) 值影响的双因素方差分析 (ANOVA) 结果

结论

基于本体外研究的结果，得出了以下结论：

1. 氧化锆瓷块的类型对最终颜色的准确度有很大影响，而高透明度会导致颜色失真。

2. 在选择氧化锆陶瓷时，除了厚度，还应考虑评估全解剖式多层预染色氧化锆瓷块的类型、透明度和初始颜色，以获得最佳的颜色准确度和美观度。

利益冲突作者声明不存在利益冲突

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