3種高透氧化鋯陶瓷的半透明度及顏色評價

廖夢圓，謝海峰，2，沈佳娣，戴詩琪，2，陳 晨

氧化鋯由于優異的力學性能和美學性能、較好的生物相容性、高度的化學穩定性，在牙科修復領域得到越來越多的應用[1]。然而與其他全陶瓷系統相比，氧化鋯的顯著缺點是半透明性低[2-3]。因此，學者們通過多種方法提高氧化鋯的半透性，以改善其光學性能。KatanaTMUTML、LavaTMPlus、Ceramill?Zolid是近年來市場上推出的具有代表性的3種高透氧化鋯產品，準確了解其半透性及顏色特性，對于臨床選擇至關重要[4]。本研究的目的即評價臨床上常用的氧化鋯全瓷冠厚度范圍內，這3種品牌的高透氧化鋯產品的半透性隨厚度增減的變化趨勢。

1 材料與方法

1.1 試樣準備

使用低速切割機(ISOmet0，Buehler；Lake Bluff，IL，美國)分別將3種高透氧化鋯KatanaTMUTML、LavaTMPlus、Ceramill?Zolid(表1)切割成長、寬12.5 mm，厚度0.63、1.25、1.50、1.88 mm(按照燒結收縮率20%計算胚體大小及厚度)的瓷塊，根據廠家說明進行燒結，燒結后的試件在金相拋光機(PG-1，標譽，中國)上使用1 500、2 000、3 000、4 000目的碳化硅砂紙將每個試件依次打磨拋光，使用電子卡尺測量，控制最終厚度差異小于0.01 mm。每組最終獲得長、寬10 mm，厚度分別為0.5、1.0、1.2、1.5 mm的試件各5枚。

表1 測試的氧化鋯陶瓷信息

1.2 測量

使用牙科接觸式色度儀(ShadeEye，Shofu，日本)，在國際照明委員會(CIE)規定的標準比色光源D65下，分別測量氧化鋯在黑色背景(CIEL*=8.6，a*=0.74，b*=2)和白色背景(CIEL*=92.32，a*=0，b*=-8.8)下的顏色參數L*、a*、b*(CIE1976 Lab*系統)。每個樣品進行測量之前根據廠家的說明對接觸式色度儀進行校準。測量時儀器探頭緊貼試件表面。

色度儀測量直接得出試樣的L*、a*、b*值，然后利用以下公式計算樣本在白色背景和黑色背景下的色差，得到每個試樣的半透明參數[5](translucency parameter，TP)：

每個試件重復3次測量并計算TP。

1.3 統計學分析

采用SPSS 21.0對TP進行雙因素方差分析(two-way analysis of variance，ANOVA)、以及Tukey事后分析(Tukey’s post-hoc LSD)，分析品牌及厚度對L*、a*、b*值和TP值的影響(α=0.05)。

2 結 果

KU的TP平均值范圍為7.666～15.555，LP的TP平均值范圍為7.500～14.916，CZ的TP平均值范圍為6.804～15.508(圖1)。

圖1 不同厚度氧化鋯陶瓷的TP(半透明參數)值

不同厚度的氧化鋯陶瓷的透明度存在顯著差異(P<0.01)。相同厚度下，KU的透明度最高，且與LP、CZ存在顯著差異(P<0.01)。相同厚度下，LP與CZ的透明度之間無明顯統計學差異。

對于3種陶瓷的雙因素方差分析結果(表2)表明，氧化鋯的品牌和厚度對TP值有顯著影響(P<0.001)，兩者之間的相互作用(氧化鋯的品牌和厚度)也具有統計學意義(P<0.001)。

表2 TP值的雙因素分析結果

在對TP-厚度進行回歸分析的基礎上，用指數函數表示厚度與TP值之間的相關性，表3總結了每一種陶瓷的回歸方程和決定系數(R2)。圖2表明這3種陶瓷的半透明參數(TP)隨厚度的變化而變化，TP值隨3種材料厚度的增加而降低，但TP值的變化與材料相關。KU的TP值在一定厚度范圍內都較LP、CZ高。所有材料的決定系數均有統計學意義(R2=0.935 8～0.967 2)。由于R2非常高，因此可以說這3種陶瓷材料的TP值與厚度的變化服從指數函數且TP隨厚度的增加而降低。

圖2 3種氧化鋯陶瓷的TP值隨厚度的變化

表3 氧化鋯陶瓷的TP(y)與厚度(x)的回歸分析

在白色背景下，3種氧化鋯的L*、a*、b*值列于圖3。所測定的3種高透氧化鋯中，KU的L*值與LP、CZ存在顯著差異(P<0.01)，亮度較LP、CZ低；KU、LP、CZ三者間的a*、b*值均存在顯著性差異(P=0.05)。KU、LP、CZ的L*、a*、b*值均隨氧化鋯陶瓷的厚度改變而變化。

A：L*亮度；B：a*紅綠色度；C：b*黃藍色度；

3 討 論

3.1 氧化鋯的半透明性與臨床應用

半透明度是描述氧化鋯陶瓷光學特性的一項重要參數，通常用透射率(tC)、對比度(CR)和/或半透明參數(TP)來表示，可以通過測定各種光源下的光學參數來計算其半透明度[6]。材料固有的顏色及透明度很大程度取決于材料本身對于可見光的吸收和散射以及光源的光譜[7]。對于陶瓷材料而言，半透明性更依賴于多重光的散射，而不是直接透射[2]。TP基于CIE比色法，定義了具有均勻厚度的材料在黑色及白色背景上所反射顏色之間的差異，并提供了與人類視覺感知直接對應的值。較高的TP值意味著更高的半透明度。TP為100表示該材料完全透明，相反，TP為0表示完全不透明[5]。由于應用于臨床的修復體沒有固定的厚度，準確了解修復材料的半透明性與厚度之間的關系，對于提高修復體的美學效果至關重要[4]。本研究選取臨床氧化鋯的常用厚度0.5～1.5 mm進行評價。有人報道氧化鋯陶瓷的TP值范圍為(8±0.8)～(15±1.3)[8-9]，這與我們的研究所得出的范圍6.8～15.5基本一致，其中KU的半透明參數是3種品牌中最高的，CZ次之，LP的透明度最低。半透明度的差異可能是由于材料成分和微觀結構的差異造成的[1]。為了提高陶瓷的強度，可增加陶瓷中氧化鋯晶體含量，但同時晶體分布的不均勻性會導致折射率降低從而導致透明度的下降[2,10]。氧化鋯陶瓷的透明性與多種因素有關，涉及粉末混合比、染色、燒結條件、老化等[5,11-13]。這3種超透氧化鋯的晶相結構主要是c-ZrO2，Ku的半透明性較高可能與KU中c-ZrO2以及添加劑的含量更高有關。KU的燒結溫度較LP、CZ高，燒結溫度會影響氧化鋯中晶相的變換以及粒度的分布等從而影響氧化鋯的半透明性[2]。有研究表明1.0 mm厚的人牙本質的平均TP值為16.4，而人牙釉質的平均TP值為18.7[14]。在我們所測定的氧化鋯陶瓷中，1.0 mm厚度的試件TP值在8.580～11.028，低于人牙本質和牙釉質的TP值。而市面常見的玻璃陶瓷的TP值為9.74～14.31[15]，更接近于人牙本質及牙釉質的透明度，即使是透明氧化鋯陶瓷的光學效果也不如玻璃陶瓷與天然牙更加匹配。

TP值在2.0以下被認為是不透明的，能夠完全阻擋黑色背景的顏色[16-17]。本研究中所評價的3種氧化鋯陶瓷，即使厚度為1.5 mm，其TP值仍大于2.0，并且隨著厚度的減少，TP值逐漸增大，因此這3種氧化鋯陶瓷應該被認為透明度較高。具有一定透明度的氧化鋯能夠更好地恢復天然牙的外觀。對于前牙美學修復，氧化鋯陶瓷的半透明度是至關重要的，然而，對于著色牙、變色牙以及金屬樁、纖維樁的存在，過高的透明度會干擾其美學效果[18]。臨床中，應根據需要靈活選擇不同透明度的氧化鋯材料。

本實驗表明3種氧化鋯陶瓷的半透明參數(TP)均隨樣品厚度的增加呈指數下降，這與之前的研究結論相同[4]。KU在一定厚度范圍內，TP值是3種氧化鋯中最高的，適用于對透明性要求較高的全瓷修復體的制作。CZ的TP值隨厚度的改變的趨勢最大，由于TP值被認為會影響全瓷修復體的整體美觀，因此目前的實驗結果表明應用CZ陶瓷時應謹慎控制材料的厚度。不同品牌氧化鋯陶瓷的透明度隨厚度變化的趨勢不一致，準確把握氧化鋯的透明性隨厚度變化的趨勢，能獲得更好的臨床效果。我們建立了KU、LP、CZ 3種品牌氧化鋯陶瓷透明度與厚度之間的關系，以預測不同厚度的氧化鋯的透明性。如修復體的厚度較大時，且需要呈現較高透明度時，應考慮選擇透明度隨厚度變化趨勢較小的氧化鋯材料，并準確預測給定厚度的陶瓷的半透明性，以期提高美學效果。

3.2 氧化鋯的顏色特性與臨床應用

CIEL*、a*、b*是一個三維體系，由一個亮度通道和兩個顏色通道組成，可以用于描述氧化鋯的顏色特性。L*、a*、b*值分別代表一種顏色的亮度、紅綠色度和黃藍色度。L*用于表示顏色的亮度，取值范圍是[0,100]，表示從純黑到純白，如果L*是正值，說明樣品與標準板相比偏亮；如果是負值，說明偏暗；a*表示紅綠色度，取值范圍是[-128，127]，如果a*是正值，說明樣品與標準板相比偏紅，如果負值，說明偏綠；b*表示黃藍色度，取值范圍是[-128，127]，如果b*是正值，說明樣品與標準板相比偏黃，如果負值，說明偏藍。對于中性色(白色、灰色)，a*、b*坐標接近于0，對于更飽和或強烈的顏色，其偏離0的幅度增加。所測定的3種高透氧化鋯中，KU的L*值較LP、CZ低，亮度偏暗。且隨厚度的增加，KU、LP、CZ的L*值均降低。有研究表明陶瓷的厚度會影響其最終色調，以及較厚的陶瓷半透明度較低等原因，導致陶瓷的L*值隨厚度的增加而降低[19-20]，與本研究的結果一致。KU、LP、CZ三者間的a*、b*值均存在顯著性差異。KU、LP、CZ三者的a*值均為負值，較白色背景偏綠，其中LP偏離最多，CZ次之，KU最??；LP、CZ的a*值隨厚度的增加而減小。KU的b*值為正值，LP、CZ為負值，且KU偏離0的幅度較LP、CZ大；LP、CZ偏藍，KU偏黃且隨厚度的增加而減小，KU的色彩飽和度較LP、CZ高。KU的亮度最低，色度偏黃；LP和CZ的亮度較高，色度偏藍。其中KU的顏色與Pop-Ciutrila等[21]測得人類牙齒的L*、a*、b*值更加匹配。

4 小 結

本研究所評價的3種氧化鋯陶瓷顯示出一定程度的半透明。不同厚度的氧化鋯的透明度存在顯著差異，所有材料的半透明度隨厚度的減小而增加。材料和厚度對牙科陶瓷的半透明參數有顯著的影響。3種品牌氧化鋯的色度存在差異；厚度的變化會影響氧化鋯的顏色；KU的顏色最接近于人牙本質的色度。