新型可注射型藻酸鹽印模材料的制備與印模精度評價

劉幸子 王馨惠 吳靜雅 羅菁菁 王云 李全利

1.安徽醫科大學口腔醫學院/附屬口腔醫院，安徽省口腔疾病研究重點實驗室，合肥 230032；2.皖南醫學院口腔醫學院，蕪湖 241001

藻酸鹽印模材料是一種彈性不可逆的印模材料，因其具有良好的印模精度、價格低廉、使用方便等優點，成為目前國內外應用最為廣泛的印模材料[1-2]。臨床常用的藻酸鹽印模在劑型上有粉-水調拌劑型、粉-糊調拌劑型，調拌方法為手動調拌法和機械調拌法，但是仍然存在水粉配比不調[3]、調拌時間不定[4-5]、調拌時和印模材料儲存均存在交叉污染等問題。IvoclarVivadent?推出的“注射型藻酸鹽印模材料”為粉-水調拌劑型，該印模材料的臨床操作是通過手動調拌混合后，分別手工裝入注射器和托盤中形成輕體、重體劑型完成印模制取。該印模材料細分了藻酸鹽材料的輕體和重體，從而提高了該印模的準確性，但是仍然是“粉-水調拌劑型”，與傳統藻酸鹽印模沒有區別，依然會受到操作時間以及臨床操作人員熟練程度的影響[6]。

本研究基于藻酸鹽印模材料所存在的臨床問題，研制一種雙組分可注射型自動混合的藻酸鹽印模材料，并通過數字三維測量方法評價其準確性。

1 材料和方法

1.1 材料

海藻酸鈉、氧化鎂（分析純，上海阿拉丁生化科技股份有限公司），磷酸三鈉、甘油、硅藻土（分析純，上海國藥集團化學試劑有限公司），聚乙二醇（polyethylene glycol，PEG）（平均相對分子質量400，北京索萊寶科技有限公司），半水硫酸鈣（安徽大江醫療用品有限公司），氟鈦酸鉀、薄荷腦（分析純，天津市科密歐化學試劑有限公司），對羥基苯甲酸乙酯（分析純，廣州市西隴化工股份有限公司），食用級色素（廣西聚力恒生物科技有限公司）。

1.2 注射型藻酸鹽印模材料的制備

海藻酸鈉基質組分（組分一）制備：按照預設的配比，將2.5 g 磷酸三鈉加入140 mL 的去離子水中，待完全溶解后加入7.5 g海藻酸鈉攪拌均勻，靜置15 h，使海藻酸鈉完全溶解于水中成為溶膠。再加入2 g 硅藻土，0.3 g 氟鈦酸鉀。10%食用級色素1 mL、10%薄荷腦1 mL 和10%對羥基苯甲酸乙酯1 mL，采用行星離心攪拌機（TIPTOP-02，寧波藍野醫療器械有限公司）混合均勻。

半水硫酸鈣、氧化鎂膠結劑組分（組分二）制備：將不同梯度比例的PEG400、甘油、半水硫酸鈣和氧化鎂混合均勻，通過與組分一混合后的調和性能、工作時間與抗壓強度的評價，調節組分二中各成分的比例，篩選出便于臨床使用的配方，即PEG400、甘油、半水硫酸鈣和氧化鎂的質量比為1.2∶1.2∶3.3∶0.4，組分一與組分二的體積比為2∶1。將組分一與組分二糊劑分別灌注到2∶1 的注射管內，形成可注射型印模材料，供臨床使用（圖1）。

圖1 注射性藻酸鹽印模材料Fig 1 The injectable alginate impression materials

1.3 藻酸鹽印模材料的形貌觀察

選用機械調拌所得的Jeltrate 藻酸鹽印模材料（登士柏公司，美國）與本研究的注射性藻酸鹽印模材料作對比。材料凝固后，臨界點干燥儀（critical point drying，CPD）（K850，QUORUM 公司，英國）處理，通過掃描電子顯微鏡（scanning elec‐tron microscope，SEM）（GeminiSEM 500，ZEISS公司，德國）觀察印模材料內部斷面的形貌。

1.4 不同印模材料取模的三維精度比較

1.4.1 標準模型的制備 參考文獻選用上頜模型作為研究評價模型[7-8]。采用3Shape 軟件設計，將數據導入Evodent S300 齒科3D 打印機，使用快速成型技術制作上頜樹脂牙列模型。

1.4.2 制取標準模型的印模實驗 將3 種印模材料分為3 組（n=5）。具體組別如下，IA（injectable alginate）組：注射型藻酸鹽印模材料；JA（Jel‐trate alginate） 組：Jeltrate 藻酸鹽印模材料；SI（Silagum-putty/light） 組：加成型硅橡膠印模（DMG 公司，德國），采用輕體重體聯合使用的二次印模法制取。所有印模由同一位熟練的醫師制取，制取印模時嚴格按照各印模材料的使用說明進行配比及操作。

1.4.3 灌注石膏模型 按藻酸鹽印模材料、硅橡膠印模材料的要求，用超硬石膏（賀利氏古莎公司，德國）常規灌制模型。精確控制超硬石膏水粉比，調拌均勻后置于振蕩器上灌注。操作環境及水溫為（23±2）℃，相對濕度為50%±5%，1 h后脫模。

1.4.4 標準模型、石膏模型掃描 3Shape E3（3-shape 公司，丹麥）掃描儀對標準模型及每組的5個超硬石膏模型進行三維掃描，獲得其數字模型。所有模型均以咬合面朝上，底座固定于基臺上形式放置，輸出dcm 格式數據，通過3Shape dental system（3Shape公司，丹麥）轉換成表面三角網格數據（STL）格式的文件，以標準模型掃描獲取的數字模型為參照（REF），每組的5個超硬石膏模型掃描獲得的數字模型為測試組（IA 組、JA 組、SI組），然后分別命名保存。

1.4.5 數據處理 采用軟件Geomagic Wrap 2021（Geomagic；Morrisville，NC，美國）處理分析STL數據，為避免藻酸鹽印模邊緣形變造成數據分析誤差，對模型邊緣進行裁剪，裁剪范圍盡量控制在距中切牙唇側齦緣2 mm，腭側延伸到距齦緣8 mm；第一磨牙頰側距齦緣5 mm，腭側距齦緣4 mm。每個測試組內樣品的5個STL 文件分別與標準模型REF“三點注冊匹配”“全局注冊”對齊，進行“偏差分析”，通過正確度（trueness）和精密度（precision）表示[9]。正確度：通過每個測試組內的5個掃描文件與REF對齊，分析得出的平均距離值來評價。精密度：通過每個測試組內的5個掃描文件兩兩對齊，分析得出的標準偏差值評價（圖2）。

圖2 3組全牙列印模正確度/精密度的3D數字化分析Fig 2 3D digital analysis of trueness/precision of three groups of full arch impressions

石膏模型與標準模型之間的差異幅度可以通過三維彩色偏差圖呈現出來。三維彩色偏差圖選擇同一標尺，最大臨界值為200 μm，最小臨界值為?200 μm，最大名義值為50 μm，最小名義值為?50 μm，顏色段選為15 段，綠色代表誤差允許范圍，其他顏色為非誤差允許范圍。

1.5 統計學分析

采用SPSS 21.0 軟件進行統計學分析。實驗數據符合正態分布和方差齊性，采用單因素方差分析（One-way ANOVA）和Tukey 多重比較檢驗，檢驗水準α=0.05，以P<0.05差異有統計學意義。

2 結果

2.1 Jeltrate 藻酸鹽印模材料和注射型藻酸鹽印模材料的內部結構形貌分析

SEM 結果顯示，機械調拌方式的Jeltrate 藻酸鹽印模材料氣泡大小不均勻，約幾十微米不等（圖3左）。而注射型藻酸鹽印模材料結構致密，氣泡直徑較小（圖3 右），氣泡含量少于Jeltrate 藻酸鹽印模材料。

圖3 Jeltrate 藻酸鹽印模材料（左）和新型注射型藻酸鹽印模材料（右）的內部形貌 SEM ×100Fig 3 Internal morphology of Jeltrate alginate impression mate‐rials (left) and the novel injectable alginate impression materials(right) SEM ×100

2.2 3種印模材料的準確性分析

3 種印模材料的準確性以精密度和正確度反映，具體見表1。正確度單因素方差分析結果顯示3 組印模組間差異有統計學意義（P<0.05），進一步Tukey 多重比較檢驗得出IA 組、JA 組分別與SI組間差異有統計學意義（P<0.05），但IA 組和JA組間差異無統計學意義。精密度單因素方差分析結果顯示3 組印模組間差異有統計學意義（P<0.05），進一步Tukey 多重比較檢驗得出IA 組、JA組和SI 組3 組之間差異均有統計學意義（P<0.05）。

表1 3種印模材料的準確性評價Tab 1 The accuracy evaluation of three kinds of im‐pression materials μm

根據三維彩色偏差圖顯示結果，正確度偏差值主要分布在后牙咬合面窩溝及兩牙接觸區的鄰間隙處。其中SI 組制取超硬石膏模型90%區域與標準模型差異在?50～50 μm，而IA組為70%～80%，JA組為60%～70%，因此SI組準確性最高（圖4）。

圖4 三維彩色偏差圖顯示3種印模材料的差異分布特征Fig 4 The 3D color-coded deviation maps show the discrepancy distribution characteristics of three kinds of impression materials

3 討論

本研究通過改變藻酸鹽印模材料的性狀和使用方式，制備出預混合可注射型藻酸鹽印模材料，從而解決臨床上藻酸鹽印模材料存在的調拌及衛生問題。糊劑型藻酸鹽印模材料更能滿足藻酸鹽印模材料的要求[10]，并且注射型藻酸鹽印模材料通過添加氧化鎂成分，有效提高了該材料的強度、硬度和凝結速度[11]。根據SEM 結果顯示，注射型藻酸鹽印模材料結構致密，氣泡含量較少，直徑較小，優于Jeltrate藻酸鹽印模材料。據文獻報道，藻酸鹽印模材料機械調拌法優于手動調拌法，是因為高速旋轉的調拌機可以將氣泡排出或擠破，而手動調拌法無法快速攪拌材料，故容易導致氣泡的混入[12]。而注射型藻酸鹽印模材料有著較為準確的成分定量配比，且為預混合狀態，解決了因調拌產生的氣泡問題，因此材料內部結構更為致密。印模材料中夾帶的空氣或氣泡會影響印模材料的準確性和產生的鑄型[12]，而注射型藻酸鹽印模材料有效減少了氣泡的產生，從而有利于提高藻酸鹽印模材料的準確性。本研究在對照組的設計上，沒有采用IvoclarVivadent?的注射型藻酸鹽印模材料作為對照組，除了產品獲得困難的原因外，更重要的是本研究著重于展示新型可注射型藻酸鹽印模材料相對于目前臨床常用的手調型藻酸鹽印模材料的優良臨床操作性能和印模的準確性。

本研究使用激光三維掃描儀3Shape E3 重建模型的數字化圖像，該掃描儀掃描完整的牙列模型只需18 s，且掃描精度為7 μm，掃描數據導入Geomagic Wrap 2021 計算機三維檢測分析軟件中，分析注射型藻酸鹽印模材料制取全牙列的三維精度。近年來，相比于接觸式直接測量，在印模和模型的測量方法上更傾向于非接觸式三維測量[14]。非接觸式測量是各種測量儀器與樣本在非接觸的狀態下，測量其尺寸變化，可以獲得二維或三維的數據。通過測量顯微鏡（移動顯微鏡）、反射光學顯微鏡、外形投影儀等非接觸測量法獲得二維數據；而通過三維坐標測量機和三維光學數字技術可獲得三維數據[15]。本研究采用的是激光掃描技術，即三維光學數字技術，進行三維掃描后的測量或建模。研究中準確性評價所用的測量方法并非三維數字化模型的線性距離測量，而是采用三維模型圖像疊加法，該方法可以顯示測試模型和參考模型的幾何圖形各表面間的偏差，并計算出三維距離。因此，本研究比較計算方法，消除了儀器本身帶來的誤差，保證了數據的可靠性。Geomagic 是一款逆向工程軟件，不僅可以精確而全面地檢測出兩個三維圖像之間的差異，而且可以生成三維彩色偏差圖[16]。印模材料的準確性由正確度和精密度所決定[9]。精密度描述了重復測量結果的一致程度。精密度越高，測量越可預測。正確度描述了標準模型數據與測試組結果的匹配程度。高度正確性會產生接近或等于被測物體實際尺寸的結果[8]。從本實驗的統計結果來看，硅橡膠印模材料的精密度優于注射型藻酸鹽印模材料，更優于Jeltrate 藻酸鹽印模材料，而正確度方面，注射型藻酸鹽印模材料和Jeltrate 藻酸鹽印模材料差異無統計學意義（P>0.05），硅橡膠印模材料體現出最佳正確度。

修復體的長期穩定性取決于其與基牙之間的密合程度，美國牙科協會指出：臨床上可接受的間接修復體的誤差范圍為50～100 μm，但是有一些學者[17]指出誤差范圍小于200 μm 就能保證修復體的長期存留率。與SI 組相比，IA 組、JA 組準確性較差，三維彩色偏差圖顯示偏差主要存在后牙區咬合面及兩牙接觸區的鄰間隙處，可能由于這些地方易形成倒凹，脫模過程中導致印模材料發生扭轉伸長或彈性回縮的形變。而脫模后，模型的準確性依賴于印模材料的形變是否能恢復及恢復情況，即取決于印膜材料本身的特性。根據圖中標尺及顏色的分布，SI 組、IA 組及JA 組偏差顏色段逐漸加深，偏差數值逐漸增大，與表1數值呈現的結果一致，但是根據三維彩色偏差圖更能直觀地表明SI組印模準確性高于IA組和JA組。

另外，印模材料的準確性與材料的黏度有直接的關系[18]。硅橡膠印模材料由高黏度的重體和低黏度的輕體組成，因此硅橡膠印模材料具有極佳的準確性。對于本研究的可注射型藻酸鹽印模材料，也可以通過改變預混材料的黏度，形成類似硅橡膠材料的重體、輕體劑型，從而提高其制取印模的準確性。

綜上所述，注射型藻酸鹽印模材料結構致密，氣泡含量少，具有良好的印模準確性，且便于臨床操作，為解決藻酸鹽印模材料調拌及衛生問題提供一種新思路。但是作為一種新型印模材料，其相關性能，如操作時間、親水性、壓應變、形變恢復性、抗壓強度、與石膏的配伍性和生物安全性等需要按照藻酸鹽印模材料國家標準“yy-1027-2001”進一步評價，其使用有效期問題也需在后期的實驗中進一步探究，以期臨床轉化應用。

利益沖突聲明：作者聲明本文無利益沖突。