DOI: https://doi.org/10.2334/josnusd.25-0083
PMID: https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/40436775
تاريخ النشر: 2025-01-01
المؤلف: Shoko Miura وآخرون
الموضوع الرئيسي: المواد السنية والترميمات
نظرة عامة
تدرس هذه الدراسة تأثير بروتوكولات التلبيد، محتوى اليتريا، وسمك الزركونيا على الخصائص البصرية للزركونيا الأحادية. تم تقييم ثلاثة أنواع من مواد الزركونيا المستقرة جزئيًا (PSZ) – طبقة واحدة (HT) وطبقتين (GE، FX) – مع سمك يتراوح من 0.5 إلى 1.5 مم تحت بروتوكولات تلبيد تقليدية وسريعة. تم قياس الخصائص البصرية الرئيسية، بما في ذلك معامل الشفافية (TP)، فرق اللون (ΔE_{00})، والانعكاسية الطيفية، باستخدام مقياس الطيف الضوئي مقابل خلفيات معيارية. تم استخدام تحليلات إحصائية، بما في ذلك ANOVA أحادي الاتجاه واختبارات توكي اللاحقة، لتقييم البيانات.
كشفت النتائج أن قيم TP انخفضت مع زيادة سمك الزركونيا، مع ملاحظات لاختلافات كبيرة بين بروتوكولات التلبيد. بشكل ملحوظ، أدى التلبيد السريع إلى تقليل الشفافية في بعض المواد متعددة الطبقات، وخاصة GE، بينما حافظت HT على خصائص بصرية متسقة عبر البروتوكولات. بالإضافة إلى ذلك، تجاوزت قيم ΔE_{00} للزركونيا متعددة الطبقات الحدود المقبولة سريريًا، خاصة في العينات الأكثر سمكًا. كانت الانعكاسية الطيفية غير متأثرة إلى حد كبير بظروف التلبيد للزركونيا أحادية الطبقة، لكنها أظهرت تباينات كبيرة في العينات متعددة الطبقات. بشكل عام، تؤكد الدراسة على الدور الحاسم لبروتوكولات التلبيد وتركيب المواد في تحديد الخصائص البصرية للزركونيا، مما يبرز الحاجة إلى تحسين ظروف المعالجة لتحسين النتائج الجمالية والوظيفية في الإعدادات السريرية.
مقدمة
لقد أحدث إدخال الزركونيا في طب الأسنان التعويضي ثورة في هذا المجال بسبب خصائصه الميكانيكية الممتازة، والتوافق الحيوي، والجاذبية الجمالية. في البداية، كانت بلورات الزركونيا الرباعية (3Y-TZP) تُستخدم بشكل أساسي للإطارات، وغالبًا ما كانت مغطاة بالبورسلين لتعزيز الجماليات. أدت التطورات الحديثة إلى تطوير زركونيا عالية الشفافية، مما يسمح بإعادة الترميم الأحادي في المناطق الخلفية، وزركونيا عالية الشفافية للغاية، مما يحسن الشفافية للتطبيقات الأمامية. ومع ذلك، تأتي هذه التحسينات في الجماليات مع تنازلات في قوة الانحناء، مما يستلزم تطوير مواد زركونيا متعددة الطبقات التي توازن بين القوة والمظهر.
على الرغم من فوائد زركونيا عالية الشفافية، تظل عملية التلبيد خطوة تستغرق وقتًا طويلاً، تتطلب تقليديًا عدة ساعات. أظهرت الابتكارات الحديثة في بروتوكولات التلبيد السريع وعدًا في تقليل أوقات المعالجة مع الحفاظ على أداء المواد، مما يتيح علاجات في زيارة واحدة مع تيجان زركونيا أحادية. ومع ذلك، قد يؤدي التلبيد السريع إلى مشكلات مثل زيادة حجم الحبوب وزيادة المسامية، مما يمكن أن يؤثر على الخصائص البصرية للمواد. تهدف هذه الدراسة إلى التحقيق في تأثيرات بروتوكولات التلبيد المختلفة، ومحتوى اليتريا، وسمك الزركونيا على معامل الشفافية، فرق اللون، والانعكاسية الطيفية للزركونيا الملبدة، واختبار الفرضية القائلة بأن هذه العوامل لا تؤثر بشكل كبير على الخصائص البصرية. تم تصنيع العينات باستخدام نظام CAD-CAM وتعرضت لكل من بروتوكولات التلبيد التقليدية والسريعة، تلتها تحليل شامل لخصائصها البصرية.
النتائج
تشير النتائج إلى وجود علاقة واضحة بين سمك العينة وقيم الشفافية (TP)، كما هو موضح في الشكل 1، حيث تنخفض قيم TP مع زيادة السمك. بشكل ملحوظ، أظهرت عينات GE الملبدة بسرعة شفافية أقل مقارنة ببروتوكولات التلبيد الأخرى. كشفت التحليلات الإحصائية عن اختلافات كبيرة في قيم TP لسموكات وظروف تلبيد مختلفة، خاصة عند 0.5 مم لـ HT (P = 0.0096)، جميع الظروف لـ GE (P < 0.05)، 0.5 مم لـ FX_I (P = 0.0039)، و3.0 مم لـ FX_C (P = 0.0033). بالنسبة لعينات GE وFX، ظلت قيم TP متسقة عبر نقاط القياس تحت نفس الظروف. فيما يتعلق بفرق اللون (ΔE 00)، أظهرت عينات GE باستمرار قيمًا أكبر من 3 عبر جميع الظروف، مع اتجاه متزايد مع زيادة السمك. على العكس، أظهرت عينات HT وFX قيم ΔE 00 تتراوح من 1.0 إلى 1.7، دون وجود اتجاه متسق مع تغييرات السمك. لوحظت اختلافات كبيرة في ΔE 00 لـ HT بين 3.0 مم وكلا من 0.5 مم و1.5 مم (P < 0.01)، بينما أظهرت عينات GE_C وGE_I أيضًا اختلافات كبيرة عبر السموكات (P < 0.01). ومع ذلك، لم تؤثر تغييرات السمك بشكل كبير على قيم ΔE 00 لعينات FX_C وFX_I (P > 0.05). أظهرت منحنيات الانعكاسية الطيفية، الموضحة في الأشكال 4 و5 و6، اتجاهًا متزايدًا في نطاق 400-460 نانومتر، وانخفاضًا عند حوالي 520 نانومتر (أخضر) و650 نانومتر (أحمر)، تلاه زيادة. بشكل ملحوظ، أظهرت عينات GE التي تعرضت للتلبيد السريع عند سمكات 1.5 و3.0 مم منحنيات انعكاسية أعلى بحوالي 20% من تلك تحت ظروف أخرى، بينما لم تظهر عينات HT وFX تأثيرًا كبيرًا من السمك أو بروتوكول التلبيد.
المناقشة
في هذه الدراسة، تم تقييم الخصائص البصرية لعينات الزركونيا الأحادية، مع التركيز على الشفافية (TP)، اختلافات اللون (ΔE 00)، والانعكاسية الطيفية، المتأثرة بمحتوى اليتريا المتنوع وبروتوكولات التلبيد. أشارت النتائج إلى أنه بينما أظهرت عينات HT وFX قيم TP وΔE 00 مقبولة، كانت عينات GE مرفوضة باستمرار عبر جميع الظروف. تم إجراء القياسات باستخدام مقياس الطيف الضوئي، مع تطبيق صيغة CIEDE2000 لتحديد اختلافات اللون، مما يكشف أن التلبيد السريع أدى إلى قيم ΔE 00 أعلى بسبب نمو الحبوب غير المتجانس وتباينات الكثافة بين الطبقات، مما أثر بشكل خاص على المرحلة الرباعية في طبقة اليتريا 4 مول%.
سلطت الدراسة الضوء على أن عملية التلبيد تؤثر بشكل كبير على الخصائص البصرية للسيراميك الزركوني، حيث تحافظ عملية التلبيد التقليدية على استقرار أفضل للطور مقارنة بالتلبيد السريع. اقترحت النتائج أن زركونيا FX، التي تتميز بمحتوى أعلى من اليتريا، أظهرت خصائص بصرية أكثر اتساقًا وقيم ΔE 00 أقل، مما يجعلها خيارًا مفضلًا للتطبيقات السريرية حيث تكون الجماليات حاسمة. بالإضافة إلى ذلك، وُجد أن شفافية الزركونيا ترتبط إيجابيًا بمحتوى اليتريا وحجم الجسيمات، حيث كانت قيم TP للزركونيا المختبرة قابلة للمقارنة مع تلك الخاصة بالمينا البشرية والعاج. ومع ذلك، تضمنت قيود الدراسة استخدام زركونيا من مصنع واحد وغياب تقييمات الخصائص الميكانيكية، مما يشير إلى الحاجة إلى مزيد من البحث لاستكشاف هذه الجوانب بشكل شامل.
DOI: https://doi.org/10.2334/josnusd.25-0083
PMID: https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/40436775
Publication Date: 2025-01-01
Author(s): Shoko Miura et al.
Primary Topic: Dental materials and restorations
Overview
This study investigates the impact of sintering protocols, yttria content, and zirconia thickness on the optical properties of monolithic zirconia. Three types of partially stabilized zirconia (PSZ) materials—one monolayer (HT) and two multilayer (GE, FX)—were evaluated with thicknesses ranging from 0.5 to 1.5 mm under both conventional and speed sintering protocols. Key optical properties, including the translucency parameter (TP), color difference (ΔE_{00}), and spectral reflectance, were measured using a spectrophotometer against standardized backgrounds. Statistical analyses, including one-way ANOVA and Tukey’s post-hoc tests, were employed to assess the data.
The findings revealed that TP values decreased with increasing zirconia thickness, with significant differences noted between the sintering protocols. Notably, speed sintering led to reduced transparency in certain multilayer materials, particularly GE, while HT maintained consistent optical properties across protocols. Additionally, the ΔE_{00} values for multilayer zirconia surpassed clinically acceptable limits, especially in thicker specimens. Spectral reflectance was largely unaffected by sintering conditions for monolayer zirconia, but exhibited significant variations in multilayer samples. Overall, the study underscores the critical role of sintering protocols and material composition in determining the optical properties of zirconia, highlighting the need for optimized processing conditions to improve both aesthetic and functional outcomes in clinical settings.
Introduction
The introduction of zirconia in prosthetic dentistry has revolutionized the field due to its excellent mechanical properties, biocompatibility, and aesthetic appeal. Initially, tetragonal zirconia polycrystals (3Y-TZP) were predominantly used for frameworks, often veneered with porcelain to enhance aesthetics. Recent advancements have led to the development of high-translucency zirconia, which allows for monolithic restorations in posterior regions, and ultra-high-translucency zirconia, which further improves transparency for anterior applications. However, these enhancements in aesthetics come with a trade-off in flexural strength, necessitating the development of multilayered zirconia materials that balance strength and appearance.
Despite the benefits of high-translucency zirconia, the sintering process remains a time-consuming step, traditionally requiring several hours. Recent innovations in speed sintering protocols have shown promise in reducing processing times while maintaining material performance, enabling single-visit treatments with monolithic zirconia crowns. However, rapid sintering may lead to issues such as larger grain sizes and increased porosity, which can affect the optical properties of the material. This study aims to investigate the effects of different sintering protocols, yttria content, and zirconia thickness on the translucency parameter, color difference, and spectral reflectance of sintered zirconia, testing the hypothesis that these factors do not significantly influence the optical properties. Specimens were fabricated using a CAD-CAM system and subjected to both conventional and speed sintering protocols, followed by a thorough analysis of their optical characteristics.
Results
The results indicate a clear relationship between specimen thickness and transparency (TP) values, as shown in Figure 1, where TP values decrease with increasing thickness. Notably, speed-sintered GE samples exhibited lower transparency compared to other sintering protocols. Statistical analysis revealed significant differences in TP values for various thicknesses and sintering conditions, particularly at 0.5 mm for HT (P = 0.0096), all conditions for GE (P < 0.05), 0.5 mm for FX_I (P = 0.0039), and 3.0 mm for FX_C (P = 0.0033). For GE and FX specimens, TP values remained consistent across measurement points under the same conditions. In terms of color difference (ΔE 00), GE samples consistently showed values greater than 3 across all conditions, with an increasing trend as thickness increased. Conversely, HT and FX samples exhibited ΔE 00 values ranging from 1.0 to 1.7, lacking a consistent trend with thickness changes. Significant differences in ΔE 00 were noted for HT between 3.0 mm and both 0.5 mm and 1.5 mm thicknesses (P < 0.01), while GE_C and GE_I samples also showed significant differences across thicknesses (P < 0.01). However, thickness variations did not significantly affect ΔE 00 values for FX_C and FX_I samples (P > 0.05). Spectral reflectance curves, depicted in Figures 4, 5, and 6, demonstrated an increasing trend in the 400-460 nm range, a decrease at approximately 520 nm (green) and 650 nm (red), followed by an increase. Notably, GE specimens subjected to speed sintering at thicknesses of 1.5 and 3.0 mm exhibited reflectance curves approximately 20% higher than those under other conditions, while HT and FX specimens showed no significant influence from thickness or sintering protocol.
Discussion
In this study, the optical properties of monolithic zirconia samples were evaluated, focusing on transparency (TP), color differences (ΔE 00), and spectral reflectance, influenced by varying yttria content and sintering protocols. The findings indicated that while the HT and FX specimens exhibited acceptable TP and ΔE 00 values, the GE specimens were consistently rejected across all conditions. Measurements were conducted using a spectrophotometer, with the CIEDE2000 formula applied to quantify color differences, revealing that speed sintering resulted in higher ΔE 00 values due to nonuniform grain growth and density variations between layers, particularly affecting the tetragonal phase in the 4 mol% yttria layer.
The study highlighted that the sintering process significantly impacts the optical properties of zirconia ceramics, with conventional sintering maintaining better phase stability compared to speed sintering. The results suggested that the FX zirconia, characterized by a higher yttria content, demonstrated more consistent optical properties and lower ΔE 00 values, making it a preferable choice for clinical applications where esthetics are critical. Additionally, the transparency of zirconia was found to correlate positively with yttria content and particle size, with the TP values of the tested zirconia being comparable to those of human enamel and dentin. However, the study’s limitations included the use of zirconia from a single manufacturer and the absence of mechanical property assessments, indicating a need for further research to explore these aspects comprehensively.