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结构设计对正畸支抗种植体初期稳定性影响的研究进展文章

来源:中华口腔医学杂志 / 日期:02-09 / 阅读量:661次

作为一种骨性支抗装置,正畸支抗种植体具有体积小、即刻负载、支抗强等特点,得到了广泛应用。植入初期种植体松动、脱落的现象时有发生,临床成功率为83.3%~91.6%,低于修复用种植体,缘于支抗种植体的初期稳定性受多种因素影响,包括结构设计、表面处理方式、植入手术、牵引力大小与方向等,其中关键的是支抗种植体的结构设计。现从支抗种植体的几何形状、尺寸大小、颈部构型和螺纹构型等方面出发,综述结构设计对支抗种植体初期稳定性的影响,为支抗种植体结构优化提供参考。

1.几何形状与支抗种植体初期稳定性的关系

目前关于正畸支抗种植体几何形状设计的研究主要集中于圆柱状和圆锥状支抗种植体的稳定性,尤其是初期稳定性的比较。

(1)圆柱状支抗种植体具有良好的初期稳定性:

圆柱状支抗种植体上下段直径一致,植入时产生的应力较稳定,不会对周围骨组织产生显著的压应力,可在保证初期稳定性的基础上减轻对周围骨组织的损伤,适用于高密度骨质区。Kim等计算得到,圆柱状支抗种植体表面积比圆锥状支抗种植体大20%~30%,从机械锁结角度来看,圆柱状支抗种植体有更好的初期稳定性。然而,目前临床上应用较少,缘于圆柱状支抗种植体的直径恒定,表面螺纹的直径也一致,扭矩在植入早期即达到峰值,植入难度较大。

(2)圆锥状支抗种植体的初期稳定性可满足临床要求:

较多学者发现圆锥状支抗种植体也有一定的固位性能和初期稳定性,可满足临床使用要求,是目前最常用的几何形状。有学者认为圆锥状支抗种植体植入后初期和远期稳定性均较好,因为上下段直径不同的锥状设计使支抗种植体植入时扭矩逐渐增大,有助于与骨组织形成牢固的锁结关系。然而圆锥状支抗种植体植入时形成的压应力可过度挤压周围骨组织,造成骨裂,对支抗种植体初期稳定性有不利影响。为减小支抗种植体对骨组织的压应力同时不降低初期稳定性,可采取植入前预备钻孔等辅助措施,这尤其适用于下颌骨以及上颌牙槽中段等骨密度较高的区域。

临床应用时还应考虑锥度大小对支抗种植体初期稳定性的影响,随着锥度变大,螺纹各个方向的差异性减小,但支抗种植体表面积也变小,两者作用相反,共同影响支抗种植体初期稳定性。

此外,已有研究报道混合形状的修复用种植体,即种植体冠段呈圆柱形,以确保良好的初期稳定性,而根段呈圆锥形,以利于种植体顺利植入。但目前鲜见混合形状支抗种植体的研究报道。

2.尺寸与支抗种植体初期稳定性的关系

尺寸大小与支抗种植体初期稳定性的联系最直接。

(1)尺寸与应力的关系:

支抗种植体与骨接触界面的应力与支抗种植体初期稳定性联系紧密,增加长度和直径可减小植入时骨皮质和骨松质内应力峰值。Jiang等比较了不同长度和直径支抗种植体间初期稳定性的差异,发现长度>11.0 mm、直径>1.5 mm时支抗种植体的骨接触面应力小,初期稳定性较好。随后,Crismani等报道支抗种植体的长度应>8 mm、直径应>1.2 mm,而低于这一尺寸的支抗种植体植入时易折断或脱落,临床上应避免使用。最近,Sivamurthy和Sundari通过三维有限元研究证实,增大直径能增强支抗种植体抵抗负荷的能力,因此建议使用直径>1.3 mm的支抗种植体。

(2)尺寸与植入部位的关系:

虽然尺寸大的支抗种植体初期稳定性较好,但临床上支抗种植体尺寸常受局部解剖结构限制,如黏膜、牙根和上颌窦等。为保证初期稳定性,需根据不同植入位点选择相应尺寸的支抗种植体。当植入后支抗种植体根部接近牙根或窦底时,其周围包绕的骨组织也会减少,研究显示当支抗种植体与邻近牙根或窦底间距在1.4 mm以内时,失败率较高,因此建议支抗种植体周围包绕骨组织厚度至少为1 mm,临床上在植入前应常规拍摄锥形束CT检查牙根间骨量和上颌窦底水平。

对于常植入的上颌后牙区,减小长度是避免破坏上颌窦底和防止损伤邻近牙根的有效方法,然而短的支抗种植体初期稳定性较差。Jiang等经三维有限元模拟实验分析后认为,该位置最佳的尺寸设计为直径1.5 mm、长度介于11~13 mm之间。最近有学者进行了临床试验,测量分析上颌后牙区颊侧骨皮质厚度与密度,发现直径1.5 mm、长度介于5~6 mm之间的支抗种植体的成功率可达90.2%~95.0%,这类支抗种植体既可有效避免接触牙根以及损伤上颌窦,又能抵抗1.47 N左右的正畸力,可满足临床需要。

对于除上颌后牙区外的其他部位,Suzuki等报道了直径为1.3 mm的支抗种植体植入上颌骨的最佳长度设计是5 mm,植入下颌骨的最佳长度设计为6 mm。

较短的支抗种植体植入软组织较厚的位置如上腭黏膜,易产生移动,因此针对这些位置,较长的长度设计是必要的,建议使用长度为6~8 mm的支抗种植体。

3.螺纹构型与支抗种植体初期稳定性的关系

螺纹设计可增大支抗种植体-骨界面的接触面积,使应力均匀分布。不同螺纹设计,包括螺纹形态、深度、角度以及螺距等,均可影响支抗种植体的初期稳定性。

(1)螺纹形态的影响:

Gracco等比较了4种螺纹形态对支抗种植体拔除扭矩的影响,发现反支撑形螺纹的拔除扭矩最大,刃状螺纹次之,梯形螺纹和支撑形螺纹较小,因此认为反支撑形螺纹支抗种植体有较好的初期稳定性。反支撑形螺纹设计在支抗种植体-骨界面处传递的应力为传统V形螺纹的1/10,表现出较小的位移量和较高的初期稳定性。而支撑形螺纹因为其几何形状呈斜向尖端,抵抗脱位的性能较差,初期稳定性相对不佳。

(2)螺距的影响:

螺距对骨皮质所受最大应力值和支抗种植体的初期稳定性有一定影响。Brinley等指出,在一定限度内减小螺距可增大拔除扭矩,最合适的螺距为0.75~0.80 mm,过大或过小的螺距均不利于支抗种植体的初期稳定性。

Shen等研究得到了螺距大小与最大应力值间的曲线关系,结果显示随着螺距减小,骨松质内最大应力显著减小,而骨皮质内最大应力增加,由于骨皮质是应力集中区,承受大部分的应力,因此,应根据骨皮质内应力情况选择合适的螺距,临床上1.2 mm螺距的支抗种植体用于上颌后牙区较合适。

(3)螺纹深度的影响:

螺纹深度增加可增大支抗种植体表面积,有助于提高支抗种植体初期稳定性,但螺纹深度过大又可使支抗种植体易弯曲或折断。颜丹等研究发现,螺纹深度为0.3 mm时,支抗种植体压力侧和非压力侧的应力峰值沿种植体中轴对称分布。Chang等指出,随着螺纹深度变化,当支抗种植体内外直径比为0.68时,初期稳定性最佳,因此临床上采用外直径为2 mm的支抗种植体时,螺纹深度应设计为0.32 mm,此时支抗种植体抵抗脱位的性能最好,初期稳定性最佳。

(4)螺纹角度的影响:

支抗种植体螺纹的两个组成面形成一定角度,可增加支抗种植体与骨界面的接触面积,因此螺纹角度的大小可影响支抗种植体的初期稳定性。已有研究显示在骨松质中不同螺纹角度的支抗种植体植入扭矩相似;而在骨密度大的区域,螺纹角度大的支抗种植体有更大的植入扭矩,其中螺纹角度为45°的支抗种植体初期稳定性最佳。

4.颈部构型与支抗种植体初期稳定性的关系

正畸支抗种植体植入部位的骨皮质区是承受载荷的主要部位,颈部构型的优化设计将显著影响支抗种植体的初期稳定性。

(1)颈部尺寸:

Motoyoshi等发现当支抗种植体颈部高度变化范围小于骨皮质厚度时,颈部高度的变化对支抗种植体-骨界面应力峰值的影响并不明显;但当颈部高度大于骨皮质厚度时,骨皮质区的应力明显减小,而骨松质区应力显著增大,这可造成骨松质区的微创伤并发生骨吸收,不利于支抗种植体的初期稳定性。

邓锋等将支抗种植体颈部直径从1.3 mm增加到1.5 mm,发现颈部应力显著降低,由此认为颈部直径的优化设计对增强支抗种植体初期稳定性切实有效。临床使用时应熟知支抗种植体的颈部构型参数和植入部位的骨皮质厚度,选择颈部高度小于骨皮质厚度的支抗种植体,且颈部直径可适当增加。

(2)颈部形貌:

传统支抗种植体较多采用光滑的颈部设计,因为支抗种植体在颈部区域从无菌骨环境过渡到口腔环境,易受细菌侵入,而光滑的颈部能形成封闭的环境,有利于支抗种植体初期稳定性。然而,光滑的颈部结构不利于骨结合,Kim等通过实验证实,对支抗种植体颈部粗糙化处理,如增加微槽沟以利于牙龈纤维和上皮组织的附着,增强软组织与骨组织间的适应性,可提高支抗种植体的初期稳定性。

(3)颈部螺纹:

有学者认为支抗种植体颈部螺纹可将应力传递到周围骨皮质,有助于支抗种植体的顺利植入。但颈部螺纹可使支抗种植体植入时在骨皮质区形成应力集中,发生骨损伤而破坏支抗种植体的初期稳定性。针对骨损伤的问题,Rahimi等对支抗种植体颈部螺纹进行细化,发现骨皮质区应力峰值明显减小,且应力分布也较均匀,有效避免了应力集中。

Motoyoshi等对比了颈部无螺纹和有螺纹的支抗种植体的初期稳定性,发现颈部无螺纹组植入时骨皮质表面的压应力峰值比有螺纹组小22~26 MPa,能有效避免骨裂并有利于保持支抗种植体初期稳定性。因此,为了保证支抗种植体的成功率,临床上应选择颈部无螺纹设计的支抗种植体,并将支抗种植体植入更深,使其体部螺纹全部位于骨松质内,骨皮质与支抗种植体光滑的颈部接触。

(4)颈部锥度:

Kong等发现支抗种植体颈部锥度变化为0°~45°时,支抗种植体骨界面骨皮质内的应力显著减小,降幅达81%,提示颈部锥度大小对支抗种植体-骨界面的应力分布有显著影响。然而锥度过大可产生明显的骨裂,不利于支抗种植体的初期稳定性。最新的研究比较了颈部锥度分别为0°、3°、5°、7°、11°的支抗种植体,结果显示,随着颈部锥度增大,种植体-骨界面最大应力减小、拔除扭矩增大,但锥度从7°变到11°,拔除扭矩仅增大1.04 N,因此认为颈部为7°的锥度设计不仅可保持较小的应力峰值,还有较高的初期稳定性。


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