双螺纹设计对种植体稳定性的影响

【摘要】 目的 通过共振频率分析仪和组织病理形态学来比较分析双梯形螺纹种植体和经典的“V”型螺纹种植体对种植体的初期稳定性及功能性负荷下后期稳定性的影响。方法 选择杂种狗12只，拔除下颌前磨牙，3个月后植入种植体，再经3个月愈合后行修复治疗，负重3个月后处死。在植入、修复、负重1个月、负重2个月及处死时分别应用共振频率分析测量种植体的稳定性。处死后取标本制成非脱矿磨片进行组织形态学分析。结果 两组种植体在各时期的稳定度差异均无显著性，但在每一时期实验组种植体的稳定度均较对照组高，实验组种植体在负重后稳定度恢复较快，负重3个月后实验组的骨-种植体接触率(BIC)和种植体周围骨面积（BA）均较对照组稍高，但两者差异无显著性。结论 双梯形螺纹种植体有利于保证种植体的初期和后期稳定性，应用于低密度骨质优越性会更加明显。 【关键词】 种植体；螺纹；稳定性

The effect of dual threads design on stability of implants

【Abstract】 Objective The aim was to study the effect of dual thread implants upon stability by comparing single traditional thread implants. Methods A total of 24 fixtures (12 dual threads and 12 single thread implants) were placed into edentulous mandible of 12 mongrel dogs， and animals were sacrificed for histomorphometry after loaded 3 months. Stability of implants was measured by RFA regularly.Results There was no significant difference between both groups about stability at all periods and histomorphometry， but ISQ， BIC and BA of experimental group were higher than control group， and ISQ recovered more quickly in experimental group after loaded.Conclusion Dual threads design contributes to assure the initial and secondary stability of implants， which is particularly important in poor density bone.

【Key words】 implant; thread; stability

种植体的设计是指种植体的三维结构，包括其几何形态和表面形态的变化。螺纹状种植体具有较大的骨-种植体接触面积，并且由于其几何形状的特性，可以有效地增加其初期稳定性［1］。另外，螺纹状种植体能够较好地将咬合力平均分配至周围的牙槽骨，因此与柱状种植体相比，螺纹状种植体被认为具有较好的治疗效果［2］。而螺纹的设计主要包括螺纹间距、螺纹的形状和螺纹的深度三个方面。本研究的目的在于是通过共振频率分析仪和组织病理形态学来比较分析一种新型螺纹设计的种植体和经典的“V”型螺纹种植体对种植体的初期稳定性及功能性负荷下后期稳定性的影响。

1 材料与方法

1.1 种植体及实验分组 实验组种植体为新型螺纹设计种植体，在初级螺纹上再次进行切割形成双梯形螺纹结构，初级螺纹间距为0.8mm，螺纹的角图1 在初级螺纹上再次进行切割形成双梯形螺纹结构 度为60°，具体型见图1；对照组为“V”形单螺纹种植体螺纹间距为0.6mm，螺纹的角度也为60°，所有种植体表面均经RBM(Resorbable blast media）处理，直径为4.0mm，长度分别为11.5mm。每种种植体取6颗分别植入12条成年杂种狗，体重为20～25kg（种植体由韩国奥齿泰公司提供Osstem Bio，Korea.见图2，3）。

1.2 手术过程 经全身麻醉（Ketamine 10mg/kg及Rumpun 5mg/kg im）后，拔除实验动物双侧下颌前图2 双梯形螺纹种植体图3 单“V”形螺纹种植体磨牙。愈合3个月后，在前磨牙区顺牙槽嵴顶切开翻瓣，行逐级备洞后分别植入种植体，种植机转速控制在l，500rpm以下，同时持续给予大量生理盐水冷却。最后将龈瓣复位，行间断缝合。3个月后再次切开，连接实心基台，行单个树脂冠修复，调整咬合，进行负重。负重3个月后分别将动物处死获取标本。

1.3 种植体稳定度的测量 种植体在植入、修复、负重1个月、负重2个月及处死时分别应用共振频率分析(Resonance Frequency Analysis， RFA）测量种植体的稳定度。Osstell装置是一种可临床应用的共振频率分析仪（OstellTM， Intrgration Diagnostics，Goteberge， Sweden)，在测量种植体稳定度时，Osstell装置的数值有两种表示方法：一种为共振频率（Hz)；另一种为种植体稳定系数（Implant stability quotient，ISQ)， ISQ值的大小表示了种植体骨界面的刚性强度。在本实验中，我们采用ISQ记数模式来测定种植体的稳定度，ISQ数值由1到100，数值越大表示种植体具有越好的稳定度。在实验中每一回均测量3次，取其平均值。

1.4 脱矿组织磨片制备 行下颌骨骨块切除获取种植体及周围骨组织标本后，立刻将其浸泡于10%富尔马林液固定48h，然后经浓度递次升高的乙醇脱水，再将标本置入塑化树脂（Exakt System， Exakt Apparatebbau， Norderstedt， Germany）中聚化固定。再用硬组织切片机（Exact-cutting Grinding System， Exact Apparatebbau）顺种植体的长轴颊舌向将含有种植体的塑脂块切割成厚度为100～150 μm薄片，在流水冷却下最终打磨至约30μm。在标本制备过程中注意保护骨-种植体界面。组织切片制备完成后行苏木素-伊红（Haematoxylin-eosin)染色，光镜下观察。

1.5 组织形态学分析 通过100×光学显微镜（Olympus， Japan）观察分析骨种植体界面的组织成分。标本的组织形态经高分辨率影像处理（GP15/2; Kappa， Germeny）并传入显示器后测量种植体颊侧中份连续三个螺纹中的骨-种植体接触面，其分析数据以骨-种植体接触率（BIC: bone-implant contact）及种植体周围骨面积（BA:mineralized bone area）来表示。

骨-种植体接触率（BIC) =（骨-种植体接触长度／种植体总长度）×100%

种植体周围骨面积（BA)＝（螺纹内骨面积／螺纹内总面积）×100%

1.6 统计学分析 两种种植体的ISQ以及BIC和BA之间的差异通过t检验进行统计学分析。P<0.05则被认为差异有显著性。

2 结果

2.1 临床观察 在实验期间，所有动物均保持健康无并发症，种植体无松动，临床成活率为100%。X-线检查见图4，5。

2.2 种植体稳定度 本研究结果显示两组种植体在植入时、负重时及负重后每一期间的种植体的稳定度差异均无显著性，但实验组种植在每一期间的种植体的稳定度均较对照组高，实验组的种植体的稳定性在负重1个月时最低，然后逐渐增高，并在第2个月时就超过了负重的稳定度，而对照组的种植体稳定度在负重2个月后持续下降，直至第3个月时才开始恢复（见表1）。图4 实验组X-线检查图5 对照组X-线检查表1 两组种植体的ISQ值及统计学处理 （略）

2.3 组织形态学分析 实验组种植体在负重3个月后的骨-种植体接触率（BIC)和种植体周围骨面积（BA)均较对照组稍高，但两者差异无显著性（见表2）。表2 两组种植体的BIC值和BA值 （略）

3 讨论

种植体在植入骨内后具有足够的稳定性不仅是种植体周围的骨组织在愈合期间新生和改建的必要条件，而且还可以使功能性的口腔咀嚼咬合力能够通过骨-种植体界面理想地传导并分布至牙槽骨上。种植体的稳定性主要取决于三方面的因素：即骨-种植体相接触的面积和强度、周围骨组织的强度以及种植体的弹性强度［3］对于愈合期及功能期而言，种植体的稳定性的含义是截然不同的，良好的初期稳定性在种植体植入时是必须的，后期的稳定性则是相对于功能期的种植体而言的，是发生在骨整合形成之后的［4］。设计螺纹的目的在于增大种植体表面积，使种植体与骨的初期接触面积最大化，同时有利于分散骨-种植体界面的应力［1］。种植体的生物机械学性能与种植体的螺纹设计有着密切关系，而螺纹的设计主要包括螺纹间距、螺纹的形状和螺纹的深度三个方面。

螺纹间距越小单位长度的种植体上的螺纹也越多，相应的表面积也越大。因此在合力大、骨密度低的区域可应用螺纹间距小的种植体来增加种植体的表面积。但是，种植体螺纹的多少与手术操作的难易有着直接的关系，螺纹越少，功丝和种植体的植入就越简单，尤其是在骨质较硬部位，选用螺纹少的种植体更易进行手术操作。近来还设计生产了双螺纹或三螺纹结构的种植体，这种设计可以使种植体更快地植入，缩短手术时间，从而减少了热量的产生，有利于种植体与周围骨组织的结合；同时由于这种种植体在植入时需要更大的植入扭矩，因此也强化了周围骨组织对种植体的卡抱力，使种植体具有更高的初期稳定性。本研究使用的种植体是在初级螺纹上再次进行切割形成双梯形螺纹的结构，初级螺纹间距为0. 8mm，较对照组种植体螺纹间距大，但双螺纹的设计使种植体的表面积并未减少。实验结果虽然显示两组种植体在植入时种植体稳定度差异无显著性，但实验组的种植体稳定系数（ISQ）较对照组略高，证明了实验组种植体并未因螺纹间距的增大而影响种植体的初期稳定性，而新型设计的双螺纹结构不仅可以使种植体植入简单，还有助于提高种植体的初期稳定性。

螺纹的形状是螺纹设计的另一重要部分，螺纹的形态不仅可以改变功能性负荷下的应力的大小还可以影响骨-种植体界面应力的类型。目前常用的种植体主要有“V”型螺纹、平螺纹和锯齿形螺纹等。在咬合负重时，“V”型螺纹和锯齿形螺纹种植体的应力集中位于螺纹的尖顶部。Kohn等［5］通过病理观察发现在“V”型螺纹种植体（Branemark， Nobel Biocare）上给予侧向负荷，骨-种植体的直接接触只发现在螺纹的基底部，而在螺纹尖顶部分则没有骨-种植体的直接接触，这是由于在侧向负荷下在“V”型螺纹尖顶部产生了更高的微张力（Microstrain)， 使种植体周围的骨组织以吸收为主，而在螺纹的基底部产生的微张力较小，使周围骨组织得以维持。Kim等［6］应用三维有限元素分析，对“V”型螺纹、锯齿形螺纹和平螺纹三种螺纹设计的种植体进行了比较研究，结果显示在同等负荷条件下，和“V”型螺纹和锯齿形螺纹种植体相比较，作用在平螺纹种植体上的剪切应明显小于其他两种种植体。另有动物实验研究显示，“V”型螺纹、倒锯齿形螺纹和平螺纹三种种植体在经过初期愈合后，平螺纹种植体的抗脱位实验结果最佳，而“V”型螺纹种植体和倒锯齿形螺纹种植体无差异［7］。Steigenga等［8］在综述中指出无论是在上颌还是在下颌应用平螺纹种植体具有相同的临床成功率。本研究结果显示实验组种植体在负重后每一期间的种植体的稳定度均较对照组高，实验组的种植体的稳定性在负重1个月时最低，然后逐渐增高，而对照组的种植体稳定度在负重2个月后持续下降，直至第3个月时才开始恢复；同时病理形态分析显示实验组种植体在负重3个月后的骨-种植体接触率（BIC)和种植体周围骨面积（BA）均较对照组稍高。因此将初级螺纹的尖顶通过再次进行切割形成两个梯形的次级螺纹，有利于在功能负荷时减少种植体-骨界面的应力集中和剪切力，有利于种植体周围的骨改建，从而有利于保证种植体的后期稳定性(Secondary stability)。

另外，由于狗的下颌骨的骨密度较高，由于种植体的螺纹与周围致密的皮质骨之间的嵌合力和接触面积非常大，从而掩盖了螺纹设计上对结果的影响，所以两组种植体，无论是在种植体稳定度还是组织形态学分析上差异均无显著性。对于低密度骨而言，尽可能地增加种植体的初期稳定性和减少功能负荷期间骨-种植体界面的剪切力显得更为重要。因此，应用于低密度骨质上这种更符合生物机械学标准的新型螺纹设计的种植体的优越性会更加明显。

【参考文献】

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5 Kohn DH， Ko CC， Hollister SJ. Localized stress analysis of dental implants using homogenization theory. In ASME-BED Advances in bioengineering winter annual meeting of the American Society of Mechanical Engineers， V22， Anaheim， CA， USA， New York， 1992.

6 Kim WT， Cha YF， Oh SJ， et al. The three dimensional finite element analysis of stress according to implant thread design under the axial load. Korean Joural Oral Surgery， 2001，27(2)：3-8.

7 Steigenga JT. The effect of implant thread geometry on strength of osseointegration and the bone implant contact， master’ s thesis. Ann Arbor， University of Michigan， 2003.

8 Steigenga JT， Al-Shammari KF， Nociti FH， et al. Dental implant design and its relationship to long term implant success. Implant Dentistry，2003，12(4)：306-317.