游 嘉 方利華 張 青 高亦林 彭 偉

1(浙江工業(yè)大學(xué)特種裝備制造與先進(jìn)加工技術(shù)教育部/浙江省重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室, 杭州 310032)2(湖州市中心醫(yī)院口腔科, 浙江 湖州 313000)

基于SLM技術(shù)的表面多孔鈦金屬多根牙種植體的骨結(jié)合研究

游 嘉1方利華2*張 青2高亦林1彭 偉1

1(浙江工業(yè)大學(xué)特種裝備制造與先進(jìn)加工技術(shù)教育部/浙江省重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室, 杭州 310032)2(湖州市中心醫(yī)院口腔科, 浙江 湖州 313000)

為研制具有良好骨結(jié)合特性的多根牙種植體表面結(jié)構(gòu)，利用有限元方法優(yōu)化設(shè)計(jì)一種三維連通多孔結(jié)構(gòu)，采用選擇性激光熔化(SLM)3D打印技術(shù)實(shí)現(xiàn)了鈦金屬多根牙種植體及其表面三維連通多孔結(jié)構(gòu)的制造。采用市售可吸收介質(zhì)噴砂(RBM)表面處理的種植體作為對照組，在18只新西蘭大白兔后肢脛骨上做同體對照植入實(shí)驗(yàn)，并分別于術(shù)后4、8、12周獲取種植體-骨組織標(biāo)本。通過微CT掃描標(biāo)本，統(tǒng)計(jì)分析實(shí)驗(yàn)組和對照組的BV/TV值；同時(shí)制作硬組織切片，甲苯胺藍(lán)染色觀察種植體周圍骨形成的情況。實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示：4周時(shí)可見實(shí)驗(yàn)組的BV/TV已高于對照組，12周時(shí)BV/TV值顯著高于對照組(P<0.05)，最高值達(dá)到47.83%。由擬合的曲線可見實(shí)驗(yàn)組的新增骨量在12周后的增長趨勢強(qiáng)于對照組。硬組織切片觀察發(fā)現(xiàn)，4周時(shí)骨組織開始長入至種植體表面孔隙中，8周時(shí)雙根分叉區(qū)域內(nèi)可以觀察到骨組織。同期對照可見新增骨組織的致密性也高于對照組。結(jié)果表明：采用SLM3D打印技術(shù)加工的、表面具有三維連通多孔結(jié)構(gòu)的多根牙種植體成骨效能優(yōu)于市售RBM表面處理的種植體，具有臨床應(yīng)用前景。

多根種植體；SLM技術(shù)；孔隙結(jié)構(gòu)；骨結(jié)合；微CT

引言

種植義齒與傳統(tǒng)固定、可摘義齒相比有著美觀，舒適，耐用，不損傷鄰牙等優(yōu)點(diǎn)，已成為牙列缺失患者的主要選擇[1-3]。但是，磨牙區(qū)在近遠(yuǎn)中方向的間隙較大，若伴有牙槽骨頰舌向較窄或垂直骨量不足時(shí)，單顆種植體往往不能取得良好的修復(fù)效果，有時(shí)還會出現(xiàn)種植體斷裂的機(jī)械并發(fā)癥[4-5]。因此，有學(xué)者提出采用兩顆小直徑的種植體來支持單顆義齒的修復(fù)方法[6-7]。但是，該方法會增加患者的醫(yī)療費(fèi)用，對種植體之間的平行度和距離有較高的要求，如果距離控制不當(dāng)會影響修復(fù)體的制作和清潔[8-9]。另外，小直徑的種植體會增加植體頸部與骨組織之間的應(yīng)力值，容易導(dǎo)致骨吸收[10]。

近年來，隨著RP技術(shù)的發(fā)展，出現(xiàn)了選擇性激光熔化技術(shù)(selective laser melting，SLM)，利用超高能量激光束將金屬粉末完全熔化，層層堆積增量，最終得到計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)(computer aided design，CAD)模型的金屬成品[11]。由于能夠?qū)︶t(yī)用金屬粉末進(jìn)行熔融燒結(jié)，獲得有利于骨結(jié)合的粗糙表面，在口腔領(lǐng)域中SLM技術(shù)已經(jīng)開始運(yùn)用于牙冠內(nèi)冠、個性化基臺和個性化植入體的加工制造[11-14]?？紫堵屎涂紫洞笮巧L有很大的影響[15]，擁有孔隙結(jié)構(gòu)的植入體更具骨引導(dǎo)的特性，特別是具有相互連通的孔隙結(jié)構(gòu)，可以使骨組織與植入體之間相互交織，增加固位力[16]。有學(xué)者就利用SLM技術(shù)加工成型多孔的鈦金屬組織工程支架[17]。

根據(jù)前期研究成果[18]，提出一種表面與皮質(zhì)骨和松質(zhì)骨的孔隙率相匹配，且孔隙內(nèi)部三維連通的多根牙種植體。利用SLM技術(shù)實(shí)現(xiàn)了多根牙種植體及其表面的制造，采用新西蘭大白兔脛骨的同體植入對照實(shí)驗(yàn)方法，運(yùn)用微CT掃描及組織切片等技術(shù)對種植體周圍骨量及組織形態(tài)進(jìn)行分析，為未來多根牙種植體的臨床應(yīng)用提供基礎(chǔ)。

1 材料和方法

1.1表面多孔鈦金屬多根牙種植體的制備

1.1.1多根牙種植體的設(shè)計(jì)

在前期研究的基礎(chǔ)上，設(shè)計(jì)了多根牙種植體的幾何參數(shù)：全長為8.5 mm，寬度為8.3 mm，厚為3.3 mm，根分叉處的水平距離為1.8 mm，根底部的直徑為2.5 mm，為了考慮種植體的整體強(qiáng)度，表面的孔隙厚度設(shè)為0.8 mm。整體尺寸及剖面圖如圖1所示。

圖1 多根牙種植體的CAD模型。(a)整體尺寸；(b)剖面圖Fig.1 Multi-roots dental implant CAD model. (a)Overall dimensions; (b)Implant cross-section with pore structure

減少種植體與骨組織接觸部分的“應(yīng)力遮蔽”是表面設(shè)計(jì)的重要內(nèi)容，通過孔隙的設(shè)計(jì)可以有效降低種植體的剛度而減少“應(yīng)力遮蔽”的產(chǎn)生[17]。因此，對多根牙種植體表面的孔隙結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)。根據(jù)皮質(zhì)骨和松質(zhì)骨的孔隙率，選擇孔隙率為26%的結(jié)構(gòu)單元組成多根牙種植體表面的皮質(zhì)骨區(qū)，孔隙率為50%的結(jié)構(gòu)單元組成多根牙種植體表面的松質(zhì)骨區(qū)。為了使骨組織能夠長入到孔隙中，結(jié)構(gòu)單元的孔隙大小參考皮質(zhì)骨中的骨單位及松質(zhì)骨骨小梁的直徑，分別選擇300和400 μm[19-20]，設(shè)計(jì)的結(jié)構(gòu)單元如圖2所示。兩種孔隙率的結(jié)構(gòu)單元在多根牙種植體上的分布如圖1(b)所示，具體尺寸信息如表1所示。

1.1.2多根牙種植體的SLM制造

本研究采用的SLM加工設(shè)備為Renishaw公司的AM250，使用平均粒徑為30 μm的Ti6Al4V金屬粉末在氬氣環(huán)境中進(jìn)行熔融燒結(jié)。激光光斑的直徑為70 μm，每層的鋪粉厚度為50 μm。掃描的參數(shù)為：掃描速度為0.6 m/s，激光功率200 W，曝光時(shí)間為125 μs。加工完成后用金剛玉噴砂去除表面多余的粉末，并在25℃的蒸餾水中用超聲波震蕩清洗25 min，然后在80℃的NaOH (20g/L)溶液和雙氧水(20 g/L)中各浸泡30 min，最后在蒸餾水中超聲波震蕩5 min[21]。包裝消毒后備用。

1.2實(shí)驗(yàn)動物及分組

健康新西蘭大白兔18只，體重為3.0～3.5 kg，雌雄不限，由浙江省實(shí)驗(yàn)動物中心提供。每只兔子的雙側(cè)后肢脛骨隨機(jī)取一側(cè)作為實(shí)驗(yàn)組，植入本研究的多根牙種植體，另一側(cè)植入尺寸為4.0 mm×10 mm，RBM表面處理的商用鈦金屬種植體作為對照組。實(shí)驗(yàn)分別設(shè)置4、8、12周3個觀察時(shí)間點(diǎn)，每個時(shí)間點(diǎn)有6只兔子參與實(shí)驗(yàn)。全部實(shí)驗(yàn)動物在(22±2)℃和70%相對濕度環(huán)境飼養(yǎng)。

圖2 模擬皮質(zhì)骨和松質(zhì)骨孔隙率的結(jié)構(gòu)單元。(a)模擬皮質(zhì)骨26%孔隙率，300 μm邊長的正方形孔隙結(jié)構(gòu)單元；(b)模擬松質(zhì)骨50%孔隙率，400 μm邊長的正方形孔隙結(jié)構(gòu)單元Fig.2 Structure cell with different porosity. (a)Square pore cell with 300 μm length of side and 26% porosity to mimic cortical bone; (b)Square pore cell with 400 μm length of side and 50% porosity to mimic cancellous bone

區(qū)域孔隙率%孔隙大小/μm厚度/mm高度/mm皮質(zhì)骨263000.83松質(zhì)骨504000.85.5

1.3實(shí)驗(yàn)方法

1.3.1多根牙種植體表面的形態(tài)觀察

多根牙種植體的表面形態(tài)用體視顯微鏡(Leica, 德國)觀察，孔隙結(jié)構(gòu)用掃描電鏡(HITACHI, 日本)觀察。

1.3.2有限元方法分析結(jié)構(gòu)單元的力學(xué)性能

結(jié)構(gòu)單元的整體材料屬性：泊松比取0.3，相對彈性模量可以通過式(1)來計(jì)算得到：Ti6Al4V的彈性模量為114 GPa[22]，則26%的孔隙率的結(jié)構(gòu)單元的相對彈性模量為62.4 GPa，50%的孔隙率的結(jié)構(gòu)單元的相對彈性模量為28.5 GPa。

(1)

式中,E*是結(jié)構(gòu)單元的相對彈性模量，E是鈦金屬的彈性模量，φ是孔隙率。

對圖2兩種孔隙率的結(jié)構(gòu)單元施加如圖3(a)所示的約束和載荷：對S1面進(jìn)行完全約束，在S2上施加20 MPa的應(yīng)力[23]，利用有限元分析軟件(Abaqus, 法國)對結(jié)構(gòu)單元的應(yīng)力應(yīng)變進(jìn)行分析。

1.3.3動物模型的手術(shù)實(shí)施

用1%巴比妥鈉(2 mL/kg)經(jīng)兔耳緣靜脈注射麻醉，麻醉成功后，仰臥位固定，雙側(cè)后肢膝關(guān)節(jié)區(qū)備皮。用2%碘酊及75%酒精局部皮膚消毒，鋪巾。局部用2%利多卡因浸潤麻醉，依次切開膝關(guān)節(jié)區(qū)脛骨近心端內(nèi)側(cè)皮膚、筋膜和骨膜，剝離骨膜暴露骨面，在生理鹽水充分冷卻下以1 000 r/min采用逐級備孔的方式備孔至所需深度和直徑，將經(jīng)過可吸收介質(zhì)噴砂(RBM)表面處理的種植體植入脛骨近心端，平齊骨面。另一側(cè)利用導(dǎo)板引導(dǎo)備孔，按壓式植入多根牙種植體，最后分層縫合。術(shù)后不進(jìn)行石膏固定處理；手術(shù)后給予動物肌注抗生素(慶大霉素，8萬U/d)5 d。

1.3.4標(biāo)本采集和檢測

分別于術(shù)后4、8、12周在兔耳緣靜脈注射過量巴比妥處死動物，取出帶種植體的脛骨用甲醛固定，用于微CT掃描和組織切片觀察。

1.3.5微CT掃描分析

用金剛砂砂輪修整樣品至4 cm長，然后放入Micro-CT (SKYSCAN 1076, 比利時(shí))掃描倉內(nèi)掃描，掃描參數(shù)設(shè)定為：電壓70 kV，電流100 μA，掃描層厚18 μm。掃描完成后用軟件(Skyscan Ant, 比利時(shí))進(jìn)行三維重建，提取種植體周邊的感興趣區(qū)域(Region of Interest ROI)對相對骨體積分?jǐn)?shù)(BV/TV)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析。

1.3.6組織形態(tài)光鏡觀察

含種植體的骨塊用金剛砂切片截成約2.0 cm×2.0 cm×1.0 cm的組織塊。甲醛固定一周后，經(jīng)脫水、滲透、包埋后采用Leica1600型硬組織切片機(jī)沿著植體的長軸縱切，制成厚度為4 μm的切片。再用甲苯胺藍(lán)染色，48 h后進(jìn)行封片，利用光學(xué)顯微鏡(Nikon, 日本)觀察種植體骨質(zhì)生成情況和種植體骨結(jié)合情況。

2 結(jié)果

2.1多根牙種植體表面的形態(tài)特征

圖4(a)顯示了采用SLM技術(shù)加工得到的多根牙種植體。種植體表面的皮質(zhì)骨和松質(zhì)骨區(qū)具有不同大小的孔隙結(jié)構(gòu)，孔隙結(jié)構(gòu)的內(nèi)部是連通的?？椎拇笮『徒Y(jié)構(gòu)通過SEM的觀察如圖4(b)和圖4(c)所示。皮質(zhì)骨區(qū)的孔隙大小約為290 μm，松質(zhì)骨區(qū)的大小約為390 μm。

2.2有限元分析結(jié)果

根據(jù)Frost的骨力學(xué)調(diào)控機(jī)制理論，當(dāng)骨組織受到的應(yīng)變≤2×10-4時(shí)將產(chǎn)生廢用性吸收，骨量減少；當(dāng)應(yīng)變在≥10-3時(shí)骨組織開始進(jìn)行塑建，骨量增加[23]。從分析的結(jié)果來看在20 MPa的應(yīng)力下，50%孔隙率的結(jié)構(gòu)單元能夠產(chǎn)生最大2.6×10-3的應(yīng)變(見圖3(b))，而26%孔隙率的結(jié)構(gòu)單元最大的應(yīng)變?yōu)?.5×10-4(見圖3(c))。兩個孔隙結(jié)構(gòu)單元的最大應(yīng)力集中在孔的頂角處。圖3(b)顯示模擬松質(zhì)骨孔隙率的結(jié)構(gòu)單元產(chǎn)生10-3應(yīng)變以上的區(qū)域主要集中在單元三分之一棱邊以下，該區(qū)域的應(yīng)力值在130 MPa左右(見圖3(d))。模擬皮質(zhì)骨孔隙率的結(jié)構(gòu)單元產(chǎn)生2×10-4應(yīng)變以上的區(qū)域主要集中在三分之二棱邊以下及孔隙的周邊，且這部分的應(yīng)力值在50 MPa以下，如圖3(e)所示。

2.3術(shù)后動物大體觀察

所有動物1～2 d內(nèi)恢復(fù)正常飲食，術(shù)后1周內(nèi)恢復(fù)正?；顒印Ｈ縿游锞匆娝劳?，傷口無感染、紅腫及開裂等不良反應(yīng)，傷口均I期愈合。各時(shí)間點(diǎn)取材可見植入的種植體與骨組織之間無縫隙，種植體無松動脫落現(xiàn)象。

2.4微CT掃描結(jié)果

微CT能夠很好的分辨兔子腿骨組織內(nèi)部的細(xì)微結(jié)構(gòu)，并可以量化分析種植體周邊的骨重建情況[24]。對4、8、12周的RBM種植體和多根牙種植體的骨體積(bone volume, BV)和總體積(total volume, TV)的比值BV/TV進(jìn)行了測量，用SPSS19.0軟件進(jìn)行分析，得到如圖5的擬合曲線，顯著性P<0.05。RBM種植體BV/TV的平均值從4周時(shí)的21.57%增長到12周時(shí)的38.56%，而多根牙種植體BV/TV的平均值從4周時(shí)的24.58%增長到12周時(shí)的45.9%，多根牙種植體在4、8和12周時(shí)的BV/TV值都要比RBM種植體的高，且每個時(shí)間點(diǎn)的多根牙種植體和RBM種植體的BV/TV值之間有顯著差異(見表2)。

表2多根牙種植體(n=6)和RBM種植體(n=6)的BV/TV均值

Tab.2BV/TVvalueofMulti-rootsdentalimplants(n=6)andRBMdentalimplants(n=6)

植入時(shí)間/周組別BV/TVP4多根牙種植體RBM種植體24.58±0.7621.57±0.64<0.058多根牙種植體RBM種植體39.37±0.4932.15±0.48<0.0512多根牙種植體RBM種植體45.90±0.8138.56±0.34<0.05

圖4 SLM加工得到多根牙種植體實(shí)物。(a)多根牙的整體形狀；(b)頸部區(qū)域的SEM掃描圖，圖中孔隙大小約為290 μm；(c)根部區(qū)域的SEM掃描圖，圖中孔隙大小約為390 μmFig.4 Multi-roots dental implant fabricated by SLM technique. (a)Overall profile of MRI; (b)SEM image for neck region of MRI, the dimension of pore structure is about 290 μm; (c)SEM image for root region of MRI, the dimension of pore structure is about 390 μm

2.5組織形態(tài)學(xué)觀察

植入4、8、12周后進(jìn)行組織切片，采用甲苯胺藍(lán)染色觀察顯示，實(shí)驗(yàn)組和對照組的植體窩洞內(nèi)沒有發(fā)現(xiàn)炎癥反應(yīng)及骨壞死現(xiàn)象，新生骨顯示為深藍(lán)色，原礦化骨為淡紫色。從第4周到第12周末多根牙種植體和RBM種植體周圍的骨組織都成增加趨勢(見圖6和圖7)。第4周的時(shí)候就可在多根牙種植體的孔隙中觀察到骨組織(見圖7(a))，在第8周的時(shí)候可以看到多根牙的根分叉處及根分叉頸部有新骨形成(見圖8)。

3 討論

為了使種植體能夠具備較好的骨傳導(dǎo)能力，種植體的表面需要具備三維連通的孔隙結(jié)構(gòu)，而且孔隙的大小需要保持在200～500 μm[16-17]，而孔隙結(jié)構(gòu)的形狀對骨長入的影響要小得多[25]。SLM技術(shù)可以很好的控制加工精度，能夠保證孔隙結(jié)構(gòu)不會產(chǎn)生嚴(yán)重變形，從而保證了孔隙的大小[25]。本文設(shè)計(jì)的是300和400 μm的孔隙，而實(shí)際加工出來的孔隙尺寸減少了10 μm左右，誤差范圍在2.5%～3%之間，對骨結(jié)合的影響可以忽略。從圖4(a)可以看出，所設(shè)計(jì)的表面孔隙具有三維連通的特性。

“應(yīng)力遮蔽”會導(dǎo)致骨吸收，對骨結(jié)合的遠(yuǎn)期效果會產(chǎn)生影響[14]，在設(shè)計(jì)的時(shí)候要盡量避免，另外，種植體在外力作用下產(chǎn)生的應(yīng)力過小會使骨組織產(chǎn)生廢用性吸收，而過大會加速骨組織的吸收[27]。從圖6(a)可以看出，在植入RBM種植體時(shí)通過扭力獲得初期穩(wěn)定性，強(qiáng)大的應(yīng)力會破壞骨組織的結(jié)構(gòu)，使螺紋面處的骨組織產(chǎn)生了吸收。本課題采用正菱形作為孔隙形狀，根據(jù)松質(zhì)骨和皮質(zhì)骨的孔隙率來設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)單元。其中，松質(zhì)骨結(jié)構(gòu)單元能夠有效降低彈性模量，而皮質(zhì)骨結(jié)構(gòu)單元的彈性模量降低的效果要小，有限元的分析結(jié)果顯示松質(zhì)骨的應(yīng)變要大于皮質(zhì)骨，且兩者的應(yīng)變主要集中在結(jié)構(gòu)單元的棱邊區(qū)域，說明該孔隙結(jié)構(gòu)有利于應(yīng)力向骨組織的傳遞，避免“應(yīng)力遮蔽”的產(chǎn)生。兩種單元在棱邊上的應(yīng)力顯著降低，特別是皮質(zhì)骨區(qū)可以有效避免頸部的應(yīng)力集中。從分析的結(jié)果來看，孔隙率越大彈性模量越低，產(chǎn)生的應(yīng)變也越大，同時(shí)應(yīng)力值也越大，所以孔隙率的選擇需要考慮彈性模量、應(yīng)變和應(yīng)力之間的相互協(xié)調(diào)。

圖5 多根種植體和RBM種植體4、8、12周的BV/TV擬合曲線Fig.5 BV/TV fitting curve at 4, 8 and 12 weeks of Multi-roots dental implant and RBM dental implant.

圖6 RBM種植體的甲苯胺藍(lán)染色切片。(a)4周時(shí)的切片；(b)8周時(shí)的切片；(c)12周時(shí)的切片F(xiàn)ig.6 Histological section of RBM dental implants with toluidine blue staining. (a)Section of 4 weeks after operation; (b)Section of 8 weeks after operation; (c)Section of 12 weeks after operation

孔隙空間有利于氧和營養(yǎng)物質(zhì)的轉(zhuǎn)移，而互通的孔隙在加速血管化的同時(shí)提高細(xì)胞的分化率，有利于細(xì)胞的增殖[28-29]。圖5的擬合曲線顯示：4周時(shí)多根牙的BV/TV值就高于RBM種植體，到達(dá)12周時(shí)RBM表面的BV/TV的曲線形態(tài)趨于平穩(wěn)，而多根牙種植體的曲線形態(tài)還要往上發(fā)展，說明骨組織在不斷地增加。結(jié)合組織切片圖7(a)可知，在第4周的時(shí)候骨組織已經(jīng)長入到多根牙種植體的孔隙及連通區(qū)域中，到了第8周時(shí)孔隙及連通區(qū)域內(nèi)的骨組織明顯增多(圖7(a)和圖7(b)中箭頭所指處)。在第12周的時(shí)候孔隙中的骨組織和多根牙種植體產(chǎn)生了很好的骨結(jié)合(圖7(c))。從圖7(a)與圖6(a)的對比可看出多根牙種植體表面的早期骨結(jié)合性能要優(yōu)于RBM種植體。這是因?yàn)槎喔婪N植體在植入時(shí)沒有對骨組織產(chǎn)生很大的壓應(yīng)力，且種植體與窩洞間的空隙含有豐富的血凝塊，在骨髓腔微循環(huán)產(chǎn)生的微力刺激下更易發(fā)生骨結(jié)合。

兩個相鄰種植體之間的距離并沒有明確的結(jié)論，但是種植體和鄰牙之間的距離一般建議不少于1.25 mm，為了考慮種植體能夠保證長期穩(wěn)定，有學(xué)者提出種植體周圍要保留0.5 mm的骨壁[30]。本設(shè)計(jì)的根分叉處距離為1.8 mm，從圖8(a)中可以看出第8周時(shí)骨組織已經(jīng)在兩根之間生長，圖8(c)顯示在12周時(shí)根分叉的頸部已有骨組織形成，說明所設(shè)計(jì)的根分叉距離不影響骨組織的生長，而且SLM加工的表面具有良好的骨引導(dǎo)性能。

圖7 多根牙種植體的甲苯胺藍(lán)染色切片。(a)4周時(shí)的切片；(b)8周時(shí)的切片；(c)12周時(shí)的切片F(xiàn)ig.7 Histological section of multi-roots dental implants with toluidine blue staining. (a)Section of 4 weeks after operation; (b)Section of 8 weeks after operation; (c)Section of 12 weeks after operation

圖8 多根牙種植體根分叉處的骨生長情況。(a)8周時(shí)兩根之間的局部組織切片圖；(b)8周時(shí)的微CT截面圖；(c)12周時(shí)根分叉頸部的組織切片圖Fig.8 Bone growthbetween root furcation of multi-roots dental implant. (a)Histological section of 8 weeks after operation shows the bone growth between roots area; (b)2D Micro-CT image of 8 weeks after operation; (c)Histological section of 12 weeks after operation shows the bone growth at root furcation

4 結(jié)論

本研究通過模擬皮質(zhì)骨和松質(zhì)骨的孔隙率設(shè)計(jì)了表面具有三維連通孔隙結(jié)構(gòu)的多根牙種植體，利用SLM技術(shù)加工出多根牙種植體的實(shí)物，并通過動物實(shí)驗(yàn)證實(shí)其具有良好的骨結(jié)合性能。多根牙種植體骨結(jié)合的長期穩(wěn)定性以及在根分叉處的骨結(jié)合情況有待于在其負(fù)重條件下進(jìn)行跟蹤研究。

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Osseointegration of Multi-Roots Ti6Al4V Implant with Porous Surface Based on SLM Technology

You Jia1Fang Lihua2*Zhang Qing2Gao Yilin1Peng Wei1

1(Key Laboratory of E&M, Ministry of Education & Zhejiang Province，Zhejiang University of Technology, Hangzhou 310032, China)2(Department of Stomatology, Huzhou Central Hospital, Huzhou 313000, Zhejiang, China)

The present study was to develop a multi-roots dental implant (MRI) surface structure with fine osseointegration characteristics. Finite element method (FEM) was used to optimize a kind of connected pore structure; selective laser melting (SLM) technology was utilized to manufacture the MRIs. Eighteen New Zealand white rabbits were used in this study. Eighteen MRIs and 18 commercial implants with resorble blast media (RBM) treated surface were inserted into the left and right hind limb at proximal tibias. At the time point of 4, 8 and 12 weeks the rabbits were sacrificed and bone tissues with implant were collected. All specimens were scanned by micro-CT and then BV/TV values of two groups were obtained. After that the specimens were processed for undecalcified ground sectioning and stained by toluidine blue to observe bone formation around implant. The BV/TV value of experimental group was higher than the control group at the end of 4 weeks, and at the end of 12 weeks the value was significantly higher than control group (P < 0.05), the peak value was elevated up to 47.83%. From the fitting curve of BV/TV value, bone mass around at MRIs were still increasing at the end of 12 weeks, while the control group had achieved a balance. Histological evaluations revealed that bone surround the MRIs were denser than those of RBM implants. At the end of 4 weeks bone tissue had grew into pore structures, and at the end of 8 weeks bone tissue were observed in the root bifurcating area. In conclusion, the multi-roots dental implant with three-dimensional connected pore structure surface manufactured by SLM technology enhance its initial stability, which is of great clinical value owe to its better osteogenic characteristics.

multi-roots implant;SLM technique; porous structure; osseointegration; micro-CT

10.3969/j.issn.0258-8021. 2015. 03.008

2014-10-08， 錄用日期:2014-12-11

浙江省科技廳項(xiàng)目(2014C33136)；浙江省衛(wèi)生廳項(xiàng)目(2014KYA204)

R318

A

0258-8021(2015) 03-0315-08

*通信作者(Corresponding author)， E-mail:yjmp8745@126.com