沈溱原 黃忞 魏俊超 張琦 吳潤發(fā)

南昌大學(xué)附屬口腔醫(yī)院，江西省口腔生物醫(yī)學(xué)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，江西省口腔疾病臨床醫(yī)學(xué)研究中心，南昌330006

口腔種植修復(fù)作為牙列缺損或牙列缺失的主要治療方案，具有很高的成功率，但是仍然存在失敗的風(fēng)險，后期可能發(fā)生一些生物學(xué)并發(fā)癥和機(jī)械并發(fā)癥。對于單顆牙的種植修復(fù)，固位螺絲松動是最常見的機(jī)械并發(fā)癥[1]，后期可能造成螺絲折斷等，乃至種植體周圍炎[2]。目前，最新的系統(tǒng)綜述表明基臺螺絲的松動率為7～11%[3]。

螺絲松動最主要的原因是預(yù)負(fù)荷的喪失（預(yù)負(fù)荷是基臺螺絲通過旋轉(zhuǎn)扭力擰緊后所產(chǎn)生的張力）。Bickford[4]描述了螺絲松動的兩個階段，首先，持續(xù)的功能負(fù)荷導(dǎo)致了螺紋之間的滑動，造成螺絲表面的疲勞，釋放了螺絲內(nèi)的拉應(yīng)力，從而減少了預(yù)負(fù)荷。其次，當(dāng)預(yù)負(fù)荷下降到臨界值，外力會使螺絲發(fā)生轉(zhuǎn)動，此時螺絲開始發(fā)生松動。預(yù)負(fù)荷對于基臺螺絲的穩(wěn)定性至關(guān)重要，因此可以用于描述螺絲松動現(xiàn)象[5]。

種植體?基臺連接部位的精密度會影響預(yù)負(fù)荷，當(dāng)二者之間密合度不足時，功能性運(yùn)動產(chǎn)生的微動以及震動會侵蝕基臺螺絲的預(yù)負(fù)荷。Binon等[6]通過提高種植體?基臺之間的精密度可以減少螺絲松動的發(fā)生。種植修復(fù)部件之間的不密合會顯著增加螺絲的應(yīng)力，容易產(chǎn)生金屬疲勞，從而導(dǎo)致螺絲松動。種植體?基臺連接部位主要包括內(nèi)連接的抗旋結(jié)構(gòu)部分以及莫氏錐度連接部分，其中抗旋結(jié)構(gòu)的主要作用是對抗基臺旋轉(zhuǎn)及引導(dǎo)基臺就位，而莫氏錐度部分主要為基臺和種植體的連接提供固位力。Michelon 等[7]對比了存在內(nèi)六角的抗旋基臺與不存在內(nèi)六角的非抗旋基臺在循環(huán)加載后其脫出力無差異，證實(shí)基臺莫氏錐度部分為基臺固位力的主要來源，而內(nèi)六角的部分僅起到對抗基臺旋轉(zhuǎn)及引導(dǎo)基臺就位的作用，對固位力的影響較小。基臺的固位力由莫氏錐度部分受到外力作用后產(chǎn)生楔效應(yīng)提供，循環(huán)加載后基臺產(chǎn)生沉降也主要在莫氏錐度部分。故當(dāng)基臺莫氏錐度的公錐與種植體內(nèi)連接的母錐不匹配時，會導(dǎo)致基臺?種植體連接的不穩(wěn)定。

根據(jù)制作方式的不同，目前臨床上常用的修復(fù)基臺主要有成品基臺、鑄造基臺以及計算機(jī)輔助設(shè)計/計算機(jī)輔助制造（computer aided design/computer aided manufacturing，CAD/CAM）切削基臺等。不同方式制作的修復(fù)基臺與種植體連接部位的精密度可能不一樣，或者由于修復(fù)基臺表面粗糙程度不同而導(dǎo)致基臺沉降值不同，從而造成基臺螺絲預(yù)負(fù)荷之間的差異以及受外力作用后對螺絲扭力的維持存在差異。不同的修復(fù)基臺對螺絲松動的影響目前尚缺乏充分的循證醫(yī)學(xué)證據(jù)。故本實(shí)驗(yàn)對3種不同基臺（成品基臺、鑄造基臺及第三方CAD/CAM 基臺）進(jìn)行比較，通過對比循環(huán)加載前基臺莫氏錐度來分析三者與種植體連接部分精密度的差異，通過測量循環(huán)加載前后基臺沉降值和扭矩喪失量來分析其對螺絲松動的影響。

1 材料和方法

1.1 試件制備

30枚內(nèi)六角種植體（Superline FX5014SW，登騰公司，韓國）通過磨具用環(huán)氧樹脂進(jìn)行包埋。對成品分體式基臺（6.5 mm×2.5 mm DAB6525HL，登騰公司，韓國）進(jìn)行掃描，獲得與成品基臺穿齦及上部結(jié)構(gòu)一致的CAD/CAM切削基臺數(shù)據(jù)。將數(shù)據(jù)及預(yù)接口鈦棒（蘇州恒準(zhǔn)檢測技術(shù)服務(wù)有限公司）導(dǎo)入五軸數(shù)字化切削機(jī)（ARUM5X-200，AR‐UM 公司，韓國）以獲得CAD/CAM 切削基臺。獲取成品分體式基臺的硅橡膠印模，用于精確制作鑄造基臺（RAB45CH，登騰公司，韓國）上部蠟型，其后將鑄造基臺蠟型投入中頻水冷鑄造機(jī)進(jìn)行鑄造，獲得與原廠基臺外形結(jié)構(gòu)一致的第三方CAD/CAM 基臺和鑄造基臺。將30 枚種植體隨機(jī)分為3組，A組匹配原廠分體式基臺；B組匹配鑄造基臺；C組匹配第三方CAD/CAM基臺。

1.2 基臺莫氏錐度測量

使用復(fù)合式光學(xué)影像測量儀（OPTIV REFER‐ENCE-222，?？怂箍倒荆鸬洌z測修復(fù)基臺莫氏錐度部分，在軟件（PC-DMIS VISION）中提取錐度母線并測得錐度度數(shù)。將莫氏錐度角度換算為弧度（rad）以方便進(jìn)行統(tǒng)計分析。

1.3 基臺螺絲扭矩測量

將種植體?基臺復(fù)合體固定于夾具上，應(yīng)用數(shù)顯扭矩計ATTA1（廣州天機(jī)國材精密機(jī)械有限公司）將30枚原廠基臺螺絲（ASC2045，登騰公司，韓國）擰緊至30 N·cm，螺絲擰緊10 min后，使用數(shù)顯扭矩計測量初始移除扭矩值，記為RTV1。初始移除扭矩值為旋松螺絲過程中扭矩的峰值，其中扭矩正負(fù)僅代表施加扭力的方向，本實(shí)驗(yàn)中旋松螺絲過程扭矩值表現(xiàn)為正值。隨后，重新擰緊基臺螺絲至30 N·cm，10 min 后，以相同的扭矩再次擰緊螺絲，獲得最佳的預(yù)負(fù)荷。

1.4 基臺循環(huán)加載

將試件固定于INSTRON 8872疲勞機(jī)（英斯特朗公司，美國）上進(jìn)行循環(huán)加載，設(shè)置循環(huán)載荷應(yīng)力振幅范圍為0～250 N，以10 Hz 的頻率施加10萬個周期的循環(huán)載荷，大約相當(dāng)于1個月的咀嚼運(yùn)動[8]。經(jīng)過循環(huán)加載后，應(yīng)用數(shù)顯扭矩計測量循環(huán)加載后移除扭矩值，記為RTV2。在循環(huán)加載過程中記錄初始載荷頭位置L1，以及終末載荷頭位置L2。

基臺沉降值按照以下公式進(jìn)行計算：1）基臺循環(huán)加載后沉降值=L1?L2；2）初始扭矩喪失量=初始施加扭矩?初始移除扭矩；3）循環(huán)加載后扭矩喪失量=再次施加扭矩?負(fù)荷后移除扭矩。

對于螺絲松動的程度本實(shí)驗(yàn)利用移除扭矩喪失量進(jìn)行表示，具體計算方式參考Park等[9]提出的公式。

1.5 統(tǒng)計學(xué)處理

采用SPSS 22.0 統(tǒng)計軟件對數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，對各樣本莫氏錐度、循環(huán)載荷前后基臺螺絲移除扭矩喪失量和基臺沉降結(jié)果進(jìn)行正態(tài)分布檢驗(yàn)及方差齊性分析，顯著性水準(zhǔn)α定為0.05。若樣本均數(shù)服從正態(tài)分布且組間方差齊性，則使用多樣本均數(shù)比較的單因素方差分析及Tukey's Honestly Sig‐nificant Difference 檢驗(yàn)（Tukey HSD）進(jìn)行組間差異的顯著性比較，顯著性水準(zhǔn)α定為0.05。采用配對t檢驗(yàn)進(jìn)行組內(nèi)循環(huán)加載前后移除扭矩的差異性比較，顯著性水準(zhǔn)α定為0.05。

2 結(jié)果

2.1 基臺莫氏錐度分析

成品基臺、鑄造基臺及第三方基臺莫氏錐度弧度分別為0.191 5±0.000 4、0.193 4±0.001 0、0.192 9±0.001 2，方差分析及Tukey HSD 檢驗(yàn)顯示成品基臺莫氏錐度與鑄造基臺、第三方基臺之間差異有統(tǒng)計學(xué)意義（P<0.001），鑄造基臺與第三方基臺之間差異無統(tǒng)計學(xué)意義（P>0.05）。

2.2 循環(huán)加載前后移除扭矩喪失量分析

循環(huán)加載前后基臺螺絲移除扭矩喪失量見表1。當(dāng)基臺在經(jīng)循環(huán)加載后，無論是成品基臺、鑄造基臺亦或是第三方CAD/CAM 基臺螺絲移除扭矩均顯著喪失，配對t檢驗(yàn)顯示3 組基臺循環(huán)加載前后扭矩喪失量差異有統(tǒng)計學(xué)意義（P<0.001）。其中在鑄造基臺組中出現(xiàn)異常值，移除扭矩喪失高達(dá)73.64%。第三方CAD/CAM 基臺組中的一個樣本經(jīng)過循環(huán)加載后，基臺螺絲發(fā)生形變已無法取出。循環(huán)加載后成品基臺螺絲移除扭矩喪失量均低于鑄造基臺和第三方CAD/CAM 基臺。方差分析顯示循環(huán)加載后基臺螺絲移除扭矩喪失量在成品基臺與鑄造基臺、第三方CAD/CAM 基臺之間差異有統(tǒng)計學(xué)意義（P<0.05），而鑄造基臺與第三方CAD/CAM基臺之間差異無統(tǒng)計學(xué)意義。

表1 循環(huán)加載前后基臺螺絲扭矩喪失量的比較Tab 1 Comparison of removal torque loss of abutment screw before and after cyclic loading N·cm

2.3 循環(huán)加載后基臺沉降值分析

基臺經(jīng)循環(huán)加載后，成品基臺、鑄造基臺及第三方CAD/CAM 基臺沉降值分別為（145.253±55.956）、（224.738±80.685）、（241.90±66.429）μm，方差分析顯示循環(huán)加載后基臺沉降值在成品基臺與鑄造基臺、成品基臺與第三方CAD/CAM 基臺之間差異有統(tǒng)計學(xué)意義（P<0.05），鑄造基臺與第三方CAD/CAM 基臺之間差異無統(tǒng)計學(xué)意義。其中第三方基臺組中的一個樣本由于基臺連接結(jié)構(gòu)嚴(yán)重?fù)p壞，故將其排除不參與統(tǒng)計學(xué)分析。

3 討論

種植體?基臺莫氏錐度連接部分極高的精密度可以為基臺提供良好的固位。當(dāng)兩部分平行時，兩者的接觸面積越大，在受到外力后產(chǎn)生楔效應(yīng)，可達(dá)到冷焊的效果以提供固位[10]。但當(dāng)兩者莫氏錐度部分不匹配時則產(chǎn)生的是線接觸，而線接觸則無法在基臺與種植體之間產(chǎn)生冷焊的效果，進(jìn)而會導(dǎo)致基臺?種植體連接結(jié)構(gòu)的不穩(wěn)定。在鑄造基臺組中，將基臺就位于種植體后可以發(fā)現(xiàn)有小幅度的轉(zhuǎn)動，這種轉(zhuǎn)動產(chǎn)生的剪切力會削弱兩者之間的冷焊效應(yīng)。在第三方CAD/CAM 基臺組，其中一個樣本經(jīng)循環(huán)加載后螺絲出現(xiàn)嚴(yán)重形變。種植修復(fù)部件之間較低的精密度會顯著增加螺絲的應(yīng)力，造成金屬疲勞從而導(dǎo)致螺絲松動甚至發(fā)生螺絲折斷[1]。本實(shí)驗(yàn)顯示成品基臺莫氏錐度與鑄造基臺、第三方基臺之間差異有統(tǒng)計學(xué)意義（P<0.001），鑄造基臺與第三方基臺之間差異無統(tǒng)計學(xué)意義（P>0.05）。鑄造基臺組中雖然為原廠鈦基底，但在鑄造過程中經(jīng)過高溫?zé)Y(jié)導(dǎo)致基臺與種植體連接部分表面形態(tài)結(jié)構(gòu)發(fā)生細(xì)微的變化。第三方CAD/CAM 基臺由于無法獲得原廠數(shù)據(jù)，且銑削鈦棒接口的設(shè)備和技術(shù)存在很大差異。所以鑄造基臺以及第三方切削基臺均與原廠基臺在莫氏錐度部分存在差異。

在移除扭矩分析中，循環(huán)加載前評價了不同修復(fù)基臺對螺絲預(yù)負(fù)荷的維持效果，循環(huán)加載后評價了不同修復(fù)基臺和循環(huán)加載共同作用對螺絲扭矩的維持效果。對基臺螺絲施加扭力，就產(chǎn)生了預(yù)負(fù)荷；但是施加的扭力并沒有完全轉(zhuǎn)換為預(yù)負(fù)荷，其中一部分扭力用來克服螺絲頭和基臺之間的摩擦力以及克服種植體內(nèi)部螺紋和螺絲螺紋之間的摩擦力，這將會損失2～10%的施加扭矩[11]。此外，當(dāng)旋緊螺絲時由于基臺沉降效應(yīng)，螺絲產(chǎn)生的預(yù)負(fù)荷會進(jìn)一步下降。在本實(shí)驗(yàn)中觀察可見，當(dāng)?shù)谝淮螠y量移除扭矩時，該扭矩值均低于30 N·cm。成品基臺初始移除扭矩喪失量為18.32%±5.01%，鑄造基臺初始移除扭矩喪失量為25.60%±6.44%，第三方基臺初始移除扭矩喪失量為24.88%±5.50%。實(shí)驗(yàn)結(jié)果符合Barbosa 等[12]之前的實(shí)驗(yàn)結(jié)果，初始預(yù)負(fù)荷喪失量范圍在24.01%～50.71%。本實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示初始移除扭矩喪失量在成品基臺與鑄造基臺之間差異有統(tǒng)計學(xué)意義（P<0.05）。這表明成品基臺在維持螺絲扭矩上有更好的表現(xiàn)。Kano 等[13]表明鑄造的過程可能會改變種植體與基臺之間的旋轉(zhuǎn)匹配程度，而且鑄造基臺具有很高的技術(shù)敏感度，不同廠家、不同制造方式對兩者之間的精密度影響較大。Binon 等[6]研究顯示，種植體與修復(fù)基臺之間良好的精密度更能抵抗螺絲松動，更有利于扭矩的維持，可預(yù)防螺絲的松動。當(dāng)二者的連接界面不密合時，會增大兩者之間的距離，降低連接結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性，從而造成預(yù)負(fù)荷喪失。在本實(shí)驗(yàn)中，所有基臺均有預(yù)負(fù)荷的喪失，并且在循環(huán)加載前的第二次重復(fù)施加扭矩時發(fā)現(xiàn)螺絲仍可以再旋轉(zhuǎn)一段距離才能達(dá)到30 N·cm，這都表明預(yù)負(fù)荷喪失是螺絲的固有特性。所以為了補(bǔ)償實(shí)際臨床工作中預(yù)負(fù)荷的損失，必須根據(jù)廠家要求在擰緊新螺絲數(shù)分鐘后再次施加擰緊扭矩，并且需要定期重復(fù)施加擰緊扭矩[1]。

無論是何種修復(fù)基臺，經(jīng)循環(huán)加載后，移除扭矩均顯著喪失，實(shí)驗(yàn)顯示3組基臺循環(huán)加載前后扭矩喪失量差異有統(tǒng)計學(xué)意義。并且基臺在經(jīng)過循環(huán)加載后，可以測得試件總長度減小，這表明基臺在受到外力后會發(fā)生沉降，也稱之為是嵌入性松弛[14]。從循環(huán)加載過程記錄的數(shù)據(jù)可以得出，基臺的沉降通?？梢苑譃?個階段，第一階段為磨合階段，第二階段為穩(wěn)態(tài)階段。在循環(huán)加載的第一個循環(huán)周期內(nèi)，基臺就已經(jīng)發(fā)生了大量的沉降，而在剩余的循環(huán)周期直到10 萬次均處于一個較穩(wěn)定的狀態(tài)，這與Lee等[15]的實(shí)驗(yàn)結(jié)果相符合。本實(shí)驗(yàn)不同基臺經(jīng)過循環(huán)加載后均發(fā)生沉降，而由于基臺制作方式的差異，表現(xiàn)出沉降值的不同，進(jìn)而表現(xiàn)出對螺絲扭矩的維持存在差異。

本實(shí)驗(yàn)中所用的基臺螺絲均為原廠螺絲。成品基臺和鑄造基臺材料均為原廠4 級商業(yè)純鈦（Grade 4 CP Ti），而第三方CAD/CAM 切削基臺為5級鈦合金（Ti-6Al-4V)，5級鈦合金擁有著更高的強(qiáng)度和彈性模量。Jo等[16]表示4級商業(yè)純鈦的沉降值較5級鈦合金更高，但是本實(shí)驗(yàn)結(jié)果成品基臺的沉降值低于第三方CAD/CAM 切削基臺，說明基臺與種植體之間的匹配精密度對扭矩維持的影響遠(yuǎn)大于材料不同而帶來的影響。雖然3組基臺在循環(huán)加載后均未出現(xiàn)螺絲松動的現(xiàn)象，但是在鑄造基臺組中會發(fā)現(xiàn)扭矩喪失量很高的異常值達(dá)73.64%，而在第三方CAD/CAM 切削基臺組中發(fā)現(xiàn)一個樣本基臺螺絲發(fā)生形變已無法取出。由于鑄造基臺或第三方CAD/CAM 切削基臺與種植體的連接部位存在精密度差的原因，進(jìn)而導(dǎo)致螺絲松動甚至折斷等機(jī)械并發(fā)癥，故不推薦使用。近些年來很多種植體品牌均推出了Ti base 的使用，它是一種穿齦高度更低且可以個性化設(shè)計穿齦輪廓的基臺，根據(jù)不同的品牌通常有0.5、1.5、1、2、3 mm 等類型，技師在設(shè)計好修復(fù)體后可在口外使用樹脂或玻璃離子粘接劑將修復(fù)體與Ti base粘接而形成類似螺絲固位的修復(fù)體。綜上所述，在臨床中選擇修復(fù)基臺時，盡量避免使用鑄造基臺和第三方基臺。當(dāng)修復(fù)空間不足或者需要個性化設(shè)計穿齦輪廓時，可選擇原廠Ti base。

綜上所述，本研究所有組中基臺經(jīng)循環(huán)加載后螺絲扭矩均有顯著下降。結(jié)果提示長期的咀嚼負(fù)載會導(dǎo)致連接部位的震動，基臺與種植體連接界面的磨損，以及基臺的沉降，這些將導(dǎo)致基臺螺絲扭矩的喪失，進(jìn)一步可能發(fā)展為螺絲松動，甚至螺絲折斷。故在實(shí)際臨床工作，必須根據(jù)廠家要求在擰緊新螺絲數(shù)分鐘后再次施加擰緊扭矩，并且需要定期檢測基臺螺絲扭矩，甚至再次施加擰緊扭矩。此外，不同方式制作的基臺其連接部位的精密度存在差異，當(dāng)基臺與種植體連接部位莫氏錐度不匹配時，在受到外力作用后其沉降效應(yīng)更大，進(jìn)而會造成更大基臺螺絲扭矩喪失。就本實(shí)驗(yàn)有限的數(shù)據(jù)提示在選擇修復(fù)基臺時，應(yīng)當(dāng)避免使用鑄造基臺和第三方基臺。

利益沖突聲明：作者聲明本文無利益沖突。