個性化擬天然牙根種植體的研究進展

薛燕青，毓天昊，韓童童，鄭添予，閻 旭

（中國醫(yī)科大學(xué)口腔醫(yī)學(xué)院附屬口腔醫(yī)院干診科，遼寧沈陽110002）

0 引言

即刻種植是指拔除患牙后即刻在拔牙窩內(nèi)植入牙種植體，與傳統(tǒng)種植治療比較，其主要優(yōu)勢是可以縮短治療周期，減少就診次數(shù)，避免二次的外科干預(yù)，避免或顯著減少不可逆的牙槽骨吸收和軟組織退縮，并且能夠因此降低患者的醫(yī)療總成本，提高其心理治療展望，改善美觀［1－2］。 即刻種植時，傳統(tǒng)的螺紋狀和柱狀結(jié)構(gòu)的單牙根種植體與天然牙牙根形狀不同，即與拔牙后的牙槽窩不一致，種植體與骨組織間常存在間隙，很難獲得良好的初期穩(wěn)定性，這將影響種植體和骨組織間的骨性愈合，影響種植手術(shù)的成功率［3－4］，這一問題在天然牙為多牙根的磨牙區(qū)就顯得更為嚴(yán)重，傳統(tǒng)即刻種植難度極大。為解決種植體與周圍骨組織的間隙問題，學(xué)者們進行了多方面的研究，包括采用引導(dǎo)骨組織再生技術(shù)，或植骨材料直接充填骨缺損區(qū)等方法［2，5］。種植體的初期穩(wěn)定性通過種植體與牙槽骨的直接接觸獲得，臨床上可通過將種植體植入根方骨下3～5 mm，或者植入比拔牙窩直徑大的種植體來獲得初期穩(wěn)定性［1］，但這些方法均存在成本高、臨床操作時間長、易對骨和軟組織造成損傷等缺點。通過使用與天然牙根大小及形態(tài)一致的個性化擬天然牙根種植體（root?analogue implant，RAI）可以很好地解決這個問題。RAI是指通過對擬拔牙位點的頜骨進行三維掃描和重建后，利用快速成型技術(shù)制造出與拔牙窩形態(tài)及大小相匹配的個性化種植體，在拔牙的同期植入拔牙窩。RAI通過改變種植體的形態(tài)及大小來適應(yīng)牙槽骨，以達到兩者的匹配，其不僅臨床操作簡單，還能最大程度上減少骨和軟組織的損傷，增加即刻種植術(shù)后的初期穩(wěn)定性［6］。特別是在多根牙區(qū)，RAI能更好地模擬天然牙的應(yīng)力傳導(dǎo)，在抗旋轉(zhuǎn)性上也有一定的優(yōu)勢［7－10］。

1 材料和制作工藝

1.1 聚合物 RAI1969 年，Hodosh 等［11］利用聚合物（自動聚合和熱處理的聚甲基丙烯酸酯）制作RAI。其首先利用石膏獲得拔除牙的模具，然后在模具中填充聚合物，進行熱處理后獲得拔除牙的復(fù)制品，并植入拔牙窩中。運用聚合物制作RAI具有操作簡單、易于通過增減成分改變其物理特性等優(yōu)勢，但其研究顯示，這些種植體最終被膠原纖維構(gòu)成的結(jié)締組織所包裹，不能形成骨結(jié)合。因此，聚合物RAI目前已不再使用。

1.2 鈦 RAI1992 年，Lundgren 等［12］采用機械復(fù)制與電火花蝕刻技術(shù)，制作個性化鈦RAI，并將其植入比格犬的拔牙窩內(nèi)進行實驗研究。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，骨結(jié)合率達88%，且種植體?骨界面的結(jié)合質(zhì)量足以達到功能性要求。1997年，Kohal等［13］利用數(shù)控銑床加工出表面具有規(guī)則蜂窩狀的RAI，植入動物拔牙窩后取得了良好的效果。Kohal等認(rèn)為，骨結(jié)合的量取決于個性化種植體制作的精密程度，受當(dāng)時材料與設(shè)備所限，制作的牙根與拔牙窩的適應(yīng)性的精確程度受到影響。以上方法均通過掃描拔除后的牙根數(shù)據(jù)制作，無法實現(xiàn)拔牙后即刻植入種植體與臨時修復(fù)。近年來，隨著三維成像技術(shù)在口腔醫(yī)學(xué)領(lǐng)域的應(yīng)用日益廣泛，錐形束 CT（cone beam computed tomography，CBCT）結(jié)合計算機輔助設(shè)計與計算機輔助制作技術(shù)（com?puter assisted design／computer assisted manufacture，CAD／CAM）使得拔牙前預(yù)先制作RAI，拔牙后即刻植入成為可能。

由于天然牙根具有復(fù)雜的三維結(jié)構(gòu)和不規(guī)則曲面，應(yīng)用傳統(tǒng)數(shù)控技術(shù)難以制造出RAI所需要的精密的幾何結(jié)構(gòu).而3D打印技術(shù)（3D printing）無需昂貴的模具就能夠制造出幾乎所有想要的幾何結(jié)構(gòu)，被認(rèn)為是個性化種植體的未來。3D打印技術(shù)是一種以計算機技術(shù)及三維數(shù)字成像技術(shù)為基礎(chǔ)發(fā)展起來的快速成型技術(shù)，又稱為增材制造，其具體過程主要包括：①運用三維成像技術(shù)進行牙根數(shù)據(jù)的收集與獲取，CBCT具有掃描速度快、空間分辨率高、輻射劑量小、圖像偽影少等優(yōu)點，目前已廣泛應(yīng)用于種植術(shù)前檢查；②將掃描獲取的數(shù)據(jù)導(dǎo)入CAD軟件，進行三維重建以及個性化設(shè)計；③將得到的三維模型保存為3D打印設(shè)備所能識別的STL格式，應(yīng)用相應(yīng)的3D打印設(shè)備打印出RAI。RAI的制作難點在于準(zhǔn)確地模擬天然牙根的形態(tài)，RAI的制作精度是影響種植體初期穩(wěn)定性的一個重要因素。RAI表面的多孔結(jié)構(gòu)能夠加速骨組織愈合，促進骨結(jié)合，使種植體進行更好的負(fù)荷調(diào)整，減少壓力誘導(dǎo)下的骨吸收［14］。3D打印技術(shù)除了具有制作成本低、精度高、周期短、節(jié)省材料等優(yōu)點，還可以通過改變?nèi)缂す夤β省雍?、掃描間距、掃描速度等參數(shù)來改變每層的孔隙率，并能控制孔互聯(lián)、尺寸、形狀和分布，這是傳統(tǒng)機械加工無法做到的。

目前，在RAI領(lǐng)域應(yīng)用的金屬3D打印技術(shù)主要有4種：①直接激光金屬燒結(jié)技術(shù)（direct laser metal sintering，DLMS）；②選區(qū)激光燒結(jié)技術(shù)（selective laser sintering，SLS）；③選區(qū)激光熔融技術(shù)（selective laser melting，SLM）；④電子束熔融技術(shù)（electron beam melting，EBM）。DLMS是利用聚焦激光束將金屬顆粒的表面部分熔化后，加入到多孔結(jié)構(gòu)中，分層堆積而形成。 經(jīng)實驗與臨床研究［15－16］證實，DLMS 制造的RAI能夠獲得足夠的精度，可以成功應(yīng)用于臨床。SLS是激光束在計算機的控制下有選擇地?zé)Y(jié)粘結(jié)劑使粘結(jié)劑與金屬粉末粘結(jié)在一起，逐層燒結(jié)直至完成，并去掉多余的粉末，需經(jīng)過后處理工藝對零件進行高溫重熔，二次處理，因此零件的尺寸精度易受影響［17］。SLM技術(shù)是近年新發(fā)展起來的先進技術(shù)，其利用高能量激光的熱作用使金屬粉末完全熔化、經(jīng)散熱冷卻固化、層層累加成型出致密的三維金屬零件，克服了SLS技術(shù)制造金屬零件工藝過程復(fù)雜的困擾。采用SLM技術(shù)制作出的RAI，不僅核心部分高密度、高強度且表面可形成孔隙率、尺寸、形狀和分布可控的多孔結(jié)構(gòu)，臨床上種植體植入后隨訪1年，獲得了近乎完美的功能和美學(xué)效果［14，18－19］。 Moin等［18］利用SLM成功地制作出精確度較高的RAI，并對精確性進行了分析。RAI和原天然牙的光學(xué)掃描模型在頰舌向根尖、釉牙骨質(zhì)界的差異最顯著，RAI與原天然牙表面積相比，整體減少了6.33%，與三維表面模型相比，增加了0.27%。EBM采用電子束熔化金屬粉末，與SLM相比，功率更高，制作速度更快，可同時批量制作多個種植體，且采用高溫?zé)崽幚?，種植體殘余應(yīng)力低，變形小。胡洪成等［20］將EBM用于制造RAI，比較RAI和天然牙根三維偏差的大小。結(jié)果表明，EBM 制作的種植體總體誤差為（－0.18±0.04）mm，且主要來自設(shè)備加工誤差，可通過調(diào)節(jié)相關(guān)制作參數(shù)加以減小。

1.3 氧化鋯RAI作為一種生物相容性良好的材料，鈦種植體已應(yīng)用于臨床30余年，經(jīng)臨床證實安全可靠，成功率高，但可能出現(xiàn)種植體金屬顏色透過粘膜或在軟組織退縮的情況下顯露出來而影響美觀，且越來越多的患者在治療時要求選擇非金屬材料。氧化鋯以其優(yōu)良的生物相容性、生物力學(xué)特性，美觀性能以及良好的骨結(jié)合性能逐漸被引入到植入性材料領(lǐng)域，很大程度上可成為種植體材料的另一種選擇。氧化鋯種植體主要應(yīng)用CAD／CAM技術(shù)對醫(yī)用級氧化鋯塊進行研磨加工而得，具有很高的抗彎強度，良好的斷裂韌性和適宜的楊氏模量以及優(yōu)良的生物相容性［6］。動物研究已經(jīng)表明，氧化鋯種植體在體內(nèi)沒有細(xì)胞毒性［21－22］，且能夠獲得與鈦種植體同等的骨結(jié)合［23－25］。 近年來，有文獻［26－28］報道氧化鋯 RAI 在臨床應(yīng)用中取得了良好效果。Pirker等［27］于2008年報道了1例右上前磨牙單根牙氧化鋯RAI，并隨訪26個月，效果良好。2011年P(guān)irker等［28］首次報道了1例左下第一磨牙拔除后多牙根氧化鋯RAI即刻種植臨床應(yīng)用成功的患者，在為期30個月的隨訪過程中，骨吸收和軟組織退縮極少，獲得了理想的功能與美學(xué)效果。

2 形態(tài)設(shè)計

為了改善RAI的生物力學(xué)性能，獲得更好的初期穩(wěn)定性和快速的骨結(jié)合，許多學(xué)者對RAI進行了形態(tài)設(shè)計方面的探索，主要包括兩方面：種植體表面形態(tài)設(shè)計與直徑調(diào)整。

2.1 表面形態(tài)設(shè)計種植體的初期穩(wěn)定性對種植體與周圍骨組織間實現(xiàn)理想的骨結(jié)合至關(guān)重要。RAI初期穩(wěn)定性主要來自于種植體與牙槽窩之間的擠壓配合。種植體表面沒有固位結(jié)構(gòu)可以獲得良好的初期穩(wěn)定性，但卻可能在壓力誘導(dǎo)下引起整個牙槽窩壁的骨吸收而導(dǎo)致種植中期的失?。?5］。種植體形態(tài)的精準(zhǔn)度與固位結(jié)構(gòu)的設(shè)計直接影響種植成功率。例如，在早期的臨床研究中，鈦RAI即刻種植后1個月具有良好的初期穩(wěn)定性，其中48%的種植體卻在長達9個月的隨訪中失敗。由于高失敗率的發(fā)生，鈦RAI曾經(jīng)被認(rèn)為不適合臨床應(yīng)用［29］。而在較新的臨床研究［27－28］中，有學(xué)者在種植體近遠(yuǎn)中增加宏觀固位結(jié)構(gòu)（macro?retentions），獲得了滿意的臨床效果，在為期2年的隨訪中，未發(fā)生臨床可見的骨吸收和軟組織退縮，但并未詳細(xì)介紹該固位結(jié)構(gòu)的形態(tài)等具體信息。 2014年，Chen等［30］研究發(fā)現(xiàn)，RAI表面增加螺紋型設(shè)計保持了與天然牙根相似的幾何結(jié)構(gòu)，表現(xiàn)出更好的應(yīng)力分布、較低的微動和較好的初期穩(wěn)定性。Anssari Moin等［31］利用三維有限元分析方法設(shè)計出4種不同形態(tài)的宏觀固位結(jié)構(gòu)：棱柱狀（prism）、魚鰭狀（fins）、塞子狀（plug）、燈泡狀（bulbs），以及不增加宏觀固位結(jié)構(gòu)的標(biāo)準(zhǔn)RAI，比較它們對RAI生物力學(xué)的影響。結(jié)果表明，在種植體表面增加宏觀固位結(jié)構(gòu)有助于改善骨組織應(yīng)力分布，降低應(yīng)力集中，獲得更好的初期穩(wěn)定性。其中，塞子狀固位結(jié)構(gòu)的von Mises應(yīng)力最小，魚鰭狀固位結(jié)構(gòu)的種植體?骨組織界面的微動度最低，其次為燈泡狀。

2.2 直徑調(diào)整種植體與拔牙窩之間的適合性是種植成功的一個重要因素［1］。為了補償喪失的牙周組織以及拔牙過程中對拔牙窩頰舌側(cè)壁牙槽骨造成的擠壓擴大，有學(xué)者［13］嘗試對種植體的頰側(cè)頸部進行增寬以達到種植體與牙槽窩的一致性，但失敗率較高，甚至在一些病例中，種植體在植入過程中即可導(dǎo)致薄弱的頰側(cè)牙槽骨骨折。頜骨橫斷面觀察顯示，種植體近遠(yuǎn)中有足夠的骨量空間可以進行擴大，而頰側(cè)皮質(zhì)骨非常薄弱且血供極少，極易發(fā)生壓力誘導(dǎo)下的骨吸收［13，26，28］，因此在此處對種植體進行減徑是非常必要的。

RAI作為一種壓入式種植體，臨床上多采用輕敲或指壓方式就位。為使RAI順利就位于牙槽窩內(nèi)，需要對種植體表面的不規(guī)則結(jié)構(gòu)進行平滑處理。天然牙根表面常存在倒凹，增加了微創(chuàng)拔牙以及RAI植入的難度，因此如何在個性化設(shè)計中對種植體的形態(tài)進行一定的改良，既能去除妨礙就位的倒凹，又能保持與天然牙根相似的形態(tài)，同時種植體的初期穩(wěn)定性能夠滿足臨床需要是亟需解決的問題，目前RAI的設(shè)計主要依賴于臨床醫(yī)師的主觀判斷。

無論是種植體頰側(cè)頸部減徑或不規(guī)則結(jié)構(gòu)的處理都勢必伴隨著種植體尺寸的減少，種植體與拔牙窩之間的密合性受到影響，從而降低種植體的初期穩(wěn)定性。經(jīng)臨床證實，通過在RAI表面近遠(yuǎn)中向增加宏觀固位結(jié)構(gòu)，可以獲得良好的初期穩(wěn)定性和骨結(jié)合，且有利于減少種植體周圍的骨吸收［32］。此外，RAI與牙槽窩過盈配合是增加種植體初期穩(wěn)定性的另一種方法，尤其在骨缺損情況下，通過增加種植體的過盈量可以顯著增加種植體的初期穩(wěn)定性。隨著缺損層數(shù)的增加，過盈量對其初期穩(wěn)定性的影響更加顯著。在骨缺損不嚴(yán)重的情況下，增加過盈量對種植體初期穩(wěn)定性的增加影響不大，一味增加過盈量可能過度擠壓牙槽窩，引起種植體周圍骨組織壞死，導(dǎo)致骨吸收甚至骨折。因此，選擇合適的過盈量是非常重要的［8，33］。 徐國皓等［34］進行了過盈植入對種植體?骨界面應(yīng)力分布影響的三維有限元分析。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，過盈量為0.5 mm時，種植體?骨界面所產(chǎn)生的應(yīng)力值在骨組織所能承受的最大應(yīng)力值范圍內(nèi)。周樂峰等［35］通過有限元分析的方法研究不同骨質(zhì)、過盈量對多根種植體初期穩(wěn)定性的影響，得出種植體在植入過程中既要使骨組織結(jié)構(gòu)不受到破壞同時又要保證種植體植入后有良好的初期穩(wěn)定性，合適的過盈量的范圍應(yīng)為：Ⅰ類骨 0～0.2 mm；Ⅱ類骨 0～0.2 mm；Ⅲ類骨0.1～0.3 mm；Ⅳ類骨 0.2～0.3 mm。

3 外科操作與修復(fù)步驟

RAI即刻種植的外科操作與傳統(tǒng)種植基本相同。需特別強調(diào)微創(chuàng)拔牙，避免損傷牙槽骨和軟組織，牙槽窩任意一個皮質(zhì)骨壁的喪失都可能會破壞種植體與拔牙窩之間的匹配關(guān)系，降低初期穩(wěn)定性，從而導(dǎo)致種植的最終失敗。拔牙后用刮匙對拔牙窩進行小心仔細(xì)的搔刮以去除殘留的結(jié)締組織并用無菌生理鹽水沖洗。對于根尖周有炎癥的患牙可在拔牙窩內(nèi)放置碘仿紗條，先行縫合，7 d后拆除縫線并取出紗條，對拔牙窩再次搔刮、沖洗［28］。拔牙窩清理后，與傳統(tǒng)種植不同的是，由于RAI與拔牙窩之間形態(tài)一致，故無需制備孔洞，只需通過手指的壓力將預(yù)先制作好的RAI壓入窩洞內(nèi)，隨后用錘子輕輕敲擊，通過觸診與叩診檢查初期穩(wěn)定性后進行間斷縫合并粘接臨時修復(fù)體。臨時修復(fù)體戴用3個月后行永久修復(fù)。在此期間，臨時修復(fù)體應(yīng)脫離功能性咬合接觸，囑患者用健側(cè)進行咀嚼且避免咀嚼硬物。術(shù)后給予鎮(zhèn)痛消炎藥物并指導(dǎo)患者行口腔衛(wèi)生維護。術(shù)后4周內(nèi)每周復(fù)診一次，1周左右創(chuàng)口無出血或感染時可拆除縫線［15，18］。

種植修復(fù)是一項系統(tǒng)工作，傳統(tǒng)種植多采用種植體與基臺兩段式種植方式。為完成修復(fù)，需在種植體內(nèi)制備規(guī)則的螺絲通道，以完成種植體與基臺或修復(fù)體的連接。傳統(tǒng)種植體采用機械加工（減材制造）而成，可以精確地批量化獲得螺絲通道。目前，文獻報道RAI的臨床應(yīng)用主要為3D打印的鈦RAI與CAD／CAM制作的氧化鋯RAI，這兩種制作方式要想直接制作出精準(zhǔn)的螺絲通道仍需要進行很多技術(shù)探索，二次加工又可能帶來種植體污染。因此，文獻報道的RAI主要為一段式種植方式，這樣的方式大大縮短了治療周期，有效保留軟組織輪廓，增加美學(xué)效果，但對種植角度提出了很高的要求，在臨時修復(fù)期間應(yīng)避免功能性咬合接觸，需要嚴(yán)格把握適應(yīng)癥［16，28］。

4 結(jié)論與展望

RAI即刻種植作為一種個性化、微創(chuàng)美觀、節(jié)約時間和成本的新方法，符合口腔種植技術(shù)發(fā)展的大趨勢。目前，關(guān)于RAI即刻種植的大樣本臨床研究較少，多為個別病例報道。Mangona等［16］在一項前瞻性臨床研究中，對15例患者進行了微創(chuàng)拔牙后RAI即刻植入，隨訪1年其生存率達到100%，證明該方法在臨床上是可行的。但關(guān)于RAI的設(shè)計原則，制作工藝等還需進一步深入研究，其臨床效果尚待更大樣本量與長期的臨床隨機對照研究證實。隨著相關(guān)問題的解決，材料與制造工藝的不斷發(fā)展，尤其是氧化鋯種植材料的研究深入和CAD／CAM技術(shù)與快速成型技術(shù)的成熟，這種新方法在將來有望成為傳統(tǒng)即刻種植的一種替代方法。

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