不同修復(fù)基臺(tái)經(jīng)循環(huán)加載后的扭矩喪失和基臺(tái)沉降

沈溱原 黃忞 魏俊超 張琦 吳潤(rùn)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(xiǎn)，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(duì)于單顆牙的種植修復(fù)，固位螺絲松動(dòng)是最常見(jiàn)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(tái)螺絲的松動(dòng)率為7～11%[3]。

螺絲松動(dòng)最主要的原因是預(yù)負(fù)荷的喪失（預(yù)負(fù)荷是基臺(tái)螺絲通過(guò)旋轉(zhuǎn)扭力擰緊后所產(chǎn)生的張力）。Bickford[4]描述了螺絲松動(dòng)的兩個(gè)階段，首先，持續(xù)的功能負(fù)荷導(dǎo)致了螺紋之間的滑動(dòng)，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(huì)使螺絲發(fā)生轉(zhuǎn)動(dòng)，此時(shí)螺絲開(kāi)始發(fā)生松動(dòng)。預(yù)負(fù)荷對(duì)于基臺(tái)螺絲的穩(wěn)定性至關(guān)重要，因此可以用于描述螺絲松動(dòng)現(xiàn)象[5]。

種植體?基臺(tái)連接部位的精密度會(huì)影響預(yù)負(fù)荷，當(dāng)二者之間密合度不足時(shí)，功能性運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生的微動(dòng)以及震動(dòng)會(huì)侵蝕基臺(tái)螺絲的預(yù)負(fù)荷。Binon等[6]通過(guò)提高種植體?基臺(tái)之間的精密度可以減少螺絲松動(dòng)的發(fā)生。種植修復(fù)部件之間的不密合會(huì)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(dòng)。種植體?基臺(tái)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(duì)抗基臺(tái)旋轉(zhuǎn)及引導(dǎo)基臺(tái)就位，而莫氏錐度部分主要為基臺(tái)和種植體的連接提供固位力。Michelon 等[7]對(duì)比了存在內(nèi)六角的抗旋基臺(tái)與不存在內(nèi)六角的非抗旋基臺(tái)在循環(huán)加載后其脫出力無(wú)差異，證實(shí)基臺(tái)莫氏錐度部分為基臺(tái)固位力的主要來(lái)源，而內(nèi)六角的部分僅起到對(duì)抗基臺(tái)旋轉(zhuǎn)及引導(dǎo)基臺(tái)就位的作用，對(duì)固位力的影響較小?；_(tái)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(tái)產(chǎn)生沉降也主要在莫氏錐度部分。故當(dāng)基臺(tái)莫氏錐度的公錐與種植體內(nèi)連接的母錐不匹配時(shí)，會(huì)導(dǎo)致基臺(tái)?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(tái)主要有成品基臺(tái)、鑄造基臺(tái)以及計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)/計(jì)算機(jī)輔助制造（computer aided design/computer aided manufacturing，CAD/CAM）切削基臺(tái)等。不同方式制作的修復(fù)基臺(tái)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(tái)表面粗糙程度不同而導(dǎo)致基臺(tái)沉降值不同，從而造成基臺(tái)螺絲預(yù)負(fù)荷之間的差異以及受外力作用后對(duì)螺絲扭力的維持存在差異。不同的修復(fù)基臺(tái)對(duì)螺絲松動(dòng)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(duì)3種不同基臺(tái)（成品基臺(tái)、鑄造基臺(tái)及第三方CAD/CAM 基臺(tái)）進(jìn)行比較，通過(guò)對(duì)比循環(huán)加載前基臺(tái)莫氏錐度來(lái)分析三者與種植體連接部分精密度的差異，通過(guò)測(cè)量循環(huán)加載前后基臺(tái)沉降值和扭矩喪失量來(lái)分析其對(duì)螺絲松動(dòng)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(guó)）通過(guò)磨具用環(huán)氧樹(shù)脂進(jìn)行包埋。對(duì)成品分體式基臺(tái)（6.5 mm×2.5 mm DAB6525HL，登騰公司，韓國(guó)）進(jìn)行掃描，獲得與成品基臺(tái)穿齦及上部結(jié)構(gòu)一致的CAD/CAM切削基臺(tái)數(shù)據(jù)。將數(shù)據(jù)及預(yù)接口鈦棒（蘇州恒準(zhǔn)檢測(cè)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(guó)）以獲得CAD/CAM 切削基臺(tái)。獲取成品分體式基臺(tái)的硅橡膠印模，用于精確制作鑄造基臺(tái)（RAB45CH，登騰公司，韓國(guó)）上部蠟型，其后將鑄造基臺(tái)蠟型投入中頻水冷鑄造機(jī)進(jìn)行鑄造，獲得與原廠基臺(tái)外形結(jié)構(gòu)一致的第三方CAD/CAM 基臺(tái)和鑄造基臺(tái)。將30 枚種植體隨機(jī)分為3組，A組匹配原廠分體式基臺(tái)；B組匹配鑄造基臺(tái)；C組匹配第三方CAD/CAM基臺(tái)。

1.2 基臺(tái)莫氏錐度測(cè)量

使用復(fù)合式光學(xué)影像測(cè)量?jī)x（OPTIV REFER‐ENCE-222，?？怂箍倒?，瑞典）檢測(cè)修復(fù)基臺(tái)莫氏錐度部分，在軟件（PC-DMIS VISION）中提取錐度母線并測(cè)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(jì)分析。

1.3 基臺(tái)螺絲扭矩測(cè)量

將種植體?基臺(tái)復(fù)合體固定于夾具上，應(yīng)用數(shù)顯扭矩計(jì)ATTA1（廣州天機(jī)國(guó)材精密機(jī)械有限公司）將30枚原廠基臺(tái)螺絲（ASC2045，登騰公司，韓國(guó)）擰緊至30 N·cm，螺絲擰緊10 min后，使用數(shù)顯扭矩計(jì)測(cè)量初始移除扭矩值，記為RTV1。初始移除扭矩值為旋松螺絲過(guò)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(guò)程扭矩值表現(xiàn)為正值。隨后，重新擰緊基臺(tái)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(tái)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(guó)）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(wàn)個(gè)周期的循環(huán)載荷，大約相當(dāng)于1個(gè)月的咀嚼運(yùn)動(dòng)[8]。經(jīng)過(guò)循環(huán)加載后，應(yīng)用數(shù)顯扭矩計(jì)測(cè)量循環(huán)加載后移除扭矩值，記為RTV2。在循環(huán)加載過(guò)程中記錄初始載荷頭位置L1，以及終末載荷頭位置L2。

基臺(tái)沉降值按照以下公式進(jìn)行計(jì)算：1）基臺(tái)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(duì)于螺絲松動(dòng)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(jì)算方式參考Park等[9]提出的公式。

1.5 統(tǒng)計(jì)學(xué)處理

采用SPSS 22.0 統(tǒng)計(jì)軟件對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，對(duì)各樣本莫氏錐度、循環(huán)載荷前后基臺(tái)螺絲移除扭矩喪失量和基臺(tái)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(duì)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(tái)莫氏錐度分析

成品基臺(tái)、鑄造基臺(tái)及第三方基臺(tái)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(tái)莫氏錐度與鑄造基臺(tái)、第三方基臺(tái)之間差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P<0.001），鑄造基臺(tái)與第三方基臺(tái)之間差異無(wú)統(tǒng)計(jì)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(tái)螺絲移除扭矩喪失量見(jiàn)表1。當(dāng)基臺(tái)在經(jīng)循環(huán)加載后，無(wú)論是成品基臺(tái)、鑄造基臺(tái)亦或是第三方CAD/CAM 基臺(tái)螺絲移除扭矩均顯著喪失，配對(duì)t檢驗(yàn)顯示3 組基臺(tái)循環(huán)加載前后扭矩喪失量差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P<0.001）。其中在鑄造基臺(tái)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(tái)組中的一個(gè)樣本經(jīng)過(guò)循環(huán)加載后，基臺(tái)螺絲發(fā)生形變已無(wú)法取出。循環(huán)加載后成品基臺(tái)螺絲移除扭矩喪失量均低于鑄造基臺(tái)和第三方CAD/CAM 基臺(tái)。方差分析顯示循環(huán)加載后基臺(tái)螺絲移除扭矩喪失量在成品基臺(tái)與鑄造基臺(tái)、第三方CAD/CAM 基臺(tái)之間差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P<0.05），而鑄造基臺(tái)與第三方CAD/CAM基臺(tái)之間差異無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。

表1 循環(huán)加載前后基臺(tái)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(tái)沉降值分析

基臺(tái)經(jīng)循環(huán)加載后，成品基臺(tái)、鑄造基臺(tái)及第三方CAD/CAM 基臺(tái)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(tái)沉降值在成品基臺(tái)與鑄造基臺(tái)、成品基臺(tái)與第三方CAD/CAM 基臺(tái)之間差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P<0.05），鑄造基臺(tái)與第三方CAD/CAM 基臺(tái)之間差異無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。其中第三方基臺(tái)組中的一個(gè)樣本由于基臺(tái)連接結(jié)構(gòu)嚴(yán)重?fù)p壞，故將其排除不參與統(tǒng)計(jì)學(xué)分析。

3 討論

種植體?基臺(tái)莫氏錐度連接部分極高的精密度可以為基臺(tái)提供良好的固位。當(dāng)兩部分平行時(shí)，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(shí)則產(chǎn)生的是線接觸，而線接觸則無(wú)法在基臺(tái)與種植體之間產(chǎn)生冷焊的效果，進(jìn)而會(huì)導(dǎo)致基臺(tái)?種植體連接結(jié)構(gòu)的不穩(wěn)定。在鑄造基臺(tái)組中，將基臺(tái)就位于種植體后可以發(fā)現(xiàn)有小幅度的轉(zhuǎn)動(dòng)，這種轉(zhuǎn)動(dòng)產(chǎn)生的剪切力會(huì)削弱兩者之間的冷焊效應(yīng)。在第三方CAD/CAM 基臺(tái)組，其中一個(gè)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(huì)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(dòng)甚至發(fā)生螺絲折斷[1]。本實(shí)驗(yàn)顯示成品基臺(tái)莫氏錐度與鑄造基臺(tái)、第三方基臺(tái)之間差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P<0.001），鑄造基臺(tái)與第三方基臺(tái)之間差異無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P>0.05）。鑄造基臺(tái)組中雖然為原廠鈦基底，但在鑄造過(guò)程中經(jīng)過(guò)高溫?zé)Y(jié)導(dǎo)致基臺(tái)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(tái)由于無(wú)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(tái)以及第三方切削基臺(tái)均與原廠基臺(tái)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(píng)價(jià)了不同修復(fù)基臺(tái)對(duì)螺絲預(yù)負(fù)荷的維持效果，循環(huán)加載后評(píng)價(jià)了不同修復(fù)基臺(tái)和循環(huán)加載共同作用對(duì)螺絲扭矩的維持效果。對(duì)基臺(tái)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(méi)有完全轉(zhuǎn)換為預(yù)負(fù)荷，其中一部分扭力用來(lái)克服螺絲頭和基臺(tái)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(huì)損失2～10%的施加扭矩[11]。此外，當(dāng)旋緊螺絲時(shí)由于基臺(tái)沉降效應(yīng)，螺絲產(chǎn)生的預(yù)負(fù)荷會(huì)進(jìn)一步下降。在本實(shí)驗(yàn)中觀察可見(jiàn)，當(dāng)?shù)谝淮螠y(cè)量移除扭矩時(shí)，該扭矩值均低于30 N·cm。成品基臺(tái)初始移除扭矩喪失量為18.32%±5.01%，鑄造基臺(tái)初始移除扭矩喪失量為25.60%±6.44%，第三方基臺(tái)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(tái)與鑄造基臺(tái)之間差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P<0.05）。這表明成品基臺(tái)在維持螺絲扭矩上有更好的表現(xiàn)。Kano 等[13]表明鑄造的過(guò)程可能會(huì)改變種植體與基臺(tái)之間的旋轉(zhuǎn)匹配程度，而且鑄造基臺(tái)具有很高的技術(shù)敏感度，不同廠家、不同制造方式對(duì)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(tái)之間良好的精密度更能抵抗螺絲松動(dòng)，更有利于扭矩的維持，可預(yù)防螺絲的松動(dòng)。當(dāng)二者的連接界面不密合時(shí)，會(huì)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(tái)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(shí)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(wú)論是何種修復(fù)基臺(tái)，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(tái)循環(huán)加載前后扭矩喪失量差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。并且基臺(tái)在經(jīng)過(guò)循環(huán)加載后，可以測(cè)得試件總長(zhǎng)度減小，這表明基臺(tái)在受到外力后會(huì)發(fā)生沉降，也稱之為是嵌入性松弛[14]。從循環(huán)加載過(guò)程記錄的數(shù)據(jù)可以得出，基臺(tái)的沉降通?？梢苑譃?個(gè)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(gè)循環(huán)周期內(nèi)，基臺(tái)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(wàn)次均處于一個(gè)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(tái)經(jīng)過(guò)循環(huán)加載后均發(fā)生沉降，而由于基臺(tái)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(duì)螺絲扭矩的維持存在差異。

本實(shí)驗(yàn)中所用的基臺(tái)螺絲均為原廠螺絲。成品基臺(tái)和鑄造基臺(tái)材料均為原廠4 級(jí)商業(yè)純鈦（Grade 4 CP Ti），而第三方CAD/CAM 切削基臺(tái)為5級(jí)鈦合金（Ti-6Al-4V)，5級(jí)鈦合金擁有著更高的強(qiáng)度和彈性模量。Jo等[16]表示4級(jí)商業(yè)純鈦的沉降值較5級(jí)鈦合金更高，但是本實(shí)驗(yàn)結(jié)果成品基臺(tái)的沉降值低于第三方CAD/CAM 切削基臺(tái)，說(shuō)明基臺(tái)與種植體之間的匹配精密度對(duì)扭矩維持的影響遠(yuǎn)大于材料不同而帶來(lái)的影響。雖然3組基臺(tái)在循環(huán)加載后均未出現(xiàn)螺絲松動(dòng)的現(xiàn)象，但是在鑄造基臺(tái)組中會(huì)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(tái)組中發(fā)現(xiàn)一個(gè)樣本基臺(tái)螺絲發(fā)生形變已無(wú)法取出。由于鑄造基臺(tái)或第三方CAD/CAM 切削基臺(tái)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(dòng)甚至折斷等機(jī)械并發(fā)癥，故不推薦使用。近些年來(lái)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(gè)性化設(shè)計(jì)穿齦輪廓的基臺(tái)，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(jì)好修復(fù)體后可在口外使用樹(shù)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(tái)時(shí)，盡量避免使用鑄造基臺(tái)和第三方基臺(tái)。當(dāng)修復(fù)空間不足或者需要個(gè)性化設(shè)計(jì)穿齦輪廓時(shí)，可選擇原廠Ti base。

綜上所述，本研究所有組中基臺(tái)經(jīng)循環(huán)加載后螺絲扭矩均有顯著下降。結(jié)果提示長(zhǎng)期的咀嚼負(fù)載會(huì)導(dǎo)致連接部位的震動(dòng)，基臺(tái)與種植體連接界面的磨損，以及基臺(tái)的沉降，這些將導(dǎo)致基臺(tái)螺絲扭矩的喪失，進(jìn)一步可能發(fā)展為螺絲松動(dòng)，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(cè)基臺(tái)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(tái)其連接部位的精密度存在差異，當(dāng)基臺(tái)與種植體連接部位莫氏錐度不匹配時(shí)，在受到外力作用后其沉降效應(yīng)更大，進(jìn)而會(huì)造成更大基臺(tái)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(tái)時(shí)，應(yīng)當(dāng)避免使用鑄造基臺(tái)和第三方基臺(tái)。

利益沖突聲明：作者聲明本文無(wú)利益沖突。