種植體中央螺絲桿折斷1 例及原因分析

余潤平 金夏悅 黃 慧 王 潔

（上海交通大學醫(yī)學院附屬第九人民醫(yī)院口腔修復科，上海交通大學口腔醫(yī)學院，國家口腔醫(yī)學中心，國家口腔疾病臨床醫(yī)學研究中心，上海市口腔醫(yī)學重點實驗室，上海市口腔醫(yī)學研究所，上海 200011）

隨著種植體技術(shù)的進步，種植修復已成為牙列缺損患者的最佳修復方案。但種植修復體仍存在生物、美學和機械并發(fā)癥[1]。種植修復機械并發(fā)癥指的是種植體相關(guān)部件以及修復體的機械損傷，包括修復基臺和中央螺絲的松動、折斷及種植體折斷等[2]。根據(jù)2013 年第五屆ITI 共識會議上對種植修復機械并發(fā)癥的總結(jié)，種植單冠修復后5 年隨訪內(nèi)出現(xiàn)中央螺絲或基臺松動或折斷并發(fā)癥的發(fā)生率為5.3%，其中螺絲桿折斷的發(fā)生率為0.3%，基臺折斷的發(fā)生率為0.5%; 種植體支持的多單位橋及可摘義齒5 年內(nèi)出現(xiàn)機械并發(fā)癥的概率為3.0%; 種植體全口義齒5 年內(nèi)機械并發(fā)癥的發(fā)生率為5.8%[3]。

中央螺絲桿折斷是臨床較難處理的一種情況，通常被認為與不良的咬合應(yīng)力有關(guān)[4,5]。本文結(jié)合1 例種植體負載9 個月后臨床出現(xiàn)松動的病例，深入探討此類機械并發(fā)癥出現(xiàn)的臨床檢查程序、處理方法和原因分析，并利用Micro-CT 掃描結(jié)合三維有限元分析（Finite Element Analysis, FEA）尋找中央螺絲桿折斷的可能原因，以期對類似癥狀的臨床決策提供部分參考及啟發(fā)。

1 臨床資料和方法

1.1 一般資料

患者男，32 歲，左上第一磨牙缺失1 年。1年前于本院行26 種植體植入術(shù)，植入1 枚商用種植系統(tǒng)4.0 mm×9 mm 種植體，3 個月后完成上部修復（圖1A）。26 負載9 個月后出現(xiàn)冠松動，患者在牙冠松動脫落6 個月后來醫(yī)院進行處理。本研究通過上海交通大學醫(yī)學院附屬第九人民醫(yī)院倫理委員會的倫理審批（倫理號：SH9H-2020-T291-3），并獲取患者知情同意。

圖1 種植冠

1.2 臨床檢查

口內(nèi)檢查發(fā)現(xiàn)種植區(qū)牙齦已愈合，X 線片顯示中央螺絲平齊種植體平臺處斷裂（圖1B），種植體周圍無明顯骨吸收。

1.3 處理方法

局麻切開26 區(qū)牙齦組織，暴露種植體頸部見折斷部分。在顯微鏡（4 倍）視野下，序貫使用牙科探針、超聲潔牙機配合種植專用碳纖維潔牙頭、手動螺絲取出器嘗試取出螺絲桿部件未果（見圖2），使用高速渦輪機在螺絲斷端磨出一字卡槽配合螺絲刀漸旋取出失敗。最終使用環(huán)切鉆將種植體取出后縫合，擬3 個月后再行種植修復。

圖2 嘗試探針手動取出

1.4 術(shù)后分析

1.4.1 Micro-CT 掃描 使用Micro-CT 掃描種植體及上部修復體，導出中央螺絲在種植體內(nèi)上、中下水平截面。

1.4.2 三維有限元分析 將Micro-CT 文件導入Mimics 20.0 軟件生成STL 格式三維數(shù)字模型，使用Geomagic Wrap 2017 軟件對三維模型進行細化，使用Solid Works 2019 軟件繪制9 mm（頰舌面）×12 mm（近遠中）×7 mm（高度）的立方體牙冠，1.0 mm（直徑）×8.0 mm（高度）的圓柱形中央螺絲，4.0 mm（直徑）×9.0 mm（高度）的圓柱形種植體，然后裝配上述步驟生成的所有模型。將模型導入Abaqus 6.14 軟件中，定義材料力學屬性（表1），各種材料假設(shè)為連續(xù)和均勻線彈性材料。種植體假設(shè)為剛性約束，垂直于牙冠面施加靜力荷載330N[6]，應(yīng)力分析以靜態(tài)模式進行，模擬正中咬合時中央螺絲的應(yīng)力分布（圖3），該模型以Von-Mises（米塞斯等效應(yīng)力）作為輸出來評判結(jié)果，求解器采用全牛頓算法。使用高周疲勞分析中央螺絲的使用壽命，在頻率為1.6 Hz 的100 萬次咀嚼周期下，垂直于牙冠面施加330N的咬合負載以模擬5 年的臨床使用情況[7]。

表1 種植體各部件材料參數(shù)表

圖3 模擬種植體示意圖

2 結(jié)果

2.1 種植體內(nèi)中央螺絲的體外觀察

將種植體環(huán)鉆取出后，體外放大鏡下觀察并嘗試取出中央螺絲未果（如圖4）。

圖4 種植體（×4）

2.2 Micro-CT 掃描取出后的種植體

中央螺絲一側(cè)螺紋與種植體的間隙明顯變窄，提示可能存在螺絲的輕微形變（圖5-6）。上部修復體遠中懸臂8.09 mm，頰向懸臂6.67 mm（圖7）。

圖5 種植體

圖6 種植體分別在平面A、B、C 的水平截面

圖7 修復體

2.3 FEA 建模分析

中央螺絲的最大應(yīng)力集中位于基臺-種植體平面，最大應(yīng)力值311 MPa（圖8A）。在模擬壽命測試下，中央螺絲經(jīng)過約30 ～50 萬次受力循環(huán)后發(fā)生塑性變形，最終發(fā)生斷裂（圖8B）。

圖8 有限元分析

3 討論

種植體中央螺絲桿折裂是一種較少見的并發(fā)癥，當種植牙系統(tǒng)受到了不良的側(cè)向應(yīng)力，而此應(yīng)力＞中央螺絲的屈服強度時，螺絲會產(chǎn)生形變，進而導致應(yīng)力集中在螺絲處造成折斷[8]。本研究使用Micro-CT 結(jié)合三維有限元分析模擬臨床使用，結(jié)果發(fā)現(xiàn)在330N 的載荷下，中央螺絲桿的最大應(yīng)力值311 MPa（高于中央螺絲桿的屈服強度300 MPa），最大應(yīng)力出現(xiàn)位置與時機斷裂區(qū)域一致，模擬壽命測試結(jié)果顯示，此病例中的中央螺絲桿壽命不足5 年。

3.1 發(fā)生折斷的可能原因

3.1.1 咬合力及不良咬合習慣

研究發(fā)現(xiàn)：男性的最大咬合力約為（1009±290）N，而女性的最大咬合力約為（668±179）N[9]。緊咬牙、夜磨牙及其他不良咀嚼習慣會增加牙冠受到的不良側(cè)向應(yīng)力，減少螺絲和基臺的使用壽命。

3.1.2 預負載不合理

在中央螺絲桿旋緊加載扭矩后，螺絲被拉伸而產(chǎn)生了回彈力，這一力量分布在多個接觸界面之間，使各部件緊密接觸，這一回彈力稱為預負荷[10]。理想情況下預負荷應(yīng)該為螺絲屈服強度的75%或斷裂強度的65%。過小的扭矩值無法保證螺絲與其他部件接觸完整，極大增加了折斷風險；過高的扭矩值可能會引起不良的剪切力，造成螺絲滑扣甚至折裂。

3.1.3 設(shè)計缺陷

對于單個種植修復體，除種植區(qū)骨質(zhì)及骨量外，需要重點關(guān)注種植體直徑和修復體尺寸。研究發(fā)現(xiàn)，種植體直徑越小，種植體-基臺界面的斷裂扭矩和扭轉(zhuǎn)屈服強度越低，更易發(fā)生折裂，直徑3.75 mm 的種植體折斷率是直徑5 mm 種植體折斷率的3 倍，是直徑6 mm 種植體的6 倍[11]。另一項研究指出，在后牙區(qū)使用＜4.0 mm 的窄種植體時，需要適當對牙冠減徑，避免對基臺和螺絲產(chǎn)生過大的負荷[12]。在骨量允許的情況下建議盡可能增加種植體直徑。

修復體尺寸和修復體牙位均對機械并發(fā)癥的發(fā)生有影響，其中冠內(nèi)懸臂的長度與種植體并發(fā)癥有明顯相關(guān)性，可能原因包括懸臂結(jié)構(gòu)影響清潔能力及增加不良應(yīng)力，kim 認為控制懸臂長度不超過 8～10 mm 是設(shè)計要素之一。Rangert[13]提出單牙修復懸臂的臨界長度是10 mm，過長的懸臂會顯著地增加種植體邊緣骨吸收。Shackleton[14]的臨床實驗證實，當懸臂長度超過15 mm，種植失敗率顯著增加。在本文研究中發(fā)現(xiàn)，上部牙冠存在頰舌向6.7 mm 和近遠中向8.0 mm 的懸臂，結(jié)合有限元分析，修復體過長的懸臂導致的不良應(yīng)力可能是中央螺絲斷裂的主要因素。

3.2 處理方式

出現(xiàn)冠修復體松動后需要安排患者盡早復診解決問題。本例中患者發(fā)現(xiàn)修復體松動后6 個月復診極大增加了取出折斷中央螺絲桿的難度。

中央螺絲桿折斷時應(yīng)完善檢查，確認折裂位置，再按照低風險至高風險的操作順序進行嘗試。首先應(yīng)嘗試使用探針旋出，或使用種植專用碳纖維超聲潔牙頭震動后旋出，避免損傷種植體內(nèi)側(cè)螺紋；對于斷面低于種植體-基臺界面，難以通過手法取出的螺絲可以使用種植系統(tǒng)配套工具配合手機嘗試取出。若上述方法無法取出螺絲，可以在高倍放大鏡下使用高速手機調(diào)磨螺絲，但需要小心避開螺紋，否則二次修復后仍容易造成螺絲松動的可能[15]。有體外研究在試驗取出60 枚折斷中央螺絲桿后得出結(jié)論，約73.3%的螺絲可以通過超聲震動的方式取出，96.7%的螺絲可以通過種植配套工具取出[16]。若無法取出斷端，則可考慮直接取出種植體后再重新植入一枚新種植體[17]。建議臨床檢查與處理的流程如圖9。

圖9 中央螺絲桿折斷后的處理流程

3.3 機械并發(fā)癥的預防

種植修復過程中建議使用原廠基臺和螺絲，嚴格按照廠商推薦的扭矩對螺絲進行加力，定期復查；種植體設(shè)計時需適當減徑、降低牙尖斜度、控制冠內(nèi)懸臂長度，避免冠邊緣與種植體中央距離過大；臨床試戴中注意調(diào)，避免早接觸和非均勻接觸；關(guān)注并及時減少患者的不良咬合習慣。

4 結(jié)論

本文從臨床出發(fā)，合理應(yīng)用Micro-CT 影像及三維有限元分析技術(shù)，實現(xiàn)了對該患者種植修復機械并發(fā)癥的全面分析。結(jié)果發(fā)現(xiàn)該患者在修復后9 個月產(chǎn)生種植體中央螺絲桿折斷并發(fā)癥的可能原因是：①上部修復結(jié)構(gòu)不合理導致的冠邊緣與種植體中央距離偏大；②過大的咬合力；③疫情導致患者未能定期復查。這些提示臨床醫(yī)生在未來工作中需要考慮到修復體力學結(jié)構(gòu)設(shè)計的合理性并保持對患者的定期隨訪。

種植修復中央螺絲桿折斷是一種較為罕見但嚴重的并發(fā)癥，可能原因包括種植體數(shù)量、種植體分布、修復體設(shè)計等不合理，中央螺絲桿及基臺材質(zhì)不匹配，患者咬合力過大等多種因素導致。目前臨床上有多種取出折斷中央螺絲桿的手段，但也有如本例中螺絲產(chǎn)生嚴重形變無法取出的情況。臨床醫(yī)生需要對中央螺絲桿折裂的原因以及處理方式有較為充分的了解，并預防機械并發(fā)癥的發(fā)生，以達到最佳的修復效果。