[專家介紹]楊向紅,主任醫(yī)師,二級教授,碩士研究生導(dǎo)師,國際牙醫(yī)師學(xué)院(ICD)中國區(qū)院士。榮獲“云嶺名醫(yī)”“云嶺工匠”稱號,獲得云南省“五一勞動獎?wù)隆?,享受云南省政府特殊津貼,為昆明市有突出貢獻(xiàn)的優(yōu)秀專家,昆明市中青年學(xué)術(shù)和技術(shù)帶頭人、“十”工程人選,榮獲“云嶺工匠楊向紅創(chuàng)新工作室”授牌。擔(dān)任全國衛(wèi)生產(chǎn)業(yè)管理協(xié)會數(shù)字化口腔產(chǎn)業(yè)分會常委、中華口腔醫(yī)學(xué)會口腔修復(fù)工藝學(xué)專業(yè)委員會常委、中國婦幼保健協(xié)會口腔保健專業(yè)委員會常委、中國醫(yī)師協(xié)會口腔醫(yī)師分會委員、云南省女醫(yī)師協(xié)會口腔分會主任委員、云南省口腔醫(yī)學(xué)會副會長、云南省口腔修復(fù)委員會副主任委員、云南省種植專業(yè)委員會副主任委員、昆明醫(yī)學(xué)會口腔醫(yī)學(xué)會主任委員。主要致力于口腔修復(fù)與種植研究,承擔(dān)及參與多項(xiàng)國家級、省級科研項(xiàng)目,榮獲省市科學(xué)進(jìn)步成果獎9項(xiàng),軟件著作權(quán)2項(xiàng)、專利11項(xiàng)、主編專著一部,發(fā)表論文60余篇(其中SCI收錄6篇)。
【摘要】 種植冠的形狀與種植體的機(jī)械受力大小密切相關(guān),種植冠不同的頰舌徑、牙尖斜度設(shè)計(jì),會使種植牙在行使咬牙合功能時(shí)引起種植體與種植體周圍骨組織應(yīng)力變化,周圍骨質(zhì)的重建和吸收也會因此而發(fā)生改變。綜述種植冠減徑和不同牙尖斜度設(shè)計(jì)對種植體及周圍骨組織應(yīng)力分布的相關(guān)研究進(jìn)展,以期為臨床合理設(shè)計(jì)種植冠的形狀,減小種植體的受力,使種植體生理生存,預(yù)防種植體周圍炎,長期穩(wěn)定提供參考。
【關(guān)鍵詞】 頰舌徑;牙尖斜度;應(yīng)力分布;三維有限元分析;種植冠
中圖分類號:R783.3"" 文獻(xiàn)標(biāo)志碼:A"" DOI:10.3969/j.issn.1003-1383.2024.12.001
Research progress of buccal and lingual diameter reduction of
implant crown and design of different cusp inclinations
[HJ2][HJ]
ZHAO" Wenhong1,2, MAO" Yu1,2, YANG" Xianghong1
(1. Department of Stomatology, Yan'an Hospital Affiliated to Kunming Medical University, Kunming 650051, Yunnan, China;
2. Graduate School, Kunming Medical University, Kunming 650051, Yunnan, China)
【Abstract】 ""The shape of the implant crown is closely related to the magnitude of mechanical forces on the implant. Different buccolingual diameters and cusp inclinations of the implant crown can cause changes in stress distribution in the implant and surrounding bone tissue when the dental implant performs occlusal function, and the reconstruction and resorption of the surrounding bone will also be altered accordingly. This review summarizes research progress on the effects of reduced diameter of implant crowns and different cusp inclinations on the stress distribution in implants and surrounding bone tissue, with the aim of providing a reference for clinically rational design of implant crown shapes, reducing forces on implants, ensuring the physiological survival of implants, preventing peri-implantitis, and achieving long-term stability.
【Keywords】 buccal lingual diameter; cusp inclination; stress distribution; three-dimensional finite element analysis; implant crown
牙種植術(shù)在實(shí)現(xiàn)無牙頜或部分無牙頜患者的功能與美學(xué)重建方面,其應(yīng)用范圍日益擴(kuò)大[1]。然而,種植體的長期穩(wěn)定性受多種因素影響,包括種植體的尺寸(長度與直徑)、形態(tài)、表面處理技術(shù)、植入技術(shù)以及種植體與周圍骨組織的整合程度[2-3]。此外,種植體的牙冠設(shè)計(jì)亦在其中扮演關(guān)鍵角色。研究[4-6]指出,咬牙合設(shè)計(jì),尤其是牙尖斜度與種植冠減徑設(shè)計(jì),對傳統(tǒng)種植體具有顯著影響。COLI等[7]對牙種植體周圍邊緣骨高度變化的原因進(jìn)行了詳盡的綜述,揭示咬牙合負(fù)荷因素可能導(dǎo)致種植體周圍骨質(zhì)的喪失;同時(shí),研究[8]亦表明,咬牙合負(fù)載是導(dǎo)致牙內(nèi)種植體周圍骨組織喪失的主要因素。種植體周圍骨的應(yīng)力與應(yīng)變大小及咀嚼時(shí)施加于種植體上的力直接相關(guān),而牙尖斜度與種植冠減徑設(shè)計(jì)在力的傳導(dǎo)過程中起著至關(guān)重要的作用。不恰當(dāng)?shù)囊а篮县?fù)載可引起種植體周圍骨組織的吸收或種植體的疲勞失效,而骨負(fù)荷過低則可能導(dǎo)致骨的失用性萎縮及骨組織的丟失。在口腔種植領(lǐng)域,探討種植體在咀嚼運(yùn)動中應(yīng)力均衡傳遞與分布,以及如何通過合理設(shè)計(jì)種植全冠的咬牙合面結(jié)構(gòu)和適當(dāng)調(diào)頜,以降低對種植體及其周圍組織的潛在影響,一直是研究的熱點(diǎn)之一[9]。國際與國內(nèi)的研究方法主要集中在利用高精度的錐形束計(jì)算機(jī)斷層掃描(CBCT)數(shù)據(jù),構(gòu)建三維有限元模型,并通過有限元軟件深入分析種植體及其鄰近骨組織的力學(xué)特性[10-11]。該方法能夠預(yù)測種植義齒各部分及其周圍骨組織的生物力學(xué)特性,旨在為臨床選擇合適的種植義齒設(shè)計(jì)方案提供理論依據(jù)和參考。本文針對種植冠減徑及不同牙尖斜度設(shè)計(jì)的問題,綜述了國內(nèi)外三維有限元分析(FEA)的相關(guān)研究現(xiàn)狀。
1 應(yīng)力測試方法
在生物力學(xué)領(lǐng)域,傳統(tǒng)種植體試驗(yàn)方法包括光彈性法、電阻應(yīng)變法、激光散斑干涉法以及全息干涉法等。然而,由于測試設(shè)備體積龐大,這些方法在口腔內(nèi)狹窄的操作空間和周圍組織的限制下難以實(shí)施,導(dǎo)致無法在口腔內(nèi)直接進(jìn)行試驗(yàn),從而無法真實(shí)反映種植體在口腔中的功能狀態(tài),難以達(dá)到精確和高效的仿真效果。隨著數(shù)字化技術(shù)的發(fā)展,F(xiàn)EA逐漸成為生物力學(xué)試驗(yàn)的主導(dǎo)方法。該方法具有算法多樣性、結(jié)果直觀性,并且不受口腔空間限制,更適合于復(fù)雜臨床情況的仿真分析,且其精確度更高[12]。有限元分析的核心原理是將復(fù)雜的幾何形狀劃分為眾多微小且易于處理的單元,通過獨(dú)立分析這些單元,再將分析結(jié)果綜合起來,從而推導(dǎo)出整體復(fù)雜結(jié)構(gòu)的解決方案。目前,F(xiàn)EA已被廣泛應(yīng)用于預(yù)測和評估天然牙、義齒、種植體及其鄰近骨組織的應(yīng)力與應(yīng)變分布。該技術(shù)能夠?qū)ρ芯繉ο蟮膸缀翁卣?、材料屬性、約束條件、受力情況、界面和收斂性進(jìn)行量化分析[13]。利用FEA,研究者能夠模擬體內(nèi)難以直接測量或接觸的部位,預(yù)測臨床可能出現(xiàn)的情況,無需構(gòu)建真實(shí)的臨床樣本和條件,有效降低了實(shí)驗(yàn)成本[14]。在面臨倫理限制和實(shí)驗(yàn)條件難以滿足的特殊情況下,F(xiàn)EA實(shí)驗(yàn)的重復(fù)性和實(shí)用性顯得尤為顯著[15]。
2 種植冠頰舌減徑的研究現(xiàn)狀
隨著種植牙使用年限的增長,其遠(yuǎn)期成功率呈現(xiàn)下降趨勢,其中咬牙合不當(dāng)或咬牙合力過大是導(dǎo)致種植體周圍應(yīng)力過高、骨質(zhì)破壞及骨質(zhì)吸收的關(guān)鍵因素,而過高的咬牙合力是機(jī)械疲勞失效導(dǎo)致種植失敗的主要原因。為降低咬牙合力對種植體的影響,臨床醫(yī)師常采取牙冠減徑策略,以縮小種植冠的受力面積,減輕種植牙的受力。李英等[16]研究者針對下頜第一磨牙種植冠,運(yùn)用三維有限元法,對不同頰舌徑(100%、90%、80%、70%、60%)施加垂直均布、垂直集中、45°斜向負(fù)荷,分析種植體骨界面上的應(yīng)力分布。研究結(jié)果顯示,下頜第一磨牙種植冠頰舌徑的減小能夠緩解種植體與周邊骨的應(yīng)力集中,進(jìn)而提出了一種新的、科學(xué)的改進(jìn)方法,即通過優(yōu)化種植冠面積大小的設(shè)計(jì),以更好地保護(hù)種植體-骨界面的骨質(zhì),提高種植體修復(fù)的成功率。陳俊良等[17]對第二磨牙種植位點(diǎn)上的種植冠進(jìn)行了三維有限元模擬,并施加150 N的靜態(tài)載荷于經(jīng)過減徑處理的種植冠上,分析得出:種植冠采取減徑措施可以減少種植位移,降低骨組織應(yīng)力和應(yīng)變。此外,趙田琦等[18]研究者探究了不同直徑的短種植體應(yīng)用于頜骨嚴(yán)重吸收的下頜磨牙時(shí)的生物力學(xué)特征,結(jié)果顯示:在骨質(zhì)疏松患者中,選擇大口徑的短種植體,并盡量縮小修復(fù)體牙頜的面積,可以保證其長期的穩(wěn)定性。宋蕊[19]通過應(yīng)用有限元方法,深入研究了牙冠減徑后的應(yīng)力分布變化,揭示了在頰舌方向上對牙冠進(jìn)行減徑處理,能有效減輕種植體及其周邊骨組織所承受的壓力,展現(xiàn)出顯著的益處。這一發(fā)現(xiàn)表明,實(shí)施牙冠減徑措施不僅能夠減少種植牙的應(yīng)力水平,還對維持骨組織的健康狀態(tài)具有積極作用。韓樂[20]通過對種植修復(fù)全冠頰舌減徑后的三維有限元分析得出,將種植全冠頰舌減徑至原來的70%~80%時(shí)可獲得良好的咀嚼功能,有助于獲得種植體近遠(yuǎn)期的穩(wěn)定。
綜上所述,全冠減徑技術(shù)不僅能夠緩解種植體及其周圍骨質(zhì)的應(yīng)力集中現(xiàn)象,而且對種植體骨界面具有顯著的保護(hù)作用。盡管多數(shù)學(xué)者傾向于認(rèn)為種植冠減徑的適宜范圍為70%~80%,但目前尚未達(dá)成廣泛共識,缺乏明確的臨床指南來界定牙冠減徑的適宜范圍。因此,進(jìn)一步的臨床研究是必需的,以期明確該技術(shù)的最佳應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)。
3 種植冠不同牙尖斜度設(shè)計(jì)的研究概況
在種植義齒的頜面設(shè)計(jì)中,牙尖斜度對于應(yīng)力傳導(dǎo)機(jī)制具有至關(guān)重要的作用。牙尖斜度[21]定義為牙尖頂至牙尖底連線與牙尖底平面之間的夾角。牙尖斜度的增加會導(dǎo)致在承受牙合力時(shí)產(chǎn)生更大的側(cè)向力。相對地,適度降低牙尖斜度可有效減少側(cè)向力的產(chǎn)生。文獻(xiàn)[22]指出,咬牙合設(shè)計(jì),尤其是牙尖斜度的調(diào)整,對傳統(tǒng)種植體的性能具有顯著影響。通過精確控制牙尖斜度,可以有效地調(diào)節(jié)咬牙合力。種植修復(fù)的成功與否,與種植體、骨界面的整合及其應(yīng)力傳導(dǎo)機(jī)制密切相關(guān)。不恰當(dāng)?shù)纳喜拷Y(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)將導(dǎo)致種植體周圍應(yīng)力分布不均,進(jìn)而引起種植體周圍骨質(zhì)吸收和種植體的松動。
研究者[23]指出,當(dāng)種植體支持的修復(fù)體展現(xiàn)出更為復(fù)雜的牙頜面設(shè)計(jì)以及較高的牙尖傾斜度時(shí),將引發(fā)更大的側(cè)向力傳遞至種植體-骨界面。自MISCH等人[24]提出種植體保護(hù)牙合(implant-protected occlusion, IPO)概念以來,當(dāng)前大多數(shù)種植牙的咬牙合設(shè)計(jì)均采納IPO原則。IPO主張后牙種植體支持的全冠修復(fù)體應(yīng)具有較低的牙尖斜度,理想狀態(tài)下咬牙合接觸應(yīng)位于中央溝的平坦面上,并擴(kuò)展至2~3 mm寬。依據(jù)該理論,在臨床實(shí)踐中,為避免種植修復(fù)體承受過大的垂直負(fù)荷,進(jìn)行后牙單顆種植冠修復(fù)時(shí),通常遵循“輕咬牙合時(shí)無接觸,重咬牙合時(shí)輕接觸”的設(shè)計(jì)原則[25]。盡管此原則確保了軸向力的傳遞,但臨床牙冠的淺層形態(tài)常常帶來審美和功能上的挑戰(zhàn)。
張宜男[26]在研究中探討了不同牙尖斜度對種植體周圍組織影響的咬牙合設(shè)計(jì),發(fā)現(xiàn)牙尖斜度對種植體頸部骨質(zhì)吸收具有顯著影響。在臨床種植修復(fù)領(lǐng)域,適宜的牙尖斜度范圍為10°~15°及20°~25°,其中20°~25°的牙尖斜度更為理想。WEINBERG等學(xué)者[27]在理論分析中闡述了牙尖傾斜角度與扭矩之間的關(guān)系,指出傾斜角度每增加10°,種植體所承受的彎曲力矩相應(yīng)增加約34%,而固定螺釘?shù)脑黾臃葹?2%。一項(xiàng)為期三年的臨床隨機(jī)對照研究[28]表明,上頜第一磨牙短種植體采用高牙尖斜度修復(fù)體后,長期負(fù)重導(dǎo)致生物及機(jī)械并發(fā)癥風(fēng)險(xiǎn)上升,因此建議短種植體的牙尖斜度設(shè)計(jì)為25°。BRUNE等[29]研究者指出,避免陡峭傾斜的牙尖有助于改善咬牙合負(fù)載風(fēng)險(xiǎn)及種植冠的應(yīng)力分布,從而最大限度地減少傾斜載荷,特別是在咬牙合接觸面分布不均的情況下設(shè)計(jì)陡峭牙尖斜度。MANCHIKALAPUDI等人[30]的研究顯示,降低牙尖斜度可能有助于預(yù)防種植體周圍骨組織應(yīng)力值過高,較差的骨質(zhì)更易受到牙尖斜度的影響。許月丹等[31]在綜述中也強(qiáng)調(diào)了在種植咬牙合設(shè)計(jì)時(shí)適當(dāng)降低牙尖斜度的重要性。HAFEZEQORAN等人[32]的研究結(jié)果也支持了這一觀點(diǎn)。盡管最近一項(xiàng)為期三年的臨床回顧性研究[33]顯示牙尖斜度與邊緣骨高度之間存在顯著正相關(guān)性,作者仍然建議適當(dāng)降低牙尖斜度。
綜上所述,種植體頸部吸收可能受到牙尖斜度設(shè)計(jì)的顯著影響。多數(shù)研究者認(rèn)為,適度降低牙尖斜度有助于避免種植體-骨界面承受過高的集中應(yīng)力,從而有利于種植體的長期穩(wěn)定性。然而,牙尖斜度的降低亦會導(dǎo)致咀嚼效率的下降,并可能對美觀性產(chǎn)生不利影響。因此,在種植義齒的設(shè)計(jì)過程中,必須重視對種植冠牙頜面形態(tài)的合理規(guī)劃,以確保既能夠維持美觀性與較高的咀嚼效率,又能防止種植體及其周圍骨組織承受過度的應(yīng)力。
4 總結(jié)與展望
在種植修復(fù)設(shè)計(jì)領(lǐng)域,對種植冠減徑和牙尖斜度的設(shè)計(jì)具有顯著的必要性。盡管學(xué)者們對于種植冠減徑及牙尖斜度的設(shè)計(jì)提出了不同的觀點(diǎn),但大多數(shù)研究者均認(rèn)同,適當(dāng)?shù)姆N植冠減徑和降低牙尖斜度對于種植體的長期穩(wěn)定性具有積極影響。在研究種植體生物力學(xué)特性方面,F(xiàn)EA已成為一種常用的研究方法。然而,學(xué)術(shù)界對于該領(lǐng)域的理解仍存在爭議,這可能源于三維建模技術(shù)的邊界條件限制,以及不同品牌種植體的獨(dú)特幾何結(jié)構(gòu)差異,或是加載方式的多樣性。目前,研究主要集中在單一變量和離散組合的探討,例如對種植體應(yīng)力分布、牙尖斜度設(shè)計(jì)和種植冠直徑調(diào)整等影響因素的理解。然而,一個(gè)尚未得到充分探討的問題是:在不同骨質(zhì)類型和骨量的情況下,這些因素是否會產(chǎn)生實(shí)質(zhì)性的變化?這需要通過更深入的多因素交互分析來揭示。此外,在現(xiàn)有文獻(xiàn)中,靜態(tài)載荷模式的使用較為普遍,但口腔的咀嚼動作是動態(tài)的,這與口腔的實(shí)際狀況存在差異。隨著數(shù)字化技術(shù)的不斷進(jìn)步,新的手段和技術(shù)能夠更好地模擬口腔運(yùn)動的各種情況。通過數(shù)字化手段設(shè)計(jì)種植冠的牙尖斜度及減徑范圍,并評估何種設(shè)計(jì)更符合種植體生物力學(xué)特征,有助于我們在預(yù)防種植體機(jī)械并發(fā)癥和維持種植體長期穩(wěn)定性方面提供參考。未來的研究應(yīng)深入探討種植義齒在多種因素相互影響下的受力狀況,以得出更接近口腔真實(shí)狀況的結(jié)果,從而為臨床提供更廣泛的指導(dǎo)意義。
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(收稿日期:2024-09-08 修回日期:2024-11-04)
(編輯:梁明佩)