分段設計種植體表面粗糙度對種植體拔除難度及骨結(jié)合的影響研究

[摘要]目的：設計分段處理表面粗糙度的種植體，將粗糙表面和光滑表面結(jié)合使用，探索兩種表面占長度的合適比例，使其既不影響種植體穩(wěn)定性、滿足臨床使用，又能在失敗種植體拔除時降低旋出難度。方法：設計四組分段處理表面粗糙度的改形種植體：在總長10 mm種植體冠方分別設計10 mm（C組）、6 mm（T1組）、3 mm（T2組）、0 mm（T3組）的大顆粒噴砂酸蝕（MPF）表面，其余均為機械光滑表面。建立種植體-下頜骨骨結(jié)合的比格犬模型，分析種植體不同表面形貌周圍骨體積分數(shù)和骨結(jié)合率，測量各組種植體穩(wěn)定性，形成骨結(jié)合后的旋出扭矩并觀察旋出種植體不同表面形貌的骨質(zhì)黏附。結(jié)果：不同愈合時間及不同表面間的骨體積分數(shù)均差異無統(tǒng)計學意義（P＞0.05）。12周愈合期后，四組種植體均形成骨結(jié)合范圍為30%～60%。種植體植入后即刻及12周后各組間穩(wěn)定性（IST值）差異無統(tǒng)計學意義（P＞0.05）。植入后12周旋出各組種植體，各實驗組與C組相比旋出扭矩隨粗糙長度的縮短而減小。結(jié)論：3 mm以上MPF表面的分段種植體能夠獲得良好的初期穩(wěn)定性和二期穩(wěn)定性，形成良好的骨結(jié)合，滿足臨床要求。MPF表面為3～6 mm時較全MPF表面的旋出扭矩降低，從而減小了拔除難度和創(chuàng)傷。

[關鍵詞]牙種植體；表面粗糙度；分段設計；拔除；骨結(jié)合

[中圖分類號]R783.6" " [文獻標志碼]A" " [文章編號]1008-6455（2025）01-0037-06

Experimental Study on the Effect of the Segmented Implant with Two Different Surfaces on Osseointegration and Removal

WANG Miao1，2，3， ZHU Lulu4， XU Boya5， ZHU Xiufeng1，2，3， SUONAN Lamu4， CHANG Xiaofeng1，2，3，

HE Longlong1，2，3

（ 1.Key Laboratory of Shaanxi Province for Craniofacial Precision Medicine Research， College of Stomatology， Xi'an Jiaotong University， Xi'an 710004， Shaanxi， China; 2.Clinical Research Center of Shaanxi Province for Dental and Maxillofacial Diseases， College of Stomatology， Xi'an Jiaotong University， Xi'an 710004， Shaanxi， China; 3.Department of Implant Dentistry， College of Stomatology， Xi'an 710004， Shaanxi， China; 4.Department of Stomatology， Ngari Regional People's Hospital， Ali 859000， Tibet Autonomous Region， China; 5.Department of Digital Oral Implantology and Prosthodontics， College of Stomatology， Xi'an Jiaotong University， Xi'an 710004， Shaanxi， China ）

Abstract： Objective" Designing segmented implants with different surface roughness， combining rough and smooth surfaces， and exploring the appropriate ratio of rough surface length to reduce the difficulty of implant removal while maintaining stability and meeting clinical requirements. Methods" Four groups of segmented implants were designed with different surface roughness： 10 mm （C group）， 6 mm （T1 group）， 3 mm （T2 group）， and 0 mm （T3 group） of macro-particle sandblasted acid-etched （MPF） surface， while the rest were machined smooth surfaces. Beagle mandible models were used to analyze bone volume per tissue volume and bone-implant contact of different surface morphologies， measure implant stability， record the removal torque after osseointegration， and observe bone adhesion of different surface morphologies during implant removal. Results" There were no statistically significant differences in bone volume per tissue volume between different healing times and different surfaces. After 12 weeks of healing， all four groups of implants achieved bone-implant contact ranging from 30% to 60%. There were no statistically significant differences in implant stability （IST values） between groups immediately after implantation and at 12 weeks （P＞0.05）. The removal torque of each group decreased as the rough length decreased compared to the C group when removing the implants after 12 weeks. Conclusion" Segmented implants with MPF surfaces larger than 3 mm can achieve good initial and secondary stability， form satisfactory osseointegration， and meet clinical requirements. The removal torque is reduced when the MPF surface is 3-6 mm， thereby reducing the difficulty and trauma of implant removal.

Key words： dental implant; surface roughness; segmented design; removal; osseointegration

隨著骨結(jié)合理論的提出與發(fā)展，種植修復已成為解決各種牙列缺損和牙列缺失的合理方法，種植體的長期留存率已能達到90%以上[1-3]。但種植體留存并不完全意味成功，可能會因為種植體周圍炎、種植體型號選擇錯誤、位置不佳等情況導致周圍軟硬組織發(fā)生缺損，雖然此時種植體沒有動度、可以繼續(xù)留存行使功能，但已經(jīng)發(fā)生種植修復失敗[4-5]。而最有效的解決方式是拔除失敗種植體，重新制定合理的種植治療方案。拔除失敗種植體最微創(chuàng)的方法是反向扭矩棘輪技術，但粗糙表面種植體在促進骨結(jié)合的同時，也增加了失敗時的拔除難度[6]。粗糙表面種植體發(fā)生無動度的失敗時，很難僅通過反向扭矩棘輪技術拔除，也增加了拔除創(chuàng)傷。通過查閱文獻，發(fā)現(xiàn)光滑表面種植體的拔除力小于粗糙表面種植體，且光滑表面種植體在長期使用中也能獲得可預期的效果[7]。而種植體受力時，應力主要集中在種植體頸部平臺周圍[8-10]。據(jù)此本實驗通過嘗試從分段設計種植體表面形貌，解決失敗種植體拔除難度大的問題，現(xiàn)報道如下。

1" 材料和方法

1.1 分段表面種植體的表面形態(tài)鑒定：動物實驗專用種植體由江蘇創(chuàng)英醫(yī)療器械有限公司提供，直徑為3.3 mm，長度為10 mm，種植體冠方為大顆粒噴砂酸蝕表面處理（MPS），剩余根方部分為機械光滑表面（M）。按照種植體分段處理兩種表面分布長度的不同分為四組。對照組（C）：10 mm MPS+0 mm M表面；T1組：6 mm MPS+4 mm M表面；T2組：3 mm MPS+7 mm M表面；T3組：0 mm MPS+10 mm M表面（見圖1A）。使用三維表面形貌儀（NANOVEA，美國）鑒定表面形貌粗糙度。用NANOVEA 3D軟件調(diào)平測量表面后，分析獲得兩種表面的粗糙度示意圖及表面粗糙度參數(shù)。將經(jīng)表面形貌粗糙度測定后的種植體處理后用導電膠帶將干燥種植體黏固于掃描電子顯微鏡（HITACHI，日本）的觀察臺面上，觀察分段設計種植體上的兩段不同形貌表面及兩種表面分界。

1.2 種植體骨結(jié)合動物模型建立：比格犬術前8 h禁食，4 h禁飲，丙泊酚靜脈注射1 ml/kg誘導麻醉。拔除第三第四前磨牙遠中根[11-12]，按隨機區(qū)組設計，將6只比格犬分為6個區(qū)組，每區(qū)組內(nèi)4個種植位點按隨機方式分配給C組、T1組、T2組、T3組。逐級備孔，手動植入種植體至牙槽嵴頂下1 mm。植入扭矩均大于25 N·cm，更換2 mm錐形愈合基臺。術后1周拍攝CBCT檢查，確認種植體植入位置。

1.3 種植體穩(wěn)定性系數(shù)的測量分析：種植體穩(wěn)定性測量儀（Anycheck，韓國）校正后，在植入即刻及植入后12周時，在種植體上連接旋緊高5 mm的瓶形愈合基臺，由同一操作者在動物口內(nèi)應用種植體穩(wěn)定性測量儀進行測量[13]。分別在愈合基臺頰側(cè)、近中、遠中三個方向各測量3次，取平均值作為其種植體穩(wěn)定性系數(shù)（Implant stability test，IST）。

1.4 兩種表面形貌骨形態(tài)學分析：比格犬安樂死后，將下頜骨取材固定。對2、4、12周截取的含種植體的骨樣本使用Micro-CT（YXLON，德國）進行掃描，使用VG Studio Max軟件（Volume Graphics，德國）對掃描圖像進行三維重建。在軟件中測量兩種表面在不同時間點的骨體積分數(shù)（BV/TV）。制備種植體-骨磨片并染色，在骨生物學研究系統(tǒng)（BIOQUANT OSTEO，美國）內(nèi)觀察種植體-骨結(jié)合界面，并計算出骨結(jié)合率（BIC%）。

1.5 種植體旋出扭力分析：將植入后12周后截取的含種植體的下頜骨樣本固定于夾具上，在種植體上連接手用種植體取出器，旋緊中央螺絲。通過大扭矩棘輪扳手將取出器與數(shù)顯推拉力計相互垂直地連接起來，逆時針方向緩慢加力至種植體出現(xiàn)動度，記錄最大拉力值。旋出扭矩等于最大拉力值×扳手的長度。掃描電子顯微鏡（HITACHI，日本）觀察分段設計種植體上的兩種不同形貌表面的骨質(zhì)黏附情況。

1.6 統(tǒng)計學分析：數(shù)據(jù)統(tǒng)計及分析在SPSS 26.0中完成，使用（xˉ±s）描述數(shù)據(jù)。對測量數(shù)據(jù)進行正態(tài)性及方差齊性檢驗滿足條件后，進行方差分析（單因素ANOVA）后進行兩兩比較（SNK-q檢驗）或獨立樣本t檢驗，檢驗水準為雙側(cè)α=0.05。

2" 結(jié)果

2.1 兩種表面形貌的表面粗糙度對比：掃描電鏡下的兩種表面的形貌觀察，可見MPF表面呈較均勻規(guī)則的直徑約2μm的微坑結(jié)構，機械光滑表面呈平行劃痕并有散在高亮凸起（見圖1B）。兩種表面三維形貌重建可見種植體表面被測區(qū)域與基準面的離散情況（見圖1C）。機械光滑表面被測點高度更均勻，呈條帶狀分布。MPF表面各點間高度離散性大于機械光滑表面。用表面算數(shù)平均偏差來代表兩種不同表面的粗糙度（Sa），MPF表面的Sa約為機械光滑表面的4倍，兩者的表面算數(shù)平均偏差間差異有統(tǒng)計學意義（P＜0.001），機械光滑表面無明顯粗糙屬于光滑表面，而經(jīng)MPF表面處理后接近于中等粗糙度。通過表面形貌觀察和三維形貌儀的分析結(jié)果，表明兩種表面的粗糙程度不同，不同表面粗糙度分段的種植體制作成功。

2.2 種植體骨結(jié)合動物模型建立情況：術后6只實驗犬至處死前，精神、進食狀況良好。術后12周口內(nèi)創(chuàng)口愈合良好，愈合基臺未見脫落，周圍黏膜色素沉著，未見紅腫感染，種植體未見松動叩診音清脆。術后12周X線片顯示種植體螺紋內(nèi)存在較高密度骨質(zhì)影像，未見束狀骨高密度影，表明種植體周圍骨質(zhì)改建，束狀骨吸收，較成熟的骨質(zhì)充盈于螺紋間。四組不同表面分段設計的種植體-比格犬下頜骨模型均建立成功。

2.3 種植體穩(wěn)定性系數(shù)（IST值）測量結(jié)果：種植體植入即刻的IST值均大于70，表明不同表面分段設計的種植體均可獲得良好的初期穩(wěn)定性，且植入即刻各組間IST值差異無統(tǒng)計學意義（P＞0.05）（見表1）。種植體植入12周后，此時各實驗動物間和各組間IST值差異無統(tǒng)計學意義（P＞0.05）。因此三種不同程度表面分段處理的種植體并不影響種植體獲得初期穩(wěn)定性且不影響種植體獲得二期穩(wěn)定性。

經(jīng)過12周愈合后，各組間種植體穩(wěn)定性變化值見表1，術后12周各組種植體穩(wěn)定性系數(shù)均增加，兩時間點間IST值差異均有統(tǒng)計學意義（P＜0.05）。因此，分段表面處理種植體和常規(guī)種植體均可在拔牙后即刻種植和非潛入式愈合種，隨著愈合時間的增加，種植體穩(wěn)定性提高。雖然隨著冠方粗糙長度的增加，穩(wěn)定性的提高幅度也增大，其中全部為MPF表面的對照組穩(wěn)定性系數(shù)增幅最大，而MPF表面最少的T3組增幅最小，但種植體穩(wěn)定性系數(shù)變化差值間（d值）比較差異無統(tǒng)計學意義（P＞0.05）。

2.4 兩種表面形貌骨形態(tài)學分析結(jié)果：大體觀察，種植體呈金屬光澤，截面完整，周圍可見骨質(zhì)包繞，內(nèi)部螺絲通道及外部輪廓邊緣整齊，未見變形。光鏡下觀察，骨組織內(nèi)未見金屬碎屑，種植體表面可見深紅色新礦化骨直接接觸，無結(jié)締組織長入，螺紋內(nèi)可見骨質(zhì)基本為新礦化骨，可見骨陷窩內(nèi)骨細胞呈藍色，骨小梁間可見骨髓腔，種植體周圍骨改建過程中，MPF表面的改建速度總快于機械光滑表面（見圖2A）。兩種表面的骨結(jié)合情況顯示種植體周圍骨質(zhì)形成良好（見圖2B），并計算骨結(jié)合率。MP表面骨結(jié)合率為（63.25±3.40）%，高于M表面骨結(jié)合率[（31.75±7.37）%]，差異具有統(tǒng)計學意義（P＜0.001）。

在經(jīng)過2周、4周、12周的愈合期后，兩種種植體表面周圍經(jīng)分析測量后的骨體積分數(shù)（BV/TV）在40%到60%之間（見表2），兩種表面在三個時間點內(nèi)的骨體積分數(shù)比較差異無統(tǒng)計學意義（P＞0.05）；在同一時間點上，MPF表面與機械光滑表面上所形成的骨體積分數(shù)經(jīng)分析測量后差異無統(tǒng)計學意義（P＞0.05）。種植體周圍骨組織重建圖顯示，種植體植入2、4、12周后種植體中1/3完全被骨質(zhì)包圍（見圖3）。

2.5 種植體旋出扭矩及表面骨質(zhì)黏附情況：在愈合12周后，各組種植體旋出扭矩均大于35 N·cm，表明所有種植體均形成了良好的骨結(jié)合，滿足臨床要求。旋出扭力總體趨勢表現(xiàn)為種植體冠方的MPF表面越短，旋出扭矩越?。ㄒ姳?）。在各組間進行比較，MPF長度為10 mm的對照組種植體所需的旋出扭矩約為MPF長度為3 mm的T2組及不存在MPF表面的T3組的兩倍及以上，且T2和T3組種植體旋出扭矩與對照組相比差異均有統(tǒng)計學意義（P＜0.05）。MPF長度為6 mm的T1組的旋出扭矩雖然低于對照組，但是兩者之間差異無統(tǒng)計學意義（P＞0.05）。在三個實驗組間進行比較，T1組的旋出扭矩約是T3組的2倍，兩者間差異具有統(tǒng)計學意義（P=0.016），而T2組與T1、T3組間差異無統(tǒng)計學意義（PT1-T2=0.111；PT2-T3=0.203）。

旋出種植體大體觀察可見宏觀形態(tài)無明顯變化，MPF表面仍呈淺灰色、無金屬光澤，表面可見大量白色骨組織黏附，根方機械光滑表面仍呈銀色金屬光澤，僅在螺紋間觀察到少量骨組織黏附，兩種表面仍可見清晰分界線（見圖4）。

3" 討論

本實驗分別在種植體冠方設計不同粗糙長度：10 mm、6 mm、3 mm及0 mm。其中粗糙長度10 mm的種植體在臨床上常規(guī)應用，作為對照組（C組），并設計粗糙長度為0 mm（全機械光滑表面種植體）作為空白組（T3組）?；仡櫜煌砻娲植诙鹊膽Ψ稚⑶闆r的三維有限元研究，結(jié)果顯示各種種植體受力時應力均主要集中在頸部周圍2 mm的骨皮質(zhì)內(nèi)[8-10]。為了避免應力分布不均，將分段種植體最小的粗糙長度設計為MPF表面3 mm（T2組），以包含牙槽嵴頂骨皮質(zhì)的厚度。近幾年有大量文獻描述了長度為6 mm的中等粗糙度短種植體的臨床應用，在后牙區(qū)單冠修復及連冠修復均能取得可預期的臨床效果[14-15]。但較長種植體（≥10 mm）的應力分布較短植體更為均勻[16]，因此本實驗設計分段種植體時保留了全長10 mm，并選擇6 mm作為另一組分段種植體的粗糙長度（T1組）保證分段種植體能獲得可預期的臨床效果。

本實驗研究了不同冠方粗糙長度的分段種植體對種植體穩(wěn)定性的影響。實驗結(jié)果表明各組種植體植入即刻的IST值間差異無統(tǒng)計學意義，都具有較好的初期穩(wěn)定性。在愈合12周后，四組種植體的IST值均增加，其中冠方粗糙部分越長，種植體穩(wěn)定性增加越多。結(jié)果證實了中等粗糙的MPF表面能夠促進骨結(jié)合，在即刻種植的愈合階段提高種植體的穩(wěn)定性。也表明適當縮短粗糙長度或許對種植體的穩(wěn)定性影響不大，可以滿足臨床使用的要求。本實驗所使用Anycheck測量IST值與傳統(tǒng)Osstell ISQ測量具有較高的可靠性和相關性，且不受愈合基臺大小的影響[13，17-18]。實驗中四組種植體均勻分布在實驗犬下頜骨內(nèi)，排除了不同動物個體間愈合能力差異可能造成的偏倚。在愈合12周后，沒有種植體出現(xiàn)松動脫落，說明本實驗結(jié)果具有一定的可靠性。

種植體旋出扭力實驗結(jié)果顯示，四組種植體的反向旋出扭矩均大于35 N·cm，達到了上部結(jié)構預載荷的扭矩要求，表明種植體周圍形成了滿足臨床使用要求的骨結(jié)合強度。C組（MPF長度10 mm）的反向旋出扭矩峰值超過110 N·cm，與之前的研究結(jié)果一致。而T3組（MPF長度0 mm）的反向旋出扭矩峰值平均約為50 N·cm，約為C組的一半，并且沒有明顯的屈服點。掃描電鏡觀察顯示，光滑表面的骨結(jié)合破壞主要發(fā)生在種植體表面，而粗糙表面的骨結(jié)合破壞發(fā)生在周圍骨小梁，與文獻中描述一致[19-20]。統(tǒng)計分析顯示T3組與C組、T1組（MPF長度6 mm）的反向旋出扭矩峰值差異有統(tǒng)計學意義，T2組與C組差異也有統(tǒng)計學意義，說明冠方設計3 mm及以下的粗糙長度減小了種植體拔除的難度。然而，兩組內(nèi)都存在反向旋出扭矩峰值小于50 N·cm的情況，這可能導致在受到較大咬合力時失敗，效果不夠可靠。但T1組與C組的反向旋出扭矩間差異無統(tǒng)計學意義。因此，認為在冠方設計3～6 mm（MPF長度占種植體全長的比例在1/3～2/3）的范圍內(nèi)，能夠既達到臨床所需種植體穩(wěn)定性要求又比全MPF表面的反向旋出扭矩小。后續(xù)研究可以繼續(xù)在3～6 mm的范圍內(nèi)探索這組種植體的冠方粗糙長度，以獲得良好的穩(wěn)定性、骨結(jié)合率和抵抗剪切應力的效果，同時降低種植體拔除的難度和創(chuàng)傷。對于種植體表面粗糙長度比例對種植體抗旋能力的影響，可以通過增加樣本量和延長愈合時間進行更深入的觀察。此外，可以進行負荷實驗，研究種植體在行使功能時是否具有足夠的能力抵抗應力，并觀察種植體的留存情況。

既往研究表明，種植體表面骨結(jié)合率30%～90%[21-22]。本實驗結(jié)果表明四組種植體表面骨結(jié)合率均在正常范圍內(nèi)，且粗糙表面積越大，骨結(jié)合率越大，可能增加了種植體與周圍骨質(zhì)接觸的面積，從而增加了旋出扭矩[19，23-24]。光鏡下觀察骨結(jié)合界面發(fā)現(xiàn)，MPF表面種植體的骨結(jié)合率更高，與文獻報道一致[21]。但觀察到種植體周圍骨量似乎與種植體表面形貌無關，這可能是由于樣本量不足和實驗動物在愈合時存在差異所導致。目前還沒有研究表明種植體表面骨體積分數(shù)或骨結(jié)合達到最佳的具體標準或達到臨床使用的標準，有三維有限元研究認為達到約20%就能夠提供足夠的二期穩(wěn)定性[25]。本實驗結(jié)果表明，隨著愈合時間的延長和種植體的功能負荷，種植體的機械光滑表面和MPF粗糙表面周圍的骨量和結(jié)合率或許都能夠達到理想水平，但MPF表面的骨改建始終快于機械光滑表面，且結(jié)合力更強[26]。因此，分段種植體能夠形成良好的骨結(jié)合，從而正常行使功能、分散應力。

分段種植體既保留了頸部粗糙表面，能夠達到臨床應用所需的抗剪切應力，又因根部光滑表面設計可以在拔除種植體時降低難度，減少骨損傷，利于二次種植。部分種植體完成修復后可能存在位置不佳、唇側(cè)骨板吸收和牙齦退縮等并發(fā)癥，相應處理后效果不佳，需要拔除已有骨結(jié)合的種植體[27-28]重新再治療，此時分段表面設計種植體可作為合適的選擇，能夠達到所需的穩(wěn)定性和骨結(jié)合強度，并減小旋出難度和拔除創(chuàng)傷。

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[收稿日期]2024-04-22

本文引用格式：王淼，朱璐璐，徐博雅，等.分段設計種植體表面粗糙度對種植體拔除難度及骨結(jié)合的影響研究[J].中國美容醫(yī)學，2025，34（1）：37-42.