沈溱原 黃忞 魏俊超 張琦 吳潤發(fā)

南昌大學附屬口腔醫(yī)院，江西省口腔生物醫(yī)學重點實驗室，江西省口腔疾病臨床醫(yī)學研究中心，南昌330006

口腔種植修復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險，后期可能發(fā)生一些生物學并發(fā)癥和機械并發(fā)癥。對于單顆牙的種植修復，固位螺絲松動是最常見的機械并發(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)綜述表明基臺螺絲的松動率為7～11%[3]。

螺絲松動最主要的原因是預負荷的喪失（預負荷是基臺螺絲通過旋轉扭力擰緊后所產生的張力）。Bickford[4]描述了螺絲松動的兩個階段，首先，持續(xù)的功能負荷導致了螺紋之間的滑動，造成螺絲表面的疲勞，釋放了螺絲內的拉應力，從而減少了預負荷。其次，當預負荷下降到臨界值，外力會使螺絲發(fā)生轉動，此時螺絲開始發(fā)生松動。預負荷對于基臺螺絲的穩(wěn)定性至關重要，因此可以用于描述螺絲松動現象[5]。

種植體?基臺連接部位的精密度會影響預負荷，當二者之間密合度不足時，功能性運動產生的微動以及震動會侵蝕基臺螺絲的預負荷。Binon等[6]通過提高種植體?基臺之間的精密度可以減少螺絲松動的發(fā)生。種植修復部件之間的不密合會顯著增加螺絲的應力，容易產生金屬疲勞，從而導致螺絲松動。種植體?基臺連接部位主要包括內連接的抗旋結構部分以及莫氏錐度連接部分，其中抗旋結構的主要作用是對抗基臺旋轉及引導基臺就位，而莫氏錐度部分主要為基臺和種植體的連接提供固位力。Michelon 等[7]對比了存在內六角的抗旋基臺與不存在內六角的非抗旋基臺在循環(huán)加載后其脫出力無差異，證實基臺莫氏錐度部分為基臺固位力的主要來源，而內六角的部分僅起到對抗基臺旋轉及引導基臺就位的作用，對固位力的影響較小。基臺的固位力由莫氏錐度部分受到外力作用后產生楔效應提供，循環(huán)加載后基臺產生沉降也主要在莫氏錐度部分。故當基臺莫氏錐度的公錐與種植體內連接的母錐不匹配時，會導致基臺?種植體連接的不穩(wěn)定。

根據制作方式的不同，目前臨床上常用的修復基臺主要有成品基臺、鑄造基臺以及計算機輔助設計/計算機輔助制造（computer aided design/computer aided manufacturing，CAD/CAM）切削基臺等。不同方式制作的修復基臺與種植體連接部位的精密度可能不一樣，或者由于修復基臺表面粗糙程度不同而導致基臺沉降值不同，從而造成基臺螺絲預負荷之間的差異以及受外力作用后對螺絲扭力的維持存在差異。不同的修復基臺對螺絲松動的影響目前尚缺乏充分的循證醫(yī)學證據。故本實驗對3種不同基臺（成品基臺、鑄造基臺及第三方CAD/CAM 基臺）進行比較，通過對比循環(huán)加載前基臺莫氏錐度來分析三者與種植體連接部分精密度的差異，通過測量循環(huán)加載前后基臺沉降值和扭矩喪失量來分析其對螺絲松動的影響。

1 材料和方法

1.1 試件制備

30枚內六角種植體（Superline FX5014SW，登騰公司，韓國）通過磨具用環(huán)氧樹脂進行包埋。對成品分體式基臺（6.5 mm×2.5 mm DAB6525HL，登騰公司，韓國）進行掃描，獲得與成品基臺穿齦及上部結構一致的CAD/CAM切削基臺數據。將數據及預接口鈦棒（蘇州恒準檢測技術服務有限公司）導入五軸數字化切削機（ARUM5X-200，AR‐UM 公司，韓國）以獲得CAD/CAM 切削基臺。獲取成品分體式基臺的硅橡膠印模，用于精確制作鑄造基臺（RAB45CH，登騰公司，韓國）上部蠟型，其后將鑄造基臺蠟型投入中頻水冷鑄造機進行鑄造，獲得與原廠基臺外形結構一致的第三方CAD/CAM 基臺和鑄造基臺。將30 枚種植體隨機分為3組，A組匹配原廠分體式基臺；B組匹配鑄造基臺；C組匹配第三方CAD/CAM基臺。

1.2 基臺莫氏錐度測量

使用復合式光學影像測量儀（OPTIV REFER‐ENCE-222，?？怂箍倒?，瑞典）檢測修復基臺莫氏錐度部分，在軟件（PC-DMIS VISION）中提取錐度母線并測得錐度度數。將莫氏錐度角度換算為弧度（rad）以方便進行統(tǒng)計分析。

1.3 基臺螺絲扭矩測量

將種植體?基臺復合體固定于夾具上，應用數顯扭矩計ATTA1（廣州天機國材精密機械有限公司）將30枚原廠基臺螺絲（ASC2045，登騰公司，韓國）擰緊至30 N·cm，螺絲擰緊10 min后，使用數顯扭矩計測量初始移除扭矩值，記為RTV1。初始移除扭矩值為旋松螺絲過程中扭矩的峰值，其中扭矩正負僅代表施加扭力的方向，本實驗中旋松螺絲過程扭矩值表現為正值。隨后，重新擰緊基臺螺絲至30 N·cm，10 min 后，以相同的扭矩再次擰緊螺絲，獲得最佳的預負荷。

1.4 基臺循環(huán)加載

將試件固定于INSTRON 8872疲勞機（英斯特朗公司，美國）上進行循環(huán)加載，設置循環(huán)載荷應力振幅范圍為0～250 N，以10 Hz 的頻率施加10萬個周期的循環(huán)載荷，大約相當于1個月的咀嚼運動[8]。經過循環(huán)加載后，應用數顯扭矩計測量循環(huán)加載后移除扭矩值，記為RTV2。在循環(huán)加載過程中記錄初始載荷頭位置L1，以及終末載荷頭位置L2。

基臺沉降值按照以下公式進行計算：1）基臺循環(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?負荷后移除扭矩。

對于螺絲松動的程度本實驗利用移除扭矩喪失量進行表示，具體計算方式參考Park等[9]提出的公式。

1.5 統(tǒng)計學處理

采用SPSS 22.0 統(tǒng)計軟件對數據進行分析，對各樣本莫氏錐度、循環(huán)載荷前后基臺螺絲移除扭矩喪失量和基臺沉降結果進行正態(tài)分布檢驗及方差齊性分析，顯著性水準α定為0.05。若樣本均數服從正態(tài)分布且組間方差齊性，則使用多樣本均數比較的單因素方差分析及Tukey's Honestly Sig‐nificant Difference 檢驗（Tukey HSD）進行組間差異的顯著性比較，顯著性水準α定為0.05。采用配對t檢驗進行組內循環(huán)加載前后移除扭矩的差異性比較，顯著性水準α定為0.05。

2 結果

2.1 基臺莫氏錐度分析

成品基臺、鑄造基臺及第三方基臺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 檢驗顯示成品基臺莫氏錐度與鑄造基臺、第三方基臺之間差異有統(tǒng)計學意義（P<0.001），鑄造基臺與第三方基臺之間差異無統(tǒng)計學意義（P>0.05）。

2.2 循環(huán)加載前后移除扭矩喪失量分析

循環(huán)加載前后基臺螺絲移除扭矩喪失量見表1。當基臺在經循環(huán)加載后，無論是成品基臺、鑄造基臺亦或是第三方CAD/CAM 基臺螺絲移除扭矩均顯著喪失，配對t檢驗顯示3 組基臺循環(huán)加載前后扭矩喪失量差異有統(tǒng)計學意義（P<0.001）。其中在鑄造基臺組中出現異常值，移除扭矩喪失高達73.64%。第三方CAD/CAM 基臺組中的一個樣本經過循環(huán)加載后，基臺螺絲發(fā)生形變已無法取出。循環(huán)加載后成品基臺螺絲移除扭矩喪失量均低于鑄造基臺和第三方CAD/CAM 基臺。方差分析顯示循環(huán)加載后基臺螺絲移除扭矩喪失量在成品基臺與鑄造基臺、第三方CAD/CAM 基臺之間差異有統(tǒng)計學意義（P<0.05），而鑄造基臺與第三方CAD/CAM基臺之間差異無統(tǒng)計學意義。

表1 循環(huán)加載前后基臺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)加載后基臺沉降值分析

基臺經循環(huán)加載后，成品基臺、鑄造基臺及第三方CAD/CAM 基臺沉降值分別為（145.253±55.956）、（224.738±80.685）、（241.90±66.429）μm，方差分析顯示循環(huán)加載后基臺沉降值在成品基臺與鑄造基臺、成品基臺與第三方CAD/CAM 基臺之間差異有統(tǒng)計學意義（P<0.05），鑄造基臺與第三方CAD/CAM 基臺之間差異無統(tǒng)計學意義。其中第三方基臺組中的一個樣本由于基臺連接結構嚴重損壞，故將其排除不參與統(tǒng)計學分析。

3 討論

種植體?基臺莫氏錐度連接部分極高的精密度可以為基臺提供良好的固位。當兩部分平行時，兩者的接觸面積越大，在受到外力后產生楔效應，可達到冷焊的效果以提供固位[10]。但當兩者莫氏錐度部分不匹配時則產生的是線接觸，而線接觸則無法在基臺與種植體之間產生冷焊的效果，進而會導致基臺?種植體連接結構的不穩(wěn)定。在鑄造基臺組中，將基臺就位于種植體后可以發(fā)現有小幅度的轉動，這種轉動產生的剪切力會削弱兩者之間的冷焊效應。在第三方CAD/CAM 基臺組，其中一個樣本經循環(huán)加載后螺絲出現嚴重形變。種植修復部件之間較低的精密度會顯著增加螺絲的應力，造成金屬疲勞從而導致螺絲松動甚至發(fā)生螺絲折斷[1]。本實驗顯示成品基臺莫氏錐度與鑄造基臺、第三方基臺之間差異有統(tǒng)計學意義（P<0.001），鑄造基臺與第三方基臺之間差異無統(tǒng)計學意義（P>0.05）。鑄造基臺組中雖然為原廠鈦基底，但在鑄造過程中經過高溫燒結導致基臺與種植體連接部分表面形態(tài)結構發(fā)生細微的變化。第三方CAD/CAM 基臺由于無法獲得原廠數據，且銑削鈦棒接口的設備和技術存在很大差異。所以鑄造基臺以及第三方切削基臺均與原廠基臺在莫氏錐度部分存在差異。

在移除扭矩分析中，循環(huán)加載前評價了不同修復基臺對螺絲預負荷的維持效果，循環(huán)加載后評價了不同修復基臺和循環(huán)加載共同作用對螺絲扭矩的維持效果。對基臺螺絲施加扭力，就產生了預負荷；但是施加的扭力并沒有完全轉換為預負荷，其中一部分扭力用來克服螺絲頭和基臺之間的摩擦力以及克服種植體內部螺紋和螺絲螺紋之間的摩擦力，這將會損失2～10%的施加扭矩[11]。此外，當旋緊螺絲時由于基臺沉降效應，螺絲產生的預負荷會進一步下降。在本實驗中觀察可見，當第一次測量移除扭矩時，該扭矩值均低于30 N·cm。成品基臺初始移除扭矩喪失量為18.32%±5.01%，鑄造基臺初始移除扭矩喪失量為25.60%±6.44%，第三方基臺初始移除扭矩喪失量為24.88%±5.50%。實驗結果符合Barbosa 等[12]之前的實驗結果，初始預負荷喪失量范圍在24.01%～50.71%。本實驗結果顯示初始移除扭矩喪失量在成品基臺與鑄造基臺之間差異有統(tǒng)計學意義（P<0.05）。這表明成品基臺在維持螺絲扭矩上有更好的表現。Kano 等[13]表明鑄造的過程可能會改變種植體與基臺之間的旋轉匹配程度，而且鑄造基臺具有很高的技術敏感度，不同廠家、不同制造方式對兩者之間的精密度影響較大。Binon 等[6]研究顯示，種植體與修復基臺之間良好的精密度更能抵抗螺絲松動，更有利于扭矩的維持，可預防螺絲的松動。當二者的連接界面不密合時，會增大兩者之間的距離，降低連接結構的穩(wěn)定性，從而造成預負荷喪失。在本實驗中，所有基臺均有預負荷的喪失，并且在循環(huán)加載前的第二次重復施加扭矩時發(fā)現螺絲仍可以再旋轉一段距離才能達到30 N·cm，這都表明預負荷喪失是螺絲的固有特性。所以為了補償實際臨床工作中預負荷的損失，必須根據廠家要求在擰緊新螺絲數分鐘后再次施加擰緊扭矩，并且需要定期重復施加擰緊扭矩[1]。

無論是何種修復基臺，經循環(huán)加載后，移除扭矩均顯著喪失，實驗顯示3組基臺循環(huán)加載前后扭矩喪失量差異有統(tǒng)計學意義。并且基臺在經過循環(huán)加載后，可以測得試件總長度減小，這表明基臺在受到外力后會發(fā)生沉降，也稱之為是嵌入性松弛[14]。從循環(huán)加載過程記錄的數據可以得出，基臺的沉降通?？梢苑譃?個階段，第一階段為磨合階段，第二階段為穩(wěn)態(tài)階段。在循環(huán)加載的第一個循環(huán)周期內，基臺就已經發(fā)生了大量的沉降，而在剩余的循環(huán)周期直到10 萬次均處于一個較穩(wěn)定的狀態(tài)，這與Lee等[15]的實驗結果相符合。本實驗不同基臺經過循環(huán)加載后均發(fā)生沉降，而由于基臺制作方式的差異，表現出沉降值的不同，進而表現出對螺絲扭矩的維持存在差異。

本實驗中所用的基臺螺絲均為原廠螺絲。成品基臺和鑄造基臺材料均為原廠4 級商業(yè)純鈦（Grade 4 CP Ti），而第三方CAD/CAM 切削基臺為5級鈦合金（Ti-6Al-4V)，5級鈦合金擁有著更高的強度和彈性模量。Jo等[16]表示4級商業(yè)純鈦的沉降值較5級鈦合金更高，但是本實驗結果成品基臺的沉降值低于第三方CAD/CAM 切削基臺，說明基臺與種植體之間的匹配精密度對扭矩維持的影響遠大于材料不同而帶來的影響。雖然3組基臺在循環(huán)加載后均未出現螺絲松動的現象，但是在鑄造基臺組中會發(fā)現扭矩喪失量很高的異常值達73.64%，而在第三方CAD/CAM 切削基臺組中發(fā)現一個樣本基臺螺絲發(fā)生形變已無法取出。由于鑄造基臺或第三方CAD/CAM 切削基臺與種植體的連接部位存在精密度差的原因，進而導致螺絲松動甚至折斷等機械并發(fā)癥，故不推薦使用。近些年來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性化設計穿齦輪廓的基臺，根據不同的品牌通常有0.5、1.5、1、2、3 mm 等類型，技師在設計好修復體后可在口外使用樹脂或玻璃離子粘接劑將修復體與Ti base粘接而形成類似螺絲固位的修復體。綜上所述，在臨床中選擇修復基臺時，盡量避免使用鑄造基臺和第三方基臺。當修復空間不足或者需要個性化設計穿齦輪廓時，可選擇原廠Ti base。

綜上所述，本研究所有組中基臺經循環(huán)加載后螺絲扭矩均有顯著下降。結果提示長期的咀嚼負載會導致連接部位的震動，基臺與種植體連接界面的磨損，以及基臺的沉降，這些將導致基臺螺絲扭矩的喪失，進一步可能發(fā)展為螺絲松動，甚至螺絲折斷。故在實際臨床工作，必須根據廠家要求在擰緊新螺絲數分鐘后再次施加擰緊扭矩，并且需要定期檢測基臺螺絲扭矩，甚至再次施加擰緊扭矩。此外，不同方式制作的基臺其連接部位的精密度存在差異，當基臺與種植體連接部位莫氏錐度不匹配時，在受到外力作用后其沉降效應更大，進而會造成更大基臺螺絲扭矩喪失。就本實驗有限的數據提示在選擇修復基臺時，應當避免使用鑄造基臺和第三方基臺。

利益沖突聲明：作者聲明本文無利益沖突。