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微型双皮质双侧支抗种植体在牙齿移动中的支抗作用与生物力学分析

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前 言

第一部分 微型双皮质双侧支抗种植体的准确植入方法

第二部分 微型双皮质双侧支抗种植体在牵拉狗后牙近中移动中的作用

第三部分 微型双皮质双侧支抗种植体骨界面应力分布

第四部分 初始位移对微型支抗种植体骨界面应力影响

结 论

综述一 微型种植支抗的应用现状

综述二 种植体稳定性的评估方法进展

博士在读期间科研成果

个人简历

致 谢

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摘要

种植支抗的出现为正畸支抗提供了新的内容，给医生提供了一种新的选择。种植支抗的发展史上出现过多种种植体，如非钛类种植体、牙种植体、表面附着型种植体、可降解型种植体、腭部小型支抗种植体、带边缘翼的小种植体等。综观这些发展变迁，创新设计思想无处不在。 直到1997年Kanomi介绍了一种改良的应用于整形外科固定骨的微小螺丝，植入下颌骨中切牙根尖下的牙槽骨内提供垂直支抗，有效的解决了一例深覆()患者下切牙咬到上切牙乳头引起的疼痛问题后，微型种植支抗才引起人们的注意，并获得飞速发展。 微型种植体的特点是可方便地植入颌骨包括牙槽突等部位提供稳定支抗，植入术式简单，病人感觉舒适，治疗结束时取出非常方便，尤其在成人正畸治疗方面，优势更加突出。使以前较难达到的牙齿移动成为可能，这一类种植支抗是目前临床上使用最为广泛的一类。 近年来为了方便正畸临床使用，尽量减少临床使用时种植体周围炎症，提高种植体的初期固位力，降低种植体颈部应力，学者们又对种植体头部及根部外形进行了改进设计，陆续推出了不同形状的微种植体。 现有的微型种植体设计思想是基于单侧骨皮质支抗，即种植体依赖单侧(颊或舌侧)骨皮质固位，因此存在以下问题：1、种植体的成功率较低。就目前的临床应用资料显示，微型种植体的临床成功率只有75％左右，有25％的种植体会松动脱落。2、对于前移后牙或者压低牙齿来说，如果对被移动牙齿单侧加力，会造成牙齿的扭转和近中倾斜，需要增加对抗力矩，会增加其他牙齿的支抗消耗及影响牙齿移动。3、种植体大小和固位力之间的矛盾。种植体越小，对临近组织损伤的机会越少，但是随着种植体减小，种植体的稳定性将降低。 另外，微型种植支抗受到的正畸力可分解为使种植体垂直脱位的垂直向力和水平方向的侧向力。尽量减小使种植体垂直脱位的力，增加水平侧向力有利于支抗种植体的初期稳定性。虽然正畸支抗种植体承受的正畸力与牙种植体承受的力相比，小而持续，但是支抗种植体承受的侧向力比重较大，在种植体颈部骨组织中应力集中比较明显。较大的应力集中，是种植体失败的重要原因。目前，对活体骨组织承受压力的生理限度并不十分清楚，所以只能尽量降低载荷，以免超过其生理耐受限度。 基于以上考虑，我们创新提出微型双皮质种植体双侧支抗的概念，这种支抗种植体直径较细，可以从颊侧骨皮质植入，经两牙根间，再水平穿透舌侧骨皮质和粘膜，提供双侧加载力点。理论上，它的优点是直径较小，损伤牙根的几率较小；通过双侧皮质骨固位，种植体稳定性增加；在前移磨牙或者压低牙齿时，种植体能提供双侧加载力点；双侧加载可分担正畸力，明显降低种植体颈部骨皮质应力集中。 本研究介绍一种植入微型双皮质支抗种植体准确方法；观察应用微型双皮质支抗种植体双侧支抗对狗后牙近中移动的影响，评价微型双皮质双侧支抗种植体作为正畸支抗的可行性和优越性；应用三维有限元法研究微型双皮质双侧支抗种植体骨界面的生物力学特点，寻找双皮质双侧支抗种植体骨界面生物力学特点与单皮质支抗种植体的不同之处，为微型双皮质双侧支抗种植体提供生物力学上的支持。 材料和方法为了评价外科导板在微型双皮质双侧支抗种植体植入中的作用，取成年雄性beagle犬5只，一侧下颌三颗前磨牙作为实验侧，使用自制的外科导板，在每颗前磨牙两牙根之间植入一颗双皮质微型支抗种植体，另一侧下颌三颗前磨牙作为对照侧，不用外科导板植入双皮质微型支抗种植体，比较两种方法的成功率。 为了评价双皮质双侧支抗种植体在前移后牙中的作用，取成年雄性beagle犬5只，制作下颌第四前磨牙铸造全冠，全冠的颊舌侧上有牵引钩，类似虚拟“第三牙根”、“第四牙根”，牵引钩上连接螺旋弹簧的位置大约位于第四前磨牙的抗力中心。拔除上、下颌第三前磨牙，愈合1周后，按照上述方法，在下颌第二前磨牙两牙根近抗力中心处植入微型双皮质支抗种植体(实验侧)，另一侧植入单皮质支抗种植体(对照侧)。全冠试戴合适后，用复合树脂粘结固定。在实验侧，将两根相同的正畸用镍钛螺旋弹簧拴结于种植体两端凹槽和第四前磨牙牵引钩上，调节弹簧长度使每侧牵引力为50g，加载3个月时间；在对照侧，将一根相同的钛镍螺旋弹簧拴结于种植体凹槽和第四前磨牙牵引钩上，调节螺旋弹簧使牵引力值为100g。测量第一磨牙中央尖到第四前磨牙全冠颊侧牵引钩底端距离(M1-P4B)，第一磨牙中央尖到第四前磨牙全冠舌侧牵引钩底端距离(M1-P4L)，第一磨牙中央尖到第四前磨牙牙尖距离(M1-P4)，尖牙牙尖到第一磨牙中央尖的距离(CA-M1)，尖牙牙尖到种植体颊侧端距离(CA-IB)。测量加载前、加载后间隔2周各参数值，分别计算第一磨牙、第四前磨牙和种植体的位移。加载结束后，所有动物在全麻下静脉空气栓塞处死。锯取带双皮质种植体的骨块，按照硬组织切片标本处理方法，经固定，梯度酒精脱水、脱脂处理，树脂包埋，分别在不同层面沿种植体横断面作硬组织切片，切片机(LeicaSP1600，Germany)，切片厚度100um，手工磨片至切片厚度60～70um，苦味酸—品红染色(Van-Gieson)。显微镜下观察种植体骨界面情况，用Image-ProPlus5.0专业图像处理软件计算种植体骨接触率(BIC)。 微型双皮质双侧支抗种植体骨界面生物力学分析：我们将局部下颌骨冠状截面简化成一个等腰梯形，高为30mm，上边宽为10mm，底边宽14mm，利用Ansys软件直接建模，绘制出牙种植体和下颌骨局部骨块三维立体几何模型。颌骨骨块长20mm，颊、舌、上、下4个外表面画出皮质骨，厚度设定为1.6mm；双皮质种植体长16mm，单皮质种植体长度为其一半，8mm，两种种植体皆为圆柱形，直径按实际大小1.2mm设置。钛假设为均质，线性，各向同性材料，弹性模量为111600Mpa，泊松比0.35；下颌骨设定为线性、正交各向异性。在单皮质种植体颊侧顶端加载近远中方向的力，大小100g，在双皮质支抗种植体颊、舌侧端同时加载近远中方向力，大小50g，分别计算并分析种植体骨界面应力。由于普通微型种植体植入在骨界面会产生初始位移，本研究特别分析了初始位移在0.05mm、0.1mm时，种植体骨界面的应力大小及分布。 结果评价种植体植入方法时，两侧下颌骨共植入30颗微型双皮质支抗种植体，实验侧(应用外科导板组)没有失败，对照组有4颗失败，实验侧植入成功率高于对照侧，有统计学差异(P＜0.05)。 临床检查发现，5颗双皮质支抗种植体在整个加载过程中保持稳定，临床检查无松动，种植体颊侧端周围牙龈有轻度炎症，探诊轻微出血。种植体舌侧端周围牙龈无炎症，探诊无出血现象。5颗单皮质支抗种植体有1颗松动，种植体周围炎症较明显，另外4颗有轻度炎症。 双皮质侧第四前磨牙有比较明显的近中移动，单皮质侧第四前磨牙在近中移动过程中发生明显扭转。在牵拉的末期，第四前磨牙有不同程度的近中倾斜。口内测量结果显示：①加载结束时双皮质侧第四前磨牙“第三牙根”、“第四牙根”向近中移动距离分别为2.9±0.21mm，2.94±0.19mm(P＞0.05)；单皮质侧“第三牙根”及“第四牙根”移动距离为2.33±0.15mm，0.53±0.14mm，(P＜0.05)。②双皮质侧“第三牙根”、“第四牙根”相对位置变化为0.04mm，单皮质侧为1.68mm，(P＜0.05)。③双皮质侧第四前磨牙近中位移为3.98mm，单皮质侧为1.96mm，(P＜0.05)。④双皮质侧第四前磨牙在加载后1、2月时牙冠、牙根移动差别不大，在第3个月时位移差异有显著性(P＜0.05)。⑤双皮质侧加载前后CA-IB距离22.32±1.35mm，22.6±0.87mm；单皮质侧22.13±1.35mm，20.75±1.32mm。加载前后均无显著差异(P＞0.05)。⑥双皮质侧加载前后CA-M1距离42.5±2.35mm，41.16±2.22mm；单皮质侧43.43±0.99mm，42.03±0.71mm。加载前后均无显著差异(P＞0.05)。 硬组织切片显示双皮质支抗种植体骨界面未见炎性细胞，不同层面内种植体有10～25％的骨接触。 两种微型支抗种植体在近远中水平载荷下的种植体骨界面应力分布主要集中在骨皮质内，种植体颈部应力最大，并在皮质层内迅速衰减，松质骨内的Von-mises应力很小。种植体骨界面应力在颈部非均匀分布，近远中方向上的最大应力高于龈()方向。双皮质支抗种植体在颊舌两侧骨界面内应力呈对称分布，骨皮质内最大Vonmises应力值较单皮质侧明显减小。初始位移为0.05mm，骨界面应力集中在骨皮质内，分布较均匀，衰减幅度很小，近远中方向上的Von-mises应力为1648Mpa,龈()向为1782Mpa；初始位移为0.1mm，近远中方向上的Von-mises应力为2012Mpa，龈()向为2110Mpa。 结论1、外科导板是微型双皮质双侧支抗种植体准确植入的保证，是建立动物模型的基础。 2、微型双皮质双侧支抗种植体提供稳定的支抗，可整体前移后牙，加快牙齿移动速度。 3、微型双皮质双侧支抗种植体骨界面应力分布和单皮质支抗种植体骨界面应力分布相似，但双侧支抗可以分担正畸力，降低骨界面应力。 4、支抗种植体即刻加载时应当考虑植入时产生的初始应力，微型双皮质双侧支抗种植体的初始应力较自攻植入形式的微型支抗种植体小。

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