翟榮萍，陳 巖

正畸微種植體穩(wěn)定性的研究

翟榮萍，陳 巖

微種植體支抗系統(tǒng)術式簡單、植入部位靈活、效果穩(wěn)定確切，且不依賴于患者的合作，因此受到了國內外學者的廣泛關注。微種植體具有廣闊的應用前景，但是其與骨結合的生物力學相關文獻仍然非常有限。本文從生物力學角度對不同植入術式、加載時間、種植部位以及角度和深度方面，分析對微種植體骨界面愈合產(chǎn)生的影響，并展望微種植體在今后的研究趨勢。

微種植體；正畸學；生物力學

自Branemark和Breine［1］提出骨整合理論以來，大多數(shù)學者承認和接受純鈦微種植體與骨組織之間的骨性結合，測試微種植體骨界面的結合力是客觀而準確地估計微種植體穩(wěn)定的重要方法。目前，大多應用植入轉矩或旋出轉矩實驗，檢測結合力的大小，反映種植體骨界面的結合強度［2-3］，種植體的穩(wěn)定性取決于其植入后機械嵌合及化學結合所獲得固位力的大小。

1 微種植體的生物力學研究方法

目前，評價微種植體穩(wěn)定性的方法可分為植入轉矩法［4］、旋出轉矩法、有限元分析法、Periotest法、共振頻率分析法。選用理想的評價微種植體穩(wěn)定性的方法，可用于指導臨床工作，這是微種植體研究的熱點內容之一。

1.1 植入轉矩法 使用專用轉矩儀順時針旋轉，完全植入時儀器上所顯示的嵌合力值。植入轉矩法是測量微種植體植入時轉矩的大小。測量值即植入轉矩值，可反應微種植體的初期穩(wěn)定性。以往的研究報道指出，植入轉矩受植入方法、接受點骨質因素的影響［5］。

1.2 旋出轉矩法 對微種植體施加逆時針的轉矩，使微種植體松動，用專用儀器測量并記錄下轉矩峰值。微種植體與骨組織間接觸面積百分比越高，測量的旋出轉矩值就越大，說明微種植體越穩(wěn)定［6］。1.3 有限元分析法 通過計算機建模、計算，綜合后得到受力情況分析。三維有限元法是應力分析與電腦技術相結合的方法，其建立的模型直觀［7］。也有國內外學者［8-9］采用三維有限元數(shù)值模擬的方法，對微種植體形態(tài)學與應力的關系進行研究，認為微種植體的直徑增大就會使微種植體與頜骨的接觸面積相應增大，從而使微種植體的穩(wěn)定性增強。

1.4 Periotest法 將儀器的手柄垂直于微種植體，測量儀的手柄頭距離微種植體小于4 mm。由于其具有操作便捷、無創(chuàng)的特點，目前是臨床中測量微種植體穩(wěn)定性的檢測手段。Periotest法通過測定微種植體周圍骨組織的阻尼效應，應用計算機處理得出牙周測定值，從而間接反映微種植體的穩(wěn)定性。

1.5 共振頻率分析法 共振頻率分析法是對微種植體的穩(wěn)定性進行長期檢測，是判斷微種植體是否形成骨性愈合的一種有效的、無創(chuàng)的方法。該法是利用物理學的共振原理，當激發(fā)物體振動時的頻率恰與該物體的固有頻率相等時，此物體發(fā)生共振現(xiàn)象。共振頻率值越高說明微種植體穩(wěn)定性越好［10］。

2 生物力學研究方法評價影響微種植體穩(wěn)定性的因素

2.1 植入術式 自攻型與助攻型是正畸微種植體較常用的2種植入手術方式［11］。助攻型在植入前需要用圓鉆鉆開骨皮質，器械的反復進出使空洞擴大、鉆速過快或過慢會對周圍的骨質造成損傷，這樣可能會影響微種植體與骨組織的整合而造成微種植體脫落率高［12］。自攻型種植法不用鉆開骨皮質，可直接將微種植體手動旋入牙槽骨中，對周圍骨組織產(chǎn)生擠壓，形成機械鎖合作用，感染率低，因而更有利于微種植體的穩(wěn)定性。Wilmes和Drescher［13］認為，選擇何種種植植入術式與骨密度有一定的關系，在骨密度較高的區(qū)域，應采用助攻型植入方式，如下頜骨和顎骨，且在植入助攻型引導鉆的直徑應該較微種植體的直徑小0.5 mm。何艾娥等［14］認同上述觀點，并認為對于骨密度較高的患者，應在骨密質上鉆孔，以降低微種植體植入過程中產(chǎn)熱過多引起的骨壞死。陳巖等［15］對不同微型種植體穩(wěn)定性的動物實驗研究中發(fā)現(xiàn)，選擇2只條件幾乎完全一樣的犬，用直徑、長度均相同的自攻型和助攻型微種植體各28枚分別植入2只犬的牙槽骨上，按常規(guī)各自植入后測量最高植入轉矩，采用即刻加載，觀察9周后測量最高旋出轉矩。結果發(fā)現(xiàn)，最高旋出轉矩自攻型組成功率為92.9%，助攻型組成功率為86.7%，差異無統(tǒng)計學意義（P＞0.05）；在最高植入轉矩上，自攻型組明顯高于助攻型組，差異有統(tǒng)計學意義（P＜0.05）。說明自攻型微種植體有更好的初期穩(wěn)定性。武秀萍等［16］實驗顯示，在植入早期，愈合2周和4周時，自攻型組植入方式比助攻型組拉拔力值大，早期自攻型微種植體穩(wěn)定性較好；而8周時，2種植入方式拉拔力值差異無統(tǒng)計學意義（P＞0.05）。提示如果需要早期負載微種植體，宜采用自攻型術式植入，助攻型術式植入時最好延長愈合期。

目前，臨床上廣泛應用的自攻型微種植體支抗不僅定位準確、手術操作時間短，而且術后并發(fā)癥發(fā)生率小，能夠形成一個穩(wěn)固的結締組織封口，正畸治療結束后可直接去除微種植體，遺留的微種植體窩無需處理即可愈合。助攻型微種植體植入手術復雜，感染率高，易形成微種植體周圍炎，導致微種植體植入后松動。自攻型微種植體不需要骨鉆引導，創(chuàng)傷少、操作技術要求較低、成功率較高、可即刻輕力加載，初期穩(wěn)定性也得到提高。微種植體植入時的轉矩對自攻型微種植體的穩(wěn)定性有一定的影響，如果植入時轉矩過大，就會使微種植體周圍骨組織中的骨小梁的斷裂，嚴重者甚至引起微種植體的折斷［17］。Herman等［18］研究推薦植入時的轉矩不超過40 N／cm，該條件下植入微種植體時有松動，考慮換直徑更粗的微種植體。

2.2 不同加載時期 微種植體的穩(wěn)定性分為植入時骨界面機械嵌合力產(chǎn)生的初期穩(wěn)定性和隨后骨界面愈合產(chǎn)生的次級穩(wěn)定性，兩者有不同的意義。植入時達到初期穩(wěn)定性是微種植體穩(wěn)定的基礎，但不保證其一定成功。從生物力學角度看，測量其生物結合力的大小可以反映骨整合的強度。目前多數(shù)微種植體系統(tǒng)趨于“即刻載荷”，即不等待骨整合就施加載荷，但并不意味著沒有或不需要骨整合。

植入轉矩可有效地測量微種植體植入過程中骨界面的抗力產(chǎn)生的初期穩(wěn)定性。研究表明，植入轉矩與植入一段時間后的旋出轉矩、水平拉出力及軸向拉出力之間均無明顯相關性，并非預測微種植體穩(wěn)定性的有效方法［19］。微種植體的抗拉強度主要受種植體形態(tài)及螺紋周圍骨強度的影響，與種植體骨界面愈合強度關系不大，不能靈敏、準確地反應微種植體骨界面的狀況。旋出轉矩測量的是種植體骨界面抵抗剪切破壞的強度，反映的是植入一段時間后種植體骨界面的特性，轉矩值越高說明種植體與骨結合的越牢固。Kim等［20］認為，旋出轉矩可以更好地評價微種植體骨界面的愈合強度。

為了探討微種植體植入后不同愈合期載荷的穩(wěn)定性，某學者［21］研究植入微種植體時采用一致的植入轉矩作為初始標準，用旋出轉矩法測量不同愈合期微種植體骨界面的愈合強度，以期指導臨床醫(yī)生選擇微種植體植入后的等待期；結果表明，微種植體植入后3周時不適宜初始載荷，而即刻或愈合1周時施加載荷不影響微種植體骨界面的愈合。有學者［22-23］對即刻載荷后骨界面的愈合過程進行研究，也發(fā)現(xiàn)愈合3～4周時骨界面穩(wěn)定性最差。雖然支抗微種植體不要求絕對穩(wěn)定，此時施加載荷也不一定造成微種植體脫落，但為了提高穩(wěn)定性，應避免此時施加初始載荷。

現(xiàn)代多數(shù)微種植系統(tǒng)趨向主張即刻載荷，即不等待骨整合，但這并不意味著沒有或無需骨整合。Luzi等［24］認為，對于微種植體可以進行早期載荷甚至即刻載荷；同時，研究證實，即刻載荷的正畸力可以顯著影響微種植體周圍骨質的吸收和增生，以及骨質的密度，但不會改變微種植體與骨組織的骨整合。目前，即刻載荷的微種植支抗在臨床中得到大量的應用。Meyer等［25］認為，種植體植入后可以即刻載荷，在一定限度內的載荷并不會影響微種植體支抗的愈后。以Motoyoshi等［26］為代表的研究顯示，青少年在植入微種植體后即刻載荷的成功率（63.8%）明顯低于晚期載荷（植入后3個月）的成功率（97.2%），因此建議對青少年患者微種植體應該晚期載荷。目前，對于加載時機和愈合時間仍然有許多爭議，影響因素可能是加載力的大小、加載方向及微種植體植入的部位不同。但有學者［27］認為，微種植體植入后的初期穩(wěn)定性比骨結合更重要。只要微種植體植入時的初期穩(wěn)定性好，無干擾因素，不論加載時機早晚都可達到一定范圍內的正畸力負荷的要求。也有學者［28］認為，只要微種植體穩(wěn)固，早期載荷不受影響，尤其對于通過機械鉚合固位的微種植體，可在骨性愈合前載荷。

2.3 植入部位 由于微種植體的體積小，故植入部位相對較為靈活。微種植體植入部位對其穩(wěn)定性的影響主要體現(xiàn)在骨質質量。以往通過三維有限元法研究發(fā)現(xiàn)，影響微種植體穩(wěn)定性的重要因素之一是植入部位骨質的條件［29］。研究表明，在相同的微種植體和外力作用下皮質骨的應力較松質骨大。如果患者的下頜平面角高陡，其骨密度相對較低，骨質疏松，從而影響微種植體與骨面的嵌合，不利于其穩(wěn)定性［30］。另有研究表明，骨皮質厚度與微種植體的穩(wěn)定性有密切的關系，骨皮質厚度與支抗微種植體穩(wěn)定性呈正相關［31］。

2.4 植入角度和深度 微種植體的植入角度和植入深度研究是種植體穩(wěn)定性研究的熱點之一。有學者［32］建議，臨床應垂直于頰側牙槽骨的方向植入微種植體。也有學者［33］認為，微種植體應斜行植入骨皮質。實際臨床操作會隨著傾斜角度的減小而增大植入難度。但臨床上很難達到＜30°的植入角度。從生物力學角度講，微種植體的穩(wěn)定性與其受力后周圍的應力分布有關，局部的應力集中不利于種植體的穩(wěn)定。Favero等［34］認為影響微種植體穩(wěn)定性的因素有種植體長度、直徑及外形，如果微種植體的長度減少則需增加其直徑，如果直徑減少則相應的增加其長度以保證微種植體與骨組織間的接觸面積。王震東等［35］對長度為5～10 mm的微種植體進行了三維有限元分析，結果顯示骨界面應力在承受非軸向力的作用下，8 mm微種植體頸部的應力值最低，并且隨著微種植體長度的變化，呈規(guī)則曲線，種植體頸部為應力集中區(qū)。周欒慧等［36］采用不同植入角度（30°、60°、90°）及不同植入深度（9、10、11 mm）的微種植體，應用三維有限元模型的研究分析中發(fā)現(xiàn)：植入深度為11mm的微種植體穩(wěn)定性較9mm及10 mm高，其中9 mm穩(wěn)定性最差；30°傾斜時微種植體最穩(wěn)定，90°植入角度相對30°及60°的穩(wěn)定性較弱。但并不是植入角度越小越穩(wěn)定，還需要考慮植入深度的影響，隨著植入深度的減小，60°植入角度相對來說更加穩(wěn)定。由于受到主觀因素的影響，此實驗僅為實驗研究階段，因此還需要進一步研究。

3 展望

總之，微種植體作為一種操作簡便，價格便宜，創(chuàng)傷小，能夠植入大多數(shù)部位的支抗形式，如果能夠保障其在正畸治療過程中的穩(wěn)定性，其應用前景相當誘人。生物力學方法是評價微種植體穩(wěn)定性的重要方法，但是所得的生物力學數(shù)據(jù)不能完全用來指導微種植體支抗的臨床應用。因此，在今后的時間里，隨著對微種植體生物力學的不斷研究和完善，這種高效而安全的微種植體支抗技術會有更大的發(fā)展空間和更為廣闊的應用前景。

［1］Branemark PI，Breine U.Formation of bonemarrow in isolated segment of rib periosteum in rabbit and dog［J］. Blut，1964，10：236-252.

［2］Christensen FB，Dalstra M，Sejling F，et al.Titanium-alloy enhances bone-pedicle screw fixation：mechanical and histomorphometrical results of titanium-alloy versus stainless steel［J］.Eur Spine J，2000，9（2）：97-103.

［3］Berzins A，Shah B，Weinans H，et al.Nondestructivemeasurements of implant-bone interface shear modulus and effects of implant geometry in pull-out tests［J］.JBiomed Mater Res，1997，34（3）：337-340.

［4］陳巖，趙文婷，高莉敏.陽極氧化正畸微螺旋種植體的生物力學實驗研究［J］.中華口腔正畸學雜志，2009，16（3）：144-146.

［5］Burns K，Yao C，Webster TJ.Increased chondrocyte adhesion on nanotubular anodized titanium［J］.JBiomed Mater Res A，2009，88（3）：561-568.

［6］Li D，F(xiàn)erguson SJ，Beutler T，et al.Biomechanical comparison of the sandblasted and acid-etched and themachined and acid-etched titanium surface for dental implants［J］.J Biomed Mater Res，2002，60（2）：325-332.

［7］黃宇文.有限元分析在口腔生物力學中的應用［J］.中國組織工程研究，2012，16（3）：2423-2426.

［8］蘭澤棟，林珠，龍紅月，等.支抗種植體長度對骨界面應力分布的影響［J］.中國口腔種植學雜志，2003，8（3）：112-115.

［9］Jang HJ，Kwon SY，Kim SH，et al.Effects ofwasher on the stress distribution of mini-implant［J］.Angle Orthod，2012，82（1）：137-144.

［10］ChangWJ，Lee SY，Wu CC，et al.A newly designed resonance frequency analysis device for dental implant stability detection［J］.Dent Mater J，2007，26（5）：665-671.

［11］Choi KJ，Choi JH，Lee SY，et al.Facial improvements after molar intrusion withminiscrew anchorage［J］.JClinOrthod，2007，41（5）：273-280.

［12］王萍，毛峻武，秦明群，等.自攻型與助攻型微種植體支抗的臨床觀察［J］.右江民族醫(yī)學院學報，2011（3）：323-325.

［13］Wilmes B，Drescher D.Impact of bone quality，implant type，and implantation site preparation on insertion torques ofmini-implants used for orthodontic anchorage［J］.Int J Oral Maxillofac Surg，2011，40（7）：697-703.

［14］何艾娥，武冠英，楊琳.微種植體支抗兩種不同植入方法穩(wěn)定性臨床應用比較［J］.臨床口腔醫(yī)學雜志，2010，26（2）：116-118.

［15］陳巖，趙文婷，Kyung HM，等.不同微型種植體穩(wěn)定性比較的動物實驗［J］.中華口腔醫(yī)學雜志，2007，42（10）：605-607.

［16］武秀萍，趙志河，李冰，等.植入術式對微種植體生物力學性能的影響［J］.臨床口腔醫(yī)學雜志，2010，26（3）：166-168.

［17］舒廣，唐志輝.自攻微螺釘兩種不同植入術式成功率的比較研究［J］.中華口腔正畸學雜志，2010，17（1）：30-33.

［18］Herman RJ，Currier GF，Miyake A.Mini-implant anchorage formaxillary canine retraction：a pilot study［J］.Am JOrthod Dentofacial Orthop，2006，130（2）：228-235.

［19］Salmória KK，Tanaka OM，Guariza-Filho O，et al.Insertional torque and axial pull-out strength of mini-implants inmandibles of dogs［J］.Am JOrthod DentofacialOrthop，2008，133（6）：790.e15-790.e22.

［20］Kim SH，Lee SJ，Cho IS，et al.Rotational resistance of surface-treated mini-implants［J］.Angle Orthod，2009，79（5）：899-907.

［21］單麗華，周冠軍，栗興超，等.不同愈合期施加載荷對正畸微種植體穩(wěn)定性影響的研究［J］.華西口腔醫(yī)學雜志，2013，31（6）：557-560.

［22］Cha JY，Takano-Yamamoto T，Hwang CJ.The effect ofminiscrew tapermorphology on insertion and removal torque in dogs［J］.Int JOral Maxillofac Implants，2010，25（4）：777-783.

［23］Serra G，Morais LS，Elias CN，et al.Sequential bone healing of immediately loadedmini-implants［J］.Am JOrthod Dentofacial Orthop，2008，134（1）：44-52.

［24］Luzi C，Verna C，Melsen B.Immediate loading oforthodonticmini-implants：a histomorphometric evaluation of tissue reaction［J］.Eur JOrthod，2009，31（1）：21-29.

［25］Meyer U，Joos U，Mythili J，et al.Ultrastructural characterization of the implant／bone interface of immediately loaded dental implants［J］.Biomaterials，2004，25（10）：1959-1967.

［26］Motoyoshi M，Matsuoka M，Shimizu N.Application of orthodontic mini-implants in adolescents［J］.Int J Oral Maxillofac Surg，2007，36（8）：695-699.

［27］Zhang L，Zhao Z，Li Y，et al.Osseointegration of orthodonticmicro-screws after immediate and early loading［J］.Angle Orthod，2010，80（2）：354-360.

［28］亢靜，周洪，安曉莉.不同加載時機對微種植體穩(wěn)定性影響的生物學研究［J］.實用口腔醫(yī)學雜志，2008，24（2）：205-208.

［29］MotoyoshiM，Yoshida T，Ono A，et al.Effects of cortical bone thickness and implant placement torque on stability of orthodontic mini-implants［J］.Int Oral Maxillofac Implants，2007，22（5）：779-784.

［30］Moon CH，Park HK，Nam JS，et al.Relationship between vertical skeletal pattern and success rate of orthodontic mini-implants［J］.Am JOrthod Dentofacial Orthop，2010，138（1）：51-57.

［31］Deguchi T，Nasu M，Murakami K，et al.Quantitative evaluation of cortical bone thickness with computed tomographic scanning for orthodontic implants［J］.Am JOrthod Dentofacial Orthop，2006，129（6）：721.e7-721.e12.

［32］Inaba M.Evaluation of primary stability of inclined orthodonticmini-implants［J］.J Oral Sci，2009，51（3）：347-353.

［33］Wilmes B，Su YY，Drescher D.Insertion angle impact on primary stability of orthodontic mini-implants［J］.Angle Orthod，2008，78（6）：1065-1070.

［34］Favero L，Brollo P，Bressan E.Orthodontic anchorage with specific fixtures：related study analysis［J］.Am JOrthod Dentofacial Orthop，2002，122（1）：84-94.

［35］王震東，王林，倪曉宇，等.不同長度微種植體支抗應力差異的三維有限元研究［J］.口腔醫(yī)學，2005，25（2）：96-97.

［36］周欒慧，楊思維，黃躍，等.植入角度及深度對種植體支抗穩(wěn)定性影響的三維有限元研究［J］.口腔醫(yī)學，2010，30（8）：488-490.

Biomechanical evaluation of the research progress in orthodontic micro-implant stability

ZHAIRongping1，CHEN Yan2
（1.School of Oral Medicine，Inner Mongolia Medical University，Hohhot Inner Mongolia 010059，China；2.Department of Orthodontics，the First Affiliated Hospital of Inner Mongolia Medical University，Hohhot Inner Mongolia 010050，China）

Due to its simple operation，flexible embedded parts，effect of stable precise and in dependent of patient′s cooperation，the micro-implant system received widely attention at home and abroad.Although many clinical studies shown micro-implant had broad application prospects，but the bone biomechanics related literature is still limited.From the perspective of biomechanics this review is to study the different implantation type，the loading time，planting area，angle and depth formicro-implant bone interface healing effecs，and to prospect themicro-implant′s future development.

Micro-implant；Orthodontics；Biomechanics

R783.5

A

2095-3097（2014）04-0232-04

10.3969／j.issn.2095-3097.2014.04.011

2014-04-09 本文編輯：徐海琴）

國家自然科學基金（8160090）

010059內蒙古呼和浩特，內蒙古醫(yī)科大學口腔醫(yī)學系（翟榮萍）；010050內蒙古呼和浩特，內蒙古醫(yī)科大學第一附屬醫(yī)院口腔正畸科（陳 巖）