杜巧琳，顧新華

種植治療被認(rèn)為是對(duì)余留天然牙損害最小的一種缺失牙替代的方法[1]。牙種植體的形態(tài)和結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與種植治療息息相關(guān)，是影響種植體初期穩(wěn)定性、邊緣骨水平和骨結(jié)合后承受載荷能力的最關(guān)鍵因素之一。骨-種植體界面的整體穩(wěn)定性是維持種植體壽命的重要因素[2]。為了實(shí)現(xiàn)良好的初期穩(wěn)定性和骨結(jié)合，牙種植體在外部形態(tài)，頸部設(shè)計(jì)，螺紋和凹槽設(shè)計(jì)，直徑和長度，與基臺(tái)的連接方式等方面上有了顯著進(jìn)步。本綜述將系統(tǒng)性地闡述牙種植體形態(tài)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的研究進(jìn)展，為臨床治療提供理論依據(jù)。

1 牙種植體的形態(tài)設(shè)計(jì)

從牙科種植的發(fā)展史來看，學(xué)者們?yōu)榱俗非筝^高的治療成功率和良好的美觀效果，發(fā)明和改進(jìn)了各式各樣的牙科種植體。而在如今的牙種植體體系中，主流形態(tài)是骨內(nèi)種植體，骨膜下、黏膜內(nèi)種植體和葉片狀、盤狀種植體等類型因難以取得滿意的骨結(jié)合和長期穩(wěn)定的臨床效果已漸漸被淘汰[3]。為了獲得足夠的穩(wěn)定性和受力時(shí)良好的應(yīng)力分布，學(xué)者們針對(duì)不同的骨骼類型和臨床情況設(shè)計(jì)了不同的種植體幾何形狀，比如圓柱形、錐形、卵圓形或階梯式。目前，最常見的種植體幾何形狀為圓柱形和錐形[4]。從早期的Branemark時(shí)代開始，牙種植體在外形設(shè)計(jì)上是柱狀的。Waechter等[5]通過各項(xiàng)指標(biāo)檢測發(fā)現(xiàn)從植入到骨結(jié)合的最后階段，位于下頜骨后區(qū)的錐形和圓柱形種植體表現(xiàn)出相似的生物力學(xué)和生物學(xué)行為。但Schiegnitz等[6]發(fā)現(xiàn)，對(duì)于萎縮性上頜骨的種植治療，錐形種植體能通過錐狀外形和螺紋螺距的減小來獲得較高的初期穩(wěn)定性。而且，越來越多的證據(jù)顯示，在骨質(zhì)量較差的種植條件下，調(diào)整種植體的形態(tài)，特別是通過使用錐形種植體，對(duì)種植體的初期穩(wěn)定性有顯著影響，實(shí)現(xiàn)良好的臨床效果[7]。另有研究證明錐形種植體因其解剖學(xué)設(shè)計(jì)可貼合拔牙窩，特別適合用于拔牙或缺失天然牙齒后的即刻或早期植入[8]。

為了縮短治療總體持續(xù)時(shí)間、實(shí)現(xiàn)初期穩(wěn)定性和控制種植體的三維位置，使用與天然牙根相同設(shè)計(jì)的根形種植體也被認(rèn)為是非常有益的。這種個(gè)性化設(shè)計(jì)，稱為根模擬種植體(root-analogue implant, RAI)，該技術(shù)于1969年首次被提出，并且多年來已經(jīng)開發(fā)了多種類型的種植體。RAI的發(fā)展得益于數(shù)字化技術(shù)的進(jìn)步。通過CBCT獲得牙和牙槽骨的三維模型，再使用CAD軟件三維重建種植體，再利用數(shù)字光處理、3D打印技術(shù)，實(shí)現(xiàn)臨床患者的個(gè)性化種植體制作[9]。Cheng等[10]提出了一種優(yōu)化的個(gè)性化牙種植體制作方法，其基于患者骨密度、皮質(zhì)骨厚度等數(shù)據(jù)，對(duì)種植體的形態(tài)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)進(jìn)行多因素耦合數(shù)字化模擬，包括螺紋螺距、螺紋深度、種植體的頸部直徑和體部尺寸等，最終選擇提供最小微運(yùn)動(dòng)的氧化鋯RAI用于即刻種植治療，獲得了良好的療效。

2 牙種植體的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

2.1 頸部結(jié)構(gòu)

種植體周圍的邊緣骨吸收被認(rèn)為與功能性和非功能性負(fù)荷時(shí)的應(yīng)力分布有關(guān)[11]。邊緣骨吸收會(huì)增加細(xì)菌感染的風(fēng)險(xiǎn)，影響種植體周圍的黏膜附著水平，這可能會(huì)導(dǎo)致不理想的修復(fù)效果，尤其是在前牙美學(xué)區(qū)[12]。近年來，種植體頸部設(shè)計(jì)致力于減輕種植體周圍骨骼的壓力并刺激骨骼進(jìn)行重塑，減少邊緣骨丟失，以達(dá)到長期美學(xué)需求。

種植體頸部是種植體冠方部分，最冠方稱為種植體平臺(tái)。種植體穿黏膜頸部與種植體位于骨內(nèi)的體部合為一體，為一體式種植體(one-piece implant)，該種植體頸部位于軟組織內(nèi)，也稱為軟組織水平種植體；種植體本身沒有穿黏膜頸部，其穿黏膜部分與種植體分離，為分體式種植體(two-piece implant)，該種植體頸部位于牙槽嵴內(nèi)，也稱為骨水平種植體[13]。在傳統(tǒng)設(shè)計(jì)理念中，前者適用于非潛入式種植，只有植入同時(shí)穿黏膜這一階段，又稱為一段式種植體(one-stage implant)；后者適用潛入式種植，需要植入和穿黏膜兩階段，又稱為兩段式種植體(two-stage implant)[14]。但目前在臨床上，選擇潛入式或非潛入式種植方式主要是根據(jù)種植體的初期穩(wěn)定性、愈合時(shí)間與危險(xiǎn)因素等多方面，而不是考慮種植體類型[15-16]。

軟組織水平種植體以Straumann系統(tǒng)為代表，頸部有一定高度的光滑表面，形成軟組織封閉。在與基臺(tái)連接時(shí)，因其連接界面高于牙槽骨水平，減少細(xì)菌滲漏與定植，有利于保存邊緣骨。但由于呈錐形膨大的頸部會(huì)增加美學(xué)區(qū)牙齦退縮的風(fēng)險(xiǎn)，容易在后期修復(fù)時(shí)露出種植體金屬邊緣[17]。Sánchez-Siles等[18]對(duì)軟組織水平和骨組織水平種植體進(jìn)行了10年的臨床觀察研究，發(fā)現(xiàn)1 244例種植體中有120例發(fā)生了種植體周圍炎，其中15例是有2.5 mm的光滑頸部設(shè)計(jì)的軟組織水平種植體，而105例是骨水平種植體。而且通過X射線影像片測量出軟組織水平種植體的邊緣骨吸收較少，具有統(tǒng)計(jì)學(xué)上的顯著差異。但該調(diào)查發(fā)現(xiàn)骨組織水平的種植體更能提高患者對(duì)美觀修復(fù)的滿意度。

骨組織水平種植體以Branemark系統(tǒng)為代表，頸部平臺(tái)平齊或低于牙槽骨面，種植體上方軟組織充足，能夠取得較好的美學(xué)需求。為了減少邊緣骨的吸收，通過改變頸部形態(tài)，例如使用反錐形頸部設(shè)計(jì)的種植體來實(shí)現(xiàn)平臺(tái)轉(zhuǎn)移連接設(shè)計(jì)(采用直徑小于種植體平臺(tái)的基臺(tái))被認(rèn)為是一種有效手段[19]。此外，為了貼合牙槽嵴的自然形態(tài)，有學(xué)者將平面式的頸部平臺(tái)設(shè)計(jì)成傾斜形和扇貝形頸部。Schiegnitz等[20]發(fā)現(xiàn)頸部傾斜的種植體在植入2年后具有較高的成活率，傾斜的種植體頸部平臺(tái)有助于支撐種植體頸部周圍的硬組織和軟組織，den Hartog等[21]比較了具有光滑頸部，粗糙頸部或扇貝形粗糙頸部的單個(gè)種植體的5年放射影像和臨床結(jié)果，研究表明光滑組的骨損失總量為(1.26±0.90)mm，粗糙組的骨損失總量為(1.20±1.10)mm，扇形組的骨損失總量為(2.28±0.97)mm(P<0.05)，扇形頸部種植體的邊緣骨吸收明顯增加，并且顯示出較深的牙周袋和技術(shù)并發(fā)癥。

即使是微不足道的力也可能被傳遞到邊緣骨，導(dǎo)致頸部的骨吸收。而在種植體頸部引入微螺紋或“保留凹槽”則可增加初始接觸，增加功能表面積并促進(jìn)界面區(qū)域的應(yīng)力消散，實(shí)現(xiàn)更好的初期穩(wěn)定，從而有助于縮短愈合階段所需的時(shí)間[22]。Geramizadeh等[23]通過靜態(tài)載荷、動(dòng)態(tài)載荷證實(shí)頸部微螺紋的存在具有積極的作用，可以改善骨的應(yīng)力分布。Nickenig等[24]通過一項(xiàng)5年的臨床研究表明，頸部具有微螺紋的粗糙表面種植體可以在愈合期間維持邊緣骨水平，并且在長期功能負(fù)荷下可顯著減少邊緣骨的喪失。種植體頸部微螺紋可以分為微螺環(huán)、單螺紋開螺紋、雙螺紋開螺紋、扇形螺紋等設(shè)計(jì)類型。一項(xiàng)動(dòng)物研究表明，微螺環(huán)頸部的邊緣骨吸收多于開螺紋頸部，而且頰側(cè)和舌側(cè)軟組織差異顯著[25]。此外，頸部微螺紋的位置、形狀、螺距、深度等設(shè)計(jì)仍有待進(jìn)一步研究。

2.2 體部結(jié)構(gòu)

種植體體部為種植體植入骨內(nèi)的部分。目前，種植體部基本是螺紋狀設(shè)計(jì)，該設(shè)計(jì)一般包括以下幾個(gè)方面：①幾何形狀和端面角度；②螺距；③螺紋深度(高度)；④螺紋寬度(厚度)；⑤螺紋螺旋角[26](圖1)。

圖1 種植體體部螺紋設(shè)計(jì)示意圖：端面角度、螺距、螺紋深度、螺紋寬度和螺紋螺旋角

螺紋幾何形狀包括：V形、方形、支撐和反支撐形狀等。一項(xiàng)動(dòng)物實(shí)驗(yàn)研究表明V形和反向支撐形螺紋顯示出更小的骨-種植體接觸百分比。在初期愈合后的反向扭矩測試中，方螺紋形狀顯示出最高值[27]。端面角度是螺紋的面和垂直于種植體的長軸的平面之間的角度。由不同螺紋形狀產(chǎn)生的剪切力隨著螺紋面角度的增加而增加，V形螺紋在軸向載荷作用下傳遞的剪切力比方形螺紋所傳遞的壓縮力要大[28]。因此V形螺紋相較于方形螺紋的種植體自攻性強(qiáng)，植入阻力小。

螺距指的是從螺紋中心到下一個(gè)螺紋中心的距離。在長度相等的種植體中，螺距越小，螺紋越多。Orsini等[29]研究了動(dòng)物松質(zhì)骨中的骨結(jié)合過程，測試了兩種具有相同表面處理的種植體：一種具有窄的螺距，一種具有寬的螺距，測試結(jié)果表明具有窄螺距的種植體由于骨與種植體的接觸表面積更大而具有更好的錨固性。此外，研究還表明，對(duì)于螺距的增減，松質(zhì)骨的應(yīng)力變化比皮質(zhì)骨更敏感[22]。

螺紋深度為從螺紋尖端到種植體主體的距離。深度深的螺紋會(huì)增加功能表面積,這在疏松骨中是有利的；較淺的螺紋則更容易植入牙槽骨，這對(duì)于致密骨是有利的。種植體螺紋設(shè)計(jì)可在根部區(qū)域形成具有較大螺紋深度的漸進(jìn)螺紋，并向冠部逐漸減小。目的是增加向更柔軟的松質(zhì)骨的負(fù)荷轉(zhuǎn)移，減少向冠部皮質(zhì)骨的負(fù)荷轉(zhuǎn)移，這可能有助于減少皮質(zhì)骨吸收[22,28]。螺紋寬度是指在同一軸向平面上單根螺紋的冠部和底部之間的距離。Ao等[30]在他們的有限元分析研究中發(fā)現(xiàn)，與深度相比，種植體螺紋的寬度對(duì)骨應(yīng)力的影響較小。

在單線螺紋種植體中，螺距等于導(dǎo)程。市場上還推出了相互平行的雙線螺紋和三線螺紋種植體。從理論上講，這可以使種植體更快地植入(螺距為0.6 mm的三螺紋種植體每次旋轉(zhuǎn)360°時(shí)都會(huì)植入1.8 mm)。而隨著螺紋數(shù)量的增加，螺紋螺旋角會(huì)發(fā)生變化。在Ma等[31]的一項(xiàng)研究中，結(jié)果表明隨著螺紋線數(shù)的增加，螺旋角增加，種植體對(duì)垂直和水平載荷的抗力降低。該研究通過三維有限元分析表明，就種植體穩(wěn)定性而言，最有利的配置是單螺紋，然后是雙螺紋，三螺紋是最不穩(wěn)定的[32]。而另一動(dòng)物實(shí)驗(yàn)研究發(fā)現(xiàn)在D3骨中與單螺紋設(shè)計(jì)的種植體相比，使用雙螺紋設(shè)計(jì)的種植體能發(fā)現(xiàn)更高的初期穩(wěn)定性。原因可能是由于小梁骨與雙螺紋設(shè)計(jì)種植體之間的骨接觸更好且小梁骨分散應(yīng)力速度更快[33]。總而言之，在種植患者骨骼質(zhì)量不佳以及高咬合應(yīng)力時(shí)，使用更小螺距、更多螺紋、更深螺紋，較小螺紋螺旋角的種植體來增加種植體與骨組織的接觸表面積是被認(rèn)為有益的。

種植體體部設(shè)計(jì)除了螺紋的設(shè)計(jì)，還有不少研究關(guān)注種植體內(nèi)部的設(shè)計(jì)。Kim等[34]發(fā)現(xiàn)種植體中間部分的螺旋形側(cè)開口和空心內(nèi)部通道可以在植入后的早期愈合階段進(jìn)行骨向內(nèi)生長。Zhu等[35]則通過彎曲強(qiáng)度、硬度、斷裂韌性和疲勞壽命的機(jī)械測試證實(shí)，采用部分中空的結(jié)構(gòu)可以制造出性能接近甚至超過普通種植體要求的氧化鋯種植體。他們還通過動(dòng)物實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，由于其中空多孔的結(jié)構(gòu)，其鎖固力和骨結(jié)合有明顯的改善。

2.3 根部結(jié)構(gòu)

種植體的根部設(shè)計(jì)對(duì)于即刻種植的種植體初期穩(wěn)定性有重要作用。根部設(shè)計(jì)包括根部輪廓，如圓柱形或錐形，以及種植體根部切割槽和螺紋的應(yīng)用[17]。槽狀種植體的優(yōu)勢包括熱量的減少，插入扭矩的增加，手術(shù)時(shí)間的減少，手術(shù)器械的數(shù)量減少以及種植體尖端的自攻能力增加。從歷史上看，種植體切割槽曾使用過幾種形狀，如邊緣、碗和螺旋形。Wu等[36]研究發(fā)現(xiàn)碗狀設(shè)計(jì)凹槽產(chǎn)生的用于存儲(chǔ)擠壓骨屑的空間最小，因此插入扭矩和彎曲強(qiáng)度都明顯更高，產(chǎn)生了更好的初期穩(wěn)定性。

2.4 直徑和長度

種植體的直徑是種植體螺紋的外部尺寸。目前可用的種植體直徑為3～7 mm。從生物力學(xué)的角度來看，使用更寬的種植體可以實(shí)現(xiàn)最大量的骨骼接觸面積，并且理論上可以改善周圍骨骼中的應(yīng)力分布。Shemtov-Yona等[38]評(píng)估了3種不同直徑種植體的總疲勞壽命。在失效分析中發(fā)現(xiàn)，可能引起疲勞裂紋產(chǎn)生的各種失效位點(diǎn)均與應(yīng)力集中有關(guān)。研究表明，種植體直徑越窄，對(duì)種植體疲勞性能影響越大，越易引起斷裂。然而，寬種植體的使用受到剩余牙槽骨的寬度和自然輪廓的美學(xué)要求的限制。

一般來說，更長的種植體在一定程度上保證更好的成功率和預(yù)后效果[39]。但由于可用骨量有限，長種植體無法植入，因此常采用多孔表面處理的短種植體作為替代，短種植體可成功地支持單個(gè)或多個(gè)固定或覆蓋義齒在萎縮的上下頜骨中的應(yīng)用，從而減少復(fù)雜的骨增量手術(shù)需要，減少了并發(fā)癥、成本和治療時(shí)間[40]。然而，當(dāng)患者的牙槽骨嚴(yán)重吸收或骨質(zhì)較軟時(shí)，建議謹(jǐn)慎使用短種植體。

2.5 種植體-基臺(tái)連接方式

根據(jù)種植體平臺(tái)中心向冠方凸起或向種植體內(nèi)部凹陷，種植體-基臺(tái)的連接方式分為外基臺(tái)連接和內(nèi)基臺(tái)連接。理想的基臺(tái)連接設(shè)計(jì)應(yīng)該具備基臺(tái)和(或)修復(fù)體的固位、抗旋轉(zhuǎn)、定位和應(yīng)力分散等功能，以維持種植體周圍骨的軟組織結(jié)合的長期穩(wěn)定[13]。

外部六角形連接設(shè)計(jì)是使用最廣泛的外基臺(tái)連接方式。但該設(shè)計(jì)存在一些缺點(diǎn)，比如種植體-基臺(tái)之間的微間隙和基臺(tái)微動(dòng)較大，這會(huì)引起機(jī)械磨損和基臺(tái)螺絲的松動(dòng)、斷裂[41]；在抗旋轉(zhuǎn)性和長期穩(wěn)定性方面，該設(shè)計(jì)也有所欠缺[42]。相比于外基臺(tái)連接，內(nèi)基臺(tái)連接如內(nèi)部六角和錐度連接設(shè)計(jì)則使種植體和基臺(tái)更為緊密接觸[43-44]，該設(shè)計(jì)可增強(qiáng)種植體周圍的應(yīng)力分散，減少了種植體-基臺(tái)的機(jī)械并發(fā)癥，減少邊緣骨丟失[45]。其中莫氏錐度連接的設(shè)計(jì)特征是種植體和基臺(tái)兩個(gè)錐形結(jié)構(gòu)之間的內(nèi)部連接，通過高度平行性產(chǎn)生了顯著的摩擦力，增加了密封性[46]。在長期隨訪的過程中，與內(nèi)部六角連接相比，莫氏錐度連接種植體發(fā)生更少的種植體周圍骨吸收[47]。此外，當(dāng)內(nèi)基臺(tái)連接采用平臺(tái)轉(zhuǎn)移的設(shè)計(jì)時(shí)，種植體-基臺(tái)界面的周圍骨應(yīng)力集中會(huì)顯著減少[48-49]。Salamanca等[50]在一項(xiàng)回顧性臨床研究中通過根尖周X射線片測量種植體邊緣骨的垂直和水平骨缺損量，發(fā)現(xiàn)平臺(tái)轉(zhuǎn)移設(shè)計(jì)比非平臺(tái)轉(zhuǎn)移設(shè)計(jì)更有效地減少了種植體周圍牙槽骨的吸收。Canull等[19]通過10年的雙盲隨機(jī)對(duì)照實(shí)驗(yàn)比較平臺(tái)轉(zhuǎn)移和非平臺(tái)轉(zhuǎn)移設(shè)計(jì)的軟硬組織差異，研究證明平臺(tái)轉(zhuǎn)移種植體邊緣骨吸收較少，而齦乳頭和齦緣高度均較高，有利于即刻修復(fù)的美學(xué)效果和長期穩(wěn)定性。

除了機(jī)械并發(fā)癥，生物學(xué)并發(fā)癥的發(fā)生率與種植體-基臺(tái)連接方式的關(guān)系也相當(dāng)密切。在種植體和基臺(tái)之間的微間隙是細(xì)菌滋生的溫床，會(huì)影響種植體周圍軟硬組織的健康[51]。外部六角連接設(shè)計(jì)易導(dǎo)致種植體與基臺(tái)之間的微間隙增大，引起微滲漏和細(xì)菌定植[52]。在內(nèi)基臺(tái)連接設(shè)計(jì)中，不同類型連接方式的密封性也有差異。Khorshidi等[53]通過體外鏈球菌培養(yǎng)發(fā)現(xiàn)，在14 d內(nèi)11°莫氏錐度連接設(shè)計(jì)比對(duì)接連接設(shè)計(jì)的種植體產(chǎn)生更少的細(xì)菌，有更好的抗微生物滲漏性。微間隙引起種植體-基臺(tái)的相對(duì)微磨損和微位移稱為微運(yùn)動(dòng)。而微運(yùn)動(dòng)不但會(huì)干擾種植體頸部周圍軟組織的附著，破壞軟組織的穩(wěn)定性[54]，而且會(huì)導(dǎo)致微泵效應(yīng)[55]，加速血液、唾液和蛋白多糖進(jìn)入種植體內(nèi)腔[56]，從而使細(xì)菌定殖并擴(kuò)散，最終導(dǎo)致種植體頸部周圍的邊緣骨丟失和種植體周圍炎[45,57]。

3 總 結(jié)

隨著科技進(jìn)步和生活質(zhì)量提高，人們對(duì)種植治療提出了更高的要求：即刻種植、即刻負(fù)載、美學(xué)需求等，這就要求種植體在植入后能有合適的應(yīng)力分布，具有較高的初期穩(wěn)定性，有一定的自攻性和維持軟硬組織的能力。許多研究結(jié)果證實(shí)，良好的種植臨床效果除了患者本身的骨骼質(zhì)量因素，也取決于牙種植體的形態(tài)和結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)：即牙種植體的錐狀外形，頸部的凹槽和微螺紋，體部的螺紋設(shè)計(jì)，根部的自攻性，合適的直徑和長度，以及與基臺(tái)的內(nèi)部錐度連接和平臺(tái)轉(zhuǎn)移設(shè)計(jì)等。但現(xiàn)有關(guān)牙種植體形態(tài)和結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的研究主要為三維有限元分析研究和動(dòng)物實(shí)驗(yàn)研究，缺乏有效臨床直接證據(jù)和長期隨訪數(shù)據(jù)，這也是日后的研究重點(diǎn)。