上頜竇提升后骨結構的生物力學研究

上頜竇提升后骨結構的生物力學研究

1986年，tatum引入了開放（打開）和封閉（上頜骨切下術、沖孔術和經(jīng)牙槽尾強化術）的上部。隨著牙種植技術的日趨成熟，近年來，上頜竇提升作為上頜后牙區(qū)骨高度不足條件下進行種植的一個補充方法，已經(jīng)成為了研究的熱點。前期比較關注于竇提升術式、植骨材料以及植入時期的研究，目前對于上頜竇提升后種植體的生物力學方面也開始得到關注。本文將就上頜竇區(qū)種植體生物力學研究進展方面作一綜述。1育種方法優(yōu)勢種植體植入的穩(wěn)定性受多方面因素影響，主要有種植體的長度、直徑和設計等。1.1種植體的形態(tài)對應力的影響關于種植體的長度和直徑，一直存在爭議。有些學者認為種植體長度、直徑影響穩(wěn)定性及周圍骨組織應力分布。其中DegidiM選擇合適的患者14名，將80枚不同長度和直徑的XiVe種植體(Dentsply-Friadent,Manneheim,Germany)植入上頜竇區(qū)，在術后即刻用扭矩測試和共振頻率分析法共同測量種植體植入后的初期穩(wěn)定性。結果發(fā)現(xiàn)初期穩(wěn)定性與種植體直徑和長度存在明顯的正相關，雖然該文并未提及種植體具體的長度和直徑。在TepperG的有限元研究中，他將植骨的形態(tài)分為四種，結合不同大小種植體（種植體直徑：3.75mm、5mm；種植體長度：13.5mm、7mm），對各組的應力分布進行實驗，結果發(fā)現(xiàn)盡管皮質骨的應力相同，但是粗短的種植體比細長種植體的骨結合強度更大、位移更小；同時，粗短的種植體與骨界面的應力也較細長者為高。HuangHL通過研究發(fā)現(xiàn)，種植體長度和直徑增加對即刻種植而言可減小應力，但對延遲種植而言，僅直徑的增加能減小應力。也有學者認為種植體長度、直徑與穩(wěn)定性無明顯相關性。賴紅昌用骨鑿技術（OSFE,osteotomesinusfloorelevation）不植骨提升上頜竇，對32名患者共植入ITI種植體40枚(InstitutStraumannAG,Waldenburg,Switzerland)，直徑分別是4.1mm和4.8mm，長度分別是8、10、12mm，并在術后、第2、4、6、8、12、16、20周后觀察種植體穩(wěn)定性。結果發(fā)現(xiàn)，除了16周時8mm與10mm長度的種植體穩(wěn)定性存在差異，穩(wěn)定性ISQ值與種植體長度基本無相關性。而上文的DegidiM在之后的跟蹤研究中，他在半年及一年后分別再次用共振頻率法測量了種植體的穩(wěn)定性ISQ值，發(fā)現(xiàn)穩(wěn)定性在不同的種植體尺寸上無明顯統(tǒng)計學差異。1.2種植體與骨界面的連接機理也有學者提出，種植體的設計與初期穩(wěn)定性有關。在DegidiM的研究中，也提到初期穩(wěn)定性與該實驗中采用的XiVe圓柱形種植體有關，該種植體采用自攻型螺紋設計，螺紋寬度從頸部至根尖遞增，而螺距和種植體頸部至根部的周徑保持不變，可以在種植體頸部的皮質骨接觸區(qū)對皮質骨產(chǎn)生擠壓作用，避免了在進行定位時先鋒鉆的過度操作,更利于取得初期穩(wěn)定性。HuangHL采用有限元方法，設計六種形態(tài)的種植體（圓柱形、螺紋形、臺階形、分段臺階形、長螺紋形、寬螺紋形），組裝入上頜竇模型后，將種植體與骨界面分為四種（即刻種植：摩擦力F=0.3,0.45,1；延遲種植：完全整合）。力學加載后檢測形態(tài)差異對應力分布的影響。實驗結果表明，在即刻種植中，臺階形種植體引起的骨應力最高；另外，種植體表面粗化可減小種植體與骨的相對位移。他認為最關鍵的是種植體的螺紋設計能將應力分散至螺紋頂角處，不同程度地降低種植體周圍骨的應力。所以DegidiM認為，種植體形態(tài)的設計對穩(wěn)定性也起到了很大的作用，其中螺紋設計起到了關鍵作用。2種植區(qū)的骨組織壓力對于植入?yún)^(qū)骨組織受力的研究，又分為骨的類型、部位、質量、高度幾方面。2.1植骨材料模擬物在骨的類型方面，包括嵴頂皮質骨、松質骨、竇底皮質骨和移植骨等。FanuscuMI采用光彈性實驗法，用不同的光彈樹脂模擬出上頜竇的各層結構，包括嵴頂皮質骨、松質骨、竇底皮質骨。植入種植體，在植體頂部中央施以13.6kg的垂直負荷以及與長軸成15°角的斜向負荷，分析各類型骨的應力分布；之后又加入植骨材料的模擬物，在同樣的載荷下進行研究。實驗結果表明，最大應力集中于皮質骨，其次為移植骨，松質骨應力最小。而植骨材料強度的增加能更有效地在垂直負荷下減少自身骨的應力；相反，若植骨材料的強度小于松質骨，將會導致自身骨的應力增加。而最大應力集中與種植體頸部皮質骨的觀點在HuangHL的實驗中也得以驗證，這也與臨床上嵴頂皮質骨的吸收有關。FanuscuMI也用有限元法做了該方面的研究。他建立上頜竇的三維模型，將植骨和嵴頂皮質骨分為四類：硬植骨+厚皮質骨、軟植骨+厚皮質骨、硬植骨+薄皮質骨、軟植骨+薄皮質骨。與種植體模型組裝，垂直加載300N于植體頂部中央、頰舌向加載300N于距頂部5mm處，得出了和之前光彈實驗相似的結論。另外，側向載荷時，植骨材料強度的增加僅能減少松質骨的應力。而KocaOL的有限元實驗研究了上頜竇不同骨高度和不同部位的骨在種植后的應力分布，研究結果表明，松質骨內(nèi)無應力，最大應力集中于種植體頸部周圍的皮質骨。2.2下頜竇的應力與正性對于應力的影響關于骨的不同部位方面，KocaOL在實驗中還將皮質骨分六區(qū)：嵴頂頰側、嵴頂腭側、嵴頂近中、嵴頂遠中、竇側壁中1/3、竇側壁根尖1/3靠近顴骨，研究后發(fā)現(xiàn)，腭側皮質骨應力最高。但他在討論中也提到，可能是由于有限元設計中假設的種植體與骨緊密接觸造成了種植體頸部皮質骨應力高的結果。GrossMD等人分別用二維和三維光彈模型模擬上頜第一磨牙斷面的種植體和上頜竇，施以軸向力和非軸向力。兩次實驗結果都表明應力大部分集中于上頜竇的頰側，并指向顴突，并提出了增加上頜竇頰側骨板厚度的重要性。其中軸向力作用下種植體根尖部應力較高，而側向力作用下種植體頸部應力較高。他還認為光彈法比有限元法能夠更客觀、定性地反映力的分布。CehreliMC用應變計比較了上頜竇植骨與不植骨的應力差異。他截取干頭顱中上頜竇的部分，固定后植入2枚ITI種植體，一枚種植體根尖加上植骨材料，另一枚不植骨，加上牙冠后在中央及側方施以100N、150N的垂直向力，并在竇底中央及兩枚種植體的頰側骨板設傳感器。結果發(fā)現(xiàn)，在各種加載下，植骨區(qū)對應的上頜竇頰側比不植骨區(qū)上頜竇頰側的應力低（P<0.05）。而且植骨雖然略增加了竇底皮質骨的應力，卻減小了種植體頸部骨組織的應力。2.3植體植入扭矩與骨密度的相關性骨的質量也是影響應力分布的因素之一。JohanssonB對40名上牙列缺失的患者進行了種植，并在術中根據(jù)LekholmU和ZarbGA的分類對骨的質量作出臨床判斷，并在種植的同時用扭矩測量法記錄種植體植入的扭矩。經(jīng)統(tǒng)計分析得出，植入扭矩與骨密度呈明顯的相關性（P<0.01），其中四類骨需要的植入扭矩最小，而二類骨的最大。但DegidiM通過共振頻率分析認為，在種植體初期植入的時候，骨質量與ISQ值顯示不出明顯相關性，而在一年后再次測量的結果表明，骨質量與穩(wěn)定性有明顯相關（P=0.05）。通過實驗，他認為共振頻率法雖然能用于評價植骨材料的成熟度，但因為該法的特異性問題（ISQ值與骨性結合的關系仍不是完全一致），其應用尚需深入研究。賴紅昌的共振頻率研究分了八個時段，均未顯示骨質量與穩(wěn)定性值的關聯(lián)，但他提及，在他的研究中使用的骨鑿技術的擠壓作用在一定程度上增加了骨密度，所以還需要更多的研究來證實。2.4骨應力分析骨高度是影響應力分布的另一個因素，KocaOL的實驗選用五種高度的骨，分別為4,5,7,10,13mm，其中竇底皮質骨0.35mm，嵴頂皮質骨0.7mm，各植入一枚4.1×10mm的種植體，在腭尖及近中窩各施150N垂直向力，通過有限元分析得出：在骨應力分布方面，4mm和5mm組周圍骨應力分布廣泛，而7,10,13mm組分布局限；所有模型的最大應力都在腭側皮質骨，而只有4mm及5mm組在頰、腭側都有最大應力分布。在種植體應力方面，4mm及5mm組的最大應力集中于種植體頸部，而7,10,13mm組的應力在種植體內(nèi)部分布均勻。3其他人工骨材料的應用目前植骨材料主要包括自體骨、同種異體骨、異種骨和人工替代骨材料。其中自體骨是移植的首選，而其他人工骨材料的應用擴大了植骨的適應范圍，也提高了種植成功率。植骨材料的研究很多用到組織學的方法，最近也出現(xiàn)了一些結合生物力學的研究，主要包括骨材料性能、生物膜和植骨形態(tài)幾方面。3.1自體骨移植的穩(wěn)定性HaasR用拉出實驗研究了脫礦冷凍干皮質骨和多孔羥磷灰石作為上頜竇植骨材料的生物力學強度，以及不同時間對種植體與骨結合強度的影響，并以髂骨松質骨移植和不植骨作為對照。兩個實驗一致指出，這兩種骨替代材料對于取得穩(wěn)定性是可靠的。與自體骨相比，雖然在26周前的抗拉力較強，但26周后，最終是自體骨移植取得了最高的強度。且隨著時間的推移，種植體與骨結合強度遞增。另外，他在對冷凍干皮質骨的研究中，將該種材料分為人冷凍干皮質骨和羊冷凍干皮質骨，這兩種材料在抗拉力上的數(shù)值表明它們具有一定的生物力學強度。HallmanM對80:20比例混合的脫蛋白小牛骨與自體骨做臨床試驗，證實了該種材料的可靠性。他將108枚種植體植入20名患者的上頜竇區(qū)，隨訪3年，且在第3年時對種植體進行共振頻率檢測。結果表明，植入混合骨提升后上頜竇的種植體穩(wěn)定性與植入未經(jīng)提升上頜竇的基本相當。而BaccarMN對44名患者的臨床回顧性研究也肯定了骨替代品的作用，無論是單獨還是與自體骨混合使用，都顯示了良好的穩(wěn)定性。3.2prp膜與prp膜對照的穩(wěn)定性關于植骨后是否植入生物膜的問題，ThorA采用自體骨，將放PRP膜（富血小板血漿，platelet-richplasma）與不放PRP膜對照，用共振頻率法檢測發(fā)現(xiàn)，雖然在上頜前部放PRP膜能取得更好的穩(wěn)定性，但在后牙區(qū)竇提升中，統(tǒng)計學上無明顯差異。3.3骨完全包裹種植體的種植特點TepperG將植入后植骨材料的形態(tài)分為四種：植骨材料完全包裹種植體、植骨材料斜向包裹種植體、1mm薄層植骨材料包裹種植體、不植骨。通過有限元分析發(fā)現(xiàn)，骨完全包裹種植體能最大限度地減少種植體的位移、種植體周圍骨的應力和種植體與骨界面的應力。而隨著植骨量的減少，該作用也相應減弱。4兩種植骨組的植入扭矩1.2.7的穩(wěn)定性種植體植入時間，包括即刻種植（在拔牙后立刻進行種植）和延遲種植（在拔牙創(chuàng)完全愈合后再進行種植體植入）。就種植體生存率而言，即刻種植與延遲種植未顯示明顯差異。但關于上頜竇提升的種植體生物力學分析范圍內(nèi)的植入時間研究，經(jīng)文獻檢索，此類研究較少。DegidiM的研究顯示兩種植入時間的初期穩(wěn)定性（ISQ值）無明顯差異，具體的值并未提及。而JohanssonB將植入扭矩分種植體頸部E1、中部E2、根部E3三段來研究，在塊狀材料植骨組，延遲種植37枚、即刻種植30枚。結果顯示，延遲種植的植入扭矩從E1～E3分別為11.2、17.8、34.7Ncm，比即刻種植的18.7、27.9、43.9Ncm所需的植入扭矩小，意味著延遲種植的初期