螺纹设计对种植体稳定性的影响

螺纹设计对种植体稳定性的影响
※螺纹设计对种植体稳定性的影响目的通过共振频率分析仪和组织病理形
态学来比较分析双梯形螺纹种植体和经典的"V"型螺纹种植体对种植体的初期稳定性及功能性负荷下后期稳定性的影响。

方法选择杂种狗12只，拔除下颌前磨牙，3个月后植入种植体，再经3个月愈合后行修复治疗，负重3个月后处死。

在植入、修复、负重1个月、负重2个月及处死时分别应用共振频率分析测量
种植体的稳定性。

处死后取标本制成非脱矿磨片进行组织形态学分析。

结果两
组种植体在各时期的稳定度差异均无显著性，但在每一时期实验组种植体的稳
定度均较对照组高，实验组种植体在负重后稳定度恢复较快，负重3个月后实
验组的骨-种植体接触率(BIC)和种植体周围骨面积(BA)均较对照组稍高，但两
者差异无显著性。

结论双梯形螺纹种植体有利于保证种植体的初期和后期稳定性，应用于低密度骨质优越性会更加明显。

※柱形螺纹种植体螺纹的优化设计
和应力分析目的：探讨圆柱状V形螺纹种植体螺纹参数变化对骨组织应力大小
的影响，为临床设计和选择最佳的螺纹参数提供理论依据。

方法：建立了包含
圆柱状V形螺纹种植体的颌骨骨块三维有限元模型。

设定螺纹齿高(H)范围为
0.2~0.6mm，螺纹宽度(W)范围为0.1~0.4mm。

在修复体正中分别进行垂直向
100N和45°颊舌向50N的力学加载。

观察H和W变化对颌骨平均主应力(EQV)
峰值的影响，同时进行变量对颌骨的敏感度分析。

结果：在垂直向加载中皮质
骨和松质骨的EQV应力峰值增幅分别为4.3%和63.0%；在颊舌向加载中皮质骨
和松质骨的增幅分别为19.3%和118%；在各种加载情况下，当变量H位于
0.34~0.50min，同时变量W位于0.18~0.30min之间时，对颌骨的EQV应力峰值响应曲线的切线斜率位于-1~1之间；变量H比W对颌骨的EQV应力峰值的影响
更明显。

结论-松质骨的应力大小更易受到螺纹的影响；螺纹对侧向力加载时的力学传递影响更明显；生物力学方面的考虑，圆柱状螺纹种植体最佳的螺纹设
计为螺纹高度介于0.34~0.50min之间，螺纹宽度介于0.18~0.30mm之间；在圆柱状螺纹种植体设计中，相对于螺纹宽度而言应更重视螺纹高度的设计。

※不
同螺纹深度微小种植体的生物力学三维有限元研究目的分析不同螺纹深度微小
种植体骨界面的生物力学变化，为微小种植体的设计和临床应用提供科学的理
论依据。

方法采用ANSYSWorkbench有限元软件，建立不同螺距深度的六个三维有限元模型，分别在模型上计算出不同螺纹深度的微小种植体骨界面的
VonMises应力及位移分布状况。

结果不同螺纹深度的微小种植体VonMises应
力及位移的分布均集中于种植体颈部骨皮质区，种植体的VonMises应力值及位移值均较小。

螺纹深度的不同对微小种植体骨界面VonMises应力值、位移值有影响，螺纹深度为0.2 mm的微小种植体VonMises应力峰值、位移峰值最小。

结论本实验建立的微小种植体骨组织三维有限元模型具有良好的几何相似性，
可对微小种植体及其支持骨组织进行精确的生物力学分析，螺纹深度为0.2 mm
的微小种植体具有较好生物力学特性。

本组结果提示，随着微小种植体螺纹深
度的增大，种植体的VonMises应力峰值未呈明显的线性递增趋势。

但最大应力峰值与最小应力峰值相差1.296倍，说明不同的螺纹深度对微小种植体骨界面VonMises应力有影响。

以螺纹深度0.2 mm种植体的VonMises应力峰值为最低。

随着微小种植体螺纹深度的增大，种植体的位移峰值未呈明显的线性递增趋势，但最大位移峰值与最小位移峰值相差1.17倍，说明螺纹深度的不同对微小种植体骨界面位移值有影响。

以螺纹深度0.2 mm的位移峰值为最低点。

临床上种植体松动、脱落是种植失败的常见结果。

微小种植体与牙种植体相比种植失败最
大的不同是折断，这是由于微小种植体体积小，应力集中所造成的。

从机械力
学的角度来看，微小种植体在直径不变的情况下，随着种植体螺纹深度的增大，种植体的内径将减少，其抗折性就减小。

从实验结果上看，微小种植体螺纹深
度的改变对微小种植体骨界面VonMises应力值和位移值有影响。

由此可见无论从生物力学还是从机械力学的角度上看，临床上不宜选用螺纹深度过大的微小
种植体。

但螺纹深度过小种植体应力和位移也会增加，而且也减少了螺纹种植
体与骨组织的机械固位作用。

本实验表明，不同螺纹深度微小种植体在150 g
正畸力作用下，微小种植体VonMises应力及位移的分布均集中于种植体颈部骨皮质区，种植体的VonMises应力值及位移值均较小，螺纹深度为0.2 mm的微
小种植体的VonMises应力峰值和位移峰值最小，具有较好生物力学特性。

※双螺纹设计对种植体稳定性的影响种植体的设计是指种植体的三维结构，包括其
几何形态和表面形态的变化。

螺纹状种植体具有较大的骨-种植体接触面积，并且由于其几何形状的特性，可以有效地增加其初期稳定性[1]。

另外，螺纹状种植体能够较好地将咬合力平均分配至周围的牙槽骨，因此与柱状种植体相比，
螺纹状种植体被认为具有较好的治疗效果[2]。

而螺纹的设计主要包括螺纹间距、螺纹的形状和螺纹的深度三个方面。

螺纹间距越小单位长度的种植体上的螺纹
也越多，相应的表面积也越大。

因此在合力大、骨密度低的区域可应用螺纹间
距小的种植体来增加种植体的表面积。

但是，种植体螺纹的多少与手术操作的
难易有着直接的关系，螺纹越少，功丝和种植体的植入就越简单，尤其是在骨
质较硬部位，选用螺纹少的种植体更易进行手术操作。

近来还设计生产了双螺
纹或三螺纹结构的种植体，这种设计可以使种植体更快地植入，缩短手术时间，从而减少了热量的产生，有利于种植体与周围骨组织的结合；同时由于这种种
植体在植入时需要更大的植入扭矩，因此也强化了周围骨组织对种植体的卡抱力，使种植体具有更高的初期稳定性。

本研究使用的种植体是在初级螺纹上再
次进行切割形成双梯形螺纹的结构，初级螺纹间距为0.8mm，较对照组种植体
螺纹间距大，但双螺纹的设计使种植体的表面积并未减少。

实验结果虽然显示
两组种植体在植入时种植体稳定度差异无显著性，但实验组的种植体稳定系数(ISQ)较对照组略高，证明了实验组种植体并未因螺纹间距的增大而影响种植体的初期稳定性，而新型设计的双螺纹结构不仅可以使种植体植入简单，还有助
于提高种植体的初期稳定性。

螺纹的形状是螺纹设计的另一重要部分，螺纹的
形态不仅可以改变功能性负荷下的应力的大小还可以影响骨-种植体界面应力的类型。

目前常用的种植体主要有"V"型螺纹、平螺纹和锯齿形螺纹等。

在咬合负重时，"V"型螺纹和锯齿形螺纹种植体的应力集中位于螺纹的尖顶部。

Kohn等[5]通过病理观察发现在"V"型螺纹种植体(Branemark，Nobel Biocare)上给予
侧向负荷，骨-种植体的直接接触只发现在螺纹的基底部，而在螺纹尖顶部分则没有骨-种植体的直接接触，这是由于在侧向负荷下在"V"型螺纹尖顶部产生了
更高的微张力(Microstrain)，使种植体周围的骨组织以吸收为主，而在螺纹的基底部产生的微张力较小，使周围骨组织得以维持。

Kim等[6]应用三维有限元
素分析，对"V"型螺纹、锯齿形螺纹和平螺纹三种螺纹设计的种植体进行了比较研究，结果显示在同等负荷条件下，和"V"型螺纹和锯齿形螺纹种植体相比较，作用在平螺纹种植体上的剪切应明显小于其他两种种植体。

另有动物实验研究
显示，"V"型螺纹、倒锯齿形螺纹和平螺纹三种种植体在经过初期愈合后，平螺纹种植体的抗脱位实验结果最佳，而"V"型螺纹种植体和倒锯齿形螺纹种植体无差异[7]。

Steigenga等[8]在综述中指出无论是在上颌还是在下颌应用平螺纹
种植体具有相同的临床成功率。

本研究结果显示实验组种植体在负重后每一期
间的种植体的稳定度均较对照组高，实验组的种植体的稳定性在负重1个月时
最低，然后逐渐增高，而对照组的种植体稳定度在负重2个月后持续下降，直
至第3个月时才开始恢复；同时病理形态分析显示实验组种植体在负重3个月
后的骨-种植体接触率(BIC)和种植体周围骨面积(BA)均较对照组稍高。

因此将
初级螺纹的尖顶通过再次进行切割形成两个梯形的次级螺纹，有利于在功能负
荷时减少种植体-骨界面的应力集中和剪切力，有利于种植体周围的骨改建，从而有利于保证种植体的后期稳定性(Secondary stability)。