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牙种植体全瓷基台研究现状

钛金属种植体基台经几十年的临床应用证实具有较高的成功率,同时也逐渐暴露出美学修复问题,研究表明,使用钛金属基台时,至少需要3mm的牙龈软组织才能确保未可察觉的金属颜色透过,当只有2mm厚的牙龈软组织时则需使用全瓷基台。另外,金属材料的腐蚀还可导致牙龈灰染,一定程度影响修复后的美学效果。美学问题制约了钛金属基台在前牙修复中的应用。NobelBiocare公司推出了第一款全瓷基台-CerAdapt,该基台由致密烧结的纯度高达99.5%的氧化铝瓷核制成。随后不同设计、适用于不同种植体的全瓷基台相继推出。

 

全瓷材料因其较好的光透性和耐腐蚀性能,使其在美学修复中具有金属材料无法比拟的优势。Prestipino等的研究结果表明“全瓷基台+全瓷冠修复”可达到最佳的美学效果。而基于全瓷材料脆性高的特点,全瓷基台尚不能取代金属基台。本文就种植体全瓷基台的分类、机械强度、适合性和临床研究现状进行综述。

 

1.种植体全瓷基台的分类

 

1.1按制作方式分类

 

全瓷基台按制作方式分为预成基台和定制基台。预成基台是成品基台,形状和规格各异,直接应用或经调改可满足部分临床情况的要求,一般有种植系统厂家批量生产。定制基台是指在某些特殊情况下,患者的个体条件无法使用预成基台时,根据患者的具体情况制作的个性化基台,定制基台的制作方式有两种,(1)传统的烧结铸造技术,即先制作基台蜡型,然后包埋、失蜡和铸造。(2)计算机辅助设计和制造(computer aided design/computer aided manufacturing,CAD/CAM)机械切割技术,CAD/CAM是利用计算机采集种植体的光学印模和模型并设计基台的理想外形和倾斜度,然后进行机械切割制作基台;或者先用蜡在工作模型的种植体替代体上成型基台,然后再用计算机扫描蜡基台并获得其表面数据,最后通过机械切割完成制作。CAD/CAM制作的定制式个性化基台是目前发展的主流。

 

1.2按连接方式分类

 

(1)外连接基台:是指种植体上端平面向外突出1-2mm,基台底部凹入与之相连接。研究表明,在单牙修复中,外六角连接的最小高度需1.2mm才能保证抗侧向力和抗旋转稳定性。(2)内连接基台:是种植体冠端面向内凹入,连接部分插入种植体内的连接方式。内连接基台根据连接面的几何形状大致可分为成角形、圆锥形、齿合形、混合形及套管形。成角形内连接基台的底部伸展出六角或八角插入与之匹配的种植体中,类似于外六角和外八角基台,成角形内连接基台相对外连接基台有效降低了垂直高度,使就位更方便,具有更广泛的适应症。圆锥形内连接基台通过一定的锥度连接面形成自锁作用,获得良好的抗旋转能力。不需螺钉固位就可保证足够的固位和抗旋转能力,不会出现中央固位螺钉松动、折断等并发症。

 

混合形内连接基台目前应用最为广泛,多为圆锥(柱)形和成角形混合设计,其机械性能更为优越,如AstraTech系统的设计为内圆锥六角结构,同样显示了强度高、旋转度小和公差小的优点。

 

1.3按材料分类

 

(1)氧化铝基台:氧化铝材料的颜色更接近于自然牙齿的颜色,其美学效果更优于更白的氧化锆基台,并且氧化铝易于在口腔内磨削。但是,氧化铝材料的强度稍差,约为氧化锆材料的1/2。(2)氧化锆基台(one-piece,two-piece):One-piece:基台由一整块瓷组成;Two-piece:基台由两部分组成,内连接部分为钛基台(例如CARES,Straumann)或单独的金属插销(Metallicinsert),这两部分共同位于种植体之上,通过基台螺丝固定。Sailer等比较了一种one-piece外连接种植体(Procera,种植体Branemark),一种one-piece内连接种植体(Zirabut,SynOcta;种植体:Straumann),及两种two-piece内连接种植体的机械强度(基台:CARES,种植体:Straumann和基台:Procera,种植体:Nobel Replace),结果表明,在未冠修复的情况下强度分别为276.5±47.6N,182.5±136.5N,371.5±142.3N,434.9±124.8N,在冠修复的情况下强度分别为:291.5±31.7N,184.3±77.7N,283.3±44.8N,351.5±58N。内连接的one-piece具有最差的机械性能,外连接的C组具有最好的机械性能。

 

2.种植体全瓷基台的机械强度

 

由于陶瓷是脆性材料,因此种植临床高度关注其耐断裂性能。全瓷基台机械强度测试的方法大致分为三种类型:(1)种植体基台未经任何老化处理,直接加载直至失败而测得的机械强度。(2)种植体动态疲劳(多为应力疲劳及冷热疲劳)后,再直接静态加载直至失败而测得的机械强度。(3)种植体基台在一定的循环载荷作用下,动态疲劳直至失败,通过记录失败时的疲劳次数求出全瓷基台的疲劳极限。

 

对于种植体全瓷基台应具备的最小强度值,目前尚无国际金标准。一般情况下要求基台的断裂强度要大于最大功能咬合力。有学者比较了不同厚度、角度氧化锆基台的最大破坏强度,基台在不加应力疲劳的情况下,被直接加载直至失败时的强度为432N±97-746N±27;Butz等比较了钛基底-氧化锆瓷基台、氧化铝瓷基台在经过120万次循环载荷后的静态破坏强度,结果发现钛基底-氧化锆瓷基台的强度为294N+53,显著高于氧化铝基台的强度239N+83。

 

对于基台的机械强度,不同研究之间的结果差异较大,Yildirim等的研究表明氧化锆基台的断裂强度为氧化铝基台的两倍,Att等的结果显示二者没有明显差别。但是所有关于全瓷基台的研究都得出相同的结论,那就是这些全瓷基台的机械强度均超过前牙的最大咬合力,可安全用于前牙区域的美学修复。而对于全瓷基台能否用于前磨牙和磨牙的情况,不同学者持不同的意见,有的学者认为全瓷基台用于后牙存在很大的断裂风险,有的学者认为可安全使用于前磨牙,甚至磨牙区域。

 

2.1全瓷基台的失败模式

 

对于外连接式全瓷基台,失败主要发生于基台螺丝连接处或螺纹处。对于内连接全瓷基台,失败位置主要发生在种植体内与基台的连接处。实验室模拟的失败位置与临床一致。此外,在临床条件下,由于过度磨改,导致基台轴壁过薄,抗力降低,也可发生粉碎性断裂。

 

2.2影响实验室种植体基台机械强度的因素

 

全瓷基台的实验条件对结果影响较大,其中包括基台的形状尺寸设计、连接方式、加载角度、加载位置、应力疲劳,有无冠的修复等,使得不同研究之间的数据无法直接比较。为便于分析文献中的数据,现将影响实验室种植体全瓷基台机械强度的因素总结如下:

 

(1)基台材料:基台的强度与所用材料的强度呈正相关。Yildirim等在无人工老化的条件下测得的氧化铝基台组的断裂强度为280.1N,远远小于氧化锆组737.6N。Att等比较了钛基台、氧化铝基台和氧化锆基台在120万次疲劳下的机械强度,结果显示氧化铝组与氧化锆组具有明显差异,断裂方式也有明显变化。

 

(2)冠的影响:有冠比无冠的强度高。冠的存在会对基台起到应力保护作用,导致得到较大的断裂载荷,Yildirim的研究表明只有40%的氧化锆基台在冠断裂或金基台螺丝弯曲前断裂。但冠的存在增加了力矩,也可降低了失败时的载荷。冠的影响可分为两个方面:冠材料本身的强度对结果的影响和冠的形状改变了动力臂对结果的影响。Albrecht等比较了无冠,直接饰瓷(氟萤石),热压饰瓷及切削冠对断裂载荷的影响,结果显示不同的全瓷材料对断裂载荷有显著影响。但是冠材料对最终结果的影响要看失败模式,如果是基台断裂则冠对结果没有明显影响,如果是全冠材料的断裂则有明显影响。

 

(3)热处理的影响:热处理降低全瓷基台的强度,最终导致强度降低。

 

(4)种植体基台的研磨:Adatia研究表明在种植体肩台以上研磨不会影响断裂强度和失败位置。但是当轴壁被研磨过多时,会降低基台的强度,发生粉碎性断裂,建议轴壁应至少为0.5-0.7mm。

 

(5)种植体基台连接方式:种植体-基台连接方式是影响断裂强度的重要因素之一。内连接界面比外连接界面具有更广泛的应力分布。

 

Sailer等比较了两片式(two-piece)内连接氧化锆基台、一片式(one-piece)内连接氧化锆基台和一片式(one-piece)外连接氧化锆基台的机械强度,结果表明有金属插销的两片式(two-piece)内连接陶瓷基台比一片式(one-piece)外连接基台具有较大的耐断裂能力。这是因为内连接基台比外连接基台在连接位置具有更好的载荷分布,有限元分析表明,对于外连接基台,在侧向载荷下,基台螺纹处具有最大的拉应力,而对于内连接的锥形基台,测量载荷通过锥体转移从而保护了螺纹部分,这个研究结果与实验室断裂发生的位置及临床断裂发生的位置一致。

 

(6)机械疲劳的影响:机械疲劳对基台强度的影响存在不一。部分研究表明机械疲劳对强度没有明显影响。一些研究表明机械疲劳对强度有显著影响:Mitsias使用200-400N的疲劳载荷对Astra Tech基台进行测试,结果表明如果使用175N力疲劳5万次时,氧化锆基台的成功率为83%,而钛基台400N时的成功率为100%。Gehrke等分析了氧化锆基台(cercon Dentsply)的耐断裂载荷,最大静态载荷强度为672N,1万次疲劳后是403N,8万到500万次疲劳后是269N。Nguyen等对不同尺寸的氧化锆基台应力疲劳直至失败(21N力45°角加载),结果表明,氧化锆基台的应力疲劳表现取决于基台尺寸,失败方式根据系统的设计特征而不同。事实上瓷是脆性材料,易于发生疲劳而断裂,因此对于全瓷基台的耐疲劳能力尤其需要关注。

 

(7)基台螺丝:基台螺丝对最终的强度起了很重要的作用,实验室内的直接加载破坏性试验中,30%-50%的基台螺丝在基台材料断裂以前发生弯曲断裂。

 

(8)种植体尺寸的影响:Nguyen等测量了不同直径的种植体及与之相配套的氧化锆基台的耐疲劳能力,结果表明,氧化锆基台的耐循环疲劳载荷的能力取决于基台的直径,其失败模式因不同种植体的设计而不同。此外,以上陶瓷基台的机械强度数据大都采用静态加载直至断裂的破坏性方式获得,这种实验条件与临床实际使用情况相差甚远,其结果也与临床研究结果不相一致,因此对于这些数据应分析对待,有必要寻找一种能真正反映临床情况的实验室试验方法。由于全瓷材料脆性的特点,技术敏感性较强,表面一个小的裂纹均会带来破坏性的断裂。因此如何在临床前鉴别、保证全瓷基台的质量也是需要考虑的问题。

 

3.全瓷基台与种植体系统的适合性

 

基台与种植体界面的适合性是影响种植修复体长期使用效果的重要因素之一。较差的种植体-基台适合性会导致固位螺丝的松脱或断裂、菌斑的附着、牙槽骨的吸收、骨整合的完全丧失等。基于此,国家强制性行业标准《YY0315-2016钛及钛合金牙种植体》新增了牙种植体和种植体基台配合间隙的要求,规定牙种植体和种植体基台配合间隙应≤0.035mm。研究表明,陶瓷基台与钛基台在疲劳前后具有相似的精密度。Yüzügüllü等比较了Branemark种植体系统与其相配套的氧化铝基台、氧化锆基台和钛基台的微间隙,分别为3.15μm,2.52μm,and3.19μm。相同种植体系统的种植体-基台之间的间隙为2-7μm。Jansen等比较了13个种植体-基台系统的匹配性,结果表明所有系统的平均间隙都小于10μm。有学者研究发现CAD/CAM制作方式可显著提升全瓷基台与种植体之间的适合性。

 

4.全瓷基台的临床研究

 

4.1全瓷基台用于种植单冠的修复

 

临床研究表明,氧化铝、氧化锆和铝-锆全瓷基台均可成功地用于单颗前牙的种植修复。Andersson等对氧化铝基台用于单颗牙种植修复的前瞻性临床研究表明,1年后氧化铝全瓷基台的累积成功率为93%,在随后2年的随访期内氧化铝全瓷基台和钛基台均无失败,在整个随访观察期内基本上未发现基台边缘骨丧失。提示单颗牙种植体在氧化铝和钛基台周围均有良好的骨稳定性,而且基台周围的黏膜软组织也处于相对稳定的健康状态。Henriksson等在前瞻性研究中采用Procera个别制作的氧化铝基台进行单颗牙的种植修复,结果显示种植体行使功能1年后的边缘骨丧失量平均值为0.3mm。

 

Glauser等对氧化锆基台在前牙单颗牙种植修复中进行了4年的前瞻性研究,观察期内未发现瓷基台的折裂,仅有2个基台发生螺丝松动;氧化锆基台和邻牙的菌斑指数分别为0.4±0.6和0.5±0.6,牙龈指数分别为0.7±0.5和0.9±0.5,种植体功能性负重4年后边缘骨丧失量达到(1.2±0.5)mm。

 

4.2全瓷基台用于种植固定桥的修复

 

Andersson等将氧化铝瓷基台用于固定局部义齿(fixed partial denture,FPD)的种植修复中,在5年的随访观察期内,实验组中53个氧化铝瓷基台支持的19个FPD中只有1个瓷基台发生折断,而对照组中50个钛基台支持的17个FPD无失败,成功率分别为94.7%和100%。在修复后1年瓷基台和钛基台的最小周围骨丧失量分别是0.2和0.4mm,修复5年后的骨丧失量分别是0.3和0.4mm。基台和邻牙周围的软组织健康,氧化铝瓷基台周围的牙龈出血指数和菌斑指数均低于钛基台,但差异无统计学意义。目前的研究结果表明,全瓷基台可用于前牙区和短跨度FPD的种植修复,但是氧化锆基台和玻璃渗透铝-锆瓷基台在短跨度FPD中的应用尚缺乏临床报道。

 

综上所述,全瓷基台具有传统钛金属基台所不具备的美学优势,生物相容性好,大量研究对其力学可靠性进行了验证,证实全瓷基台的力学强度可满足其在咬合力相对较低的前牙区的应用要求。目前,关于种植全瓷基台临床应用的研究多为中短期随访研究,缺少长期应用数据,因此,需更多的长期随访数据来验证种植全瓷基台的临床应用效果。

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