角度基臺表面粗化純鈦種植體疲勞強度的實驗研究.pdf

1、目的：人們在應用直基臺作為種植體上部結構時發(fā)現，其臨床應用中存在各種問題，如各種原因引起的種植區(qū)頜骨角度過大；避讓如上頜竇底、下頜神經管等重要解剖結構時，使用直基臺難以恢復原有的咬合關系。隨著種植修復技術的快速發(fā)展和生物力學研究的不斷深入，學者們在直基臺的基礎上研發(fā)出一種上部基臺長軸方向與種植體長軸不在一條直線上的新型基臺——角度基臺。現如今，全球各大種植體生產商均研發(fā)出自己的角度基臺。經過長期的臨床使用和研究，人們總結出相較于直基臺，

2、角度基臺具有以下優(yōu)點：更加寬泛的種植適應證；提高了植入體的長度和直徑；縮短了種植治療的周期；避免某些手術并發(fā)癥以及滿足患者的某些個性化要求。然而角度基臺的適用范圍也不是毫無限制的，隨著基臺預成角度的增加，種植體的側向受力及周圍骨界面表面應力隨之增加，過大的受力最終會造成種植手術的失敗。另外，目前公認種植體表面粗化處理可以增加種植體骨界面接觸面積，改善骨整合從而提高種植成功率，但是對角度基臺種植體應用表面粗化處理后是否影響整體機械強度的研

3、究較少。本研究選取二段式螺紋柱狀純鈦種植體為研究對象，上部結構分別使用純鈦角度基臺和純鈦直基臺。試件均進行噴砂-酸洗表面粗化處理，使用萬能測試機分別檢測角度基臺種植體和直基臺種植體抵抗側向動態(tài)加載的能力。探討角度基臺對經過表面粗化處理的純鈦種植體機械強度的影響，為角度基臺的臨床運用提供理論依據。
　　方法：
　　1.純鈦種植體的設計、制作、分組及表面粗化處理
　　種植體的設計：實驗種植體為組合式純鈦角度基臺種植體與組合

4、式純鈦直基臺種植體，配有24枚種植體、12枚角度基臺、12枚直基臺、24個中央螺栓。
　　試件的制作：所有種植體均為穿齦型，種植體與上部基臺為內六方連接。種植體總長14.5mm，螺紋區(qū)長度11.0mm，螺紋區(qū)直徑4.0mm，螺距0.8mm。角度基臺總長度6.9mm，插入種植體部分（即六方部分）長度1.6mm，外露部分長度5.3mm，外露部分傾斜角度15°。直基臺總長度5mm，插入種植體部分長度1.5mm，外露部分長度3.5mm。中

5、央螺栓總長9.5mm。
　　實驗分組：
　　將24枚種植體分為 A、B兩組，每組12枚種植體。
　　A組（實驗組）為TiO2噴砂-高溫酸洗角度基臺純鈦種植體組，包括4個小分組：A450N（峰值載荷450N）3枚種植體；A425N（峰值載荷425N）3枚種植體；A400N（峰值載荷400N）3枚種植體；A375N（峰值載荷375N）3枚種植體。
　　B組（對照組）為TiO2噴砂-高溫酸洗直基臺純鈦種植體組，包括4個

6、小分組：B450N（峰值載荷450N）3枚種植體；B425N（峰值載荷425N）3枚種植體；B400N（峰值載荷400N）3枚種植體；B375N（峰值載荷375N）3枚種植體。
　　使用丙酮、75％乙醇、蒸餾水超聲清洗20min。常溫干燥待用。表面粗化處理：
　　A組：80目 TiO2砂粒噴砂，噴砂氣壓為0.2MPa；HCl/H2SO4混合酸60℃酸洗40min。
　　B組：80目 TiO2砂粒噴砂，噴砂氣壓為0.2M

7、Pa；HCl/H2SO4混合酸60℃酸洗40min。
　　2.兩組種植體處理后的表面形貌掃描電鏡觀察及能譜分析
　　從 A、B兩組試件中任選一枚種植體采用掃描電鏡觀察表面形貌，使用能譜分析儀分析表面元素。
　　3.純鈦種植體疲勞強度試驗
　　使用 PMMA樹脂包埋 A、B組種植體螺紋區(qū)，形成試件夾具。夾具為直徑20mm、高度25mm的圓柱形，頂端位于種植體螺紋區(qū)頂端下方約3.0mm±0.5mm。
　　使用同

8、一萬能試驗機對 A、B組種植體分別進行加載，夾具固定方式參照 ISO14801:2007。試驗環(huán)境：空氣，溫度為20℃±5℃。試驗采用單向載荷，應在標稱峰值和10%標稱峰值間呈正弦曲線。載荷頻率為15Hz。
　　A、B兩組均以450N為初始載荷，每個載荷進行3次試驗。單次試驗結果分為兩種：循環(huán)達到5百萬次結束；循環(huán)未達到5百萬次破壞（破壞指材料屈服，發(fā)生永久變形，種植體組件松動或任意組件斷裂）。如單次載荷的3個試件中有1個未達到5

9、百萬次循環(huán)，則減小載荷繼續(xù)試驗，直至單次載荷中所有3個試件載荷循環(huán)次數均達到5百萬次。
　　記錄數據，繪制載荷循環(huán)圖。比較兩種基臺的機械強度。
　　結果：
　　1.兩組純鈦種植體表面形貌的掃描電鏡觀察種植體經 TiO2噴砂、HCl/H2SO4混合酸60℃酸洗40min后，肉眼觀察下表面粗糙，無金屬光澤，呈黑灰色。低倍電鏡下種植體表面較粗糙，螺紋的溝部及斜面未見明顯雜質，螺紋嵴部可見點狀凹陷或條索狀淺溝。高倍電鏡下種植體

10、表面無明顯凹凸不平，整體平整的表面可見各種不規(guī)則的窩洞、凹陷及裂隙，直徑約10~40μm。大的一級窩洞、凹陷及裂隙內可見各種不規(guī)則的二級窩洞，直徑約1~5μm，洞底為橢圓形，邊緣圓鈍。
　　2.兩組純鈦種植體表面能譜元素分析種植體表面元素為 Ti元素，Ti元素的含量大于99.50％3兩組純鈦種植體疲勞強度試驗結果
　　A組（角度基臺純鈦種植體）：載荷組A450N循環(huán)數分別為1.50E+04、3.00E+04、9.00E+04

11、；載荷組A425N循環(huán)數分別為3.30E+05、4.00E+06、5.00E+06；載荷組A400N循環(huán)數分別為5.00E+06、5.00E+06、5.00E+06。最大耐受載荷 LF1=400N。400N的載荷下完成3個試件的五百萬次循環(huán)實驗結束，因此 A375無需繼續(xù)進行試驗。
　　B組（直基臺純鈦種植體組）：載荷組 B450N循環(huán)數分別為1.30E+03、2.30E+03、5.00E+03；載荷組B425N循環(huán)數分別為1.7

12、0E+04、3.20E+04、4.30E+04；載荷組B400N循環(huán)數分別為2.00E+05、3.50E+06、5.70E+05；載荷組 B375N循環(huán)數分別為5.00E+06、5.00E+06、5.00E+06。最大耐受載荷LF2=375N。
　　A組種植體破損方式除1個試件（載荷組 A450）為基臺接口處斷裂外，其余均為彎曲形變，彎曲部位位于夾具頂端以上第一個螺紋。
　　B組種植體破損方式均為彎曲形變，彎曲部位位于夾具頂

13、端以上第一個螺紋。
　　結論：
　　1.以 ISO14801:2007為標準進行實驗，角度基臺種植體的疲勞強度優(yōu)于直基臺種植體，提示角度基臺并未使種植體的機械強度發(fā)生明顯改變，可以滿足臨床應用要求。
　　2.角度基臺種植體與直基臺種植體在經表面粗化處理后的疲勞強度均高于人類日常咀嚼所需的牙合力，提示臨床使用其改善骨整合并提高種植成功率時，依然可以滿足生物材料機械強度的要求。
　　3.角度基臺種植體的疲勞實驗加載角