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案例研究

手术置入对牙种植体表面形貌的影响

医疗设备, 案例研究, 牙种植体
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蒙德拉贡大学(表面技术小组)。学校位于巴斯克地区(西班牙),这所大学的表面技术小组主要负责部件表面分析和开发,其目的是实现功能优化。为此,研究主要集中在先进的表面测量学上,并同时使用了实验和数值方法研究了表面形貌对功能行为(摩擦学、腐蚀、疲劳、微动和生物反应等)的影响。

共聚焦技术是一项无损测量技术,能够以高分辨率表征复杂的受威胁牙种植体上的不同位置

表面形貌目前被认为是关于生物反应的最重要的表面性质之一。因此,有大量植入体研究集中在开发新的表面处理方式以提高表面粗糙度之上,其目的是增强生物学反应并最终增强骨整合。但是,在将牙种植体置入骨骼的手术过程中,较高的峰和增强粗糙度的特征可能发生断裂、分离或改性。因此,尽管经常被忽略,但需要考虑的一个重要方面是,现代牙种植体的日益复杂的表面特征是否在能在置入后得以保留。
这项研究的目的是调查置入程序对牙种植体表面形貌的影响。为此,有必要在置入之前和之后测量和比较相同位置的表面形貌,从而评估外科手术是否会降低已经增强的表面粗糙度。
本论文是研究的一部分 <sup>1,2</sup> 1-. Zabala, A. The use of 3D surface topography analysis techniques to analyse and predict the alteration of endosseous titanium dental implants generated during the surgical insertion. (Mondragon Unibertsitatea, 2015). 2-. Zabala, A., Blunt, L., Tejero, R., Llavori, I., Aginagalde, A. and Tato, W. Quantification of dental implant surface wear and topographical modification generated during insertion,. Surf. Topogr. Metrol. Prop., 8, no. 1, p. 015002 (2020), doi: 10.1088/2051-672X/ab61e5. 研究是由 Alaitz Zabala 博士、Wilson Tato 博士、Andrea Aginagalde 博士和 ÍñigoLlavori 博士进行。

Wennerberg <em>等人</em>。<sup>3</sup> 3-.Wennerberg, A. & Albrektsson, T. 种植体表面形貌评估建议准则。Int. J. Oral Maxillofac.Implants 15, 331–44 (2000). 采取测量标准化的第一步,提出一些牙种植体表征的准则:必须评估同一批次中的三个样品,必须在三个评估区域(顶端、齿面和谷部)进行三维测量,必须指定过滤尺寸,以及应至少提供一个高度、空间和混合参数中。此外,Wennerberg 等人声称共聚焦轮廓仪和干涉测量法是评估密螺纹口腔植入体设计的唯一可接受的方法。这也是为何要选择商用 3D 光学轮廓仪 Plµ(上一代 S neox,Sensofar Metrology,西班牙)进行这项工作的主要原因之一。这款独特的光学轮廓仪是市面上唯一将共聚焦、干涉测量(相移和相干扫描干涉测量)和多焦面叠加技术嵌入到同一台光学仪器中的产品。这一特征使其能够运用不同的光学技术快速评估牙种植体 。 许多国际牙科研究实验室都已将 Sensofar 设备用于牙种植体表面表征,验证并标志着该技术并将其成为此类研究的黄金标准之一。<sup>4-12</sup> 4-.Walter, M.等人。经强力霉素电化学结合处理的生物活性植入体表面可促进体内和体外骨形成标记。Dent.Mater.30, 200–214 (2014).5-.Frank, M. 等人。改性钛和钛锆的极化可形成纳米结构,而氢化物的形成受到调节。Appl.Surf.Sci.282, 7–16 (2013).6-.D'Almeida, M., Amalric, J., Brunon, C., Grosgogeat, B. & Toury, B. 表面表征技术的相关见解,用于研究生物聚合物与钛植入体的共价接枝及其耐酸性。Appl.Surf.Sci.327, 296-306 (2015).7-.Andrukhov, O. 等人。不同微粗糙度表面上的成骨细胞的增殖、行为和分化。Dent.Mater.32, 1374-1384 (2016).8-.Bertolini, R., Bruschi, S., Ghiotti, A., Pezzato, L. & Dabalà, M. 加工冷却策略对锻制和增材制造的 Ti6Al4V 的牙科摩擦腐蚀行为的影响.Biotribology 11, 60–68 (2017).9-.Spies, B. 等人。使用碳纤维增强螺钉进行种植体-基台连接的氧化锆口腔种植体的稳定性和耐老化性。Dent.Mater.34, 1585-1595 (2018).10-.Medvecky, L. 等人。磷酸四钙/透钙石牙膏对牙本质再矿化和体外小管阻塞的影响。Dent.Mater.34, 442-451 (2018).11-.Pierre, C., Bertrand, G., Rey, C., Benhamou, O. & Combes, C. 钛牙种植体浸泡过程产生的磷酸钙涂层:表面制备、加工和物理化学特征。Dent.Mater.35, e25–e35 (2019).12-.Aguirrebeitia, J., Müftü, S., Abasolo, M. & Vallejo, J. 锥形种植体-基台界面的脱离力实验研究:先导性研究.J. Prosthet.Dent. 111, 293–300 (2014)。

 

在研究中,我们在置入牛肋骨(模拟人的骨骼,图 2)之前和之后分别在四个不同的位置(图 1)用共聚焦技术测量了牙种植体。

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图 1.不同评估部位命名和剖面示例
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图 2.按照标准程序置入新鲜牛肋骨。

鉴于螺纹牙种植体的复杂几何形状,测量种植体的不同位置以及测量置入之前和之后的同一区域的位置都面临着不小的挑战。
利用专门开发的具有 3 个自由度的牙种植体 处理和定位装置,我们可以正确地定位不同的位置(图 3)。

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图 3.牙种植体处理和定位装置,用于正确定位植入体
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(c):这两项测量也可以通过特定的旋转系统来完成(即 S neox Five Axis)

但是,最先进的 Sensofar 系统包含旋转模块(即 S neox Five Axis),可实现自动化的完整三维表面表征。
为获得有关所有形貌特征的详细信息,我们使用了 100X SLWD 放大物镜进行了测量。我们用测量学软件 SensoMAP (Digital Surf) 对测量结果进行了后处理,以消除形状(二阶多项式拟合)、噪声(Gaussian 滤波器截止 0.36 µm)和波度(Robust Gaussian 滤波器截止 50 µm)。通过先前的研究,这些值被认为是该应用的最佳选择。1我们计算了 ISO 25178-2 中属于高度、空间、混合和功能族的形貌参数,以充分表征表面特性。
图 4 显示了在置入酸蚀刻植入体之前和之后,在相同区域进行的测量结果的轴测代表性投影。显示出了具有统计学意义的形貌参数变化 (p<0.05) 的部位以 * 标示。可以注意到,最初出现的尖峰在所有研究部位(除颈部外)皆已置入后变得不太明显或已经完全消失。

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图 4.在置入之前和之后,在四个评估部位测得的酸蚀牙种植体测量结果的轴测代表性投影。显示出了具有统计学意义的形貌参数变化的部位以 * 标示。
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图 5.测量剖面过程的不同视图

共聚焦技术被成功运用于这项研究中,用以研究牙种植体的表面形貌。这种无损测量技术能够以高分辨率表征复杂的受威胁牙种植体上的不同位置。我们还进行了定性和定量分析以评估表面改性。从本研究的各个组成部分可以得出以下主要观点:
对于每个植入体系统(颈部、顶部、谷部和牙侧),在不同的评估部位以及沿着每个部位的植入体,表面损伤都不相同。
所产生的界面比 (Sdr) 变化与材料体积变化 (Vm) 成正相关,且被认为是最佳损伤指标。
建议使用 ISO 25178 标准的功能体积参数,而不是欧洲报告 EUR 15178N 中定义的 Rk 系列参数,因为会遇到更高的灵敏度。
3D 光学轮廓仪 S neox(Sensofar,西班牙)已被证明是研究被置入骨骼之前和之后的牙种植体表面形貌的精确工具。而更先进的工具,例如 S neox Five Axis,不仅可以实现更快、更自动化的高分辨率测量,还可以对整个牙种植体的形状进行 3D 重建,这对于磨损分析或进一步研究的质量控制可能是有意义的。

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