1、研究背景：牙種植技術(shù)是口腔醫(yī)學(xué)發(fā)展的一個(gè)里程碑，種植義齒修復(fù)因具有傳統(tǒng)修復(fù)無法比擬的良好功能和美學(xué)效果，以及較高的遠(yuǎn)期成功率，種植體修復(fù)牙列缺損已被口腔醫(yī)學(xué)界公認(rèn)為缺牙修復(fù)的首選方式，種植牙也因此被人們稱為“人類的第三副牙齒”，并且使越來越多的患者從中受益。影響牙種植成功的因素很多，種植體行使功能依賴于良好初期穩(wěn)定性和遠(yuǎn)期骨結(jié)合。初期穩(wěn)定和遠(yuǎn)期種植體骨結(jié)合不僅受種植手術(shù)、種植體材料、種植部位等因素影響，種植體的外形設(shè)計(jì)以及全身及頜骨的骨
2、質(zhì)骨量也起著重要的作用。大量的研究表明，頜骨骨質(zhì)和骨量的降低會(huì)導(dǎo)致種植體骨愈合時(shí)間延長(zhǎng)，甚至導(dǎo)致種植失敗。骨質(zhì)疏松癥（OP，osteoporosis）是以骨組織的顯微結(jié)構(gòu)受損，骨礦成分和骨基質(zhì)等比例不斷減少、骨皮質(zhì)變薄、骨小梁數(shù)目減少、骨脆性增加和骨折危險(xiǎn)度升高的一種全身骨代謝障礙性疾病，而這一人群恰恰多為老年患者并且伴隨著牙列缺損，需要義齒修復(fù)，而種植牙不外乎又是較好的選擇，但是如何克服骨質(zhì)疏松對(duì)老年患者種植成功率的不利影響成為一個(gè)受
3、到關(guān)注的問題。OP造成的頜骨骨質(zhì)和骨量缺陷會(huì)減弱骨組織對(duì)種植體的支持，延長(zhǎng)種植體愈合時(shí)間，從而影響種植體的初期穩(wěn)定和遠(yuǎn)期的骨結(jié)合，容易造成種植體松動(dòng)、脫落。提高種植的初期穩(wěn)定和遠(yuǎn)期固位是保證牙種植成功的關(guān)鍵，這在骨質(zhì)不良、骨量降低情況下更是不可缺少的。為了提高種植體的初期和遠(yuǎn)期固位效果，學(xué)者們對(duì)種植體的進(jìn)行了各種優(yōu)化的嘗試，這些方法顯著提高了正常骨質(zhì)條件下的種植體初期和遠(yuǎn)期固位，提高了種植體骨結(jié)合率，縮短了治療時(shí)間。然而，由于骨質(zhì)疏松的
4、特殊性，較差的頜骨骨質(zhì)和骨量對(duì)種植體的骨結(jié)合仍存在不利良影響，因而，探索有效的途徑糾正OP對(duì)種植體骨結(jié)合的不利影響，對(duì)臨床種植有著重要的意義。
研究目的
本課題擬設(shè)計(jì)一種膨脹式牙種植體（Expandableimplant，EI），并探索其在骨質(zhì)疏松條件下的固位效果。
1.膨脹式牙種植體的外形及內(nèi)部結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)：通過設(shè)計(jì)并制作一種根端可以膨開的牙種植體，并在計(jì)算機(jī)軟件下建立模型，對(duì)種植體的外形尺寸及膨脹比例進(jìn)行
5、優(yōu)化選擇。
2.根據(jù)優(yōu)化結(jié)果進(jìn)行加工制作該膨脹式種植體，并且進(jìn)行體外試驗(yàn)以及種植體力學(xué)性能測(cè)試，評(píng)估該種植體應(yīng)用的力學(xué)強(qiáng)度的可行性。
3.骨質(zhì)疏松動(dòng)物模型的建立：采用去勢(shì)法建立綿羊絕經(jīng)后骨質(zhì)疏松動(dòng)物模型，測(cè)量建模前后的骨密度，以確保建模成功，觀察頜骨骨質(zhì)疏松是否與全身骨同時(shí)發(fā)生，并為下一步實(shí)驗(yàn)做好準(zhǔn)備。
4.膨脹式種植體固位的動(dòng)物實(shí)驗(yàn)：通過與對(duì)照組種植體植入骨質(zhì)疏松動(dòng)物頜骨后的比較，評(píng)價(jià)膨脹式種植體的固位效
6、果。
研究?jī)?nèi)容和方法：
一、EI的外形及結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，自適應(yīng)EI與下頜骨骨塊組裝的三維有限元模型的建立
參照目前文獻(xiàn)報(bào)道的膨脹式種植體及骨科常用的膨脹式椎弓釘，設(shè)計(jì)膨脹式牙種植體，力求結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，膨脹效果良好；利用計(jì)算機(jī)基于Pro/E軟件建模及其自適應(yīng)裝配功能，配合Pro/E與AnsysWorkbench有限元分析軟件的參數(shù)雙向無縫傳遞功能，進(jìn)行建模，并模擬力學(xué)加載進(jìn)行模型的準(zhǔn)確性檢驗(yàn)。
二、EI膨脹角
7、度、膨開比例的生物力學(xué)優(yōu)化分析
設(shè)定EI膨開的角度（Expansionangle，A）和膨開的長(zhǎng)度比例（Expansionlengthratio，R）為設(shè)計(jì)變量，A和R變化范圍分別0°到4°和1/6到5/6。在Anasysworkbench軟件下分別模擬100N垂直力和30N頰舌側(cè)向力下進(jìn)行加載，在A和R為變量的的情況下，以皮質(zhì)骨和松質(zhì)骨的最大主應(yīng)力變化及種植體—基臺(tái)復(fù)合體的最大位移為檢測(cè)指標(biāo)，以其得到這些指標(biāo)最小時(shí)的A和R組
8、合為目的，從而為EI的膨開角度和膨開長(zhǎng)度比例選擇最佳優(yōu)化參數(shù)。
三、EI加工制作、植入離體頜骨標(biāo)本試驗(yàn)以及種植體力學(xué)性能檢測(cè)
根據(jù)上述實(shí)驗(yàn)結(jié)果，選擇A為2°，R為3/6這一最佳的膨開角度和膨脹長(zhǎng)度比例組合，制作長(zhǎng)度為13mm，直徑4.3mm的根端帶縫隙可膨脹的螺紋柱狀純鈦種植體，利用一內(nèi)部膨脹螺桿對(duì)種植體內(nèi)部中空結(jié)構(gòu)進(jìn)行加壓膨脹，以達(dá)到膨脹效果。
將該種植體膨脹后在萬能材料測(cè)試機(jī)上進(jìn)行周期性疲勞實(shí)驗(yàn)和三點(diǎn)彎
9、曲實(shí)驗(yàn)，檢驗(yàn)其力學(xué)強(qiáng)度；在離體老齡綿羊頜骨標(biāo)本的缺牙區(qū)進(jìn)行體外植入試驗(yàn)，檢驗(yàn)其植入、植入后膨脹，以及是否可以取出，旋出扭矩等實(shí)際應(yīng)用的可行性。
四、骨質(zhì)疏松動(dòng)物模型的建立
將12只成年雌性綿羊，體重約50kg，羊齡2.5歲，進(jìn)行去勢(shì)（雙側(cè)卵巢切除，ovarectomimy,OVX），建立絕經(jīng)后動(dòng)物模型，去勢(shì)后采用低鈣飼料喂養(yǎng)，并注射激素（甲潑尼龍琥珀酸鈉，0.45mg/kg/d，注射9個(gè)月）。所有動(dòng)物術(shù)前均采用雙能量
10、X射線吸收測(cè)定術(shù)（DXA/DEXA，DualEnergyX-rayAbsorptiometry）測(cè)定腰椎骨及下頜骨密度(BMD，bonemineraldensity)，12個(gè)月再次測(cè)量骨密度；同時(shí)結(jié)合顯微計(jì)算機(jī)斷層成像（Micro-CT，computertomography）技術(shù)分析松質(zhì)骨骨小梁三維結(jié)構(gòu)改變。最后按照骨質(zhì)疏松定義的標(biāo)準(zhǔn)，評(píng)價(jià)建模是否成功。
五、EI植入骨質(zhì)疏松動(dòng)物頜骨的實(shí)驗(yàn)研究
將24枚膨脹式種植體及
11、24枚常規(guī)種植體（對(duì)照）同時(shí)植入骨質(zhì)疏松綿羊雙側(cè)下頜角，平均分為兩組，術(shù)后3個(gè)月、6個(gè)月分別取材，通過術(shù)后X線檢查、三維CT重建，種植體拔出實(shí)驗(yàn)，種植體穩(wěn)定性測(cè)量，組織切片觀察，Micro-CT分析等方法，觀察種植體周圍成骨情況，評(píng)價(jià)種植體固位效果，比較EI的優(yōu)缺點(diǎn)。
研究結(jié)果
1.通過對(duì)EI的外形及內(nèi)部結(jié)構(gòu)的比較，初步設(shè)計(jì)出一種依靠?jī)?nèi)芯旋入的方法使根端可以膨開的牙種植體，該種植體通過內(nèi)部螺芯對(duì)底端帶縫隙的種植體體部
12、進(jìn)行加壓而使之膨脹。并在計(jì)算機(jī)軟件下建立了自適應(yīng)的膨脹式種植體及骨質(zhì)疏松骨塊的三維有限元模型。
2.用Anasysworkbench軟件的CAD/CAE功能結(jié)合蒙特卡洛抽樣方法對(duì)EI的外形尺寸及膨脹比例進(jìn)行優(yōu)化，得出最佳優(yōu)化參數(shù)的范圍：膨脹角度（Angle）介于1.5°到2.5°之間、膨脹長(zhǎng)度比例（Lengthratio）介于2/6到3/6時(shí)，EI最穩(wěn)定，頜骨最大綜合應(yīng)力最小。
3.根據(jù)優(yōu)化結(jié)果制作加工出EI實(shí)體，選
13、擇了膨脹角度(Angle)為2°、膨脹長(zhǎng)度比例（Lengthratio）為3/6的一組參數(shù)。并進(jìn)行了體外力學(xué)測(cè)試，結(jié)果顯示，在周期性疲勞實(shí)驗(yàn)200-250N/50萬次加載下，EI未出現(xiàn)疲勞；三點(diǎn)彎曲實(shí)驗(yàn)，EI在加載力1KN以下時(shí)未出現(xiàn)彎曲、斷裂。離體標(biāo)本實(shí)驗(yàn)表明EI可以順利植入頜骨標(biāo)本并達(dá)到膨脹的效果，EI植入后進(jìn)行旋出試驗(yàn)顯示出較大的扭矩。
4.綿羊在行卵巢切除術(shù)12月后，用雙能X線和Micro-CT測(cè)量同時(shí)驗(yàn)證了綿羊骨質(zhì)疏
14、松模型建模成功，去勢(shì)前后椎骨骨密度(g/m3)分別為1.066±0.90和0.752±0.05，頜骨為0.846±0.82和0.524±0.09，統(tǒng)計(jì)學(xué)分析表明P值均<0.01，證明建模成功；并且Micro-CT階段性測(cè)量顯示出骨質(zhì)疏松模型建立過程中不同時(shí)期股骨頸部的骨小梁密度變化，對(duì)骨質(zhì)疏松模型給予進(jìn)一步驗(yàn)證。
5.動(dòng)物實(shí)驗(yàn)結(jié)果：種植體穩(wěn)定系數(shù)（ISQ），EI和對(duì)照組比較在3個(gè)月時(shí)分別為63.7±4.5和55.2±5.8，在
15、6個(gè)月時(shí)為83.5±6.3和78.3±7.6，EI組均高于對(duì)照組；拔出試驗(yàn)（pull-outtest）顯示，EI與對(duì)照組在3個(gè)月時(shí)的最大拔出力分別為490.6±72.7N和394.5±54.5N，6個(gè)月時(shí)分別為587.6±65.3N和448.5±78.6N，EI與對(duì)照組相比均有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義；組織學(xué)切片染色顯示EI與對(duì)照組在3個(gè)月后的骨接觸率（BIC，％），分別為64.57±4.88和50.46±5.32，6個(gè)月時(shí)分別為68.31±5.79
16、和56.85±5.04，EI組的BIC有統(tǒng)計(jì)學(xué)上的增高；Micro-CT結(jié)果顯示，EI組種植體周圍骨小梁數(shù)目Tb.N(1/mm)，骨組織比例Bv/Tv(％)均高于對(duì)照組，骨小梁分離度Tb.Sp(mm)低于對(duì)照組，說明了EI組新生骨小梁優(yōu)于對(duì)照組。
結(jié)論
1.該膨脹式牙種植體設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，易于操作；應(yīng)用計(jì)算機(jī)軟件進(jìn)行輔助設(shè)計(jì)及EI主要變量參數(shù)的優(yōu)化選擇，對(duì)于評(píng)價(jià)膨脹式種植體的力學(xué)參數(shù)和選擇種植體的外形尺寸起到重要的作用
17、。
2.該設(shè)計(jì)、制作的膨脹式牙種植體，可以經(jīng)受一定程度的疲勞和壓力測(cè)試，在一定程度上有可靠的力學(xué)強(qiáng)度。
3.采用去勢(shì)+激素注射法建立的骨質(zhì)疏松動(dòng)物模型，全身不同部位的骨密度均有明顯降低，符合骨質(zhì)疏松標(biāo)準(zhǔn)，大型動(dòng)物建模結(jié)果可靠度高、對(duì)于實(shí)驗(yàn)研究應(yīng)用方便。
4.膨脹式牙種植體植入骨質(zhì)疏松動(dòng)物頜骨后，表現(xiàn)出較好的力學(xué)性能、更高的骨接觸率，以及種植體周圍更有利的成骨現(xiàn)象。EI希望成為一種骨質(zhì)疏松狀態(tài)下良好的種植體外
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