種植體中央螺絲桿折斷1 例及原因分析

余潤平 金夏悅 黃 慧 王 潔

（上海交通大學醫學院附屬第九人民醫院口腔修復科，上海交通大學口腔醫學院，國家口腔醫學中心，國家口腔疾病臨床醫學研究中心，上海市口腔醫學重點實驗室，上海市口腔醫學研究所，上海 200011）

隨著種植體技術的進步，種植修復已成為牙列缺損患者的最佳修復方案。但種植修復體仍存在生物、美學和機械并發癥[1]。種植修復機械并發癥指的是種植體相關部件以及修復體的機械損傷，包括修復基臺和中央螺絲的松動、折斷及種植體折斷等[2]。根據2013 年第五屆ITI 共識會議上對種植修復機械并發癥的總結，種植單冠修復后5 年隨訪內出現中央螺絲或基臺松動或折斷并發癥的發生率為5.3%，其中螺絲桿折斷的發生率為0.3%，基臺折斷的發生率為0.5%; 種植體支持的多單位橋及可摘義齒5 年內出現機械并發癥的概率為3.0%; 種植體全口義齒5 年內機械并發癥的發生率為5.8%[3]。

中央螺絲桿折斷是臨床較難處理的一種情況，通常被認為與不良的咬合應力有關[4,5]。本文結合1 例種植體負載9 個月后臨床出現松動的病例，深入探討此類機械并發癥出現的臨床檢查程序、處理方法和原因分析，并利用Micro-CT 掃描結合三維有限元分析（Finite Element Analysis, FEA）尋找中央螺絲桿折斷的可能原因，以期對類似癥狀的臨床決策提供部分參考及啟發。

1 臨床資料和方法

1.1 一般資料

患者男，32 歲，左上第一磨牙缺失1 年。1年前于本院行26 種植體植入術，植入1 枚商用種植系統4.0 mm×9 mm 種植體，3 個月后完成上部修復（圖1A）。26 負載9 個月后出現冠松動，患者在牙冠松動脫落6 個月后來醫院進行處理。本研究通過上海交通大學醫學院附屬第九人民醫院倫理委員會的倫理審批（倫理號：SH9H-2020-T291-3），并獲取患者知情同意。

圖1 種植冠

1.2 臨床檢查

口內檢查發現種植區牙齦已愈合，X 線片顯示中央螺絲平齊種植體平臺處斷裂（圖1B），種植體周圍無明顯骨吸收。

1.3 處理方法

局麻切開26 區牙齦組織，暴露種植體頸部見折斷部分。在顯微鏡（4 倍）視野下，序貫使用牙科探針、超聲潔牙機配合種植專用碳纖維潔牙頭、手動螺絲取出器嘗試取出螺絲桿部件未果（見圖2），使用高速渦輪機在螺絲斷端磨出一字卡槽配合螺絲刀漸旋取出失敗。最終使用環切鉆將種植體取出后縫合，擬3 個月后再行種植修復。

圖2 嘗試探針手動取出

1.4 術后分析

1.4.1 Micro-CT 掃描 使用Micro-CT 掃描種植體及上部修復體，導出中央螺絲在種植體內上、中下水平截面。

1.4.2 三維有限元分析 將Micro-CT 文件導入Mimics 20.0 軟件生成STL 格式三維數字模型，使用Geomagic Wrap 2017 軟件對三維模型進行細化，使用Solid Works 2019 軟件繪制9 mm（頰舌面）×12 mm（近遠中）×7 mm（高度）的立方體牙冠，1.0 mm（直徑）×8.0 mm（高度）的圓柱形中央螺絲，4.0 mm（直徑）×9.0 mm（高度）的圓柱形種植體，然后裝配上述步驟生成的所有模型。將模型導入Abaqus 6.14 軟件中，定義材料力學屬性（表1），各種材料假設為連續和均勻線彈性材料。種植體假設為剛性約束，垂直于牙冠面施加靜力荷載330N[6]，應力分析以靜態模式進行，模擬正中咬合時中央螺絲的應力分布（圖3），該模型以Von-Mises（米塞斯等效應力）作為輸出來評判結果，求解器采用全牛頓算法。使用高周疲勞分析中央螺絲的使用壽命，在頻率為1.6 Hz 的100 萬次咀嚼周期下，垂直于牙冠面施加330N的咬合負載以模擬5 年的臨床使用情況[7]。

表1 種植體各部件材料參數表

圖3 模擬種植體示意圖

2 結果

2.1 種植體內中央螺絲的體外觀察

將種植體環鉆取出后，體外放大鏡下觀察并嘗試取出中央螺絲未果（如圖4）。

圖4 種植體（×4）

2.2 Micro-CT 掃描取出后的種植體

中央螺絲一側螺紋與種植體的間隙明顯變窄，提示可能存在螺絲的輕微形變（圖5-6）。上部修復體遠中懸臂8.09 mm，頰向懸臂6.67 mm（圖7）。

圖5 種植體

圖6 種植體分別在平面A、B、C 的水平截面

圖7 修復體

2.3 FEA 建模分析

中央螺絲的最大應力集中位于基臺-種植體平面，最大應力值311 MPa（圖8A）。在模擬壽命測試下，中央螺絲經過約30 ～50 萬次受力循環后發生塑性變形，最終發生斷裂（圖8B）。

圖8 有限元分析

3 討論

種植體中央螺絲桿折裂是一種較少見的并發癥，當種植牙系統受到了不良的側向應力，而此應力＞中央螺絲的屈服強度時，螺絲會產生形變，進而導致應力集中在螺絲處造成折斷[8]。本研究使用Micro-CT 結合三維有限元分析模擬臨床使用，結果發現在330N 的載荷下，中央螺絲桿的最大應力值311 MPa（高于中央螺絲桿的屈服強度300 MPa），最大應力出現位置與時機斷裂區域一致，模擬壽命測試結果顯示，此病例中的中央螺絲桿壽命不足5 年。

3.1 發生折斷的可能原因

3.1.1 咬合力及不良咬合習慣

研究發現：男性的最大咬合力約為（1009±290）N，而女性的最大咬合力約為（668±179）N[9]。緊咬牙、夜磨牙及其他不良咀嚼習慣會增加牙冠受到的不良側向應力，減少螺絲和基臺的使用壽命。

3.1.2 預負載不合理

在中央螺絲桿旋緊加載扭矩后，螺絲被拉伸而產生了回彈力，這一力量分布在多個接觸界面之間，使各部件緊密接觸，這一回彈力稱為預負荷[10]。理想情況下預負荷應該為螺絲屈服強度的75%或斷裂強度的65%。過小的扭矩值無法保證螺絲與其他部件接觸完整，極大增加了折斷風險；過高的扭矩值可能會引起不良的剪切力，造成螺絲滑扣甚至折裂。

3.1.3 設計缺陷

對于單個種植修復體，除種植區骨質及骨量外，需要重點關注種植體直徑和修復體尺寸。研究發現，種植體直徑越小，種植體-基臺界面的斷裂扭矩和扭轉屈服強度越低，更易發生折裂，直徑3.75 mm 的種植體折斷率是直徑5 mm 種植體折斷率的3 倍，是直徑6 mm 種植體的6 倍[11]。另一項研究指出，在后牙區使用＜4.0 mm 的窄種植體時，需要適當對牙冠減徑，避免對基臺和螺絲產生過大的負荷[12]。在骨量允許的情況下建議盡可能增加種植體直徑。

修復體尺寸和修復體牙位均對機械并發癥的發生有影響，其中冠內懸臂的長度與種植體并發癥有明顯相關性，可能原因包括懸臂結構影響清潔能力及增加不良應力，kim 認為控制懸臂長度不超過 8～10 mm 是設計要素之一。Rangert[13]提出單牙修復懸臂的臨界長度是10 mm，過長的懸臂會顯著地增加種植體邊緣骨吸收。Shackleton[14]的臨床實驗證實，當懸臂長度超過15 mm，種植失敗率顯著增加。在本文研究中發現，上部牙冠存在頰舌向6.7 mm 和近遠中向8.0 mm 的懸臂，結合有限元分析，修復體過長的懸臂導致的不良應力可能是中央螺絲斷裂的主要因素。

3.2 處理方式

出現冠修復體松動后需要安排患者盡早復診解決問題。本例中患者發現修復體松動后6 個月復診極大增加了取出折斷中央螺絲桿的難度。

中央螺絲桿折斷時應完善檢查，確認折裂位置，再按照低風險至高風險的操作順序進行嘗試。首先應嘗試使用探針旋出，或使用種植專用碳纖維超聲潔牙頭震動后旋出，避免損傷種植體內側螺紋；對于斷面低于種植體-基臺界面，難以通過手法取出的螺絲可以使用種植系統配套工具配合手機嘗試取出。若上述方法無法取出螺絲，可以在高倍放大鏡下使用高速手機調磨螺絲，但需要小心避開螺紋，否則二次修復后仍容易造成螺絲松動的可能[15]。有體外研究在試驗取出60 枚折斷中央螺絲桿后得出結論，約73.3%的螺絲可以通過超聲震動的方式取出，96.7%的螺絲可以通過種植配套工具取出[16]。若無法取出斷端，則可考慮直接取出種植體后再重新植入一枚新種植體[17]。建議臨床檢查與處理的流程如圖9。

圖9 中央螺絲桿折斷后的處理流程

3.3 機械并發癥的預防

種植修復過程中建議使用原廠基臺和螺絲，嚴格按照廠商推薦的扭矩對螺絲進行加力，定期復查；種植體設計時需適當減徑、降低牙尖斜度、控制冠內懸臂長度，避免冠邊緣與種植體中央距離過大；臨床試戴中注意調，避免早接觸和非均勻接觸；關注并及時減少患者的不良咬合習慣。

4 結論

本文從臨床出發，合理應用Micro-CT 影像及三維有限元分析技術，實現了對該患者種植修復機械并發癥的全面分析。結果發現該患者在修復后9 個月產生種植體中央螺絲桿折斷并發癥的可能原因是：①上部修復結構不合理導致的冠邊緣與種植體中央距離偏大；②過大的咬合力；③疫情導致患者未能定期復查。這些提示臨床醫生在未來工作中需要考慮到修復體力學結構設計的合理性并保持對患者的定期隨訪。

種植修復中央螺絲桿折斷是一種較為罕見但嚴重的并發癥，可能原因包括種植體數量、種植體分布、修復體設計等不合理，中央螺絲桿及基臺材質不匹配，患者咬合力過大等多種因素導致。目前臨床上有多種取出折斷中央螺絲桿的手段，但也有如本例中螺絲產生嚴重形變無法取出的情況。臨床醫生需要對中央螺絲桿折裂的原因以及處理方式有較為充分的了解，并預防機械并發癥的發生，以達到最佳的修復效果。