不同直径种植体/基台的疲劳性能及预期使用寿命

《Dental Materials》：Fatigue behavior and estimated lifetime of implant/abutments of different diameters

窄直径（3.0mm）和标准直径（4.0mm）种植体经疲劳测试后，前者均出现螺丝松动及结构变形，后者仅6例松动且无结构损伤。Weibull分析显示SD种植体失效概率更低，扭矩损失更小，其长期机械性能优于ND种植体。

　　

作者：Renan Brandenburg dos Santos、Ulysses Lenz、Jason Alan Griggs、Alvaro Della Bona

研究机构：巴西帕索丰杜大学（University of Passo Fundo）牙科学院牙科研究生项目

摘要

研究目的

与标准直径（SD）植入物相比，窄直径（ND）植入物在疲劳载荷作用下的长期机械性能可能存在显著差异。本研究通过评估疲劳测试后的结构损伤和松动情况，来探讨不同直径植入物的使用寿命。

研究方法

本研究使用了60个内部圆锥形连接植入物/基台，根据直径将其分为两组（每组30个，分别为3.0mm-ND和4.0mm-SD）。使用数字扭矩扳手按照制造商推荐的扭矩值进行安装。为了评估基台的损伤和永久性位移，对样本进行了锥形束计算机断层扫描（CBCT），并使用e-Vol DX软件进行后处理。第一组实验采用边界疲劳法，循环次数为2×10^6次，频率为2Hz，恒定峰值载荷为80N；第二组和第三组实验根据失效率调整了载荷（增加了17.8%）。除了CBCT扫描外，还通过测量拆卸扭矩值来评估扭矩损失。同时计算了各组的失效概率和Weibull模量。

研究结果

所有ND组植入物均出现松动现象，无论载荷水平如何；6个基台出现结构弯曲。SD组植入物未出现结构损伤，其中6个基台也未发生松动。Weibull分析显示SD组的模量（m=3.90；95%置信区间=2.75–5.54）低于ND组（m=1.99；95%置信区间=1.50–2.64），这意味着SD组的失效概率更低，拆卸扭矩下降速度也更慢。

研究意义

窄直径植入物较短的预期寿命和更快的扭矩损失表明，需要对该治疗选项进行更频繁的临床监测。

引言

在现代牙科领域，植入物有多种设计和宏观几何形状，以及不同的连接方式和假体基台类型，为临床医生提供了针对大多数病例的有效解决方案[1]。对于三维骨量有限的患者，窄直径（ND）植入物是一个可行的选择，可以避免进行骨移植手术，从而减少额外手术需求并降低治疗成本和时间[2][3]。 然而，有研究表明标准直径（SD）植入物的性能优于ND植入物，后者在疲劳作用下更容易出现基台螺丝松动和假体部件结构变形[4][5][6][7]。根据ISO标准[8]，植入物的失效类型主要包括永久性结构变形、连接松动以及植入物或其他系统组件的断裂。这些问题的发生可能与微间隙或微观错位有关，这些微小错位可能引发疲劳引起的微动，若长期存在于口腔环境中，可能导致部件松动[9]。现有文献中描述了多种评估基台松动的体外实验方法，其中金标准方法是使用模拟器和数字扭矩计等测量设备，并结合数据采集软件或信号转换器[6][7][10][11]。 疲劳是导致植入物结构失效的主要原因之一[12]。先前的研究表明，植入物在咀嚼应力作用下会变得越来越脆弱。机械疲劳测试被广泛用于评估这种行为，因为它能有效模拟植入物的功能状态和潜在失效情况[13][14][15]。最近的研究利用边界疲劳法的数据对样本退化进行了详细分析[7]，因此可以通过疲劳测试方法预测窄直径植入物的长期机械性能。 锥形束计算机断层扫描（CBCT）是评估植入物松动的另一种工具。现代牙科技术能够生成无尺寸变化的清晰图像，这得益于能够减少金属材料伪影的软件[16][17]。尽管CBCT使用频率不高，但基于植入物图像的评估已被证明是检测松动的有效补充方法[6][7]。 在临床实践中，螺丝和/或基台的松动是一个常见问题。重新拧紧螺丝可能会磨损螺纹，从而缩短治疗效果[18][19]。为预防和缓解这些并发症，必须了解失效的原因和类型，并评估所用材料和结构的预期使用寿命。因此，本研究旨在评估植入物/基台系统的使用寿命，验证标准直径（SD）植入物随时间推移的失效概率更低、拆卸扭矩变化更小的假设。

材料与方法

本研究使用了60个内部圆锥形连接植入物（Plenum?，巴西圣保罗州Jundiaí），长度均为10mm。其中30个为窄直径（ND）植入物（直径3.0mm），30个为标准直径（SD）植入物（直径4.0mm）。所有植入物均配备了制造商推荐的预製基台（冠部直径3.5mm，高度4mm，黏膜下部分长度4mm，Plenum Abutment，Plenum?，巴西圣保罗州Jundiaí）。

结果

表1、表2和表3分别展示了初始扭矩值（Ti，单位：N·cm）、疲劳后的拆卸扭矩值（TRf，单位：N·cm）、扭矩变化百分比以及通过CBCT获得的初始和最终测量结果（单位：mm）。窄直径（ND）组的所有样本在疲劳测试过程中均出现松动现象；首次疲劳测试（ND1）中，有3个样本因弯曲而发生结构变形。

讨论

牙科材料通常在严格控制的体外条件下进行评估，从而能够精确评估其使用寿命和性能。本研究旨在比较窄直径植入物与标准直径植入物的耐用性和机械性能。研究结果支持实验假设，即标准直径植入物的预期使用寿命更长，扭矩损失更小。

结论

鉴于前述限制和疲劳测试条件，得出以下结论： - 标准直径植入物在长期使用中的生物力学性能优于窄直径植入物。 - 当植入物直径较小时，其失效的可能性增加，因此具有不良习惯或咬合不正的患者应谨慎选择窄直径植入物。 - 研究还揭示了影响植入物性能的其他因素。

利益冲突声明

作者声明以下可能构成利益冲突的财务支持和个人关系：Renan Brandenburg dos Santos获得了巴西联邦研究生教育支持与评估机构（CAPES）和Plenum的资助；Ulysses Lenz获得了巴西联邦研究生教育支持与评估机构（CAPES）的资助；Jason Alan Griggs获得了国家研究生教育机构的资助。

致谢

作者感谢巴西国家科学技术发展委员会（CNPq，项目编号406418/2023–3和301572/2025–9）、INCT 3D-Saude项目、巴西高等教育发展协调委员会（Capes，项目编号406436/2022–3）、美国国立卫生研究院（NIH）以及Plenum（巴西圣保罗州Jundiai）对本研究的部分支持。