钻头直径与种植系统对骨切开术中红外热成像变化的影响：一项热生成与骨整合关键因素分析

《Frontiers in Oral Health》：Infrared thermal mapping of osteotomy: influence of drill diameter and implant system

本研究通过红外热成像技术系统评估了钻头直径与种植系统对骨切开术（Osteotomy）过程中热生成的影响。结果显示，不同钻头直径（如2 mm与3 mm钻）及种植系统（Arcsys、NeoBiotech、Osstem）均会引起温度显著变化，但所有温度值均处于安全范围内（<47°C）。基线温度、先锋钻（Pilot Drill）及第二钻（Second Drill）温度是最终钻孔温度的关键预测因子，而种植系统本身无显著影响。该研究为临床控制手术热损伤、优化骨整合（Osseointegration）提供了重要实验依据。

　　

引言

现代口腔医学致力于通过修复和种植技术恢复患者的口腔功能、美观与舒适。 dental implants（牙种植体）因其优异的生物相容性和长期稳定性，已成为缺牙修复的首选方案。种植手术的核心环节是骨切开术（Osteotomy），即在颌骨中预备植入窝洞。该过程的成功高度依赖于骨细胞活力的保持，而过多的热量生成是导致骨细胞坏死、影响骨整合（Osseointegration）的关键风险因素。

摩擦是钻孔过程中产热的主要来源，其受多种因素影响，包括钻头直径、钻速、骨密度、灌溉条件以及钻具的设计与材料。研究表明，若骨组织温度超过47°C并持续1分钟，将引发不可逆的骨坏死，阻碍愈合进程，最终导致种植失败。近年来，红外热成像（Infrared Thermography）技术因能够非接触、实时监测表面温度变化，被广泛应用于热生成研究。

尽管已有部分研究探讨了不同钻具系统和钻孔参数对热效应的影响，但针对钻头直径与种植系统联合作用的系统性证据仍较为有限。因此，本研究旨在通过in vitro（体外）实验，利用高精度热成像相机评估不同钻头直径与三种常见种植系统在骨切开术中的热变化模式。

材料与方法

研究设计

本研究为体外实验研究，遵循in vitro研究报告规范（CRIS Guidelines）。由于不涉及人体或动物临床试验，故无需注册临床试验号。

样本制备与分组

根据预实验数据，利用Stata? 18软件进行样本量计算，最终纳入120个牛肋骨样本。牛肋骨选择基于其与人类皮质骨（D2类骨密度）在生物力学特性上的高度相似性。样本随机分为三组，每组40个，分别对应三种种植系统：Arcsys（巴西）、NeoBiotech（韩国）和Osstem（韩国）。

所有骨块均经10%次氯酸钠和0.12%氯己定消毒，后用无菌纱布擦拭，并在室温下干燥72小时以去除水分、标准化实验条件。

种植系统与钻孔方案

三种种植系统均按厂家说明进行校准。使用Implantmed Plus种植机（W&H，奥地利）在1,200 rpm转速和40 Ncm扭矩下进行序列钻孔：依次使用先锋钻（Lance Drill）、2 mm钻和3 mm钻完成窝洞预备。为准确捕捉热生成，全程未使用灌溉。每次钻孔后均用无菌纱布清洁碎屑，钻孔深度统一为10 mm。

热成像测量

采用Fluke TiS55红外热像仪（美国）记录温度变化。测温点包括：钻孔背侧骨面、钻孔位置下方1 mm处和5 mm处。利用SmartView V 4.0软件逐帧分析热像视频，提取钻孔时间与温度数据。实验环境温度控制在18°C，热像仪经工厂校准，由认证工程师确保数据准确性。

统计分析

使用Stata? 18进行数据处理。计算数值变量（如温度、直径）的均值、标准差等描述性统计量，使用Shapiro–Wilk检验和方差齐性检验评估数据正态性。组间比较采用Kruskal-Wallis检验，并运用线性回归分析探索基线温度、各阶段钻温与种植系统对最终温度的影响。

结果

温度变化趋势

三种植系统在序列钻孔中均呈现温度上升趋势：

• •
  Arcsys系统：基线温度23.52±1.09°C，先锋钻升至25.13±0.69°C，2 mm钻达25.57±0.58°C，3 mm钻略降至25.43±1.01°C。
• •
  NeoBiotech系统：从22.75±0.69°C（基线）增至23.8±0.85°C（先锋钻）、24.48±1.71°C（2 mm钻），3 mm钻时达到最高值25.57±1.72°C。
• •
  Osstem系统：基线为23.05±0.94°C，经先锋钻（23.45±1.34°C）后，2 mm钻时温度显著升高至25.85±1.97°C，3 mm钻时回落至24.97±1.63°C。

Osstem系统在2 mm钻阶段产生最高温度，但其所有测量值均远低于47°C的临界阈值。

统计学差异与预测模型

Kruskal-Wallis检验显示，三组在基线温度（p<0.00）和先锋钻温度（p<0.00）上存在显著差异。

线性回归分析进一步表明：

• •
  基线温度（β=?0.61°C, 95% CI: ?0.88–?0.34）与最终钻温呈负相关；
• •
  先锋钻温度（β=0.43°C, 95% CI: 0.17–0.69）和第二钻温度（β=0.76°C, 95% CI: 0.65–0.86）均正向预测最终温度；
• •
  种植系统类型对最终温度无显著影响（p=0.39）。

讨论

本研究通过严格控制实验变量，明确了钻头直径与钻孔序列是影响骨切开术热生成的关键因素，而种植系统本身差异未构成显著热效应来源。这一发现与Limmeechokchai等的研究一致，该研究同样报道不同钻具系统在无灌溉条件下仍可维持温度于安全范围内。

值得注意的是，本研究使用的转速（1,200 rpm）较高，而既往部分研究如Guler等表明，在150–400 rpm范围内，转速提高可能导致温度上升（最高记录75.67°C）。本研究之所以记录到较低温度，可能与样本特性、钻具设计或测温方法有关。此外，Marzook等提出较大直径钻头可能因接触面积增加而减少单位面积产热，但本研究未明确重复该现象。

序列钻孔策略被发现会累积热效应，这与Fr?sch等的结论相符——逐步扩孔较一次性钻孔产热更高。尽管本研究为突显热生成机制未使用灌溉，但Koutiech等和Salomó-Coll等均强调灌溉在临床实践中对热控制的关键作用。

研究优势与局限

本研究的优势包括：采用高精度热像仪、涵盖多品牌种植系统、运用回归模型控制混杂变量。然而，其结论也存在一定局限：

1. 1.
   体外模型无法完全模拟in vivo环境下血液灌注、软组织覆盖等热缓冲机制；
2. 2.
   牛肋骨虽与人骨密度相似，但生物学响应可能存在差异；
3. 3.
   未考虑灌溉、钻压、 operator experience（术者经验）等临床变量；
4. 4.
   骨块脱水处理可能改变热传导特性，偏离生理状态。

未来研究需在更接近临床的模型（如灌注模型或动物实验）中验证当前发现，并进一步探索钻具几何形状、涂层材料、宏观设计等对热生成的影响。

结论

本研究结果表明，骨切开术中的温度变化受钻头直径与钻孔序列的显著影响，而种植系统类型并非主要热决定因素。基线骨温度、先锋钻与第二钻温度可作为最终钻孔温度的有效预测指标。所有记录温度均处于安全范围内，但临床医师仍应严格监控钻孔操作，避免热损伤风险。建议在后续研究中引入in vivo模型及灌溉变量，以进一步优化种植手术的热管理策略。