影响微种植体支抗初期稳定性的因素

王　硕，贺娇娇(综述)，刘　畅(审校)

(吉林大学口腔医院正畸科，长春 130021)

影响微种植体支抗初期稳定性的因素

王硕△，贺娇娇(综述)，刘畅※(审校)

(吉林大学口腔医院正畸科，长春 130021)

摘要：利用微种植体作为支抗装置进行正畸和矫形治疗是一种高效、理想的方法。微种植体支抗的应用使临床可矫治的范围大大增加。根据植入部位和局部骨组织的质量，适当选择微种植体的尺寸与植入角度和植入方式对建立足够的初期稳定性至关重要。许多学者对微种植体支抗的初期稳定性进行了临床及试验研究。该文就影响微种植体支抗初期稳定性的因素进行综述。

关键词：正畸；矫形；微种植体支抗；初期稳定性

正畸治疗的成功取决于良好与稳定的支抗控制。传统支抗(如Nance弓、头帽等)的使用效果取决于患者的配合程度，但由于舒适性和美观性欠佳等因素，患者的配合程度不高。随着种植体的逐渐发展，微种植体支抗在正畸领域的应用也逐步增多。微种植体支抗因具有体积小、术式简单、手术创伤小、植入部位灵活、可即刻负载、患者易耐受、植入和加载间隔时间短、治疗后易取出以及价格经济等优势，越来越受到正畸医师的关注[1]。但是，临床研究中仍存在5%~40%的失败率[2]，现就影响微种植体支抗初期稳定性的因素进行综述。

1微种植体支抗初期稳定性

微种植体系统的支抗作用是通过种植体与骨界面的机械锁结和骨整合，完成与骨的稳定结合，从而可以抵抗一定限度内的矫治力。初期稳定性是微种植体支抗植入骨中的即刻稳定性，依赖于微种植体与骨组织之间的机械锁结，受到微种植体本身、骨组织的质量、植入角度和方式的影响；后期稳定性则依赖于微种植体支抗周围骨组织的整合[1]。初期稳定性是达到和保持后期骨整合的先决条件，如果种植体不能获得良好的初期稳定性，则不利于种植体周围成骨细胞的黏附并形成纤维包绕种植体，导致最终的失败，所以影响微种植体支抗初期稳定性的因素显得越来越重要[3]。在实验研究中，通常使用微种植体的最大旋入力矩和拔出力来反映初期稳定性的大小[4]。

2影响微种植体支抗初期稳定性的因素

2.1微种植体因素

2.1.1微种植体的长度目前研究显示，微种植体的初期稳定性与其长度有显著关联。Chatzigianni等[1]通过对9 mm和7 mm的微种植体进行研究得出，前者的初期稳定性明显高于后者。Chen等[5]通过研究发现，提高微种植体的长度可以显著提高成功率。Tseng等[2]研究发现，成功率随着微种植体长度的增加而提高，但是区别不明显；此外，他们表示相比于长度和植入部位来说，微种植体的植入深度更加重要，在微种植体使用过程中，6 mm的植入深度是必不可少的。较短的微种植体植入软组织较厚的位置(如上腭黏膜)，很容易发生移动[6]。所以对于这些位置来说，较长的微种植体是必要的。当然，较长的微种植体必然会增加伤及牙根或其他解剖结构的危险性。有学者建议使用长度在6~8 mm的微种植体是比较安全的[6-7]。与上述结论相反，Justens和De Bncyn[8]研究发现，微种植体的长度对成功率没有影响，他们所认为的“长度”是微种植体穿过黏膜的长度而不是发挥支抗作用时穿过骨组织的长度；另外，没有考虑植入部位的差异，从而得出微种植体的长度与初期稳定性没有显著关联的结论。

2.1.2微种植体的直径初期稳定性与微种植体的直径有显著关联，Chatzigianni 等[1]对直径2.0 mm和1.5 mm的微种植体进行研究得出，前者的初期稳定性明显高于后者。Wu等[9]在微种植体植入后即刻负载与愈合4周后负载的研究中显示，两种情况下直径1.9 mm的微种植体的最大旋入力矩均显著高于1.5 mm的。Miyawaki等[10]通过临床试验研究表示，直径为1.5 mm和2.3 mm的微种植体1年成功率显著高于直径为1.0 mm的，直径为1.0 mm或更小的微种植体植入后可能发生移动最终导致失败。同样的结果也被其他研究者报告过，他们认为综合考虑应该避免使用直径<1.3 mm的微种植体[1,6]。微种植体的颈部是应力集中的部位，因此适当的增大颈部的直径可以获得良好的初期稳定性，防止微种植体形变甚至折断。但也有其他研究表明，直径对最终结果没有影响[8]，可能是研究中植入部位的差异产生了不同的结论。此外，亦有研究指出，微种植体轴径与总直径恰当的比例关系对获得较高的初期稳定性来说至关重要[11]。Chang等[12]的研究中，微种植体的总直径固定在2 mm，当轴径与总直径的比例为0.68时，获得了最佳的初期稳定性。但是在临床应用过程中，总直径对于微种植体的意义更加重大，因为其可以反映微种植体实际需要的空间。临床医师需要考虑微种植体的总直径，尤其是将其植入相邻的两牙根之间时更应该注意防止其伤及牙根。Hu等[13]通过对上下颌牙根之间的间隙及骨组织质量的研究指出，上颌骨微种植体支抗最安全的植入部位在第二前磨牙与第一磨牙之间，位于牙颈线下6~8 mm；下颌骨微种植体支抗最安全的植入部位在第一磨牙与第二磨牙之间，位于牙颈线下5 mm的位置。

2.1.3微种植体的形状Wilmes和Drescher[14]在对几种型号微种植体的研究中发现，尽管微种植体的尺寸相同(直径1.6 mm，长度8 mm或10 mm)，Tomas Pins微种植体的初期稳定性明显要低于Dual Top微种植体，主要因为其骨内部分为圆柱形。Holm等[15]实验得出直径1.5 mm的圆柱形微种植体的最大旋入力矩明显低于直径1.5 mm的圆锥形和直径2.0 mm的圆柱形微种植体，并且1.5 mm圆锥形与2.0 mm圆柱形所获得的初期稳定性基本相同。在临床应用过程中，许多相邻位点不能容纳2.0 mm直径的种植体，所以1.5 mm圆锥形种植体更加安全、可靠[7]。Yano等[16]研究发现，圆锥形的微种植体可以耐受植入后即刻负载并获得良好的初期稳定性。骨内圆锥形设计优于圆柱形是由于圆锥形设计具有良好的轴径与总直径比例关系，同时也可能与圆锥形可以和骨组织保持严密的机械结合有关[14]。整合以往研究认为，圆柱形微种植体所获得的初期稳定性显著低于圆锥形设计[11,17-18]，并且增加体部直径可以提高初期稳定性[11,19-20]。

2.1.4螺纹的节距和深度微种植体是将转矩转化为其与骨组织之间的压缩力，所以螺纹的节距大小对初期稳定性有很大的影响。Brinley等[21]使用节距分别为0.75、1.0、1.25 mm的微种植体进行比较，发现节距0.75 mm的微种植体的初期稳定性明显高于节距1.0 mm的微种植体；在人造骨模型上显示，节距0.75 mm的拔出阻力明显高于节距1.0 mm的微种植体；虽然统计学数据上差异无统计学意义，但节距0.75 mm的微种植体的旋入力矩依然高于节距1.0 mm的，而旋入力矩和拔出力在1.0 mm和1.25 mm组的差异无统计学意义。较小的节距有利于种植体在骨中所受压力的均匀分布，并且可以提供较大的接触面积，使骨组织与微种植体之间的摩擦力增加，从而获得较高的初期稳定性。在Chang等[12]的研究中，螺纹深度由0.16 mm增加到0.32 mm的过程中，拔出力也随之增大；但当螺纹深度超过0.32 mm后，拔出力反而减小；当螺纹深度增加到0.40 mm时，微种植体与骨组织之间的相对位移突然出现，最大应力作用在微种植体的上部分；也就是说在充足侧向力的作用下，轴径较小的比轴径较大的微种植体更容易弯曲甚至折断，裂口容易出现在微种植体的颈部即其与骨皮质接触的边缘。螺纹节距和深度之间的关系已经得到证实，深度与节距的百分比越大，即较短的节距和较深的螺纹，获得的拔出力越大，从而获得较高的初期稳定性[22]。

2.1.5螺纹的形状Gracco等[22]通过对五种形状螺纹(图1)的研究认为，螺纹的形状确实影响了拔出力的大小，从而影响了初期稳定性；反锯齿螺纹相比其他形状的螺纹可以获得较大的拔出力，统计学表明，锯齿螺纹与反锯齿螺纹之间有很大差异，反锯齿螺纹的拔出力明显高于锯齿螺纹，75°联合剖面螺纹拔出力位居第二；75°联合剖面螺纹、圆形螺纹和梯形螺纹均可以一定程度上影响拔出力。

图1　5种螺纹形状　A：反锯齿螺纹；B：锯齿螺纹；C：75°联合剖面螺纹；D：圆形螺纹；E：梯形螺纹

2.2骨组织的质量有学者通过试验得出，支抗装置植入骨组织密度较高的区域初期稳定性较高；对于骨组织密度较低的区域，牙槽骨对微种植体的生物固位力较低[14]。也就是说为了保证初期稳定性，微种植体的植入位点必须有足够的骨皮质密度，但是要避免骨坏死的发生，不然会造成支抗装置与骨组织间产生间隙，从而降低其后期稳定性[23]。密度过大也有造成微种植体颈部折断的可能[17,19,24-25]。Holm等[15]研究中，骨皮质厚度从1.0 mm增加到2.0 mm不会造成最大旋入力矩显著改变，与Salmoria等[26]的研究一致。然而，也有报道，骨皮质厚度与初期稳定性呈正相关[10,16-17,27]。目前虽然没有发现骨皮质的厚度与最大旋入力矩的关系，但是却能明确其与拔出力相关[4]。临床研究发现，下颌平面角大的患者成功率明显低于那些下颌平面角正常或是较小的患者，这是由于下颌平面角大的患者磨牙区的骨密度较低和骨皮质较薄[1]。与此观点一致的，有学者表示，对植入骨皮质厚度在0.80~1.19 mm的微种植体来说，初期稳定性没有显著差异，但植入2.2 mm骨皮质中的微种植体有较高的拔出力，从而获得较高的初期稳定性[4]。研究还发现，较厚的骨皮质可以产生更大的阻力以抵抗拔出力，在愈合的早期阶段，植入较厚骨皮质位点的支抗装置比较薄位点的支抗装置的稳定性要高[28]。这些结果的差异可能是由于应用了不同的测试方法或是不同的实验骨块，总的来说，当骨皮质厚度为1.0~2.0 mm 时，骨皮质密度的变化相比骨皮质厚度对微种植体的初期稳定性影响更大。

2.3植入角度和方式

2.3.1植入角度研究表明，垂直骨组织表面植入可以显著提高微种植体的生物学和生物力学稳定性，获得最佳的固位[29]。倾斜植入微种植体可以增大其与骨组织的接触和旋入力矩，产生较好的稳定性；虽然倾斜植入相比垂直植入的深度减小了，但穿过骨皮质的长度增大了，当60°~70°倾斜植入时可以获得最大的旋入力矩；另外，如果两个相邻牙根之间可利用的空间比较小，那么较大的倾斜角度可以减小损伤牙根的危险[29-30]。

2.3.2植入方式微种植体的植入方式可以分为助攻型和自攻型。助攻型微种植体需要制备预钻孔，通过预钻孔的引导作用将钉植入预期部位，但由于植入过程中反复旋入旋出，扩大了洞口的直径，导致微种植体与骨组织不能紧密接触，从而初期稳定性较低；自攻型微种植体则直接将钉旋入牙槽骨，对骨组织产生挤压，这种挤压作用可以产生较好的机械结合作用，因而有利于微种植体的稳定[3]。Okazaki等[31]在狗的股骨上做了关于预钻孔的尺寸对初期稳定性的研究，结果显示，在1.0 mm的预钻孔中植入的微种植体的初期稳定性明显高于植入在1.2 mm预钻孔中的微种植体，植入1.5 mm预钻孔中的微种植体几乎没有初期稳定性。目前研究一致认为，预钻孔的直径越小，旋入力矩越大，相对应的初期稳定性越高[14]；预钻孔的直径越大，旋入力矩越小，相对应的初期稳定性就越低[11]。预钻孔大小与微种植体直径的适宜比例对获得良好的初期稳定性也是很重要的。Wilmes等[32]研究得出，对于直径为1.6 mm或不足1.6 mm的微种植体，通常采用1.1 mm的预钻孔；对于直径1.6 mm以上的微种植体，通常采用1.3 mm的预钻孔，预钻孔的深度通常为3 mm。黏膜较厚的位置(如腭侧和上颌结节等部位)使用直径较小的预钻孔甚至不制备预钻孔对获得较高的初期稳定性比较好；而黏膜较薄的位置或微种植体要植入黏膜下时，使用直径较大的预钻孔是非常必要的[33]。Çehreli等[3]研究发现，自攻型微种植体与骨组织之间的结合更加紧密。与Heidemann等[34]的发现一致，他认为自攻型螺纹之间有较多的骨组织，导致了更加紧密的结合，最终导致初期稳定性的提高；但研究中也发现，在自攻型微种植体尖端残留的骨组织碎屑比较多，会降低初期稳定性。在临床应用过程中，虽然助攻型微种植体的稳定性较差，但是在骨组织密度较高的区域(如整个下颌骨、上颌颧牙槽嵴和腭部等)依旧需要使用，以降低微种植体植入过程中产热过多引起的骨坏死。

3小结

支抗控制是决定矫治最终效果的关键，微种植体作为一种操作简便、创伤小、能够植入大多数部位的支抗形式，为正畸及矫形治疗带来了突破性的进展。有关微种植体的尺寸，以直径较大、节距较小为宜。操作中注意植入角度，避免碰触邻牙牙根。影响微种植体初期稳定性的因素多种多样，如何根据患者的情况选择最佳的方案，仍是正畸医师需要面对的重要课题。虽然一些参数至今仍然存在争议，但相信在不久的将来，会有更多的学者参与到探索、研究中来。

参考文献

[1]Chatzigianni A,Keilig L,Reimann S,etal.Effect of mini-implant length and diameter on primary stability under loading with two force levels[J].Eur J Orthod,2011,33(4):381-387.

[2]Tseng YC,Hsieh CH,Chen CH,etal.The application of mini-implants for orthodontic anchorage[J].Int J Oral Maxillofac Surg,2006,35(8):704-707.

[3]Çehreli S,Arman-ÖzçrpcA.Primary stability and histomorphometric bone-implant contact of self-drilling and self-tapping orthodontic microimplants[J].Am J Orthod Dentofacial Orthop,2012,141(2):187-195.

[4]Migliorati M,Benedicenti S,Signori A,etal.Miniscrew design and bone characteristics:an experimental study of primary stability[J].Am J Orthod Dentofacial Orthop,2012,142(2):228-234.

[5]Chen CH,Chang CS,Hsieh CH,etal.The use of microimplants in orthodontic anchorage[J].J Oral Maxillofac Surg,2006,64(8):1209-1213.

[6]Topouzelis N,Tsaousoglou P.Clinical factors correlated with the success rate of miniscrews in orthodontic treatment[J].Int J Oral Sci,2012,4(1):38-44.

[7]Deguchi T,Nasu M,Murakami K,etal.Quantitative evaluation of cortical bone thickness with computed tomographic scanning for orthodontic implants[J].Am J Orthod Dentofacial Orthop,2006,129(6):721.

[8]Justens E,De Bruyn H.Clinical outcome of miniscrews used as orthodontic anchorage[J].Clin Implant Dent Relat Res,2008,10(3):174-180.

[9]Wu J,Bai YX,Wang BK.Biomechanical and histomorphometric characterizations of osseointegration during mini-Screw healing in rabbit tibiae[J].Angle Orthod,2009,79(3):558-563.

[10]Miyawaki S,Koyama I,Inoue M,etal.Factors associated with the stability of titanium screws placed in the posterior region for orthodontic anchorage[J].Am J Orthod Dentofacial Orthop,2003,124(4):373-378.

[11]Wilmes B,Rademacher C,Olthoff G,etal.Parameters affecting primary stability of orthodontic mini-implants[J].J Orofac Orthop,2006,67(3):162-174.

[12]Chang JZ,Chen YJ,Tung YY,etal.Effects of thread depth,taper shape,and taper length on the mechanical properties of mini-implants[J].Am J Orthod Dentofacial Orthop,2012,141(3):279-288.

[13]Hu KS,Kang MK,Kim TW,etal.Relationships between dental roots and surrounding tissues for orthodontic miniscrew install-ation[J].Angle Orthod,2009,79(1):37-45.

[14]Wilmes B,Drescher D.Impact of bone quality,implant type,and implantation site preparation on insertion torques of mini-implants used for orthodontic anchorage[J].Int J Oral Maxillofac Surg,2011,40(7):697-703.

[15]Holm L,Cunningham SJ,Petrie A,etal.An in vitro study of factors affecting the primary stability of orthodontic mini-implants[J].Angle Orthod,2012,82(6):1022-1028.

[16]Yano S,Motoyoshi M,Uemura M,etal.Tapered orthodontic miniscrews induce bone-screw cohesion following immediate loading[J].Eur J Orthod,2006,28(6):541-546.

[17]Cha JY,Kil JK,Yoon TM,etal.Miniscrew stability evaluated with computerized tomography scanning[J].Am J Orthod Dentofacial Orthop,2010,137(1):73-79.

[18]Song YY,Cha JY,Hwang CJ.Mechanical characteristics of various orthodontic mini-screws in relation to artificial cortical bone thickness[J].Angle Orthod,2007,77(6):979-985.

[19]Chen Y,Kyung HM,Gao L,etal.Mechanical properties of self-drilling orthodontic micro-implants with different diameters[J].Angle Orthod,2010,80(5):821-827.

[20]Lim SA,Cha JY,Hwang CJ.Insertion torque of orthodontic miniscrews according to changes in shape,diameter and length[J].Angle Orthod,2008,78(2):234-240.

[21]Brinley CL,Behrents R,Kim KB,etal.Pitch and longitudinal fluting effects on the primary stability of miniscrew implants[J].Angle Orthod,2009,79(6):1156-1161.

[22]Gracco A,Giagnorio C,Incerti Parenti S,etal.Effects of thread shape on the pullout strength of miniscrews[J].Am J Orthod Dentofacial Orthop,2012,142(2):186-190.

[23]Choi JH,Park CH,Yi SW,etal.Bone density measurement in interdental areas with simulated placement of orthodontic miniscrew implants[J].Am J Orthod Dentofacial Orthop,2009,136(6):766.

[24]Kim JW,Baek SH,Kim TW,etal.Comparison of stability between cylindrical and conical type mini-implants.Mechanical and histological properties[J].Angle Orthod,2008,78(4):692-698.

[25]Wilmes B,Panayotidis A,Drescher D.Fracture resistance of orthodontic mini-implants:a biomechanical in vitro study[J].Eur J Orthod,2011,33(4):396-401.

[26]Salmoria KK,Tanaka OM,Guariza-Filho O,etal.Insertional torque and axial pull-out strength of mini-implants in mandibles of dogs[J].Am J Orthod Dentofacial Orthop,2008,133(6):790.

[27]Motoyoshi M,Uemura M,Ono A,etal.Factors affecting the long-term stability of orthodontic mini-implants[J].Am J Orthod Dentofacial Orthop,2010,137(5):588.

[28]Wei X,Zhao L,Xu Z,etal.Effects of cortical bone thickness at different healing times on microscrew stability[J].Angle Orthod,2011,81(5):760-766.

[29]Wilmes B,Su YY,Drescher D.Insertion angle impact on primary stability of orthodontic mini-implants[J].Angle Orthod,2008,78(6):1065-1070.

[30]Woodall N,Tadepalli SC,Qian F,etal.Effect of miniscrew angulation on anchorage resistance[J].Am J Orthod Dentofacial Orthop,2011,139(2):147-152.

[31]Okazaki J,Komasa Y,Sakai D,etal.A torque removal study on the primary stability of orthodontic titanium screw mini-implants in the cortical bone of dog femurs[J].Int J Oral Maxillofac Surg,2008,37(7):647-650.

[32]Wilmes B,Ottenstreuer S,Su YY,etal.Impact of implant design on primary stability of orthodontic mini-implants[J].J Orofac Orthop,2008,69(1):42-50.

[33]Wilmes B,Drescher D.Impact of insertion depth and predrilling diameter on primary stability of orthodontic mini-implants[J].Angle Orthod,2009,79(4):609-614.

[34]Heidemann W,Terheyden H,Gerlach KL.Analysis of the osseous/metal interface of drill free screws and self-tapping screws[J].J Craniomaxillofac Surg,2001,29(2):69-74.

The Factors Affecting the Primary Stability of Mini-implant Anchorage

WANGShuo,HEJiao-jiao,LIUChang.

(DepartmentofOrthodontics,HospitalofStomatology,JilinUniversity,Changchun130021,China)

Abstract：The use of mini-implants anchorage for the orthodontic and orthopedic treatment is an effective and ideal method.It enlarges the treatment scope in clinic for its stability and efficiency.According to the implantation site and the quality of local bone tissue,it is essential to select the appropriate size of the mini-implants,implantation angle and implantation method for establishing adequate initial stability.Considerable researches have been done to investigate the initial stability of orthodontic mini-implants.Here is to make a review of the influencing factors of the primary stability of orthodontic mini-implants.

Key words：Orthodontics； Orthopedics； Mini-implant anchorage； Primary stability

收稿日期：2014-07-10修回日期：2014-10-18编辑：郑雪

基金项目：吉林省科技技术厅项目(20140204022SF)；长春市科学技术局项目(13KG45)

doi：10.3969/j.issn.1006-2084.2015.10.032

中图分类号：R783.5

文献标识码：A

文章编号：1006-2084(2015)10-1814-03