种植体中央螺丝杆折断1 例及原因分析

余润平 金夏悦 黄 慧 王 洁

（上海交通大学医学院附属第九人民医院口腔修复科，上海交通大学口腔医学院，国家口腔医学中心，国家口腔疾病临床医学研究中心，上海市口腔医学重点实验室，上海市口腔医学研究所，上海 200011）

随着种植体技术的进步，种植修复已成为牙列缺损患者的最佳修复方案。但种植修复体仍存在生物、美学和机械并发症[1]。种植修复机械并发症指的是种植体相关部件以及修复体的机械损伤，包括修复基台和中央螺丝的松动、折断及种植体折断等[2]。根据2013 年第五届ITI 共识会议上对种植修复机械并发症的总结，种植单冠修复后5 年随访内出现中央螺丝或基台松动或折断并发症的发生率为5.3%，其中螺丝杆折断的发生率为0.3%，基台折断的发生率为0.5%; 种植体支持的多单位桥及可摘义齿5 年内出现机械并发症的概率为3.0%; 种植体全口义齿5 年内机械并发症的发生率为5.8%[3]。

中央螺丝杆折断是临床较难处理的一种情况，通常被认为与不良的咬合应力有关[4,5]。本文结合1 例种植体负载9 个月后临床出现松动的病例，深入探讨此类机械并发症出现的临床检查程序、处理方法和原因分析，并利用Micro-CT 扫描结合三维有限元分析（Finite Element Analysis, FEA）寻找中央螺丝杆折断的可能原因，以期对类似症状的临床决策提供部分参考及启发。

1 临床资料和方法

1.1 一般资料

患者男，32 岁，左上第一磨牙缺失1 年。1年前于本院行26 种植体植入术，植入1 枚商用种植系统4.0 mm×9 mm 种植体，3 个月后完成上部修复（图1A）。26 负载9 个月后出现冠松动，患者在牙冠松动脱落6 个月后来医院进行处理。本研究通过上海交通大学医学院附属第九人民医院伦理委员会的伦理审批（伦理号：SH9H-2020-T291-3），并获取患者知情同意。

图1 种植冠

1.2 临床检查

口内检查发现种植区牙龈已愈合，X 线片显示中央螺丝平齐种植体平台处断裂（图1B），种植体周围无明显骨吸收。

1.3 处理方法

局麻切开26 区牙龈组织，暴露种植体颈部见折断部分。在显微镜（4 倍）视野下，序贯使用牙科探针、超声洁牙机配合种植专用碳纤维洁牙头、手动螺丝取出器尝试取出螺丝杆部件未果（见图2），使用高速涡轮机在螺丝断端磨出一字卡槽配合螺丝刀渐旋取出失败。最终使用环切钻将种植体取出后缝合，拟3 个月后再行种植修复。

图2 尝试探针手动取出

1.4 术后分析

1.4.1 Micro-CT 扫描 使用Micro-CT 扫描种植体及上部修复体，导出中央螺丝在种植体内上、中下水平截面。

1.4.2 三维有限元分析 将Micro-CT 文件导入Mimics 20.0 软件生成STL 格式三维数字模型，使用Geomagic Wrap 2017 软件对三维模型进行细化，使用Solid Works 2019 软件绘制9 mm（颊舌面）×12 mm（近远中）×7 mm（高度）的立方体牙冠，1.0 mm（直径）×8.0 mm（高度）的圆柱形中央螺丝，4.0 mm（直径）×9.0 mm（高度）的圆柱形种植体，然后装配上述步骤生成的所有模型。将模型导入Abaqus 6.14 软件中，定义材料力学属性（表1），各种材料假设为连续和均匀线弹性材料。种植体假设为刚性约束，垂直于牙冠面施加静力荷载330N[6]，应力分析以静态模式进行，模拟正中咬合时中央螺丝的应力分布（图3），该模型以Von-Mises（米塞斯等效应力）作为输出来评判结果，求解器采用全牛顿算法。使用高周疲劳分析中央螺丝的使用寿命，在频率为1.6 Hz 的100 万次咀嚼周期下，垂直于牙冠面施加330N的咬合负载以模拟5 年的临床使用情况[7]。

表1 种植体各部件材料参数表

图3 模拟种植体示意图

2 结果

2.1 种植体内中央螺丝的体外观察

将种植体环钻取出后，体外放大镜下观察并尝试取出中央螺丝未果（如图4）。

图4 种植体（×4）

2.2 Micro-CT 扫描取出后的种植体

中央螺丝一侧螺纹与种植体的间隙明显变窄，提示可能存在螺丝的轻微形变（图5-6）。上部修复体远中悬臂8.09 mm，颊向悬臂6.67 mm（图7）。

图5 种植体

图6 种植体分别在平面A、B、C 的水平截面

图7 修复体

2.3 FEA 建模分析

中央螺丝的最大应力集中位于基台-种植体平面，最大应力值311 MPa（图8A）。在模拟寿命测试下，中央螺丝经过约30 ～50 万次受力循环后发生塑性变形，最终发生断裂（图8B）。

图8 有限元分析

3 讨论

种植体中央螺丝杆折裂是一种较少见的并发症，当种植牙系统受到了不良的侧向应力，而此应力＞中央螺丝的屈服强度时，螺丝会产生形变，进而导致应力集中在螺丝处造成折断[8]。本研究使用Micro-CT 结合三维有限元分析模拟临床使用，结果发现在330N 的载荷下，中央螺丝杆的最大应力值311 MPa（高于中央螺丝杆的屈服强度300 MPa），最大应力出现位置与时机断裂区域一致，模拟寿命测试结果显示，此病例中的中央螺丝杆寿命不足5 年。

3.1 发生折断的可能原因

3.1.1 咬合力及不良咬合习惯

研究发现：男性的最大咬合力约为（1009±290）N，而女性的最大咬合力约为（668±179）N[9]。紧咬牙、夜磨牙及其他不良咀嚼习惯会增加牙冠受到的不良侧向应力，减少螺丝和基台的使用寿命。

3.1.2 预负载不合理

在中央螺丝杆旋紧加载扭矩后，螺丝被拉伸而产生了回弹力，这一力量分布在多个接触界面之间，使各部件紧密接触，这一回弹力称为预负荷[10]。理想情况下预负荷应该为螺丝屈服强度的75%或断裂强度的65%。过小的扭矩值无法保证螺丝与其他部件接触完整，极大增加了折断风险；过高的扭矩值可能会引起不良的剪切力，造成螺丝滑扣甚至折裂。

3.1.3 设计缺陷

对于单个种植修复体，除种植区骨质及骨量外，需要重点关注种植体直径和修复体尺寸。研究发现，种植体直径越小，种植体-基台界面的断裂扭矩和扭转屈服强度越低，更易发生折裂，直径3.75 mm 的种植体折断率是直径5 mm 种植体折断率的3 倍，是直径6 mm 种植体的6 倍[11]。另一项研究指出，在后牙区使用＜4.0 mm 的窄种植体时，需要适当对牙冠减径，避免对基台和螺丝产生过大的负荷[12]。在骨量允许的情况下建议尽可能增加种植体直径。

修复体尺寸和修复体牙位均对机械并发症的发生有影响，其中冠内悬臂的长度与种植体并发症有明显相关性，可能原因包括悬臂结构影响清洁能力及增加不良应力，kim 认为控制悬臂长度不超过 8～10 mm 是设计要素之一。Rangert[13]提出单牙修复悬臂的临界长度是10 mm，过长的悬臂会显著地增加种植体边缘骨吸收。Shackleton[14]的临床实验证实，当悬臂长度超过15 mm，种植失败率显著增加。在本文研究中发现，上部牙冠存在颊舌向6.7 mm 和近远中向8.0 mm 的悬臂，结合有限元分析，修复体过长的悬臂导致的不良应力可能是中央螺丝断裂的主要因素。

3.2 处理方式

出现冠修复体松动后需要安排患者尽早复诊解决问题。本例中患者发现修复体松动后6 个月复诊极大增加了取出折断中央螺丝杆的难度。

中央螺丝杆折断时应完善检查，确认折裂位置，再按照低风险至高风险的操作顺序进行尝试。首先应尝试使用探针旋出，或使用种植专用碳纤维超声洁牙头震动后旋出，避免损伤种植体内侧螺纹；对于断面低于种植体-基台界面，难以通过手法取出的螺丝可以使用种植系统配套工具配合手机尝试取出。若上述方法无法取出螺丝，可以在高倍放大镜下使用高速手机调磨螺丝，但需要小心避开螺纹，否则二次修复后仍容易造成螺丝松动的可能[15]。有体外研究在试验取出60 枚折断中央螺丝杆后得出结论，约73.3%的螺丝可以通过超声震动的方式取出，96.7%的螺丝可以通过种植配套工具取出[16]。若无法取出断端，则可考虑直接取出种植体后再重新植入一枚新种植体[17]。建议临床检查与处理的流程如图9。

图9 中央螺丝杆折断后的处理流程

3.3 机械并发症的预防

种植修复过程中建议使用原厂基台和螺丝，严格按照厂商推荐的扭矩对螺丝进行加力，定期复查；种植体设计时需适当减径、降低牙尖斜度、控制冠内悬臂长度，避免冠边缘与种植体中央距离过大；临床试戴中注意调，避免早接触和非均匀接触；关注并及时减少患者的不良咬合习惯。

4 结论

本文从临床出发，合理应用Micro-CT 影像及三维有限元分析技术，实现了对该患者种植修复机械并发症的全面分析。结果发现该患者在修复后9 个月产生种植体中央螺丝杆折断并发症的可能原因是：①上部修复结构不合理导致的冠边缘与种植体中央距离偏大；②过大的咬合力；③疫情导致患者未能定期复查。这些提示临床医生在未来工作中需要考虑到修复体力学结构设计的合理性并保持对患者的定期随访。

种植修复中央螺丝杆折断是一种较为罕见但严重的并发症，可能原因包括种植体数量、种植体分布、修复体设计等不合理，中央螺丝杆及基台材质不匹配，患者咬合力过大等多种因素导致。目前临床上有多种取出折断中央螺丝杆的手段，但也有如本例中螺丝产生严重形变无法取出的情况。临床医生需要对中央螺丝杆折裂的原因以及处理方式有较为充分的了解，并预防机械并发症的发生，以达到最佳的修复效果。