机械法治疗种植体周围炎对种植体表面去污染及粗糙度的影响

摘要

本实验方案描述了一种基于墨汁染色的实验模型，可用于 体外 种植体表面去污染与粗糙度研究以助力临床决策。

摘要

已有多种机械方法被提出用于去污染牙科种植体表面，但效果各异。本项体外研究评估了一种以赤藓糖醇粉末为介质的喷砂（AA）系统、聚醚醚酮（PEEK）超声工作尖以及钛刮治器（TIT）在去污染效率方面的表现，并通过扫描电子显微镜（SEM）分析其对种植体表面形貌的影响。共使用60个种植体，用永久性红色墨水染色后，置于3D打印的ⅠA类和ⅠB类种植体周围炎骨缺损模型中，根据缺损类型和处理方案分为六组（每组n=10），另设一个阳性对照和一个阴性对照种植体。在ⅠA类缺损中，赤藓糖醇粉末、PEEK超声工作尖和钛刮治器的处理时间为2分钟，在ⅠB类缺损中为3分钟。采用数字软件量化残留红色墨水面积，并通过SEM和能谱分析（EDS）评估种植体表面变化。所有方法均未实现完全去污染。然而，赤藓糖醇粉末的效果显著最优，残留墨水率为24% ± 6%（p < 0.001）；PEEK超声工作尖的残留率为41% ± 4%，钛刮治器为55% ± 3%。各方法之间差异均具有显著性。在ⅠA类与ⅠB类缺损之间，去污染效率无显著差异。SEM分析显示，赤藓糖醇粉末和PEEK工作尖仅造成轻微表面损伤，而钛刮治器则导致中至重度表面损伤。综合去污染效率与表面保护效果，赤藓糖醇粉末和PEEK工作尖是治疗种植体周围炎安全且有效的方法，而钛刮治器效果较差且造成明显的表面损伤。这些结果可为临床医生制定种植体周围炎治疗方案提供参考。

引言

种植牙治疗是目前全球最常用且首选的缺牙修复方案。长期随访研究表明，采用种植体支持式修复体治疗全口或部分无牙症，在生存率方面具有可预测的效果和较高的成功率。然而，在种植体植入及修复后，可能会出现影响硬组织和软组织的各种并发症¹。2017年，牙周与种植体周围疾病及状况分类世界研讨会提出了影响种植体周围组织疾病的定义及鉴别诊断标准²。根据该定义，种植体周围炎是一种不可逆的病理状态，其临床特征包括探诊出血和/或化脓、探诊深度增加和/或种植体周围黏膜边缘退缩，并伴有影像学上支持骨的丧失²。种植体周围疾病的病因是多因素的，某些个体比其他人更容易患病。个体特定的易感性可能增加发生种植体周围疾病的风险，进而导致种植体丧失。影响种植体周围疾病病因的其他因素包括患者相关因素（吸烟、系统性疾病、牙周病史、口腔卫生状况）；种植部位角化黏膜的状况、骨组织和软组织的数量与质量；作用于种植体及其周围组织的咬合力；种植体植入过程中遇到的并发症；以及实施手术和修复治疗医师的经验与技术水平²。此外，近期提出了一种新的风险评估与治疗概念——种植体疾病风险评估工具（Implant Disease Risk Assessment Tool, IDRA）³。该工具被设计为一个由八个参数组成的功能性图示，每个参数均有文献证实与种植体周围炎相关。这八个参数分别为：牙周炎病史、探诊出血（BoP）的种植体和牙齿位点百分比、探诊袋深度≥5 mm的牙齿/种植体数量、牙周骨丧失速率（根据患者年龄评估的影像学表现）、对牙周炎的易感性、支持性牙周治疗（SPT）的频率以及修复体的设计。

近期的系统性综述表明，种植体周围炎在患者水平的患病率为19.53%，在种植体水平的患病率为12.53%³。全球每年植入的种植体数量超过500万颗，市场规模超过40亿美元，因此种植体周围炎已成为人群中的一个重大健康问题。若不加以治疗，种植体周围炎将导致受累种植体及其支持的修复体丧失，给牙科医生和患者均带来严重困扰。

种植体周围疾病的治疗可分为非手术治疗和手术治疗两种方法。尽管牙周炎治疗终点的成功具有较为合理的预期⁴，但针对种植体周围炎治疗的可比证据仍然有限。因此，采用分阶段治疗和非手术治疗种植体周围炎的理论依据是：在增加治疗侵入性之前，首先尝试通过相对简单的方法控制生物膜和炎症，并在实现更好的生物膜控制和危险因素管理后，再进行手术干预。该过程包括口腔卫生（OH）指导与激励、危险因素控制、生物膜滞留因素的消除、以及修复体的清洁、拆除或修改，同时包括对修复体组件的评估、龈上和龈下器械处理，以及在必要时进行同期牙周治疗。因此，非手术治疗应始终作为第一步⁵。对于早期种植体周围炎，降低危险因素并实施非手术治疗可能已足够；但在骨吸收后形成的深袋中，彻底清除生物膜往往具有挑战性。在非手术治疗后的再评估阶段，若仍存在探诊深度≥6 mm及探诊出血（BoP），则提示种植体周围炎可能继续进展。若出现上述体征，建议进行手术干预⁶。种植体周围炎的手术治疗包括：（i）翻瓣清创术，（ii）切除性翻瓣手术，（iii）采用再生性方法处理种植体周围骨缺损，（iv）种植体表面去污染的附加方法，以及（v）局部或全身抗生素的辅助使用⁷。

种植体周围炎的主要病因是定植于种植体表面的致病性生物膜⁶。清除该生物膜是所有治疗方案的基本原则和主要目标，治疗手段包括机械、化学以及激光去污方法⁷。

机械清创采用塑料、碳和钛制刮治器，带有塑料和金属工作尖的超声设备，钛刷，以及使用多种粉末的空气研磨（AA）系统。尽管完全清除生物膜难以实现，但这些治疗方法可提供临床益处。已采用多种临床干预措施，包括单独或联合使用消毒剂⁸、抗生素⁹的机械清创方案，以及切除性和再生性手术¹⁰，其临床疗效各不相同。然而，这些治疗也可能改变种植体表面的化学和物理特性，可能影响新骨形成和再骨结合。

在机械方法中，采用不同粉末成分的空气磨料（AA）处理显示出最佳的清洁效果^11,12,13然而，残留颗粒的存在可能改变表面形貌并降低生物相容性¹⁴甘氨酸，其次是碳酸氢钠，是氨基酸系统中最常用的粉末成分。⁸近年来，较小的空气研磨颗粒（如赤藓糖醇，14 µm）因其在有效去污的同时减少表面损伤的特性而受到关注⁹钛制和塑料刮治器比钢制头端造成的表面损伤更小，适用于生物膜去污染¹⁵采用聚醚醚酮（PEEK）制成的超声波洁牙器工作尖亦可在最小化表面损伤的同时有效减少细菌负荷¹⁰去污方法必须考虑种植体表面的高粗糙度，旨在清除细菌生物膜的同时不造成明显的表面损伤。尽管 extensive 体外, 体内 尽管已开展多项临床研究，但迄今为止，针对种植体周围炎的治疗仍无共识及金标准方案。由于口腔种植体数量不断增多，种植体周围疾病的发病率日益上升，亟需基于证据、可预测的污染表面处理方法。本研究旨在评估不同去污方法——空气研磨（AA）系统、PEEK超声工作尖和钛刮治器——在种植体表面去污中的有效性，并通过扫描电镜（SEM）分析评估其对种植体表面粗糙度的影响。

方案

本研究方案已获得土耳其安塔利亚阿克登尼兹大学伦理委员会（TBAEK-363）的批准。本研究由阿克登尼兹大学研究基金（项目编号：TDH-2024-6676）资助。研究采用了一种螺纹状牙科种植体（PrimeTaper EV Implant），尺寸为 4.2 mm x 11 mm，颈部带有 1.7 mm 的微螺纹设计。种植体表面经喷砂和稀释氢氟酸酸蚀处理，以获得明确的 OsseoSpeed 表面。

1. 实验性种植体周围炎模型的制备

注意：三种去污机械处理方法（空气研磨（AA）、聚醚醚酮（PEEK）超声处理和钛制刮治器）； 材料表在两种不同类型的种植体周围炎缺损中¹¹ （I类A和I类B）进行了分析。因此，共有六个实验组（图1共使用了62个植入物，包括一个阳性对照植入物和一个阴性对照植入物。这 体外 研究设计，最初由 Sharhmann 等人提出¹⁶，已被不同研究人员进行了修改^{12,13,14,15,16,17,18} 在文献中（图2假设各组间生物膜清除效果差异为10%，根据G*power计算，设定效应量为0.50，Ⅰ型错误率为5%，检验效能为80%，确定样本量为60（每组10例），共六个组。

图1：实验分组流程图。请点击此处查看该图的高清版本。

1. 从教学用下颌骨模型上取下一颗第一磨牙。该模型上的塑料牙齿通过螺钉固定。拧下第一磨牙，并从牙槽窝中移除螺纹残留物。使用柔软的硅胶材料填充牙槽窝，塑形以覆盖窝洞，形成平坦的牙槽嵴。
   注：已创建种植体植入无牙区域的模拟。
2. 使用实验室扫描仪扫描制备好的模型，以创建数字化设计。
3. 创建3D 1A类和1B类¹¹ 数字化种植体周围炎骨缺损。打开Exocad软件程序，上传扫描模型文件，然后点击 设计 并选择 专家模式. 使用“编辑网格”选项移除不规则区域。然后右键单击并选择 将扫描结果保存为文件 计算机上的相关文件夹中。
4. 选择 工具 > 添加/移除网格 选项，选择 石蜡扫描> 上传文件，选择刚刚保存在文件夹中的文件。之后，点击 向导模式 在右侧。
5. 在生成的新 STL 模型中，于牙槽内创建缺损模拟。操作方法为单击 添加/移除 左侧。选择 椭圆形刷头尺寸随后，通过按住 Shift 键并同时左键单击，在模型上创建缺损。对于 1A 类缺损，调整缺损长度为 5 mm，宽度为 4.2 mm（对应种植体直径），位于种植体的颊侧表面；对于 1B 类缺损，调整为 5-5-5 mm。
6. 为了缩小缺损的横向宽度，选择 瓣叶 通过点击 解剖学 在左侧缩小缺损处前庭宽度并向内收窄。然后，右键单击并将场景保存为文件。
7. 要创建最终模型，请重新启动程序并重新加载已保存的文件夹，然后选择 向导模式 和 模型对齐 右侧的选项。选择模型类型 作为数字化蜡型模型 在左侧。连续点击“下一步”几次，直到在左侧进入模型设计部分。选择“完整模型”选项，然后单击 下一步 两次。模型文件完成后，使用资源管理器打开该文件，即可准备打印。
8. 将设计模型的STL文件发送至3D打印机。使用模型树脂打印生成的数字模型。
9. 将实验模型在96%乙醇中冲洗5-10分钟。清洁过程结束后，将模型置于光固化装置中，根据制造商说明的剂量设置，光照固化5分钟。
   注意：使用具有高抗拉强度、抗弯强度和抗压强度且适用于种植体钻孔的树脂模型。根据制造商说明，使用含酒精溶液清洗打印模型，并确保其充分光照固化。

2. 植入物染色

1. 将测试种植体浸入黏稠的防水红色墨水中，确保种植体表面的所有部分完全且均匀地被墨水覆盖15秒。使用驱动手柄或印模桩从无菌容器中取出种植体，避免用手直接接触。
   注：该染色将作为生物膜替代物，在后续摄影分析中提供光学可见的显影效果。
2. 使用牙科治疗机的气枪对染色后的种植体进行吹干，以获得均匀分布的墨水。随后在室温下将染色种植体进一步干燥24小时。在整个干燥过程中，应将种植体与手柄一起隔离放置，避免手部接触。

3. 染色植入物的放置

1. 将牙科物理分配器的设置调整如下：800 转/分钟，40 N 扭矩，不使用生理盐水冲洗。
2. 在实验模型上使用外科种植钻制备种植窝，以植入长度为 11 mm、宽度为 4.2 mm 的种植体。对两种类型的缺损模型（1A 类和 1B 类缺损模型）均制备相同的种植窝。
3. 根据制造商的说明依次使用种植钻，以实现初期稳定性。钻孔后使用气水注射器清除残留碎屑，然后植入种植体。使用夹具将实验性种植体周围炎模型固定在工作平台上，以避免种植体的微动，并防止模型产生微裂纹。
4. 使用携带式手机将种植体插入种植窝中。在颊侧表面保留 5 mm 的暴露区域。确保种植体在模型的舌侧骨嵴上处于相同的埋入水平。避免接触染色的种植体表面。

4. 植入物的去污处理

1. 开始对植入物进行去污处理，分组操作，无需将其从实验性1A和1B骨缺损模型中取出。
2. 喷砂系统：将设备调至最大功率，配合水冷却，使用14 µm赤藓糖醇粉末。将设备喷嘴保持在距离植入物表面2–3 mm处，均匀地将粉末喷射至暴露的种植体周围炎缺损区域。1A型缺损的处理时间限制为2分钟，1B型缺损为3分钟。
3. 聚醚醚酮（PEEK）超声工作尖：将设备功率设为8级（80%），并开启最大水冷却。以适合超声操作的方式握持PEEK手柄。在植入物表面采用直线式、平行移动方式进行去污处理。尽可能根据其设计结构将PEEK工作尖深入螺纹间隙中操作。1A型缺损的处理时间限制为2分钟，1B型缺损为3分钟。
4. 钛制刮治器：以60°–90°的角度，在5 mm暴露的植入物表面施加约0.75 N的恒定压力，连续刮擦2分钟（1A型缺损）或3分钟（1B型缺损）。
5. 去污处理后，使用驱动工具取出植入物，避免用手直接接触。若模型在处理后发生变形，则改用备用模型。使用夹具将实验性种植体周围炎模型稳定固定于操作平台上。
   注意：所有操作方法应由同一名研究人员校准并实施。

5. 拍照成像

1. 使用匹配的种植体拆卸工具从模型中取出种植体。将种植体空气干燥20秒，以去除表面松动的颗粒或残留物。
2. 将种植体放置在定制设计的亚克力摄影模型上，拍摄平面视图、30°根尖视图和30°冠状视图，以评估种植体表面螺纹的根尖和冠状部分。
3. 将相机固定在三脚架上，并标准化相机设置（距离15 cm，ISO 160，光圈f/16，曝光时间1/250 s）。确保拍摄环境光线充足。必须使用三脚架稳定相机。
4. 使用闪光灯以RAW格式拍摄数码照片。对于1A类缺损，共获取90张颊侧照片（每种植体表面各拍摄一张平面图、一张30°根尖图和一张30°冠状图）；对于1B类缺损，共获取270张照片（每种植体的颊侧、近中和远中表面分别拍摄平面图、30°根尖图和30°冠状图）。将所有数码照片文件存储于硬盘中，用于后续图像分析。

6. 图像分析

1. 在数字图像软件（ImageJ）中执行所有分析。分析前，使用 Photoshop 程序（Photoroom）将照片背景处理为黑色，以确保图像中仅显示种植体。打开应用程序后，从图库中逐个添加每张图像。去除图像背景，并从选项中选择黑色背景。
2. 将图像拖放到 ImageJ 中。在图像上绘制一个正方形，覆盖种植体冠方 5 mm 的区域，然后点击图像 > 裁剪以实现标准化。对每张图像重复相同操作。
3. 通过点击图像 ˃ 类型 ˃ 8 位将图像转换为 8 位格式，并通过点击图像 ˃ 调整 ˃ 阈值调整阈值，以便进行面积计算。
4. 通过点击分析 ˃ 测量 ˃ 面积，计算整个种植体表面面积以及红色残留物的面积。
5. 将获得的像素面积记录到电子表格文件中。创建一个独立的电子表格文件用于记录原始图像数据。
6. 为获得红色残留物所占百分比，将显示为红色的区域乘以 100，再除以种植体总表面积。

7. 扫描电镜分析

1. 在分析当天之前，将所有种植体保存在其无菌包装盒中。
2. 在进行扫描电镜（SEM）分析前，从每组处理组中随机选取一个代表性样本。除各组中选取的样本外，另增加一个无菌种植体以及一个完全被墨水覆盖的种植体。因此，共准备八个种植体样本用于扫描电镜分析。
3. 在 SEM 分析前，使用气枪喷射氮气 20 秒，以去除种植体表面的任何微小粉末。
   注意：由于设备的先进技术，未额外施加金涂层。
4. 将每个种植体用导电碳胶粘附在 SEM 样品台（stub）上，确保可对颊侧平面进行观察，且无需手动接触以避免污染。按编号顺序排列，以避免组别混淆。
5. 从置于仪器中的种植体上选择区域，并在不同放大倍数下采集图像。对种植体表面的不同区域（近中或远中）重复相同操作。使用扫描电镜设备在 10–30 kV 电压、平均工作距离 12 mm 的条件下，以 100×、1000× 和 5000× 的放大倍数获取图像。
   ​注意：为确保 SEM 分析的标准化，每个种植体均选择颈圈区域的第二条微螺纹以及体部的第二条大螺纹。对于部分图像，建议在成像过程中同步进行元素分析（EDS）以便比较。

图2：研究流程图。请点击此处查看此图的放大版本。

8. 统计学分析

1. 分类变量以数值和百分比表示，连续变量以均值和标准差表示。使用Shapiro-Wilk检验确认连续变量的分布正态性。
2. 对于缺陷组间连续变量的比较，采用Student t检验。当比较超过两组时，根据统计假设是否满足，使用单因素方差分析（ANOVA）或Kruskal-Wallis检验。
3. 对于符合正态分布的数据，在满足方差齐性的前提下，采用Tukey法进行多组间的多重比较；对于非正态分布的数据，采用Bonferroni校正的Mann-Whitney U检验进行多组间的多重比较。所有统计分析均使用IBM SPSS 20软件完成，检验的统计学显著性水准设定为0.05。

结果

本文所述用于分析种植体表面去污效果的实验方案，揭示了不同处理方法之间存在显著差异。此外，处理后的扫描电镜（SEM）检测方案也显示，各研究组间种植体表面发生了不同程度的显著变化。

去污染后种植体水平的比较（种植体总均值）
种植体水平的比较是通过对比每个种植体的总体均值进行的（1A类缺损的颊侧表面测量均值，以及1B类缺损的颊侧、近中和远侧表面测量均值的平均值）。因此，在1A类缺损中，AA组获得的去污染效果最佳（0.19 ± 0.02）（p < 0.001）。紧随其后的是AA-1B组（0.29 ± 0.04）、PI-1B组（0.38 ± 0.04）和PI-1A组（0.43 ± 0.03）。去污染效果最差的是TIT-1A组（0.53 ± 0.03）和TIT-1B组（0.56 ± 0.03）。尽管钛刮治器组之间（1A与1B）无显著差异，但其余各组之间的两两比较均具有统计学意义（p < 0.001；表1；图3）。

讨论

由于种植体周围疾病在种植体粗糙表面发生的病理机制具有炎症性和细菌性特点，种植体体外表面分析的方法学一直面临挑战。诸多问题包括样本材料的选择、表面生物膜的模拟、种植体周围炎缺损类型的选定、体外实验过程中临床条件的再现、去污染操作步骤的差异，以及去污染程度和操作对种植体表面粗糙度影响的评估方法。每种品牌的种植体都具有独特的表面特性，例如金属类型（钛、锆）、表面粗糙度特征、表面自由能、润湿性、螺纹深度、宽度和长度，这些因素均直接影响去污染方案的有效性。为解决这一问题，部分研究采用染色或污染的圆片替代种植体。然而，从平面（圆片）去除细菌生物膜的能力与从螺纹结构（种植体）上的去除能力并不能真实反映临床实际情况^16，20。尽管文献中已评估不同品牌种植体的去污染效果²¹，但本研究选用的是具有标准和高端特性的种植体。

本研究中使用的永久性墨水模型是模拟种植体上生物膜的最常用方法^13...

材料

本文使用的材料清单

姓名	公司	目录编号	评论
3D打印机	DentaFab, 伊斯坦布尔, 土耳其		用于制备实验性种植体周围炎缺损
3D打印树脂	Alias, 伊斯坦布尔, 土耳其		用于制备实验性种植体周围炎模型
3D扫描仪	DOF Inc. EDGE, 首尔, 韩国		用于扫描牙科模拟模型
喷砂系统	AIRFLOW Plus PowderE.M.S., Electro Medical Systems S.A., 尼永, 瑞士		用于种植体表面去污
CAD/CAM软件	Exocad 3.2 Elefsina		用于制备实验性种植体周围炎缺损
相机	Canon EOS 70D, 日本		用于获取种植体的摄影记录
牙科种植体	DS PrimeTaper, Dentsply Sirona, 哈瑙, 德国
光固化仪	Solidilite V, 日本		用于在实验室中固化实验模型
永久性墨水	Edding, 德国		用于染色种植体表面以模拟生物膜
生理盐水分配器	Dentsply Sirona, 哈瑙, 德国		用于将种植体植入实验模型中
扫描电镜设备	FEI QUANTA FEG 250 FEI Technologies Inc. (俄勒冈州, 美国)		用于分析种植体表面的形貌变化
外科种植器械套装	Dentsply Sirona, 哈瑙, 德国		用于将种植体植入实验模型中
钛制刮治器	Langer ½ Titanium Currette, Hu-Friedy, 芝加哥, 美国		用于种植体表面去污
超声PEEK工作尖	PI-MAX Implant Scaler, E.M.S., Electro Medical Systems S.A., 尼永, 瑞士		用于种植体表面去污