试验性研究 体外 评估不同去污方法对种植体表面清洁能力及其影响的研究

摘要

本项初步研究 体外 本研究旨在通过使用永久性红色墨水模拟口腔生物膜的存在，评估三种不同去污工具的清洁效果以及处理后可能发生的表面改变。

摘要

种植体周围炎治疗的一个关键环节是对种植体表面进行有效去污染。理想的去污染技术应能在不损伤种植体表面的前提下，安全高效地清除生物膜。本项初步研究旨在评估三种机械去污染方案的清洁效果及其对种植体表面形态的影响。研究中，将12个种植体用永久性红色墨水染色后，固定于丙烯酸树脂块中，以模拟水平型种植体周围缺损。由同一名操作者分别使用以下三种器械之一进行表面去污染处理，持续2分钟：钛刷（TiB）、壳聚糖刷（ChB）或钛制刮治器（TiC）。机械工具未联合任何化学去污染剂使用。在去污染前后，分别从颊侧和口腔正面以及30°和60°角度拍摄标准化照片。通过数字化方法计算未清洁的种植体表面积。采用扫描电子显微镜（SEM）评估表面形貌。结果显示，三种测试方法均未能完全去除墨水染色。尽管平均仍有75.98% ± 2.42%的染色残留，但在颊侧和口腔正面观察中，钛刷（TiB）的清洁效果最佳（p = 0.027），其次为钛制刮治器（TiC）（残留染色80.3% ± 0.86%）和壳聚糖刷（ChB）（残留染色90.34% ± 6.07%）。壳聚糖刷组与钛刷组之间差异具有统计学意义（p = 0.022）。扫描电镜分析显示，钛制刮治器造成的表面损伤最严重，而钛刷引起的表面改变最小。在本项初步研究的局限性范围内，钛刷在保持种植体表面形态的同时表现出良好的清洁效果。这些结果提示，在种植体周围炎治疗过程中，钛刷可能是一种更安全且更高效的机械去污染选择。然而，仍需进一步研究以评估机械与化学方法联合使用的去污染效果。

引言

种植体周围炎被定义为种植体周围黏膜的炎症，并伴有进行性骨丧失。这是一种与生物膜相关的疾病，影响牙种植体周围的组织¹。有重度牙周炎病史、口腔卫生不良或种植治疗后缺乏定期维护的患者，发生种植体周围炎的风险更高^1,2。Diaz 等人报告，患者水平上种植体周围炎的平均患病率为 19.53%，而种植体水平上的患病率为 4.8%–23.0%³，即使在对临床病例定义进行限制后，该数据仍存在高度变异性²。糖尿病和牙周炎病史被认为是种植体周围炎的危险指标。然而，关于种植体周围炎与吸烟、种植体上部结构以及角化黏膜量之间的关系，目前尚无共识^2,3。尽管目前尚无标准化且经证实的预防种植体周围炎的方法，但预防措施、良好的口腔卫生以及坚持定期维护被认为是最关键的预防步骤^3,4。

由于种植体周围炎具有复杂的组织病理学特征以及难以预测且进展迅速的病程，其治疗对每一位临床医生而言都是一项挑战^4,5。种植体周围炎治疗的主要目标是控制炎症并阻止种植体周围骨组织的丧失。临床上，治疗目标包括减少探诊深度（PD）、消除探诊出血（BoP）和/或脓液渗出⁶。种植体周围炎治疗的关键环节之一是对种植体表面进行去污染处理。理想的去污染技术应安全无害，不会对患者造成损伤或对种植体造成破坏，同时应能有效清除生物膜⁷。然而，由于种植体表面的形貌特征和物理性质限制了理想的去污染效果，从而影响了治疗的成功率，因为大多数情况下，受累区域的彻底接触受限于种植体表面的特性^5,8。这些局限性促使人们亟需开发新的材料或技术，以实现种植体周围炎治疗中有效的表面去污染。

迄今为止，已有多种种植体表面去污剂/方法被提出，其有效性和应用方式仍在研究中⁹。用于种植体周围表面去污的技术通常分为机械/物理方法和化学方法，但目前尚无明确的科学证据表明这些技术中哪一种更具优势^7,8。最近一项荟萃分析结果显示，专为种植体表面清创设计的钛涂层刮治器因其硬度与种植体表面相近，不会在表面造成划痕，可安全用于去污⁷。在同一项荟萃分析中，单独使用旋转钛刷进行种植体表面去污被证明可显著改善临床牙周参数，例如探诊深度（PD）和出血指数（BoP）的降低。Toma 等人在一项比较钢制刮治器、塑料刮治器、超声器械和钛旋转刷在种植体表面清除生物膜效果的随机临床研究中报道，旋转刷在临床上更为有效，并能保持种植体表面形态¹⁰。由镍钛（NiTi）丝制成的钛刷（TiB）其弹性模量低于种植体表面，使刷子具有柔韧性，从而降低划伤种植体表面的风险¹¹。另一种有前景的去污材料是由甲壳素衍生的天然多糖壳聚糖制成的无毒、可生物降解的刷子，因其良好的生物相容性、可生物降解性、抑菌性和抗炎特性而受到重视。已有研究报道，壳聚糖具有抑菌和抗炎作用，并可在治疗种植体周围疾病时显著改善临床参数¹²。与金属器械不同，这种刷子无研磨性，旨在通过生物学和机械学双重机制降低细菌负荷^5,12。然而，目前对于理想的种植体去污剂仍缺乏明确共识¹³，尚需更多研究来评估这类新型壳聚糖刷在种植体周围治疗去污阶段的有效性。

尽管在种植体表面去污染方面已有大量研究，但要找到一种既能实现最佳清洁效果又能保持表面完整性的去污染方法或试剂，仍然是当前临床实践中面临的重要挑战。基于此，本研究旨在评估三种不同机械去污染方案的清洁能力及对表面形貌的改变情况。阴性假设为：钛刷（TiB）、壳聚糖刷（ChB）和钛制刮治器（TiC）在对种植体表面进行机械去污染后，其清洁效果和表面形貌改变方面无显著差异。

方案

注意：本研究的实验步骤均按照标准化的推荐准则进行。 体外 实验¹⁴伦理批准并非必需，因为本研究使用的是商业化的种植体表面。研究纳入了直径为3.2 mm、长度为10 mm、具有喷砂粗化酸蚀（SLA）表面的种植体。具有不同尺寸和表面特征的种植体被排除在外。样本量计算依据Khalil等人的方法进行。¹⁵效应量取为0.90，α误差设为0.05，在95%统计效能下，每组需八名受试者。

1. 研究样本的制备

1. 根据Sanz-Martin等¹⁶所述方法，使用驱动手柄将种植体完全浸入盛有红色永久性墨水的容器中，使墨水完全覆盖种植体表面10秒，随后空气干燥，以实现墨水在种植体表面的均匀分布。
2. 室温下干燥48小时后¹⁷，确认种植体表面红色墨水覆盖均匀，无墨水积聚现象。
3. 使用种植体扳手手动将种植体插入尺寸为20 × 20 × 20 mm的丙烯酸树脂块中，深度达5 mm，确保植入过程可控且位置一致，直至种植体体部的5 mm深度标记处，以模拟I类水平种植体周围缺损¹⁸（图1A）。
4. 为保持一致的植入角度和垂直位置，在植入过程中使用定制的平行测量导板，使种植体的长轴与丙烯酸树脂块表面垂直（90°）。
   注意：在干燥过程中，应避免手部接触种植体表面，并始终使用驱动手柄对种植体进行隔离操作。

2. 创建用于照片标准化的设置

1. 设置相机参数：ISO 100，光圈 f/32，曝光时间 1/80 s。在手动对焦模式下，使用焦距为 100 mm 的微距镜头。
2. 将环形闪光灯（双点微距闪光灯，日光平衡 5500 K）相对于种植体表面以 45° 角放置，以确保照明均匀并最小化反光。使用柔光罩柔化光线，减少金属表面的眩光。
3. 将相机置于距离种植体表面 15 cm 的位置，从种植体的唇侧和腭侧表面，沿种植体长轴的正前方（0°）拍摄标准化照片（图 1B）。
4. 每次成像前，使用校准标尺验证相机的对齐。
5. 制作定制的丙烯酸定位夹板，使相机相对于种植体长轴呈 30°（上视图）和 60°（下视图）角度，以标准化方式评估冠部和根尖螺纹（图 1C）。

3. 处理方法的应用及照片获取

1. 由一名操作者对常用于治疗种植体周围炎的种植体（每个种植体4个，共8个表面）的暴露颊侧和口腔表面，分别应用三种不同的去污方法（见材料表），每种方法处理2分钟，以消除操作者个体差异的影响（图2）。使用秒表控制操作时间。
2. 所有操作仅在无菌生理盐水冲洗下进行，以排除化学试剂对清洁效果或表面完整性的潜在干扰。
   1. 对于钛碳（TiC），使用11/12型迷你Gracey刮治器，以与表面呈60°角施加侧向压力进行操作。
   2. 使用经无菌生理盐水浸泡的ChB（碳刷），安装于转速设定为800 rpm的低速手机上，以轻柔探查方式做环形运动。
   3. 使用TiB（钛刷），安装于转速设定为800 rpm的低速手机上，以轻柔探查方式做环形运动。
3. 再次按照步骤2所述方法获取治疗后的标准化照片（图3）。

4. 照片分析

1. 获取所有照片后，使用图像软件（ImageJ v 1.54f）对照片进行数字化和校准。由于种植体垂直嵌入丙烯酸树脂中5 mm，需在软件中输入照片中可见的剩余5 mm部分，以及标准的3.2 mm直径，使用“直线工具”进行校准，以确保准确性。
2. 裁剪照片，仅保留暴露的种植体表面剩余的5 mm部分，代表感兴趣区域（ROI）。
3. 以红、绿、蓝（RGB）色彩模式处理图像。通过点击 图像 > 类型 > RGB堆栈，将图像转换为彩色堆栈，以分离代表残留墨水的红色染色区域。
4. 选择红色通道。通过点击 图像 > 调整 > 颜色阈值，设置色相范围为0°–25°和330°–360°，饱和度为50–255，亮度为30–255，应用颜色阈值。启用暗背景选项，以确保准确检测染色区域。
5. 使用多边形选区工具手动勾勒种植体轮廓，排除背景区域。通过点击 分析 > 工具 > ROI管理器，将选定区域保存至ROI管理器，以确保始终对相同的表面区域进行一致性分析。
6. 通过点击 分析 > 测量 > 面积，计算整个种植体表面面积及红色墨水残留面积。
7. 将墨水完全清除定义为ROI内无任何红色染色像素。图像分析过程中保持设置恒定，以实现标准化。
8. 使用ImageJ计算残留染色百分比：残留染色面积 × 100 / 种植体总表面积（图4）。

5. 植入物表面形貌的分析

1. 对样品进行编码，用乙醇脱水后，使用碳导电胶带将样品固定于铝制样品台上，然后放入离子溅射仪中。
2. 将暴露的种植体表面的中三分之一区域定义为SEM分析的感兴趣区域（ROI）。
3. 在溅射镀膜仪中以20 nm金层对样品进行90秒镀膜，并置于真空度为10-3 torr、功率为10 mA的真空腔室中。样品制备过程中须始终佩戴防护实验装备，并确保通风良好。
4. 将镀金样品置于扫描电子显微镜的真空腔中，在5 kV加速电压、9 mm工作距离及0°倾转角度下进行观察。
5. 以 20x、500x、1000x 和 5000x 放大倍数拍摄 SEM 显微照片，以评估形貌变化。

6. 统计分析

1. 使用 SPSS 软件（版本 27）进行统计分析。分类变量以均值 ± 标准差、中位数以及最小值和最大值表示。
2. 通过 Shapiro-Wilk 检验评估分布的正态性。在三组间比较时采用 Kruskal-Wallis 检验。当数据不符合正态分布时，组间两两比较采用经 Bonferroni 校正的 Mann-Whitney U 检验。显著性水平设定为 p < 0.05。

结果

经过处理后，所有处理过的表面均未实现墨水污渍的完全去除。残留墨水的比例因所用设备的类型以及照片拍摄角度的不同而有所差异。各去污组残留染色百分比的比较见表1。

在颊侧和口腔前侧视角下，每种去污方法均达到了最高的清洁效率。其中，TiB 方法效果最佳，残留染色量最少（75.98% ± 2.42%），其次是 TiC（80.3% ± 0.86%）和 ChB（90.34% ± 6.07%，p = 0.027）。在颊侧和口腔前侧视角下，ChB 与 TiB 组之间差异具有统计学意义（p = 0.022）。尽管统计学上无显著差异，但在颊侧前侧和 30° 视角下，TiB 在残留染色方面表现更优（88.97% ± 11.53%），优于 TiC（99.02% ± 0.77%）和 ChB（98.05% ± 0.90%）组。在 60° 角度下，所有组别的残留染色百分比均较高，TiB 为 93.93% ± 4.09%，TiC 为 97.97% ± 1.69%，ChB 为 98.36% ± 1.3%，表明所测试的方法在种植体螺纹较深区域的去污能力...

讨论

在本研究中，测试了使用三种不同器械方法对种植体表面进行清创的效果。在所测试的三种机械去污方法中，TiB 显示出最高的清洁效率 和 种植体表面的最小化表面改变。扫描电镜（SEM）分析证实，TiB 能更有效地保持种植体表面形貌，而 TiC 造成的表面损伤最为严重，研究假设被否定。结果表明，现有的去污方法效果有限，且所有分析的种植体表面均未完全清除墨水染色。SEM 观察直观验证了清洁实验的结果，并展示了该方法如何用于关联机械清洁效果与表面地形学变化。数字面积分析与 SEM 成像相结合，可提供互补的定量与定性证据，用于评估应用于种植体表面的机械去污技术的效率与安全性。

关于实验模型，选择使用永久性红色墨水模拟生物膜污染，以提供标准化且易于量化的表面覆盖。该方法能够实现可重复、不受操作者影响的清洁效果视觉评估，从而减少基于图像分析的偏差。⁹染色不均可能导致清洁效果结果出现偏差，并影响图像分析的准确性。因此，将种植体完全浸入染料中10秒，同时使用手机驱动头，并轻轻用气流喷吹以防止气泡形成。尽管已知红色墨水可能无法完全模拟多物种...

材料

本文使用的材料清单

姓名	公司	目录编号	评论
丙烯酸树脂	Imicryl	土耳其科尼亚	用于制作照片支架及实验性水平骨缺损模型
相机	Canon EOS 80D	日本东京	用于获取种植体的标准照片
壳聚糖刷	Labrida BioClean, Institut Straumann AG	瑞士巴塞尔	用于种植体表面去污染
闪光灯照明系统	Sigma	德国罗德马克	用于获取种植体的标准照片
图像分析软件	ImageJ	美国马里兰州国立卫生研究院（NIH）	用于图像分析
种植体	Bilimplant, PBL 3210	土耳其伊斯坦布尔	主要研究材料
低速手机	NSK AR-Y	日本Nippon	用于旋转刷进行的去污染操作
红色永久性墨水	Staedtler Lumocolor	德国纽伦堡	染色种植体以模拟口腔生物膜
扫描电子显微镜	Jeol, JSM 6335F	美国马萨诸塞州皮博迪	用于表面分析
溅射镀膜仪	Polaron Emitech, SC7640	英国东埃塞克斯	减少扫描电镜样品的电荷积累，以获得尽可能高的成像质量
统计学软件	SPSS 27, IBM	美国纽约	用于结果的统计学分析
无菌生理盐水	Polifarma, 0.9%	土耳其伊斯坦布尔	去污染过程中用于冲洗
钛刷	NiTi Brush, Hans Korea	韩国京畿道	用于种植体表面去污染
钛制刮治器（11/12T mini）	Hu-Friedy	美国芝加哥	用于种植体表面去污染