手術置入對牙種植體表面形貌的影響

共聚焦技術是一項無損測量技術，能夠以高分辨率表征復雜的受威脅牙種植體上的不同位置

表面形貌目前被認為是關于生物反應的最重要的表面性質之一。因此，有大量植入體研究集中在開發(fā)新的表面處理方式以提高表面粗糙度之上，其目的是增強生物學反應并最終增強骨整合。但是，在將牙種植體置入骨骼的手術過程中，較高的峰和增強粗糙度的特征可能發(fā)生斷裂、分離或改性。因此，盡管經常被忽略，但需要考慮的一個重要方面是，現(xiàn)代牙種植體的日益復雜的表面特征是否在能在置入后得以保留。
這項研究的目的是調查置入程序對牙種植體表面形貌的影響。為此，有必要在置入之前和之后測量和比較相同位置的表面形貌，從而評估外科手術是否會降低已經增強的表面粗糙度。
本論文是研究的一部分 ^1,2 1-. Zabala, A. The use of 3D surface topography analysis techniques to analyse and predict the alteration of endosseous titanium dental implants generated during the surgical insertion. (Mondragon Unibertsitatea, 2015). 2-. Zabala, A., Blunt, L., Tejero, R., Llavori, I., Aginagalde, A. and Tato, W. Quantification of dental implant surface wear and topographical modification generated during insertion,. Surf. Topogr. Metrol. Prop., 8, no. 1, p. 015002 (2020), doi: 10.1088/2051-672X/ab61e5.研究是由 Alaitz Zabala 博士、Wilson Tato 博士、Andrea Aginagalde 博士和 í?igoLlavori 博士進行

Wennerberg <em>等人</em>。³ 3-.Wennerberg, A. & Albrektsson, T. 種植體表面形貌評估建議準則。Int. J. Oral Maxillofac.Implants 15, 331–44 (2000).采取測量標準化的第一步，提出一些牙種植體表征的準則：必須評估同一批次中的三個樣品，必須在三個評估區(qū)域（頂端、齒面和谷部）進行三維測量，必須**過濾尺寸，以及應至少提供一個高度、空間和混合參數(shù)中。此外，Wennerberg 等人聲稱共聚焦輪廓儀和干涉測量法是評估密螺紋口腔植入體設計的**可接受的方法。這也是為何要選擇商用 3D 光學輪廓儀 Plµ（上一代 S neox，Sensofar Metrology，西班牙）進行這項工作的主要原因之一。這款**光學輪廓儀是市面上**將共聚焦、干涉測量（相移和相干掃描干涉測量）和多焦面疊加技術嵌入到同一臺光學儀器中的產品。這一特征使其能夠運用不同的光學技術快速評估牙種植體 。 許多國際牙科研究實驗室都已將 Sensofar 設備用于牙種植體表面表征，驗證并標志著該技術并將其成為此類研究的黃金標準之一。^4-124-.Walter, M.等人。經強力霉素電化學結合處理的生物活性植入體表面可促進體內和體外骨形成標記。Dent.Mater.30, 200–214 (2014).5-.Frank, M. 等人。改性鈦和鈦鋯的極化可形成納米結構，而氫化物的形成受到調節(jié)。Appl.Surf.Sci.282, 7–16 (2013).6-.D'Almeida, M., Amalric, J., Brunon, C., Grosgogeat, B. & Toury, B. 表面表征技術的相關見解，用于研究生物聚合物與鈦植入體的共價接枝及其耐酸性。Appl.Surf.Sci.327, 296-306 (2015).7-.Andrukhov, O. 等人。不同微粗糙度表面上的成骨細胞的增殖、行為和分化。Dent.Mater.32, 1374-1384 (2016).8-.Bertolini, R., Bruschi, S., Ghiotti, A., Pezzato, L. & Dabalà, M. 加工冷卻策略對鍛制和增材制造的 Ti6Al4V 的牙科摩擦腐蝕行為的影響.Biotribology 11, 60–68 (2017).9-.Spies, B. 等人。使用碳纖維增強螺釘進行種植體-基臺連接的氧化鋯口腔種植體的穩(wěn)定性和耐老化性。Dent.Mater.34, 1585-1595 (2018).10-.Medvecky, L. 等人。磷酸四鈣/透鈣石牙膏對牙本質再礦化和體外小管阻塞的影響。Dent.Mater.34, 442-451 (2018).11-.Pierre, C., Bertrand, G., Rey, C., Benhamou, O. & Combes, C. 鈦牙種植體浸泡過程產生的磷酸鈣涂層：表面制備、加工和物理化學特征。Dent.Mater.35, e25–e35 (2019).12-.Aguirrebeitia, J., Müftü, S., Abasolo, M. & Vallejo, J. 錐形種植體-基臺界面的脫離力實驗研究：先導性研究.J. Prosthet.Dent. 111, 293–300 (2014)。

在研究中，我們在置入牛肋骨（模擬人的骨骼，圖 2）之前和之后分別在四個不同的位置（圖 1）用共聚焦技術測量了牙種植體。

圖 2.按照標準程序置入新鮮牛肋骨。

鑒于螺紋牙種植體的復雜幾何形狀，測量種植體的不同位置以及測量置入之前和之后的同一區(qū)域的位置都面臨著不小的挑戰(zhàn)。
利用專門開發(fā)的具有 3 個自由度的牙種植體 處理和定位裝置，我們可以正確地定位不同的位置（圖 3）。

圖 3.牙種植體處理和定位裝置，用于正確定位植入體

(c)：這兩項測量也可以通過特定的旋轉系統(tǒng)來完成（即 S neox Five Axis）

但是，***的 Sensofar 系統(tǒng)包含旋轉模塊（即 S neox Five Axis），可實現(xiàn)自動化的完整三維表面表征。
為獲得有關所有形貌特征的詳細信息，我們使用了 100X SLWD 放大物鏡進行了測量。我們用測量學軟件 SensoMAP (Digital Surf) 對測量結果進行了后處理，以消除形狀（二階多項式擬合）、噪聲（Gaussian 濾波器截止 0.36 µm）和波度（Robust Gaussian 濾波器截止 50 µm）。通過先前的研究，這些值被認為是該應用的****。¹我們計算了 ISO 25178-2 中屬于高度、空間、混合和功能族的形貌參數(shù)，以充分表征表面特性。
圖 4 顯示了在置入酸蝕刻植入體之前和之后，在相同區(qū)域進行的測量結果的軸測代表性投影。顯示出了具有統(tǒng)計學意義的形貌參數(shù)變化 (p<0.05) 的部位以 * 標示。可以注意到，最初出現(xiàn)的尖峰在所有研究部位（除頸部外）皆已置入后變得不太明顯或已經**消失。

圖 4.在置入之前和之后，在四個評估部位測得的酸蝕牙種植體測量結果的軸測代表性投影。顯示出了具有統(tǒng)計學意義的形貌參數(shù)變化的部位以 * 標示。

圖 5.測量剖面過程的不同視圖

共聚焦技術被成功運用于這項研究中，用以研究牙種植體的表面形貌。這種無損測量技術能夠以高分辨率表征復雜的受威脅牙種植體上的不同位置。我們還進行了定性和定量分析以評估表面改性。從本研究的各個組成部分可以得出以下主要觀點：
對于每個植入體系統(tǒng)（頸部、頂部、谷部和牙側），在不同的評估部位以及沿著每個部位的植入體，表面損傷都不相同。
所產生的界面比 (S_dr) 變化與材料體積變化 (V_m) 成正相關，且被認為是最佳損傷指標。
建議使用 ISO 25178 標準的功能體積參數(shù)，而不是歐洲報告 EUR 15178N 中定義的 R_k 系列參數(shù)，因為會遇到更高的靈敏度。
3D 光學輪廓儀 S neox（Sensofar，西班牙）已被證明是研究被置入骨骼之前和之后的牙種植體表面形貌的精確工具。而更先進的工具，例如 S neox Five Axis，不僅可以實現(xiàn)更快、更自動化的高分辨率測量，還可以對整個牙種植體的形狀進行 3D 重建，這對于磨損分析或進一步研究的質量控制可能是有意義的。