带台阶和双向骨螺纹的牙体修复固位钉、桩系统

对牙体缺损患牙进行修复治疗时,广泛采用增加固位效果的钉、桩系统。该系统由发达国家引进,具有骨螺纹结构,同于骨科的固位钉结构。但经过本文作者长期生产该钉、桩系统以及临床应用的调查分析[1-2],发现该钉、桩系统对固位拉脱力具有很好的效果,但当口腔存在咀嚼力时,由于该力为压应力,与拉应力方向相反,钉的固位效果则不好,因为在钉的反方向上不是骨螺纹,加上钉的弹性模量高于牙本质8~10倍,受咀嚼力时,钉子会通过非骨螺纹集中传递咀嚼力,使牙本质对螺纹的结合面容易受损,从而影响修复体的固位寿命。本文则在固位拉脱方向保留原骨螺纹结构,在抗咀嚼力方向采用设计骨螺纹的同一原理,也设计为骨螺纹,使钉子具有双向骨螺纹结构,为了进一步增大抗咀嚼能力,经设计计算,又增加了钉子在接触牙本质界面处的台阶,使钉子抗咀嚼力能力进一步提高。

1材料与方法

1.1材料

钉体为316L医用植人物不锈钢(或医用级纯钛TA2、钛合金TC4),修复体为国产贺利氏CHA-RIsMA充填树脂。经杭州西湖生物材料有限公司固位钉生产车间加工成带台阶的双向骨螺纹钉、桩系统,如图1、图2所示,图1为带台阶的双向骨螺纹固位钉,图2为带台阶的双向骨螺纹根管桩,图中的G部分为台阶。

1.2方法及步骤

实验装置如图3所示。该装置是根据离体牙实验专门设计,该装置安装在广州实验机厂生产的IJ-1000实验机夹头中,实验机夹头实验速度为2.0 mm/min。

临床离体牙经翎%甲醛的福尔马林浸泡3d,取出去粘附、清洗,存75%浓度的酒精瓶中待用,试样制各时,每一项拉(或压)的实验选取离体牙15枚,一律经砂轮轻磨去冠,每3枚为一组,共5组,钉的攻入和临床操作相同,使用钉、桩固定的配套钻作预成钉道,再攻入钉、桩(多钉时钉作均匀分布),然后作光固化充填、塑形,试样完成后用硬石膏包埋在包埋杯中,塑冠露出杯口外制成图3所示装置,实验机的其他操作同正常的拉、压实验。实验数据处理是:每一组3枚试样经实验后,弃离散度大的一个数据,取2个相近数据平均值作为实验数据。

2结果

实验结果如表1、表2所示。

表中数据表明,带台阶的双向骨螺纹固位钉能显著提高修复体承受载荷的能力,在大面积的全冠修复中,1颗钉时能增加30N力,2颗钉时增加143 N力,3颗钉时增加180N力,4颗钉时较3颗钉略有降低(说明钉子的密度不能太高)。带台阶的固位钉抗压载荷,1颗钉时再增加11~30N力,2颗钉时再土曾力日20~50N力。

3讨论[3]

3.1骨螺纹、双向骨螺纹

在上述实验提高固位强度的效果中,首先是双向骨螺纹的贡献,由图4C很容易看出,固位钉上的骨螺纹是螺丝的螺纹,而与之匹配的是牙本质的螺纹,是螺母螺纹,双向骨螺纹的固位钉将自身的螺纹减薄,而增加了牙本质螺母螺纹的厚度,增加了牙本质强度,也就增加了固位强度。又由于骨螺纹的螺纹边斜度减小,使拉脱或受压的正应力增加,侧向分应力减小,从而也增加固位能力。

3.2骨螺纹之间螺距T3

如图4C所示,T3的大小也是影响连接强度的重要因素,为了探索最大连接强度,本文做了一次理论设计计算,金属与牙质匹配螺纹如图5,牙质内螺纹剪切破坏将由下列公式计算.

最大固位力应为以上两式吼s=甄s条件下,根据钢质螺纹剪切应力强度rb和牙质螺纹剪切应力强度ζn代入求出的AB值。

经过计算,牙质螺纹要获得最大连接强度,牙质螺纹牙厚度应是金属螺纹牙厚度的4~8倍。

根据这一计算数值,增加牙质螺母螺纹的骨量即增加金属螺纹的螺距η,可以增加连接强度,但在实际应用这一计算时,当钉、桩的螺纹部长度受限制时,增加螺距则同时减少螺纹牙数,承压的载荷也将减少。因此兼顾螺距和齿数对连接强度的影响,本设计取骨螺纹的螺距为普通标准螺距的1,5~2.0倍。上述实验是螺距1.5倍时的连接强度,可见现有的钉、桩未能达到理论最大连接强度。

3.3台阶

当使用带台阶的固位钉时,台阶如图1、图2中的G部分,该部分的外径为钉子直径的1.2~15倍,台阶的厚度为0.2~0.3mm,由离体牙的模拟实验可知,带台阶的固位钉还能再提高修复体的抗压强度20~50N。

3.4纤维桩中应用[4]

由上述实验验证的力学设计原理应用在树脂纤维桩中。根据上述实验,钉、桩设计应考虑抗咀嚼力要求,有双向骨螺纹和台阶,但树脂桩加工成这样形状有困难,我公司由同一原理,将纤维桩设计成如图6所示的仿生锥度,桩头带仿生弧度,其锥度同牙根外形锥度,即用牙根抗咀嚼力的天然锥度。

这样的设计使受咀嚼力时,桩侧向分力和牙根的侧向分力方向相同,最大力也只和牙根压向牙槽骨的力量相同,这样使根桩具有最大的抗咀嚼力的能力,同时这样的仿生锥度还使被修复牙体具有等厚的牙本质,在用胶粘剂将根桩植入后,牙体具有整体的刚性,固位效果更能符合抗咀嚼力的要求(该桩已通过国家食品药品监督管理局北大口腔材料测试中心检测)。