种植体周围炎治疗中使用的机械方法对种植体表面去污和粗糙度的影响

摘要

本方案描述了一种基于墨水染色的实验模型，该模型可用于 体外 植入物表面净化和粗糙度研究，以促进临床决策。

摘要

已经提出了各种机械方法来净化牙科植入物表面，但成功率各不相同。这项 体外 研究使用扫描电子显微镜 （SEM） 评估了使用赤藓糖醇粉末、聚醚醚酮 （PEEK） 超声尖端和钛刮擦 （TIT） 的空气磨损 （AA） 系统的净化效率及其对植入物表面形貌的影响。总共 60 个种植体用永久性红色墨水染色，并放置在 3D 打印的 1A 类和 1B 类种植体周围炎缺损中，根据缺损类型和治疗方案形成六组 （每组 n=10）。此外，还使用了 1 例阳性和 1 例阴性对照植入物。赤藓糖醇粉末、PEEK 超声尖端和钛刮刀在 1A 类缺陷中应用 2 分钟，在 1B 类缺陷中应用 3 分钟。使用数字软件量化残留的红色墨水区域，并使用 SEM 和 EDS 分析种植体表面变化。没有一种方法能实现完全净化。然而，赤藓糖醇粉末显然是最有效的，残留墨水率为 24% ± 6% （p < 0.001）。PEEK 超声波尖端导致 41% ± 4% 的残留墨水，而钛刮匙留下 55% ± 3%。在所有方法之间观察到显著差异。在 1A 类和 1B 类缺陷之间未发现净化效果的显著差异。SEM 分析显示赤藓糖醇粉末和 PEEK 尖端的表面损伤最小，而钛刮刀会造成中度至重度损伤。基于去污效率和表面保护，赤藓糖醇粉末和 PEEK 尖端是种植体周围炎治疗的安全有效选择，而钛刮擦效果较差，会造成相当大的表面损伤。这些发现可能有助于临床医生制定种植体周围炎的治疗计划。

引言

种植牙治疗是全球最常见和首选的替换缺失牙齿的方案。长期随访研究表明，使用种植体支持的修复体治疗完全或部分无牙颌可提供可预测的结果和高生存成功率。然而，在手术放置和修复植入物¹ 后可能会出现影响硬组织和软组织的各种并发症。2017 年，牙周和种植体周围疾病和病症分类世界研讨会引入了影响种植体周围组织的疾病的定义和鉴别诊断²。根据这一定义，种植体周围炎是一种不可逆的病理状况，其特征是炎症的临床体征，包括探诊和/或化脓出血、探诊深度增加和/或种植体周围粘膜粘膜边缘退缩，以及支撑骨的影像学丢失²。种植体周围疾病的病因是多因素的，有些人比其他人更容易患上这种疾病。个体的特定易感性可能会增加种植体周围疾病发展的风险，这可能导致种植体损失。在种植体周围疾病病因中起作用的其他因素是患者相关因素（吸烟、全身性疾病、牙周病史、口腔卫生）;角化粘膜的状况，植入部位骨骼和软组织的数量和质量;对植入物和周围组织的力;植入物植入过程中遇到的并发症;以及进行外科和修复治疗的医生的经验和技能².此外，最近还引入了一种新的风险评估和治疗概念，即种植体疾病风险评估工具 （IDRA）³。该工具被开发为一个功能图，由八个参数组成，每个参数都与种植体周围炎有记录的关联。八边形的向量是牙周炎病史、探诊出血 （BoP） 的种植体和牙齿部位的百分比、探诊袋深度≥ 5 毫米的牙齿/种植体数量、牙周骨丢失率（与患者年龄相关的 X 光片）、牙周炎的易感性、支持性牙周治疗 （SPT） 的频率和修复体的设计。

最近的系统评价表明，患者层面种植体周围炎的患病率为 19.53%，种植体层面为 12.53%³。全球每年放置的种植体大约超过 500 万例，市场规模超过 40 亿美元，种植体周围炎是人口的主要健康问题。如果不及时治疗，种植体周围炎会导致受影响的种植体和种植体支撑的修复体丢失，给牙医和患者带来巨大的痛苦。

种植体周围疾病的治疗可分为非手术和手术两种方法。尽管对终点治疗牙周炎的成功有合理的预期⁴，但治疗种植体周围炎的可比证据仍然很少。因此，种植体周围炎的分期方法和非手术治疗的基本原理是在增加治疗侵袭性之前尝试用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和危险因素控制时进行手术步骤。这包括 OH 指导和动机、风险因素控制、生物膜保留因子的控制以及修复体清洁/移除/修改，包括修复体组件、边缘上和边缘下器械的评估，以及需要时伴随的牙周治疗。因此，非手术治疗应始终是第一步⁵.对于早期种植体周围炎，减少危险因素和非手术治疗可能就足够了，但在骨质流失后完全去除深袋中的生物膜通常具有挑战性。在非手术治疗后的重新评估阶段，持续的牙周袋深度 （≥ 6 mm） 和探诊出血 （BoP） 表明种植体周围炎的潜在进展。如果存在这些体征，建议进行手术干预⁶.种植体周围炎的手术治疗包括 （i） 开放皮瓣清创术，（ii） 切除皮瓣手术，（iii） 使用重建方法管理种植体周围骨缺损，（iv） 种植体表面去污的其他方法和 （v） 辅助使用局部/全身抗生素⁷.

种植体周围炎的主要病因是定植在种植体表面的致病性生物膜⁶。去除这种生物膜是所有处理方案的主要原则和目标，涉及机械、化学和激光净化方法⁷。

机械清创术采用塑料、碳和钛刮擦、带有塑料和金属尖端的超声波设备、钛刷和带有各种粉末的空气研磨 （AA） 系统。虽然很难完全消除生物膜，但这些疗法提供了临床益处。各种临床干预措施，包括有或没有防腐剂⁸ 、抗生素⁹ 以及切除和再生手术¹⁰ 的机械清创方案，已经取得了不同程度的临床成功。然而，它们也会诱导植入物表面的化学和物理特性发生变化，从而可能使新骨形成和骨再结合复杂化。

在机械方法中，使用不同粉末成分的 AA 程序显示出最佳的清洁效果 11,12,13。然而，残留颗粒的存在会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 AA 系统中最常用的粉末⁸。最近，赤藓糖醇 （14 μm） 等较小的空气研磨颗粒因其有效净化和减少表面损伤而受到关注⁹。钛和塑料刮礼造成的表面损伤比钢制刮刀小，可有效去除生物膜¹⁵。由聚醚醚酮 （PEEK） 制成的超声波洁牙机针头还可以减少细菌负荷，同时将表面损伤降至最低¹⁰。去污方法必须考虑植入物表面的高粗糙度，并旨在去除细菌生物膜而不会造成明显的表面损伤。尽管已经进行了广泛的体外、体内和临床研究，但迄今为止仍未就种植体周围炎的治疗达成共识和金标准方案。由于许多种植牙导致种植体周围疾病的患病率不断增加，因此需要一种基于证据的、可预测的方法来治疗受污染的表面。本研究旨在评估不同去污方法（空气研磨 （AA） 系统、PEEK 超声尖端和钛刮刮子）对植入物表面去污的有效性，并通过 SEM 分析评估它们对植入物表面粗糙度的影响。

研究方案

该研究方案得到了土耳其安塔利亚阿克德尼兹大学伦理委员会 （TBAEK-363） 的批准。这项研究得到了阿克登尼兹大学研究基金（项目编号：TDH-2024-6676）的支持。该研究使用了尺寸为 4.2 mm x 11 mm 的螺钉形牙科植入物（PrimeTaper EV Implant），在衣领上采用 1.7 mm 的微螺纹设计。通过喷砂和稀氢氟酸进行表面处理，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：三种去污机械处理方法（空气研磨剂 （AA）、聚醚醚酮 （PEEK） 超声波和钛刮刀; 材料表）在两种不同的种植体周围炎缺损类型¹¹ （1A 类和 1B 类） 中进行了分析。因此，有六个实验组（图 1）。共使用了 62 个植入物，包括 1 个阳性和 1 个阴性对照植入物。这种 体外 研究设计最初由 Sharhmann 等人 ¹⁶ 开发，已在文献中被各种研究人员修改^{12、13、14、15、16、17、18} （图 2）。假设组间生物膜去除功效相差 10%，则样本量确定为 60（每组 10），6 组具有 G*功效，效应量为 0.50，I 型误差为 5%，功效为 80%。

图 1：实验组流程图。 请单击此处查看此图的较大版本。

1. 从教育下颌体模模型中取出一颗第一磨牙。塑料齿用螺丝固定在这个虚拟模型上。拧下第一颗磨牙，从牙槽中取出螺纹。通过模制柔软的硅胶材料来填充接受腔以覆盖接受腔，以形成平坦的牙槽嵴。
   注意：已创建放置在无牙颌区域的植入物的模拟。
2. 在实验室扫描仪中扫描准备好的模型以创建数字设计。
3. 以数字方式创建 3D 1A 类和 1B 类¹¹ 种植体周围炎骨缺损。打开 Exocad 软件程序。上传扫描的模型文件。然后单击 Design 并选择 Expert Mode。使用 Edit Mesh 选项删除不规则区域。然后右键单击并选择 将扫描另存为文件 在计算机上的相关文件夹上。
4. 选择 工具 > 添加/删除网格 选项，选择 蜡扫描> 上传文件，然后选择刚刚保存在文件夹中的文件。之后，单击 向导模式 在右侧。
5. 在生成的新 STL 模型中，在牙槽中创建缺陷仿真。为此，请单击 添加/删除 在左侧。选择 Oval Shape Brush Size（椭圆形画笔大小）。然后，同时使用 Shift 和 Left click 在模型上创建缺陷。对于 1A 类缺陷，将植入物颊面的缺损长度调整为 5 毫米，将宽度调整为 4.2 毫米（对应于植入物的直径），对于 1B 类缺损，调整为 5-5-5 毫米。
6. 要缩小缺损的水平宽度，请单击左侧的 Anatomy（解剖）并选择 Cusp（尖点），然后向内缩小缺损的前庭宽度。然后，右键单击并将场景另存为文件。
7. 要创建最终模型，请重新启动程序并重新加载保存的文件夹。然后选择右侧的 Wizard Mode and Model Alignment 选项。选择模型类型作为左侧的 Digital Waxup Model（数字蜡像模型 ）。单击 Next 几次，直到到达左侧的 Model design 部分。选择 Full Model 选项，然后单击 Next 两次。模型文件完成后，使用 Explorer 打开它，然后就可以打印了。
8. 将设计模型的 STL 文件转发到 3D 打印机。使用 Model Resin 打印创建的数字模型。
9. 用 96% 乙醇冲洗实验模型 5-10 分钟。清洁过程结束后，将模型放入发光固化装置中，并按照制造商的说明以剂量设置用光固化 5 分钟。
   注意：使用具有高拉伸、弯曲和压缩强度且适合植入物钻孔的树脂模型。根据制造商的说明，用含酒精的溶液清洁打印的模型，并确保其经过充分的光固化。

2. 植入物染色

1. 将测试植入物浸入粘性防水红色墨水中。确保植入物表面的所有部分都完全均匀地被墨水覆盖 15 秒。使用驾驶员手机或印模柱从无菌容器中取出植入物，不要用手接触。
   注意：这种染色将模拟用于照相分析的光学可见生物膜替代物。
2. 用牙科综合治疗装置空气注射器风干染色的种植体，以便使墨水均匀分散。在室温下进一步干燥染色的植入物 24 小时。与手机隔离干燥植入物，不要用手接触。

3. 染色植入物的放置

1. 按如下方式调整牙科理疗分配器的设置：800 rpm，40 N 扭矩，无盐水冲洗。
2. 在实验模型上使用外科植入物钻头创建种植体接受腔，以放置 11 毫米长和 4.2 毫米宽的植入物。为具有两种类型缺陷的模型（1A 类和 1B 类缺陷模型）准备相同的种植体接受腔。
3. 根据制造商的说明依次使用种植体钻头，以实现初步稳定性。用气水注射器钻孔后清洁剩余的碎屑，然后放置植入物。用夹子将实验性种植体周围炎模型稳定在工作平台上，以避免植入物的微移动并防止模型出现微裂纹。
4. 将带有载体手机的植入物插入牙槽。在颊面上留出 5 毫米的暴露区域。确保植入物浸没在模型的舌骨嵴上的同一水平。避免触摸染色的种植体表面。

4. 植入物的去污

1. 开始分组对植入物进行净化，而不将它们从实验性 1A 和 1B 缺陷模型中删除。
2. 空气研磨系统：用 14 μm 赤藓糖醇粉末灌溉，将设备设置为全功率。将装置的尖端保持在距种植体表面 2-3 毫米的位置，并将粉末均匀地涂抹在暴露的种植体周围炎缺损上。对于 1A 缺陷，将工作时间限制为 2 分钟，对于 1B 缺陷，将工作时间限制为 3 分钟。
3. 聚醚醚酮 （PEEK） 超声波尖端：将设备设置为 8 次方 （80%），并最大灌溉水。以适合超声波使用的方式握住 PEEK 手机。通过线性和平行运动对植入物表面进行去污。在其设计允许的范围内，尽可能多地将 PEEK 尖端应用于螺纹之间。对于 1A 缺陷，将工作时间限制为 2 分钟，对于 1B 缺陷，将工作时间限制为 3 分钟。
4. 钛刮擦：以 60°-90° 的恒定压力将连续接触植入物表面，在 5 mm 暴露的植入物表面上施加大约 0.75 N 的力，持续 2 分钟（对于 1A 缺陷）和 3 分钟（对于 1B 缺陷）。
5. 去污后，使用螺丝刀取下植入物，不要手接触。如果模型在去污后变形，请继续备份模型。用夹子将实验性种植体周围炎模型稳定在工作平台上。
   注：所有方法均应由一名研究人员校准和应用。

5. 摄影成像

1. 使用兼容的植入物驱动件从模型上取下植入物。将植入物风干 20 秒，以去除表面任何松动的颗粒/残留物。
2. 将植入物放在定制设计的丙烯酸摄影模型上，以拍摄平面视图、30° 根尖视图和 30° 冠状视图，以评估植入物表面螺纹的根尖和冠状部分。
3. 将相机放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 秒）。确保房间光线充足。有必要用三脚架稳定相机。
4. 用闪光灯拍摄 RAW 格式的数码照片。对于 1A 类缺损，总共获得 90 张颊面照片（每个种植体表面一张平面、一张 30° 顶端和一张 30° 冠状面）和 270 张照片（每个种植体的每个颊侧、近中和远中表面的平面、30° 顶端和 30° 冠状面）对于 1B 类缺损。将所有数码照片文件存放在硬盘上，以便进一步进行图像分析。

6. 图像分析

1. 在数字图像软件 （ImageJ） 上执行所有分析。在分析之前，使用 Photoshop 程序 （Photoroom） 将照片的背景设置为黑色，以确保图像中只有植入物可见。打开应用程序，然后添加图库中的每张图片。从图像中删除背景并选择 黑色背景 从选项中。
2. 将图像拖放到 ImageJ 上。在图像中画一个正方形，以覆盖植入物的 5 毫米冠状面。然后点击 图像>裁剪 进行标准化。对每个图像重复相同的过程。
3. 单击 图像 ✜ 类型 “ 8 位 ，将图像转换为 8 位格式，然后单击 图像 “ 调整 ”阈值 进行面积计算。
4. 通过单击 “分析”˃“测量””“面积”来计算整个种植体表面积和红色残留面积。
5. 将获取的像素区域记录在电子表格文件中。创建单独的电子表格文件以记录原始图像数据。
6. 为了获得红色残留物的百分比，请将红色显示的面积乘以 100 并除以种植体总表面积。

7. SEM 分析

1. 将所有植入物存放在无菌盒中，直到分析当天。
2. 在 SEM 分析之前，从每个处理组中随机选择一个代表性样品。除了从每组中选择的样品外，还添加一个无菌植入物，并且仅添加完全被墨水覆盖的植入物。因此，总共准备八个植入物样品用于 SEM 分析。
3. 使用 Gas Gun 喷洒氮气 20 秒，以便在 SEM 分析之前去除植入物表面的任何微粉。
   注意：由于设备的先进技术，没有应用额外的金涂层。
4. 将每个植入物安装在带有导电碳胶盘的 SEM 存根上，以便无需手部消毒即可分析颊侧平面。按编号顺序排列它们，以避免组混淆。
5. 从放置在器械中的植入物中选择一个区域，并以不同的放大倍率捕获图像。对种植体表面的不同区域（近中或远中）重复相同的程序。使用在 10-30 kV 下运行且平均工作距离为 12 mm 的 SEM 设备对图像使用 100 倍、1000 倍和 5000 倍放大倍率。
   注：为每个植入物选择来自衣领区域的第二条微链和来自身体的第二条大链，以确保 SEM 分析过程中的标准化。对于某些图像，建议在成像过程中进行元素分析 （EDS） 以进行比较。

图 2：研究流程图。 请单击此处查看此图的较大版本。

8. 统计分析

1. 将分类变量表示为数字和百分比，将连续变量表示为平均值和标准差。使用 Shapiro-Wilk 检验确认连续变量的分布正态性。
2. 要比较缺陷组之间的连续变量，请使用学生 t 检验。对于两个以上组的比较，请使用单因子方差分析或 Kruskal Wallis 检验，具体取决于统计假设是否得到满足。
3. 对于正态分布的数据，关于方差的同质性，请使用 Tukey 检验进行组的多重比较。对于非正态分布的数据，使用 Bonferroni 调整的 Mann-Whitney U 检验进行组的多重比较。所有统计分析均使用 IBM SPSS 20 进行。所有检验的统计显著性水平被认为为 0.05。

结果

此处描述的用于分析植入物表面去污的实验方案揭示了各种处理程序之间的显着差异。此外，治疗后 SEM 方案也显示研究组之间植入物表面发生了不同程度的显着变化。

去污后的种植体水平比较（种植体总均值）
通过比较每个植入物的一般平均值（1A 类缺损中颊面的测量平均值和 1B 类缺损中颊侧、近中和远中表面的测量平均值）进行?...

讨论

由于种植体粗糙表面发生的致病机制的炎症和细菌性质，受种植体周围疾病影响的种植牙的体外表面分析方法一直具有挑战性。几个问题包括样品材料的选择、模拟表面的生物膜、选择种植体周围炎缺陷类型、代表体外手术期间的临床条件、去污程序的变化以及确定去污量的方法和程序对植入物表面粗糙度的影响。每个植入物品牌都有独特的表面特性，例如金属类...

材料

Name	Company	Catalog Number	Comments
3D Printer	DentaFab, Istanbul, Turkey		To produce experimental periimplantitis defects
3D Printing Resin	Alias, Istanbul,Turkey		To produce experimental periimplantitis models
3D Scanner	DOF Inc. EDGE, Seoul ,Republic of Korea		Used to scan the dental phantom model
Air Abrasive system	AIRFLOW Plus PowderE.M.S., Electro Medical Systems S.A., Nyon, Switzerland		Used to decontaminate implant surface
CAD/CAM Software	Exocad 3.2 Elefsina		To produce experimental periimplantitis defects
Camera	Canon EOS 70D, Japan		In order to obtain photographic records of implants
Dental implant	DS PrimeTaper, Dentsply Sirona, Hanau, Germany
Light-Curing Unit	Solidilite V, Japan		Used to curing experimental models in laboratory
Permanent ink	Edding, Germany		Used to stain the implant surface for mimicking biofilm
Physiodispenser	Dentsply Sirona, Hanau, Germany		To place the implants in the experimental models
SEM Device	FEI QUANTA FEG 250 FEI Technologies Inc. (Oregon, United States		Used to analyze topograhic changes on the implant surface
Surgical implant set	Dentsply Sirona, Hanau, Germany		To place the implants in the experimental models
Titanium Currette	Langer ½ Titanium Currette, Hu-Friedy, Chicago, IL, USA		Used to decontaminate implant surface
Ultrasonic PEEK Tip	PI-MAX Implant Scaler, E.M.S., Electro Medical Systems S.A., Nyon, Switzerland		Used to decontaminate implant surface