上頜后牙區垂直骨量不足應對策略的生物力學評價*

李露露 盧海平 嚴洪海

上頜后牙區是口腔發揮咀嚼功能的重要區域，牙齒缺失后的種植修復是目前最合理的修復方式。然而由于上頜竇高度氣化和骨質疏松，常造成剩余骨量不足，從而影響種植治療［1］。臨床上解決骨量不足常用的方法有上頜竇提升、傾斜種植、短種植體，穿顴骨種植和翼上頜種植等。但臨床醫生在種植方法選擇上常常依賴于臨床經驗，卻忽視了不同方法中種植體周圍骨界面應力的變化對種植治療的影響。因此本文就上頜后牙區垂直骨量不足不同應對策略的生物力學評價作一綜述。

1.上頜竇提升

國內外學者最新研究表明，在特定的情況及條件下，作為上頜后區牙槽骨量不足修復中的一種方式，上頜竇提升已被認可，其提升后種植體骨界面生物力學一直受到眾多學者的廣泛關注。傳統的上頜竇提升技術包括上頜竇底內提升術和上頜竇底外提升術，但目前的有限元研究均未對兩種術式進行明確區分。近年來，上頜竇提升生物力學研究主要集中于上頜竇剩余骨高度不足、植骨及植骨材料的選擇、種植體負載時機等幾個方面。

1.1 剩余骨高度（residual bone height,RBH)Jensen等［2］早在1996年就把上頜竇區RBH分成4類：一類，RBH＞10mm骨量正常；二類，7mm≤RBH≤9mm 剩余骨高度輕度不足；三類，4mm≤RBH≤6mm剩余骨高度中度不足；四類，RBH＜4mm剩余骨高度嚴重不足。早期研究普遍認為上頜竇提升高度和垂直骨高度之和應達10mm，因此當骨高度為一類時，上頜竇區骨量充足可行常規種植修復。Cehreli等［3］測量了人新鮮尸體上剩余骨高度不少8mm的上頜后區種植體植入扭矩和植入穩定系數，發現在垂直加載力時，非植骨模型周圍骨應力高于植骨模型，而斜向加載時，植骨模型應力卻高于非植骨模型。Gabor等［4］建立的5.3mm三類骨高度和沈洪洲等［5］建立的3mm四類骨高度模型，經有限元研究發現上頜竇提升植骨比非植骨模型種植體周圍骨的應力均顯著減少。而另一有限元的研究［6］還發現當RBH＜4mm，隨種植體伸入上頜竇腔內的長度增加，頸部皮質骨的應力與位移反而增大。結合一項臨床研究結果［7］，RBH＞6mm種植體存活的概率為97.6%，RBH為4-6mm時，上頜竇提升術后10年種植體存活率為95.7%，最小骨高度（1-3mm）的種植，10年存活率降低至約80%。因此，筆者認為，上頜竇提升種植應選擇合適長度的種植體，以避免應力集中。當7mm≤RBH≤9mm時，上頜竇提升可不植骨，但要注意避免種植體受到過大側向力；4mm≤RBH≤6mm時，上頜竇提升時應當盡量進行骨移植術；當RBH＜4mm時，上頜竇提升必須進行植骨以增加骨高度。

1.2 上頜竇提升植骨 目前用于植骨的材料有自體骨、同種異體骨、異種骨和骨替代材料等，其中自體骨是目前上頜竇提升植骨的黃金標準。在一項以均質脫礦凍干羊骨或非均質脫礦凍干人骨作為移植材料生物力學承載能力的研究中，間隔12、16、26周進行推出試驗，結果顯示均質脫礦凍干羊骨組的平均推出力為365.2N，與自體骨（356.7N）的推出力相當，非均質脫礦凍干人骨值較低（278.1N)，與空白對照組的平均推出力（259.3N）一致，并且隨時間推移，發現自體骨移植顯示出最高的抗拉強度［8］。在另一項研究中［9］，沖擊試驗和共振頻率力學性能的分析顯示，自體間充質干細胞移植比自體骨移植的初始穩定性稍高，然而作者也提到在骨形成方面，對骨替代物的機械性能評價必須謹慎解釋，因為雙相磷酸鈣顆粒可能僅僅通過使植入物聚集而不使其重塑為骨而阻礙植入物的運動，自體間充質干細胞移植活化的礦物質能否達到自體骨的成骨能力，還有待進一步研究。因此在骨生物學特性方面，當前上頜竇提升植骨的最佳選擇是自體骨移植。

還有不少學者研究發現植骨的位置和量對種植體的穩定和周圍骨應力有不同程度的影響。Schuller［10］建立的上頜竇提升塊狀骨移植模型，分別位于近種植體尖1/3，中1/3，和近竇底1/3，發現當植骨塊位于近竇底1/3時，皮質骨的Von Mises應力最低，這也與移植物從竇底堆積的實際情況相符。楊慧等［11］人模擬植入羥基磷灰石不同高度時，皮質骨和松質骨應力都隨植入的骨高度增加而降低，但同時發現伴隨著植入物高度的增加，種植體微動也增加，植入大于4mm時種植體微動超過閾值100mm，不利于種植體骨結合。因此，如何在有限的上頜竇空間內，使植骨高度在骨應力減少的同時，保持種植體微動也在合理范圍內顯得尤為重要，綜合考慮建議移植骨高度為4mm最為合理。

1.3 種植體負載時機選擇 牙種植體實現骨結合的一個重要前提是種植體保持理想的初期穩定性。根據牙種植的負載時間，可分為同期負載和延期負載，但關于種植體植入時機的生物力學研究較少。在一項家兔股骨種植的研究中［12］，研究者分別于術后2、4、8周對植體進行推出試驗和有限元分析發現，植入骨的質量和種植體周圍的生物力學性能隨著愈合時間的增加而優化。Barbera［13］等建立輕度牙槽嵴缺失（RBH≥7mm）上頜骨模型，在移植物從移植到成熟的各個階段，比較移植物的應力分布，發現移植短期內，垂直負載的應力主要由皮質層和松質骨共同支撐，傾斜載荷主要由皮質骨承擔，而移植物承受的應力較少。隨血液聚集，移植區新生骨形成，皮質骨和松質骨的Von Mises應力值均下降，骨組織開始愈合階段，應力下降速度減慢。然而以往的研究表明［14］，隨剩余牙槽嵴高度和質量的降低，皮質骨最大應力也隨之增加，當RBH＞4mm 時，最大應力顯著增加。因此他們認為延期愈合可以優化種植體周圍骨應力分布。但是目前尚無相關文獻報道牙槽嵴嚴重缺失（RBH≤4mm）時，移植物及周圍骨的應力。因此，當RBH≤4mm 時，應力應變的變化是否符合這一規律，還有待進一步研究。

2.傾斜種植

傾斜種植是相對于軸向種植的一種帶有傾斜角度的種植方式。因其與上頜竇提升相比，避免了植骨，縮短了療程而受到關注。研究表明傾斜種植的種植體周圍骨應力與傾斜角度明顯相關。Hamed等［15］通過有限元分析發現垂直種植皮質骨應力比傾斜25°種植體少66%，而兩種種植體的最大應力水平均在皮質骨生理極限范圍內，并在牛肋骨上進行耐折性實驗驗證，結果與有限元研究一致。另一項動態載荷下種植體折斷的研究中［16］，種植體植入不同角度，對冠邊緣重復施加載荷直到100000次，記錄發生折斷的種植體，結果顯示，隨植入角度增大，種植體發生折斷時，加載次數隨之減少，且在植入角度大于15°時，次數顯著減少。但這項研究是基于實驗室研究，而人體骨骼具有一定的緩沖作用，種植體應用于口內時，可能會略有不同。夏琳［17］等將傾斜種植應用于不同質量的頜骨中進行有限元分析，她認為頜骨骨質越致密，種植體可應用的傾斜角度越大，而上頜后區骨質疏松，多為Ⅲ或Ⅳ類骨，因此不建議上頜后區應用傾斜種植。董樹君［18］等卻認為在上頜后牙區骨量不足時可采用傾斜種植，但應適當增加種植體長度和直徑且傾斜角度應小于15°。

臨床上，上頜竇區的傾斜種植還常用于全牙弓的種植修復。對上頜all-on-four的遠中種植體傾斜角度種植體周圍骨應力的研究發現［19，20］，不管即刻或延遲加載力時，種植體周圍骨的應力都隨著遠中種植體傾斜的角度增大而減小，在種植體傾斜45°時，骨應力最小。這一結果與單個傾斜種植研究結果相矛盾，這可能是由于all-on-four的遠中種植體傾斜45°時，縮短了懸臂長度。

3.短種植體種植

當前，各學者對短種植體的定義尚不明確，多數文獻定義長度≤8mm為短種植體。傳統觀點認為短種植體意味著低成功率，然而最近研究表明短種植體與標準種植體成功率上并無統計學差異［21，22］。Jomjunyong等［23］研究了短種植體的單冠和聯冠模型的應力，發現短種植體聯冠修復比單冠修復可以降低20%的應力，但不管單冠還是聯冠，種植體的應力分布特點相似。而將短種植體（525mm）與上頜竇提升、傾斜種植等種植方法進行生物力學研究［24］，還發現上頜竇提升與短種植體應力不管垂直或斜向加載力均小于傾斜種植，而短種植體的種植在斜向加載力時，比上頜竇提升時表現為更少的應力集中，因此從生物力力學角度來說，在不能開展上頜竇提升技術時，可優先考慮短種植體。種植體直徑也是影響短種植體周圍應力的主要因素，Kang等［25］通過三維有限元分析短種植體不同直徑對種植體周圍應力的影響，發現種植體直徑小于5.5mm時，隨著直徑的增加，種植體周圍骨應力隨之減少，避免了種植體周圍骨應力集中。Demenko等［26］對上頜后區的短種植體承載力的研究，也證實這一結果，而且他認為種植體直徑的增加對周圍骨應力的影響比長度增加的影響更顯著，因此，短粗種植體在上頜竇區應用時可以獲得與常規種植體相似的效果。

4.上頜后區雙皮質固位種植

上頜竇區雙皮質固位指種植體植入上頜竇底骨皮質中，利用上頜竇底皮質骨和牙槽嵴頂皮質骨的雙重固位。Verri等［27］在前牙區就觀察到雙皮質固位可以減輕種植體頂端的應力集中。Seker［28］將雙皮質固位的短寬種植體修復與其他種植修復方式比較，發現雙皮質固位的短寬種植體的應力和位移最小。近年來，也一直有學者推薦上頜竇區使用雙皮質固位的方法。雙皮質固位的生物力學研究主要是針對牙槽嵴頂皮質骨、竇底皮質骨等。

4.1 牙槽嵴頂皮質骨 Branemark［29］等的實驗已經肯定了鼻腔和上頜竇植入物的雙皮質固定可以減少種植體的失敗率。Han［30］等人在一項種植體的體外研究中，雙皮質種植顯示出明顯更高的移除扭矩。Oliveira［31］等的研究中，還發現雙皮質固位種植體在種植過程中表現出了較高的植入扭矩和穩定系數。在最近一項有限元研究中［32］，對不同厚度牙槽嵴皮質骨的應力比較，發現厚度為1mm的皮質骨比厚度為2mm的皮質骨有更大的應力集中。Yan［33］等采用可變厚度的牙槽嵴頂的皮質骨和固定厚度的竇底皮質骨，施加129N力，也發現牙槽嵴頂皮質骨的最大的von Mises應力和位移均隨著牙槽嵴頂皮質骨厚度的減小而增加。這些研究表明，牙槽嵴頂的皮質骨厚度對改善種植體周圍骨應力有明顯作用。

4.2 竇底皮質骨 研究表明［33］，即刻加載時，竇底皮質骨的應力變化比牙槽嵴頂的皮質骨應力變化更顯著。Yan［14］等假定牙槽嵴頂1mm和竇底骨皮質0.5mm的厚度不變，兩者之間的距離從8.5mm至0.5mm，結果發現，當距離小于2.5mm，即RBH＜4mm時，竇底皮質骨的應力迅速增加一倍，種植體的最大位移也顯著增加。薛燕青［34］等還對種植體根尖部與上頜竇底皮質骨的關系進行了研究，未接觸，接觸，和穿過竇底皮質骨的即刻加載中，穿過竇底皮質骨時，頸部皮質骨應力降低，竇底皮質骨應力大于頸部皮質骨。這些研究似乎都表示竇底皮質骨對上頜竇的種植是有利的。然而，Oosterwyck［35］等人在有限元方法研究中評估了雙皮質與單皮質固位在不同骨質下的效果，雙皮質固位使整個種植體的應力均比單皮質情況降低，但是，在骨質量條件較好時，雙皮質固位的應力下降并不明顯，只有在骨質量較差的情況下應力變化才顯著。部分學者還將雙皮質固位應用于臨床，發現種植體的雙皮質固位并未增加其生存率，反而種植體折斷比例增加［36］。可能的解釋是骨質量較好時，雙皮質固位使種植體的不利應力增加，導致種植體折斷。一項系統回顧分析中［37］，報告了種植體寬度增加可以減少種植體折斷，因此，建議在骨質疏松的上頜竇區可應用雙皮質固位，同時適當增加種植體直徑。

5.穿顴穿翼種植

上頜后牙區因各種原因導致上頜骨嚴重骨量不足，已不能采用常規種植技術，穿顴骨或翼上頜區的種植成為可選擇的一種種植修復方式。

5.1 穿顴骨種植 傳統穿顴骨種植包括上頜竇溝槽技術和經上頜竇外種植技術。顴種植體被植入牙槽嵴腭側皮質骨、上頜竇底皮質骨和顴骨的2層皮質骨中［38］。Freedman等［39］的研究發現穿顴骨種植的最大壓應力位于牙槽嵴頂和顴骨上頜縫區域的皮質骨處，上頜竇外種植技術的種植體最大應力小于上頜竇溝槽技術的最大應力，但受限于上頜竇外側牙槽骨量，上頜竇外種植的應用并不普遍。有研究［40］認為顴骨種植體與皮質骨接觸可以減少顴骨種植體的應力集中，對顴骨種植修復起著穩固的作用，將種植體植入不同上頜竇頰側骨缺損中，種植體不經牙槽嵴或竇壁直接進入顴骨時種植體觀察到的應力高于其他所有類型，且種植體與上頜竇皮質骨接觸區域越大，應力越小。儲順禮等［41］分別模擬在不同位點植入顴骨種植體，發現顴骨種植義齒的應力與植入位點相關，第一磨牙植入位點的應力分布最為合理。

近年來，臨床上出現了以血管化骨瓣結合顴骨種植體植入的修復方式。吳軼群等［42］研究認為單側血管化腓骨瓣結合顴種植體修復可合理的傳導和分散咀嚼應力。甄恩明［43］的研究進一步證明雙側植入顴種植體可使應力分布更加合理，而且能有效恢復患者的顴突支柱。因此，穿顴骨種植是一種可選擇的臨床治療方案。

5.2 翼上頜種植 翼上頜種植是將種植體從上頜結節處傾斜植入，穿過腭骨椎突，最終到達蝶骨翼突的皮質骨。翼上頜區種植體位于上頜牙弓的最后方，受到非軸向力的作用并承受較高的咀嚼力，故而很少單獨使用，常常與其他部位的種植體相結合。潘文輝等［44］建立上頜無牙頜的翼上頜種植，研究認為增加中間前牙區種植體數目有利于將應力傳導至翼板，分散應力集中，但翼上頜區的種植體傾斜角度對應力影響不大。

翼上頜區由于結構復雜，神經血管較多，該技術僅由少部分經驗豐富的臨床醫師所掌握，相關研究報道較少，而其生物力學研究更是少之又少，因此翼上頜區種植體長度、植入位置、設計方案等對生物力學的影響需要更深入系統的研究。

6.總結與展望

綜上所述，從生物力學角度，選擇種植方式時應充分考慮種植體及周圍骨的應力，上頜竇提升是解決上頜后區骨量不足的首選方法，但實際臨床應用時，常常需要考慮種植并發癥、患者自身條件及經濟因素等，故可在骨質量較差時考慮短粗種植體技術。將短粗種植體植入竇底皮質骨，一方面竇底可增加種植體穩定性，另一方面大直徑種植體可減少種植體折斷。但目前尚未有足夠證據表明其中哪種植入方式在RBH＜4mm時具有明顯生物力學優勢。有限元分析方法在復雜口腔情況及上頜竇解剖結構存在一定的局限性，隨著生物力學的發展，在有限元研究基礎上加以臨床實驗驗證，相信可以為臨床應用提供更為可靠的依據。