个性化根形种植体的相关研究及临床应用进展

    牙种植技术的成功发展使其成为越来越多牙缺失患者的首选治疗方案。然而，传统种植往往是在拔牙后3~6个月、待其软硬组织创口愈合后再行备洞植入，存在治疗周期长、骨吸收较多的缺点；同时需要应用骨粉、生物膜等材料及上颌窦提升等技术，提高了种植手术费用；且种植窝备洞过程产热可能引起窝洞骨壁坏死从而影响骨结合，严重者将导致种植失败。
    传统即刻种植方法虽然可以在拔牙后即刻植入种植体，但适应证局限，大多仅适用于前牙，为与成品种植体形态相适合而对牙槽窝形态有一定要求，且对患牙部位骨质要求较高。同时，其也存在需要备洞、使用骨粉等材料的问题，技术敏感性较高。种植体的初期稳定性几乎完全依靠深度超过原牙槽窝部分的备洞来提供，或通过使用直径偏大的种植体以保障初期稳定性，此种情况下可能导致唇侧骨壁压力性吸收，从而影响最终修复效果。
    此外，成品种植体与原天然牙牙根形态不一致，尤其是后牙区，在长期负载较大咬合力的情况下，由于应力分布不均匀、发生应力屏蔽作用等而产生种植体折断等机械并发症，以及引起压力性骨吸收、牙槽嵴折裂、种植体周围炎等生物学并发症。而个性化根形种植体与牙槽窝形态一致，在拔牙后无需进行种植窝备洞即可植入。一方面，其缩短了手术时间、简化了治疗流程，且更加微创；另一方面，仿生的牙根形态使其具有一定的初期稳定性，添加表面固位结构后能使初期稳定性得到保障，且仿生形态有利于种植体周围软硬组织的保存，从而提升美观性。
    此外，有限元分析也已证实，个性化根形种植体的生物力学相容性较好，即个性化根形种植体更有利于种植体周应力的均匀分布，且应力传导更有效，进而促进了种植体及其周围软硬组织的健康。而且，个性化根形种植体能够实现后牙区双根牙的即刻种植，由此扩大了即刻种植的适应证。因此，与牙槽窝形态相匹配的个性化根形种植体成为当前口腔种植学的研究热点之一。本文就个性化根形种植体的发展历史、3D打印技术及其临床应用进展等做一综述，分析其优势及目前仍存在的不足之处，以探究个性化根形种植体的未来研究方向。
    1.个性化根形种植体的简要发展历史
    至今，个性化根形种植体已有50多年的发展史，其在材料和加工工艺等方面都取得了很大的进展，并逐步由动物实验过渡到临床应用研究中。自1969年Hodosh等首次提出个性化根形种植体的概念，随着其原材料从聚甲基丙烯酸甲酯转变为钛合金、氧化锆等，根形种植体的成功率和骨结合得到了改善，且Strub等于1997年成功实现了个性化根形种植体的首次临床应用。
    而3D打印技术，结合锥形束CT（cone-beam CT，CBCT）、计算机辅助设计与计算机辅助制作（computer aided design and computer aided manufacturing，CAD/CAM）等技术又能够实现拔牙术前打印个性化根形种植体、拔牙术后真正即刻植入的效果，进一步推动了个性化根形种植体的发展。近年来，许多国内外学者又对个性化根形种植体的设计形式、表面形貌等进行优化设计，并结合有限元分析及动物实验、临床研究等证实其可行性。综上，个性化根形种植体逐渐发展成熟，在临床研究应用中逐步展现出其独特的优势。
    2.3D打印技术在个性化根形种植体中的应用
    3D打印技术作为目前个性化根形种植体的主要制造方法，已日益成熟。相较于以往对牙槽窝进行阴模灌注或对离体牙进行扫描以获得牙根模型数据，3D打印技术与CBCT等技术的结合应用实现了在拔牙术前打印个性化根形种植体、拔牙术后行即刻植入；且3D 打印的种植体精度更高，还可在种植体表面添加各种形貌设计并实现精确打印。其基本原理是依据牙根的CAD模型并利用逐层添加技术进行制造，具体流程主要包括：利用CBCT获取牙根影像数据，将其传输到3D重建软件并分割出牙根，随后在3D软件中进行相关设计得到CAD模型，最后利用该模型进行打印。
    3D打印有多种不同的生成方法，其中用于打印个性化根形种植体的主要包括：选择性激光熔融/烧结（selective laser melting/sintering，SLM/SLS）、直接金属激光烧结（direct metal laser sintering，DMLS）、电子束熔融（electron beam melting，EBM）及数字化光处理（digital light process，DLP）技术等。SLM/SLS、DMLS、EBM 技术都属于粉末床熔合工艺，固体颗粒通过暴露在高能束下而结合在一起；DLP技术属于光聚合类工艺，树脂类材料可通过光活化而聚合固化。
    大量体内外研究显示，3D打印种植体相较于传统种植体，其早期骨结合效率更高。但目前，3D打印在个性化种植体的制造领域仍未得到普及，其现存的问题除了打印设备昂贵以外，还包括打印精度参差不齐、表面粗糙度过高及粗糙度不一致等问题，会影响种植体的骨结合。基于此，Li 等通过调整边界参数并提出使用梯度参数（即对于不同倾斜角表面使用不同参数）来控制表面粗糙度，解决了目前3D打印成形曲面时表面粗糙度较高且表面粗糙度不一致的问题。目前已有研究证实，SLM技术可以打印出具有复杂几何结构且高精度的个性化根形种植体。
    动物实验和临床应用研究也证实，由SLM技术打印的个性化根形种植体具有临床应用价值，可成功用于即刻种植。另外，研究证实EBM技术具有与SLM技术相仿的打印精度，而DLP技术的打印精度则较差。综上，3D打印技术不仅能实现拔牙前打印个性化根形种植体，且能实现种植体表面精细形貌的精准打印，有助于提高骨结合效率。随着数字化技术在口腔领域的逐渐推广，3D打印技术有望替代传统工艺用于个性化种植体的制造。
    3.个性化根形种植体的临床应用
    3.1 个性化根形种植体的适应证及应用范围
    由于个性化根形种植体现在仍处于实验室研究及临床研究阶段，尚未开展大范围的临床应用，因此其适应证及禁忌证也仍处于探索阶段，目前认为其适应证主要包括以下几点：①非吸烟者；②未长期服用影响骨代谢的药物；③患牙周围软硬组织无炎症且周围骨腔完整，牙槽骨无严重吸收；④CBCT示患牙周围可见牙周间隙；⑤能行微创拔牙且牙槽窝扩大不明显。
    此外，牙根过度弯曲等倒凹较大的患牙很难纳入适应证，因倒凹大者拔牙时牙槽嵴易发生折裂且牙槽窝被扩大较多，将会影响即刻植入的初期稳定性，且个性化种植体的植入过程也较困难。近年来，个性化根形种植体的临床应用报道由单根牙逐渐转变为双根牙，由此扩大了即刻种植的适应证和个性化根形种植体的应用范围。
    3.2 个性化根形种植体的手术流程
    即刻种植个性化根形种植体时，手术流程主要包括：将患牙在局麻下微创拔除，尽量避免损伤骨壁及扩大牙槽窝，对牙槽窝进行适度搔刮和清理后插入试戴种植体进行评估，确定种植体型号（事先打印不同型号的个性化种植体，如与天然牙相同的尺寸、增径0.1~0.3 mm等，以匹配牙槽窝、保障种植体初期稳定性），最后将选定的种植体在手指压力下植入牙槽窝内，轻敲使其完全就位，并通过叩诊和扪诊检查其初期稳定性。与传统即刻种植手术需备洞、植入骨粉骨膜等相比，个性化根形种植体的植入流程更微创，技术敏感性更低。
    3.3 个性化根形种植体的临床研究
    国内外多个团队分别进行了个性化根形种植体的临床研究，其中Pirker等的一项临床对比研究发现，在个性化根形种植体的近远中邻面添加宏观固位体后可以增加其初期稳定性，提高种植体成功率。该研究肯定了在个性化根形种植体表面添加固位体的必要性，固位体结构不仅能增加种植体的初期稳定性，同时也增大了种植体表面积，有利于骨结合、应力传递等，这与部分临床病例报道结果相一致。但该宏观固位结构只能添加在种植体的近远中邻面，而在种植体的颊侧颈部则需做适当的减径处理，以避免唇侧薄弱骨板折裂或压力性骨吸收的发生。
    Mangano等的一项前瞻性临床研究对15例个性化根形种植体的即刻种植病例进行了为期1年的追踪随访，种植成功率高达100%。Böse等则对107例个性化根形种植体临床病例进行了回顾性研究，在（18.9±2.4）个月的随访期内，种植体总存留率为94.4%，且认为个性化根形种植体虽存在微创、疗程短等优势，但其长期随访结果并未在骨量、美观性等重要方面展现出明显的优势，且其存留率反而略低于传统种植体。
    在国内近期的临床研究中，黄硕等的一项前瞻性临床试验为12例磨牙即刻种植患者应用表面添加孔隙形貌的个性化根形种植体（孔隙表面厚0.5 mm、孔径为300 ~ 400 μm、孔隙率为60% ~70%），种植体负载1 年后随访，成功率达100%。此外，还有很多单个病例报道均表明个性化根形种植体能够成功应用于临床。综上，除Böse等对个性化根形种植体的临床应用持怀疑态度外，其他国内外研究者均对个性化根形种植体的进一步发展及临床应用表示肯定。
    3.4 个性化根形种植体的上部修复
    目前，临床应用的个性化根形种植体均设计为一段式，即将基台与种植体设计成一个整体。其中，钛合金种植体复合氧化锆基台一体的设计，一方面利用钛合金种植体成熟的表面处理技术保障骨结合；另一方面应用氧化锆制作基台，具有耐腐蚀、颜色美观、不易形成菌斑生物膜等优势，并利用玻璃焊料进行粘接、烧结以消除两者间的间隙，这在多项临床病例中已得到成功应用，其美观效果好，说明钛合金个性化根形种植体复合氧化锆个性化基台有可能成为前牙美学区即刻种植的主要选择方案之一。
    但种植体基台一体化设计可能存在如下问题：①一体化设计使种植体愈合期间易受外力作用而可能影响种植体骨结合；②因种植体愈合期间与口腔相通而可能增加种植体感染的风险；③因种植体与基台表面处理要求不一样，一段式种植体在后处理方面也更困难。因此，有必要对二段式个性化根形种植体进行研发设计并不断优化。上述个性化根形种植体临床应用的初步探索表明其用于即刻种植有一定的优势，但还需对其开展进一步的设计研究，如分别研发个性化根形种植体与个性化穿龈基台，开展大样本量前瞻性临床研究并进行较长期的临床随访等，以明确个性化根形种植体的临床适应证及禁忌证。
    4.小结与展望
    个性化根形种植体具有的优势包括：
    ①更微创，由于种植体形态与牙根形态一致而无需翻瓣进行种植窝备洞，避免了损伤下颌管、上颌窦等重要解剖结构，同时避免了备洞过程对牙槽骨可能造成的热损伤。
    ②扩大了即刻种植的适应证范围，能够实现后牙的即刻种植。
    ③与牙槽窝形态相匹配，初期稳定性较好，减少骨粉等材料的应用，降低治疗费用。
    ④与天然牙根的解剖结构一致，应力传导类似于天然牙，有利于周围软硬组织的健康。
    ⑤利用3D打印技术在其表面添加精细形貌后，其与牙槽窝的生物力学相容性更好，有利于应力传导，减少应力集中等不良作用力的发生，从而能够降低种植体折断等机械并发症及骨吸收、骨嵴折裂等生物学并发症的发生率。
    ⑥种植体基台一体化的设计能避免二期手术创伤，缩短整个治疗流程、缩短缺牙期、减少就诊次数；同时一体化的设计消除了种植体与基台间的微小间隙，一定程度上能减少细菌定植、降低种植体周围炎发生的概率，并避免发生基台螺丝松动折断等机械并发症。
    ⑦即刻种植相对于延期种植能够减少边缘骨丧失量，加之个性化的基台形态，有利于牙龈形态的恢复与维持，美观性更佳。
    但是，个性化根形种植体也存在一些问题：
    ①适应证仍然受限，多用于可行微创拔牙的患牙，且多根牙及牙根弯曲牙可能因存在倒凹而增加植入难度，虽可通过预先设计去除倒凹结构，但此种设计形式将会降低种植体的初期稳定性。
    ②术中存在一些不稳定因素，主要是微创拔牙的不可控性，如骨嵴折裂或牙槽窝扩大程度，对医生的拔牙技术要求很高；基于此，在临床应用时会为患牙打印多个不同尺寸的个性化根形种植体以匹配被扩大的牙槽窝，而骨嵴折裂者往往又需要应用骨粉、生物膜等，这会增加治疗费用。
    ③种植体与基台一体化设计制造，因两者表面要求不一样，增加了表面处理的难度，粗糙的基台表面可能会增加种植体周围炎的发生率，从而降低远期成功率。
    ④与传统种植体能旋转取出不同，个性化根形种植体愈合后取出过程可能比较困难。
    ⑤目前个性化根形种植体的机械设备及加工成本较高，且整个制作流程较复杂。
    综上，随着3D打印技术的发展，个性化根形种植体表面仿生结构的高精度打印有了技术支持，可对种植体表面的粗糙度、微形貌和弹性模量等机械性能进行精细调控，并结合有限元分析，使其负载时的受力方式更有利于种植体及周围组织的健康；而材料学的发展又可以使其在色彩美观性等方面得到提升。
    然而，基于一段式个性化根形种植体的局限性，未来将进行二段式个性化根形种植体的研发，即对骨水平个性化根形种植体和个性化穿龈基台分别进行设计与制造。此外，基于仿生化设计理念，其未来研究方向应是实现个性化根形种植体周围牙周组织的再生，利用牙周膜的应力感知作用并对应力传导进行一定程度的缓冲，使个性化根形种植体的负载方式与天然牙近乎相同，这将有助于延长种植牙的寿命。