种植体体部的形态及其表面的设计

在行使咀嚼功能时，种植体及其周围组织可能受到3种类型应力的作用，即压力、张力和剪切应力。骨组织对压应力有着最好的承受能力，而对张应力的耐受强度减弱30%,对剪切应力的耐受强度减弱60%c因此，在种植体的设计上，应当使界面上的剪切应力为最小，使咀嚼胎力主要以压应力的形式传递到周围的骨组织。

在种植体体部的形态设计方面，Siegele等釆用有限元法所做的一系列研究的结果表明，不同形态种植体的周围骨组织中的应力分布差别很大。曲率半径小(圆锥状)或表面几何形状不连续(台阶状)的种植体周围骨组织中的应力比表面较光滑(圆柱状、螺纹状)种植体者大。高弹性模量的钛种植体，在其基底部骨内有高应力集中。圆锥形种植体随弹性模量、锥度和表面结构的不同，有比圆柱形种植体更复杂的应力分布模式。

根据种植体与骨界面的结合类型及结合强度，学者们将种植体的表面结合形式分为几种：

(1)种植体与骨之间产生的宏观机械锁结(macminterlock)的形态结构，如种植体的螺纹、孔、沟槽等，这些结构的大小为0.1nm~5mm,骨组织能够长入其中(允许骨组织长入的孔的最小直径为0.1mm~0.2mm)。

(2)种植体不规则表面的超微结构与骨组织之间产生微观机械锁结(micminter-lock),主要指釆用种植体表面喷沙、酸蚀、涂层、等离子喷涂、离子轰击等技术，造成大小约几个微米的表面结构。

(3)种植体与骨组织之间产生生物活性化学性结合(bioactivechemicalfixation)的表面性态，该结构使种植体表面氧化物与骨组织成分之间产生生物活性的相互作用(bioactiveinteraction)。

(4)种植体组织界面形成纤维-骨性组织结合的表面设计，该表面使界面产生未矿化的结缔组织，内含胶原纤维束。对于各种类型、各个系统的种植体，只有清楚其表面的形态和结构，了解产生界面结合强度的主要来源形式，才能采取措施使种植体组织界面能够承受生理允许范围内的咀嚼载荷。

现以钛材料为例，分析钛种植体形态及其表面设计的生物力学原理。临床上所用钛金属材料种植体，其表面与骨组织之化学性结合强度低，主要是通过与骨组织间的紧密接触或骨组织长入种植体表面结构而产生相互锁结作用来增大界面结合强度。为此，设计了多种形态的种植体，如各种形式的螺纹或螺旋种植体(screw,threadedimplant),各种形状的叶状或多孔叶状种植体(bladeimplant),锚状种植体(anchorimplant)及中空式篮状种植体(hollow-basketimplant)等。关于种植体表面为螺纹设计的力学基础，

一般认为与骨发生整合的种植体表面的螺纹能将轴向的拉或压载荷，通过螺纹斜面以压力方式传递到其周围骨组织。螺纹的形态对界面的力学性质也有影响。目前有3种螺纹形态，即“V”型(V-thread)、方型(squarethread)和支柱型(buttressthread)螺纹(图4-4)o这3种形态的螺纹结构存在于不同的种植体系统中，Paragon和NobelBiocare存在V-型，BioHorizon存在方型，Steri-oss存在支柱型。螺纹型的种植体无需与骨形成真正的化学性结合，而只需要种植体的螺纹与组织紧密接触并发生锁结作用。但对于表面平滑的种植体来说，则需要牢固的种植体-骨界面结合形式来对抗界面产生的较大剪切应力，以保证界面不产生滑动或界面破裂。对于种植体各种形态的设计都应建立在科学的生物力学研究的基础之上，而非仅凭经验和想象。