CN106580492B - 一种具有类牙周膜结构设计的牙科种植体 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种具有类牙周膜结构设计的牙科种植体，包括植体外壳、植体内芯、弹性缓冲层以及密封部件四部分主体组成。通过对植体外壳内表面和植体内芯外表面的粗糙化和图案化处理形成了对弹性缓冲层材料的悬吊提拉作用。弹性缓冲层材料起到了减轻和分散牙咬合力的作用。本发明通过悬吊缓冲的仿生设计，起到了类牙周膜的作用，能缓冲牙齿咬合中所受到的冲击，分散咬合负载，避免了牙槽骨的吸收，提高了牙科种植体的稳定性。同时，该新型牙种植体，可在现有牙种植体基础上进行改造，降低了生产成本，提高了实践中的安全性。

Description

一种具有类牙周膜结构设计的牙科种植体

技术领域

本发明属于口腔牙科种植修复领域，尤其涉及一种具有类牙周膜设计的人工牙科种植体。

背景技术

临床口腔种植领域中，种植体周围骨组织的吸收是影响种植义齿使用寿命的重要因素。这是由于种植体不可避免的将受到来自牙咬合的冲击，并传递给牙槽骨。当牙槽骨在受到应力的时候会促进破骨细胞的分化，从而造成牙槽骨的骨吸附。骨质的流失直接影响到牙槽骨的机械连接，从而影响种植体的稳定性，造成种植体松动失效。

目前，种植体表面处理多集中于增加种植体与牙槽骨的结合能力，提高种植体的稳定性。主要包括喷砂加酸蚀表面粗化处理、表面氧化处理、钛浆喷涂、羟基磷灰石涂层、表面多层球状结构等。但是，这些处理一味地强化种植体与骨的结合强度。当受到咬合冲击进，反而增加了牙槽骨所受到的冲击。因此，没有体现对种植体仿生学的考虑，也即“类牙周膜”功能的思考和设计。

牙周组织概念上包括牙骨质、牙周膜、牙槽骨和牙龈这四部分结构。其中牙周膜是一种致密的结缔组织，长在牙槽骨和牙根之间。牙周膜最重要的组成部分是胶原构成的主纤维，呈束状排列，其两端分别埋入牙槽骨和牙骨质内，埋入部分称sharpey’s纤维。牙周膜又称牙周韧带，据报道其宽度约为0.15-0.38mm，平均约为0.2mm，最窄处位于牙根中部。在感受侧方压力时，单根牙的支点位于根尖1/3与根中1/3交界处，多根牙则位于诸牙根之间。牙周膜具有非线性、粘弹性、各向异性和非均质性等力学特性。

科学界对于人工类牙周膜的研究主要局限于通过再生医学的思想，利用生物工程的方法实现牙周膜的重建。牙周组织再生是治疗牙周病的有效途径和最终目的。随着组织工程的发展，研究者们将复合的种子细胞与支架的复合物移植到缺损部位，为被破坏的牙周组织的再生带来希望。自2004年Seo等从牙周膜组织中分离出的牙周膜干细胞(periodontal ligament stem cells，PDLSCs)以来，该细胞就被认为是牙周组织工程的首选种子细胞，有自我更新能力，能分化形成牙周的3种组织：牙槽骨、牙周膜和牙骨质。PDLSC可分化为成纤维样细胞，形成牙骨质样、骨样和类似天然牙周膜样结缔组织，其形态结构、空间排列类似天然牙周膜一牙骨质复合体结构。但牙周膜的生物工程重建尚处于初级阶段，还需要长时间、大投入的研究才能取得更进一步的成果。

鉴于再生医学还不能应用于临床，因此新型悬吊机械结构的设计也是成为选择方向。目前，从结构方面采用了诸如弹簧等、橡胶、压缩空气等缓冲垫结构设计，诸如专利US197330407244，US2009208904A1，CN202699320U等。这些设计在一定程度上缓冲了牙齿咬压中的冲击力，但所冲的压力主要来自轴向的冲击。然则研究发现，种植体修复使用中遵循其特定的生物力学原则。

(1)口腔内咀嚼压力通过种植体传到周围骨组织而引起骨重建，所以种植体-骨界面的生物力学和组织学结构研究，即如何使种植体周围骨组织的受力分布最合理，是国内外口腔种植学者研究的重点领域。目前，很多学者通过三维有限元分析技术队种植体周围骨组织的应力分布进行了模拟和分析，无论何种骨质，在受到垂直集中载荷后，对于骨组织来讲，应力集中分布在皮质骨中；对于种植体来讲，应力集中分布在颈部。

(2)临床中发现种植体周围骨的吸收大多从颈部开始。

(3)与种植体相比较，天然牙的牙周膜可以通过其生物力学功能实现牙合力的分散。仿生种植体正是尝试使骨界面上的应力分布发生有利的改变，从而产生“类牙周膜效应”，改变传统种植体应力分布状态，以减低种植体颈部骨吸收率，延长种植体的使用寿命。

因此，针对以往文献的不足需要设计处具有悬吊结构和类牙周膜的新型种植体结构。

发明内容

本发明针对以往文献的不足，改进设计了悬吊结构和具有类牙周膜的新型种植体结构，改善种植体应力分布状态，以减低种植体颈部骨吸收率，延长种植体的使用寿命，扩大种植体的适用范围。

为实现上述目的，本发明提出的一种技术方案是：一种具有类牙周膜结构设计的牙科种植体，包括植体外壳和植体内芯，所述植体外壳的一端为封闭端，所述封闭端为球冠形，所述球冠形的高度为对应球半径的1/3-1/2；所述植体外壳的另一端为开口端，所述植体外壳套在植体内芯上，所述植体内芯的一端被包在植体外壳内，所述植体内芯的另一端自所述植体外壳的开口端伸出，所述植体内芯的伸出端与所述植体外壳的开口端之间设有锁紧密封件，所述锁紧密封件采用插销式结构与所述植体内芯固定，所述锁紧密封件的主体为圆环，所述圆环的内径与所述植体内芯的外径配合，所述植体内芯的上部沿外回转面的周向均布有4个插头，所述圆环的内回转面上沿周向上均布有4个与所述4个插头一一配合的插槽，所述圆环固定在所述植体内芯上、并盖在所述植体外壳上，所述圆环的外回转面设有外螺纹，所述植体外壳开口端的内回转面设有内螺纹，所述圆环通过螺纹连接与植体外壳相连接，从而在植体外壳、植体内芯和密封部件之间形成一密闭空间，所述密闭空间内填充有弹性缓冲层。

进一步讲，本发明中，所述植体内芯中设有用于填充弹性缓冲层的中心穿杆，所述中心穿杆探伸至所述植体内芯的底部。所述植体外壳的内表面为粗糙表面，粗糙度糙Ra为3-7um。所述植体内芯的表面为粗糙表面，或设有垂直于纵向截面的沟槽或凸起条纹。对所述植体内芯表面进行图案化处理，形成粗糙或垂直于截面的条纹或沟槽，粗糙度Ra 3-7um或沟槽宽度为5-10μm，沟槽深度为3-6μm。所述弹性缓冲层和锁紧密封部件的材料采用医用弹性类材料。所述弹性缓冲层和锁紧密封部件的弹性模量在35-65MPa之间，泊松比为0.35-0.5。

本发明一种具有类牙周膜结构设计的牙种植体，通过合理的力学分析，在植体外壳和内芯之间，加入了具有恰当弹性模量的缓冲材料。并对植体外壳内表面和植体内芯外表面进行图案化处理，通过摩擦力的作用，能形成类似牙周膜纤维悬吊缓冲的仿生作用。因此，所设计的类牙周膜结构设计的牙种植体，能缓冲牙齿咬合中所受到的冲击，分散咬合负载，避免了牙槽骨的吸收，提高了牙科种植体的稳定性。而且该新型牙种植体，可在现有牙种植体基础上进行改造，降低了生产成本，以及减少了临床操作的探索，提高了实践中的安全性。

附图说明

图1是本发明牙种植体整体结构图；

图2(a)是图1所示植体内芯的主视图；

图2(b)是图2所示植体内芯的俯视图；

图3是图1所示锁紧密封部件3的俯视图。

图中：1为植体外壳，2为植体内芯，21为插头，22为沟槽，3为锁紧密封部件，31为插槽，4为弹性缓冲层，5为中心穿杆。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明做进一步的说明。提供实施例是为了理解的方便，绝不是限制本发明。

本发明的设计思路是：通过对植体外壳内表面和植体内芯外表面的粗糙化和图案化处理形成了对弹性缓冲层材料的悬吊提拉作用。弹性缓冲层材料起到了减轻和分散牙咬合力的作用。本发明通过悬吊缓冲的仿生设计，起到了类牙周膜的作用，能缓冲牙齿咬合中所受到的冲击，分散咬合负载，避免了牙槽骨的吸收，提高了牙科种植体的稳定性。同时，该新型牙种植体，可在现有牙种植体基础上进行改造，降低了生产成本，提高了实践中的安全性。

如图1所示，本发明提出的一种具有类牙周膜结构设计的牙科种植体由植体外壳1、弹性缓冲层4、植体内芯2以及锁紧密封部件3组成。其中，植体外壳1作为植体部件，弹性缓冲层4起到减轻分散应力的作用，植体内芯2起到与牙冠等外部部件连接作用，锁紧密封部件3起到密封弹性缓冲层4且防止弹性缓冲层4旋转的作用。各部分结构的分布是，从牙槽骨接触开始依次是植体外壳1、弹性缓冲层4、植体内芯2，锁紧密封部件3套装在植体内芯2上部，通过螺纹与植体外壳1连接形成一个对弹性缓冲层4封闭的空间。

所述植体外壳1为现有种植体的中空化处理，即将现有种植体在保证强度要求的前提下加工开孔，形成圆筒状，即所述植体外壳1的底端为封闭端，所述封闭端为球冠形，球冠高度为对应球半径的1/3-1/2；所述植体外壳1的另一端为开口端，所述植体外壳1套在植体内芯2上，植体内芯2起到与牙冠等外部部件连接作用，所述植体内芯2中设有用于填充弹性缓冲层4的中心穿杆5，所述中心穿杆5探伸至所述植体内芯2的底部。所述植体内芯2的一端被包在植体外壳1内，所述植体内芯2的另一端自所述植体外壳1的开口端伸出，所述植体内芯2的伸出端与所述植体外壳1的开口端之间设有锁紧密封件4，所述锁紧密封件采用插销式结构与所述植体内芯固定，如图2(a)和图2(b)所示，所述锁紧密封件3的主体为圆环，所述圆环的内径与所述植体内芯2的外径配合，所述植体内芯2的上部沿外回转面的周向均布有4个插头21，所述圆环的内回转面上沿周向上均布有4个与所述4个插头一一配合的插槽31，如图3所示，所述圆环套装并固定在所述植体内芯2上、并盖在所述植体外壳1上，所述圆环的内径与所述植体内芯2的外径相同，所述圆环的外回转面设有外螺纹，所述植体外壳1开口端的内表面设有内螺纹，所述圆环通过螺纹连接与植体外壳1相连接，从而在植体外壳1、植体内芯2和密封部件3之间形成一密闭空间，所述密闭空间内填充有弹性缓冲层4，弹性缓冲层4起到减轻分散应力的作用。

本发明中，植体外壳1除外表面符合现有技术标准外，植体外壳1的外表面可采用螺纹结构、表面喷砂、酸蚀，以及表面钙磷化处理，所述植体外壳1的表面为粗糙表面，粗糙度糙Ra为3-7um，用于提高植体外壳1材料与骨的结合能力。

植体外壳1的内表面可采用喷砂的方法形成粗糙表面，对弹性缓冲层4的材料产生悬吊提拉作用。植体内芯2安装于植体外壳1内，其外形与植体外壳1的中空圆筒保持一致。对植体内芯2的表面进行激光表面图案化处理，形成粗糙或垂直于纵向截面的条纹或沟槽，如图2(a)所示。所述植体内芯2表面进行图案化处理，形成粗糙或垂直于截面的条纹或沟槽22，粗糙度Ra 3-7um或沟槽22的宽度为5-10μm，沟槽22的深度为3-6μm。从而可以进一步增加对弹性缓冲层4的悬吊提拉作用。弹性缓冲层4选择具有较高弹性的医用橡胶材料，所述弹性缓冲层4的弹性模量在35-65MPa之间，泊松比为0.35-0.5。起到对口腔咬合力的缓冲作用。

实施例1：

植体外壳1采用钛金属制作，采用表面喷砂、酸蚀，以及表面钙磷化处理，提高植体材料与骨的结合能力。植体外壳1内表面可采用喷砂的方法形成粗糙表面，粗糙度Ra为3um对弹性缓冲层材料产生悬吊提拉作用。

植体内芯2安装于植体外壳1内，外形与植体外壳1中空圆筒保持一致。对植体内芯表面进行激光表面图案化处理，形成粗糙沟槽，沟槽宽度6μm深6μm，进一步增加对弹性缓冲层的悬吊提拉作用。

弹性缓冲层4和锁紧密封部件3选择的材料弹性模量为40Mpa，泊松比为0.45的硅橡胶。

实施例2：

植体外壳1采用Ti6Al4V金属制作，采用表面喷砂、酸蚀，以及表面钙磷化处理，提高植体材料与骨的结合能力。植体外壳内表面可采用喷砂的方法形成粗糙表面，粗糙度Ra为7um对弹性缓冲层4材料产生悬吊提拉作用。

植体内芯2安装于植体外壳1内，外形与植体外壳1的中空圆筒保持一致。对植体内芯2表面进行激光表面图案化处理，形成垂直于截面的条纹，宽度10μm深4μm，进一步增加对弹性缓冲层的悬吊提拉作用。

弹性缓冲层4和锁紧密封部件3选择的材料弹性模量为65Mpa，泊松比为0.49的硅橡胶。

实施例3：

植体外壳1采用TiZrNbSn金属制作，采用表面喷砂、酸蚀，以及表面钙磷化处理，提高植体材料与骨的结合能力。植体外壳1的内表面可采用喷砂的方法形成粗糙表面，粗糙度Ra为5um对弹性缓冲层材料产生悬吊提拉作用。

植体内芯2安装于植体外壳1内，外形与植体外壳的中空圆筒保持一致。对植体内芯2表面进行激光表面图案化处理，形成粗糙表面，粗糙度Ra 5um，进一步增加对弹性缓冲层的悬吊提拉作用。

弹性缓冲层4和锁紧密封部件3选择的材料弹性模量为35Mpa，泊松比为0.35的硅橡胶。

种植牙时，首先，完成植体外壳1的种植过程；然后，依次将植体内芯2放入植体外壳1中；设置在所述植体外壳1顶部的锁紧密封件3起到密封弹性缓冲层4且防止弹性缓冲层4旋转的作用。通过锁紧密封件3的装配将植体内芯2固定；最后将弹性缓冲层4通过中心穿杆5注入由植体外壳1、植体内芯2和锁紧密封件3围成的空间后密封。

Claims (5)

1.一种具有类牙周膜结构设计的牙科种植体，包括植体外壳(1)和植体内芯(2)，所述植体外壳的一端为封闭端，所述封闭端为球冠形，所述球冠形的高度为对应球半径的1/3-1/2；所述植体外壳的另一端为开口端，所述植体外壳(1)套在植体内芯(2)上，所述植体内芯(2)的一端被包在植体外壳(1)内，所述植体内芯(2)的另一端自所述植体外壳(1)的开口端伸出，所述植体内芯(2)的伸出端与所述植体外壳(1)的开口端之间设有锁紧密封件(3)，所述锁紧密封件(3)采用插销式结构与所述植体内芯(2)固定，所述锁紧密封件(3)的主体为圆环，所述圆环的内径与所述植体内芯(2)的外径配合，所述植体内芯(2)的上部沿外回转面的周向均布有4个插头(21)，所述圆环的内回转面上沿周向上均布有4个与所述4个插头一一配合的插槽(31)，所述圆环固定在所述植体内芯(2)上、并盖在所述植体外壳(1)上，所述圆环的外回转面设有外螺纹，所述植体外壳(1)开口端的内回转面设有内螺纹，所述圆环通过螺纹连接与植体外壳(1)相连接，从而在植体外壳(1)、植体内芯(2)和密封部件(3)之间形成一密闭空间，所述密闭空间内填充有弹性缓冲层(4)；其特征在于：

所述植体外壳(1)的表面为粗糙表面，粗糙度糙Ra为3-7um；所述植体内芯(2)的表面为粗糙表面，或设有垂直于纵向截面的沟槽(22)或凸起条纹。

2.根据权利要求1所述具有类牙周膜结构设计的牙科种植体，其特征在于，所述植体内芯(2)中设有用于填充弹性缓冲层(4)的中心穿杆(5)，所述中心穿杆(5)探伸至所述植体内芯(2)的底部。

3.根据权利要求1所述具有类牙周膜结构设计的牙科种植体，其特征在于，所述植体内芯(2)表面进行图案化处理，形成粗糙或垂直于截面的条纹或沟槽(22)，粗糙度Ra3-7um或沟槽(22)的宽度为5-10μm，沟槽(22)的深度为3-6μm。

4.根据权利要求1所述具有类牙周膜结构设计的牙科种植体，其特征在于，所述弹性缓冲层(4)和锁紧密封部件(3)的材料采用医用弹性类材料。

5.根据权利要求1所述具有类牙周膜结构设计的牙科种植体，其特征在于，所述弹性缓冲层(4)和锁紧密封部件(3)的弹性模量在35-65MPa之间，泊松比为0.35-0.5。