种植修复螺丝的机械原理与正确使用

       螺丝是沿着倾斜平面的螺旋结构，是非常高效的机械，已有数百年的历史。种植体最初的外形设计就是螺丝的形态，可以初步固定在骨组织内，骨结合后进行负荷。螺丝也用来连接基台和种植体。还可以用螺丝将修复体固定在基台或种植体上。基台和修复体螺丝松动是种植修复最常见的并发症之一。因此，医生应该了解种植螺丝的机械原理。有报道表明，上颌修复螺丝第一年松动率为6%～20%。修复结构中螺丝通常是最薄弱的环节。任何咬合问题、制作误差或应力可能导致咬合时修复体的晃动，螺丝是最薄弱或受力最大的位置，往往发生松动或折断。咬合面的螺丝通道导致崩瓷的风险增高。Nissan 等的研究表明，平均负荷5 年后，螺丝固位修复体崩瓷率为38%，粘接固位修复体崩瓷率为4%。

      螺丝是高效的力放大器。一个20 Ncm 的力矩加载到螺丝上，可以移动平台上的两列火车。有几个因素可能与螺丝松动的风险相关，主要因素是预负荷。另外，还包括零件匹配度，基台-种植体连接的高度（或深度）和平台直径。施加在螺丝上的扭矩会同时影响螺纹和螺丝头的压力。施加在螺丝上的力矩也会在螺丝的阳性部件内产生拉力。扭力产生的压力和拉力通过螺丝部件的斜面而放大（图1）。当扭矩足够大时，螺丝在拉力的作用下延长。螺丝的应变也与扭矩的大小直接相关。力越大，应变越大。扭力过大时， 引起材料的可塑性丧失或永久形变。此时螺丝无法取出，再加力时折断。也就是说，过大的扭力导致螺丝折断或螺纹分离。推荐的预负荷扭矩是螺丝发生永久形变受力的75%，以保证螺丝连接的安全。

       加载到螺丝的预负荷应该是持续的，而且足以引起螺丝螺纹的形变。最开始的螺丝系统，如Nobel系统（1980-1990 年），只是采用手动螺丝刀旋紧螺丝，无法达到足够的扭矩。根据Misch 的研究，136 名牙医用手动螺丝刀，平均只产生11 Ncm 的扭矩，范围为5～21 Ncm。所以基台螺丝松动在那个时期的发生率高达50%。20 世纪90 年代早期，医生开始采用扭力矩扳手获得足够的夹紧力。扭矩扳手利用杠杆力。扳手的杠杆可以使扭矩放大到100 Ncm，超越材料弹性的极限。因此，扳手都有一个安全值限制。扳手产生的高扭矩会旋紧螺丝。这种方法使螺丝松动在第一年的发生率小于16%。扭矩扳手应该可以获得一致的扭力。但是有研究表明，经过反复高温高压消毒后，扳手会发生腐蚀，使得扭矩偏大。因此，扳手消毒时应处于松开的状态，医生使用扳手前要确保各配件没有在锁死的位置（图2）。种植体公司及制造商应定期对扭矩扳手进行校准。

       医生在旋紧螺丝时还要注意，旋紧的扭力会传递至种植体- 骨界面（图3）。骨组织对剪切力的抵抗较弱，只有垂直受力的65%。这与种植体的设计、表面处理和骨密度相关。骨质偏软的情况下，能承受的扭矩小于20Ncm。因此，推荐采用对抗扭矩的旋紧螺丝方式。由于螺丝和种植体部件之间的摩擦，逐渐会降低夹紧力。因此，每隔几年可以重新旋紧螺丝，特别是有过大咬合力的患者。

      为了减少临床并发症，可通过改进螺丝设计增加预负荷，减少旋入扭矩因摩擦力而损失。螺丝头直径大于螺丝，可以是平头或为斜面。在牙科领域之外，螺丝头为30～45°的锥度，帮助在有加工误差的情况下，有助于把不同组件固定在一起。螺丝锁紧就位时，螺丝头的斜面可以抵消组件间的误差。螺丝头斜面减少了夹紧力，降低了螺纹的拉力。大部分的力加载到了螺丝上而不是螺丝固定的部件之间。如果以20 Ncm 的扭矩旋紧螺丝，15 Ncm 的扭矩分散到螺丝斜面，5 Ncm 的扭矩加载到螺纹上。种植修复使用的螺丝应尽量避免带斜面的螺丝，应使用平头螺丝。

      金属成分是另一个影响螺丝特性的因素。主要会影响螺丝加载预负荷后的应变量，以及发生折断的点，从而决定了安全的预负荷范围。当其他因素类似的时候，螺丝的材料和屈服强度差异巨大（ 金螺丝12.4 N， 钛螺丝83.8 N）。螺丝材料不同，修复螺丝的折断扭矩在16.5 Ncm -40 Ncm 之间。关于螺丝表面性质的争论呈两极化。有学者认为：粗糙表面可以帮助螺丝获得更大的摩擦力从而降低螺丝松动的风险；另一部分学者倡导使用减少摩擦力的表面涂层可以增加预负荷，认为这是一种增加螺丝夹紧力的有效方法。螺丝直径主要影响螺丝在发生形变前被加载的预负荷。螺丝直径越大，用于旋紧螺丝的预负荷可以更大，这样可获得更大夹紧力。不同种植系统的基台螺丝尺寸都很相似；但印模帽和修复螺丝直径往往小于基台螺丝（材质也可能不同）。材料的强度与直径的四次方呈正相关。所以，直径减半的螺丝强度变为1/16。