行政院國家科學委員會專題研究計畫 成果報告
植體支持牙橋支台-植體間抗旋轉設計對預防支台螺釘鬆動
之重要性
計畫類別： 個別型計畫 計畫編號： NSC91-2314-B-002-185- 執行期間： 91 年 08 月 01 日至 92 年 07 月 31 日 執行單位： 國立臺灣大學醫學院臨床牙醫研究所 計畫主持人： 林立德 計畫參與人員： 王若松 王東美 李明澍 劉恩亨 報告類型： 精簡報告 處理方式： 本計畫可公開查詢中 華 民 國 93 年 2 月 16 日
行政院國家科學委員會補助專題研究計畫
■ 成 果 報 告
□期中進度報告
植體支持牙橋支台-植體間抗旋轉設計對預防支台螺釘
鬆動之重要性
計畫類別：■ 個別型計畫 □ 整合型計畫
計畫編號：NSC 91－2314－B－002－185－
執行期間： 91 年 8 月 1 日至 92 年 7 月 31 日
計畫主持人：林立德
共同主持人：王若松
計畫參與人員：王東美 李明澍 劉恩亨
成果報告類型(依經費核定清單規定繳交)：■精簡報告 □完整報告
本成果報告包括以下應繳交之附件：
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□赴大陸地區出差或研習心得報告一份
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□涉及專利或其他智慧財產權，□一年□二年後可公開查詢
執行單位：國立台灣大學臨床牙醫學研究所
中 華 民 國 93 年 2 月 14 日
（一）中文摘要
植體補綴物固定螺釘或支台螺釘的鬆動，一直都是治療常發生的併發症。支台與植體間 的抗旋轉設計或施予螺釘適當的扭力常被採用以減少螺釘鬆動或斷裂的機率。然而，兩根以 上植體支持的牙橋由於幾何上的構造，幾根螺釘間被認為可以互相保護，因此支台座和植體 間是否需要抗旋轉設計，一直都很少受到重視。許多系統為了方便使用，取消了原有牙橋用 支台與植體間的抗旋轉設計。本研究的目的在以實驗室模擬植體補綴物長期受力的情況下， 有無抗旋轉設計，植體-支台夾緊力的變化及支台螺釘鬆動的情形。研究中，將同時探討牙橋 的密合度是否影響抗旋轉設計的重要性。研究中比較 Nobel Biocare 舊式有抗旋轉設計的 Miruscone 支台和新式無抗旋轉設計的 Multi-unit 支台。密合度選擇採用完全密合及 30μm 縫 隙兩種。 研究方法將先製作植體補綴物金屬床，然後再利用這個金屬床配合外形相似但有抗旋轉設計 和沒有抗旋轉設計的支台，製作出和此金屬床有無外力密合及有 30μm 縫隙共四種主模型以 進行測試。測試時以 Instron 模擬咀嚼的速度(1Hz)及力量(100N)，反覆施力 0、2000、4000、 6000、8000、10000cycles 後觀察(1)螺釘是否鬆動，(2)夾緊力（利用應變計觀察）是否減少， （3）受力後將螺釘鬆開的反轉鈕力（reverse torque）是否減少。本研究的結果顯示當植體補 綴物和植體支台間是密合時，支台與植體間是否存在抗旋轉設計對於 abutment screw 鎖緊時 產生的 clamping force 似乎影響較少。當植體補綴物和植體支台間呈現不密合時，即使支台與 植體間存在著抗旋轉設計似乎並不能阻止植體與支台間 clamping force 的變化，而且在最開始 的 2000 cycles 後就可以觀察到明顯的變化，2000 cycles 之後反而不在繼續明顯改變。不過當 支台和植體間沒有抗旋轉設計而補綴物和支台間呈現間隙時，支台和植體間夾緊力似乎隨受 力的次數而持續的變化著。本研究結果顯示，在兩顆以上的植體補綴物連結在一起時，補綴 物與植體或植體支台間的密合度應該是最重要的，然而如果不密合是難以完全避免時，支台 與植體間的抗旋轉設計可以減少反覆受力後植體與支台間 clamping force 的變化，而減少植體 支台螺釘鬆動的機會。 關鍵詞：牙科植體，抗旋轉設計，應變計（二）英文摘要
One of the common complications in implant therapy is the loosening of abutment screws or prosthesis retaining screw. An anti-rotational design between abutment and implant and tightening the screws to a certain torque have been adopted to prevent screw loosening and fracture. However, the importance of the anti-rotational design in implant bridge has always been overlooked since more than 2 screws are used and the screws are thought to protect each other. Furthermore, several systems recently replaced their anti-rotational abutments for bridge to a new non-anti-rotational design for the convenience of dentists. Thus, this study’s aim is to compare the two designs in implant-abutment clamping force and the frequency of screw loosening after cyclic loadings (0, 2000, 4000, 6000, 8000, 10000 cycles) which mimic the chewing loadings are applied to a bridge
with two different fitness (0 and 30 µm gap). Branemark’s Miruscone and compatible Multi-unit abutments are compared. It was found that changes of the strain gauge readings were minimum, whether anti-rotational design exists or not, if the implant prostheses and the abutments were fit. Significant changes in strain gauge readings were noted after the first 2000 loading cycles if the prosthesis was not fit. The changes persisted if there was no anti-rotation between the abutments and implants. The results suggested that fitness between the implant prosthesis and abutments is the most important. However, anti-rotational design between abutment and implant can reduce the possibility of abutment screw loosening after cyclic loadings.
Keywords: dental implant, anti-rotational design, strain gauge
（三）、引言
以人工牙根植體補綴物治療缺牙區，目前已獲得不錯的成功率(Adell et al, 1990; Lekholm et al, 1994; Laney et al, 1994)，但是補綴物固定螺釘或支台螺釘的鬆動，過去一直都是植體補 綴治療，尤其是單牙植體治療，最常發生的併發症。過去幾年，以支台與植體間的抗旋轉設 計減少螺釘鬆動或斷裂的機率，一直都是人工牙根植體治療研究發展的重點之一。目前已經 有很多不同的抗旋轉設計，被證明的確可以減少單牙植體治療螺釘鬆動或斷裂的機會。然而， 兩根或三根以上植體支持的牙橋由於幾何上的構造，幾根螺釘間被認為可以互相保護，因此 支台座和植體間是否需要抗旋轉設計，一直都很少受到重視，當支台與植體將有抗旋轉設計 時，臨床醫師在置入支台時必須小心將支台和植體間的抗旋轉設計對在一起，由於植體零件 體積較小，此工作常花費不少時間，且必須以根尖放射線攝影確認，相當不方便。因此為了 牙醫師的方便使用，近年來像歷史悠久的 Branemark implant system 也取消了原有牙橋用支台 與植體間的抗旋轉設計，讓牙醫師可以直接將支台鏍釘鎖緊，而不需擔心支台語植體的抗旋 轉設計是否鑲嵌在一起。在植體支持牙橋，螺釘鬆動或斷裂的機率與單牙植體比較，雖然相 對較少發生，但是臨床的追蹤報告指出螺釘鬆動或斷裂，同樣的是治療後最常見的併發症之 一(Kallus & Bessing, 1994)。況且，過去的臨床追蹤報告，都是採用舊式有抗旋轉設計的支台 所得到的結果，並沒有臨床研究報告新的設計在長期使用後是否不會造成支台螺釘較容易鬆 動。此外，或許在一完全密合的牙橋下，支台與植體間的抗旋轉設計可能較不重要，但是如 果牙橋與支台間只是存在臨床可接受的密合，而無法達到所謂完全的無外力密合（passive fit），支台與植體間的抗旋轉設計是否重要？在支台螺釘鎖緊的過程中，首先會在螺釘本身造 成張（tensile）力並且在被鎖緊的植體和支台間形成鉗夾（clamping）的力量。當補綴物受力 後，在螺釘發生鬆動之前，往往可觀察到螺釘張力減少，植體-支台間夾緊力減少的情形。本 研究的目的在以實驗室模擬植體補綴物長期受力的情況下，比較有抗旋轉設計和沒有抗旋轉 設計的支台受力時，植體-支台夾緊力的變化及支台螺釘鬆動的情形。研究中，將同時探討在 無外力密合牙橋與臨床上可接受密合度牙橋下，支台與植體間的抗旋轉設計的重要性。
（四）、材料與方法
（SDCA425, Nobel Biocare AB, Göteborg, Sweden）和新式無抗旋轉設計的 Multi-unit abutment （26262, Nobel Biocare AB, Göteborg, Sweden）。兩者之間除抗旋轉設計外，在外型是一樣的。 臨床上補綴物與支台間可接受的密合度選擇採用 30μm gap(Lin, 1996)，因為(1)根據本研究室 過去的研究顯示 30μm gap 在 X 光片下並不易觀察到明顯的閒隙，符合臨床可接受的條件 (Lin, 199，(2) 30μm gap 屬於臨床上使用 rocking test 不易察覺間隙的上限(Assif et al, 1992)， (3)當補綴物與支台間存在 30μm gap 時，補綴物螺釘所緊時，仍可在補綴物與支台間產生夾 緊力(Lin et al, 1997)。 研究方法將先製作植體補綴物金屬床，然後再利用這個金屬床配合外形相似但有抗旋轉設計 和沒有抗旋轉設計的支台，製作出和此金屬床有無外力密合及臨床上可接受密合程度（30μ m gap）的共四種主模型以進行測試。測試時以 Instron5566 模擬咀嚼的速度(1Hz)及力量(100N) 反覆施力，反覆施力 0、2000、4000、6000、8000、10000cycles 後觀察(1)螺釘是否鬆動，(2) 夾緊力（利用應變計觀察）是否減少，（3）受力後將螺釘鬆開的反轉鈕力（reverse torque）。 詳細的逕行步驟如後： I.金屬床的製作
1.將兩支植入體類比體 (DCD084, Nobel Biocare AB, Göteborg, Sweden) 間隔 16mm(= 下顎第 一小臼齒近遠心距離的一半 + 下顎第二小臼齒近遠心距離 + 下顎第一大臼齒近遠心距離的 一半; Wheeler's dental anatomy, physiology, and occlusion)平行埋入 Silky-Rock 單齒模用硬石膏 (Whip Mix, Louisville, Kentucky, USA ;水粉比=22ml/100g) 中。
2.接上 3mm Miruscone 支台 (SDCA425, Nobel Biocare AB, Göteborg, Sweden) 及金錐體 (26657, Nobel Biocare AB, Göteborg, Sweden)，在金錐體上堆蠟、鑄造(Jelenko O 金屬； Jelenko, New York, USA ; Modulus of elasticity=88300 MPa)，做出陶瓷熔合金屬牙橋(porcelain fused to metal bridge)的金屬床(metal framework)，固位體(retainer)和橋體(pontic)之間的關節部分寬、 高皆 4mm 。
II.模型的製作
1.以 M-Bond 610 (Measurements Group, Raleigh, North Carolina, USA) 在兩個 3mm
Miruscone 或 Multi-unit 支台表面各貼上兩個 EA-05-031CE-350 應變計(Measurements Group, Raleigh, North Carolina, USA)。應變計位於支台相對的兩側（向心及遠心），其長軸與支台的 長軸平行， 其上緣距離金錐體~支台交界面 0.5mm。
2.以支台螺釘將貼有應變計的支台固定於尚未包埋的植入體類比體之上，再以金螺釘將支 台~植入體組合連接到金屬床，此時調整支台~植入體組合的方向使支台兩側的應變計朝向金 屬床的正近心側及正遠心側。
3.利用析量工具(surveyor kits)加上 Duralay (Reliance, Worth, Illinois, USA)在金屬床的咬 合面做出記號，如此一來整個金屬床~支台~植入體組合就可懸掛於析量器(surveyor)，而把金 屬床~支台~植入體組合中植入體類比體的部分置入 Silky-Rock 單齒模用硬石膏塊的 8mmx24mmx12mm（寬 x 長 x 深）凹槽中心，以 epoxy resin 注入凹槽於是完成一個理論上補 綴物與支台密合的模型。 4.為了模仿臨床上可接受密合（30μm），包埋時小臼齒側(金屬床的近心側)補綴物與支台 仍緊密接觸，在大臼齒的補綴物和支台之間放入 30μm 的咬合箔片(shimstock, Hanel-GHM,
Germany)，將來將咬合箔片移除，在大臼齒側製作出 30μm 的不密合(以立體光學顯微鏡確 認)的模型，加上先前大、小臼齒均未放咬合箔片來作為無外力密合的那個模型，再配合 Miruscone 或 Multi-unit 兩種支台，共有 4 個模型。
III.應變計訊號相關實驗設備的連接
應變計訊號先經過訊號放大器(放大率 Gain=5000; 2310, Measurements Group, Raleigh, North Carolina, USA)，再進入磁帶記錄器(RD-145T, Teac, Japan)。從訊號放大器出來的訊號還 進入示波器(2214, Tektronix, Oregon, USA)，以觀察實驗中雜訊的大小以便加以控制同時監視 訊號的產生是否正常。
IV.模擬咀嚼反覆施力
以 Instron5566(Instron Co., Canton, MA, USA)模擬咀嚼的速度(1Hz)及力量(100N)反覆施力。
V.測試工作
四組模型（2 種 gaps x 2 種支台）都以下列步驟進行測試： (I).植體-支台夾緊力的變化
1.支台放置在模型上，用 torque gauge（6BTG, Tohnichi, Tokyo, Japan） 將支台螺釘鎖緊至 20Ncm 後紀錄應變計所量測的數值，然後再用 toque gauge 以 10Ncm 標準扭力鎖緊補綴物金 螺釘，將植體牙橋固定於支台上，再紀錄應變計所量測的數值。
2.將模型固定後，將 Instron5566 load cell 的 stylus 輕輕接觸牙橋中央 pontic 的中心，然後依 步驟 IV.描述的參數，進行模擬咀嚼反覆施力 10000 cycles。
3.反覆施力時，紀錄施力 0、2000、4000、6000、8000、10000cycles 後應變計所量測的數 值，與前述施力前數值進行比較，可知道受力前後，夾緊力的變化。
(II).螺釘反轉扭力的變化
1.支台放置在模型上，用 torque gauge（6BTG, Tohnichi, Tokyo, Japan） 將支台螺釘鎖緊至 20Ncm 後，再用 toque gauge 以 10Ncm 標準扭力鎖緊補綴物金螺釘，將植體牙橋固定於支台 上。
2.以 torque gauge 測量將補綴物金螺釘轉鬆所需的反轉扭力，補綴物移除後，繼續測量將兩個 支台螺釘轉鬆所需的反轉扭力。此步驟得到的是受力前的反轉扭力，可當作控制組。
3.將模型固定後，將 MTS load cell 的 stylus 輕輕接觸牙橋中央 pontic 的中心，然後依步驟 IV. 描述的參數，進行模擬咀嚼反覆施力 10000 cycles。 4.施力結束後，再重複步驟 2.紀錄補綴物金螺釘和支台螺釘轉鬆所需的反轉扭力。 (III).螺釘鬆動的情形 (I)和(II)反覆測試十次，進行步驟(I)和(II)時，同時觀察螺釘鬆動的機率。 VI.資料處理及統計分析 應變計策德的訊號將數位化後輸入電腦，以 Spike2 v.4 （Cambridge,）軟體分析。結果將以兩 方分類變異數分析(Two-Way ANOVA)分別比較小臼齒側（在所有模型均為密合側）及大臼齒 側（兩個模型為密合，兩個模型為 30μm 間隙），當牙橋為無外力密合及臨床可接受密合時， 及當支台有抗旋轉設計及無抗旋轉設計時，植體-支台夾緊力及羅釘反轉鈕力的變化是否有意
義的差異。
(五)、結果
圖一、圖二顯示 abutments 對植體有抗旋轉設計時，補綴物受到 0、2000、4000、6000、8000、 10000 cycles 的施力後應變計所量測到的數值，其中圖一是密合的牙橋受力後的結果，圖二的 牙橋與 SG1 和 SG2 位置的 abutment 是密合的，與 SG3、SG4 位置的 abutment 則有 30μm 間 隙。圖三、圖四顯示 abutments 對植體有抗旋轉設計時，補綴物受到 0、2000、4000、6000、 8000、10000 cycles 的施力後應變計所量測到的數值，其中圖三是密合的牙橋受力後的結果， 圖四的牙橋與 SG1 和 SG2 位置的 abutment 是密合的，與 SG3、SG4 位置的 abutment 則有 30 μm 間隙。結果顯示當 abutment 和 implant 之間有抗旋轉設計時而補綴物與 abutment 間完全密合時，經 過 10000 次的 cyclic loading 後，應變計的變化顯示 abutment 和 implant 的夾緊力（clamping
Anti-Fit Loading cycles 0 2000 4000 6000 8000 10000 St rain g a u g e read in g ( µ V) -1.5 -1.0 -0.5 0.0 0.5
Load cycles vs A-0-SG1 Load cycles vs A-0-SG2 Load cycles vs A-0-SG3 Load cycles vs A-0-SG4
Anti-30 Loading cycles 0 2000 4000 6000 8000 10000 St arin g a u g e read in g ( µ V) -1.0 -0.5 0.0 0.5 1.0
Load cycles vs A-30-SG1 Load cycles vs A-30-SG2 Load cycles vs A-30-SG3 Load cycles vs A-30-SG4
Non-Anti-Fit Loading cycles 0 2000 4000 6000 8000 10000 S tr a in ga uge r e a d ing ( µ V) -0.6 -0.5 -0.4 -0.3 -0.2 -0.1 0.0
Load cycles vs NA-0-SG1 Load cycles vs NA-0-SG2 Load cycles vs NA-0-SG3 Load cycles vs NA-0-SG4
Non-Anti-30 Loading cycles 0 2000 4000 6000 8000 10000 S tr a in ga uge r e a d ings ( µ V) -0.9 -0.6 -0.3 0.0 0.3
Load cycles vs NA-30-SG1 Load cycles vs NA-30-SG2 Load cycles vs NA-30-SG3 Load cycles vs NA-30-SG4
圖二
圖一
圖三
force）的變化較其他組為少。其他組的應變計通常在最開始的 2000 cycles 即可觀察到明顯變 化，在 2000 cycles 之後的變化反而較少，不過當支台和植體間沒有抗旋轉設計而補綴物和支 台間呈現間隙時，支台和植體間夾緊力似乎隨受力的次數而持續的變化著。此外，不論 abutment 和 implant 之間有無抗旋轉設計，補綴物與植體間不密合時較容易造成支台和植體間 夾緊力的變化。
(六)、討論與結論
在兩顆以上的植體補綴物連結在一起時，抗旋轉設計常被認為是較不需要的，因此植體系統 製造商近年來常取消抗旋轉設計以方便植體醫師的操作。本研究的結果顯示當植體補綴物和 植體支台間是密合時，支台與植體間是否存在抗旋轉設計對於 abutment screw 鎖緊時產生的 clamping force 似乎影響較少。當植體補綴物和植體支台間呈現不密合時，即使支台與植體間 存在著抗旋轉設計似乎並不能阻止植體與支台間 clamping force 的變化，而且在最開始的 2000 cycles 後就可以觀察到明顯的變化，2000 cycles 之後反而不在繼續明顯改變。不過當支台和 植體間沒有抗旋轉設計而補綴物和支台間呈現間隙時，支台和植體間夾緊力似乎隨受力的次 數而持續的變化著。本研究結果顯示，在兩顆以上的植體補綴物連結在一起時，補綴物與植 體或植體支台間的密合度應該是最重要的，然而如果不密合是難以完全避免時，支台與植體 間的抗旋轉設計可以減少反覆受力後植體與支台間 clamping force 的變化，而減少植體支台螺 絲鬆動的機會。(七)、參考文獻
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