A bioengineered implant for a predetermined bone cellular response to loading forces.  A literature review and case report...
骨頭的特性
<ul><li>“ Bone” 是一個會反應許多因素的器官 , 包括 systemic change, local mechanical factors. </li></ul><ul><li>Wolff 1982 觀察到“ bone adapt...
<ul><li>Bone ( 組織上 ) 包括: </li></ul><ul><ul><li>lamellar bone </li></ul></ul><ul><ul><li>woven bone </li></ul></ul><ul><ul>...
骨頭對於應變力的變化
<ul><li>Cortical bone fractures 發生在 10,000 ~ 20,000 microstrain 程度  (1~2% deformation) ,視 bone 鈣化程度和密度而定。 </li></ul><ul><l...
Frost 1989 描述對於骨頭對於相關應變力 (strain) 的機械性適應種類提出 4 種 microstrain zone 。 <ul><li>簡單來說,  pathologic overload zone 和 acute disuse...
<ul><li>Remodeling rate(bone turnover) 是一個“期間”;因為對於新生骨 (new bone) 而言是需要時間取代 existing bone 並允許 bone 適應它的環境。 </li></ul><ul><...
<ul><li>Adapted window zone 較像是 organized, highly mineralized lamellar bone 。 </li></ul><ul><ul><li>理論上, adapted window 是 ...
Implant interface remodeling
<ul><li>在 implant 以手術方式置入後,  Interface remodeling 使得在 dental implant 和 original bone 之間有不同形式的 bone interface 形成。 </li></ul...
<ul><li>來自 rib 和 long bone shaft diaphysis 的 cortical bone 以每年 2~10% 的速率 remodel ,在人類和狗是類似的。 (Parfitt 1983 ) </li></ul><ul...
材料和方法 bioengineering of an implant design <ul><li>假設 implant design 有 bioengineering 作用,以致於 loading 將在 adapted window zone...
<ul><li>為了達到這些目的,有 3 個因素必先考慮 </li></ul><ul><ul><li>應根據 anatomical dimension limitation, 建立一個 macrodesign criteria </li></u...
<ul><li>為了減少對於骨頭的 shear loading ,以“ square thread design 對 axial loading” 應用在牙科植體 body 上。 </li></ul><ul><li>最後,對於不同的部位和顎骨密...
<ul><li>在 1994 年, University of Alabama at Birmingham(UAB) research team 對於在 load 期間有適當細胞反應的 bioengineered implant 的應用概念擁有...
病例報告
<ul><li>35 歲男性白人病患 ,1996 年五月初診 </li></ul><ul><ul><li>上顎後牙區缺牙,戴有一可撤式義齒,無牙區骨高度及寬度不足 </li></ul></ul><ul><ul><li>下顎固定式牙橋 </li>...
 
<ul><li>其中病患未回診,補綴療程中斷長達 11 個月,當再度回診時,要求會診矯正治療以期改善前牙美觀問題。 </li></ul><ul><ul><li>矯正科醫師要求在矯正治療前先行移除上顎第一小臼齒部位植體 </li></ul></ul>
<ul><li>移除植體前,病患同意作 bone labeling protocol 和組織上評估 </li></ul><ul><ul><li>為了能夠更精確的決定 BRR , 2 次的 bone labels 間隔一個月投與 (tetracy...
結果 <ul><li>在螢光顯微鏡下可見在 remodeling site 周圍有螢光線存在。 </li></ul><ul><ul><li>內層的標示線是大部份現存的 tetracycline 藥劑;外層則是較早投藥的藥劑。 </li></ul...
討論
<ul><li>Frost 1983 証實 bone repair 過程中包含 modeling 和 remodeling ,會因為 trauma( 包括手術 ) 和其他有害的刺激結果而加速,說明這種觀察為“ regional accelera...
<ul><li>Isidor 1996,1997 </li></ul><ul><ul><li>利用猴子為實驗對象測試在 loading 之前已達成骨整合的植體,在 occlusal overload 之後喪失 rigid fixation 的假...
<ul><li>Excessive stress 可能會導致骨頭有 microfracture 或 microstrain ,這在 interface 的 pathologic 或是 mild overload zone 可見。 </li></...
 
<ul><li>最近的報告顯示當植體對於補綴物的作用如同一個 functionary unit 時, elevated BRR 就是在許多植體旁邊正在進行的反應 (Garetto 1995 ) </li></ul><ul><ul><li>認為在...
<ul><li>Roberts 1997 觀察在 asymmetric implant thread design(Steri-Oss, Nobel Biocare) 和 symmetrical threaded surface(Branema...
<ul><li>Barbier 1997 以狗為實驗對象,調查 implant-supported prostheses 在 non-axial load 和 axial load 。 </li></ul><ul><ul><li>在同樣的植體設...
<ul><li>Burr 1993 在兔子的 tibial metaphyseal bone 中,比較 HA/TCP-coated 和 uncoated titanium implants cylinder implants 的 remodel...
<ul><li>Baumgarder 2000 以狗為實驗對象,評估 bone quality-based implant system 的情況。 </li></ul><ul><ul><li>在餵食粗食食物 6 個月後, 8 implants ...
<ul><li>Loading 的大小也許會影響植體介面 BRR. </li></ul><ul><li>Roberts 1990 評估成功的植體在人身上作為矯正錨定 3 年以上的情況。 </li></ul><ul><ul><li>Bone-im...
<ul><li>Hoshaw 1994 利用狗 tibiae 和 larger axial tensile loads( 在 load 前給予較長的癒合期 ) 。 </li></ul><ul><ul><li>發現在 loaded implant...
<ul><li>Hoshaw 1992   在囓齒動物 tibiae 的 cortical bone ,作 tensile loaded Ti V-shaped threaded implants Brånemark, Nobel Biocar...
<ul><li>Kohn( 未發表 ) 証實當上述植體 Brånemark, Nobel Biocare)  有 laterally loaded 時, bone bridge 會在 thread depth 之間形成。 </li></ul><...
<ul><li>Frost 1981 認為在 hip prostheses 對於 bone remodeling 的 minimum effective strain 也許比 compressive strains 要大。 </li></ul>...
<ul><li>這個團隊在臨床調查之前已建立一個 bioengineer a dental implant 的假說 “對於預期骨細胞對於咬合應力反應”。 </li></ul><ul><ul><li>組織下有出現在 functional dent...
結論
<ul><li>Remodeling rate (bone turnover) ,即為新生骨取代已存在骨的期間,可以提供骨頭對於環境的適應力。 </li></ul><ul><li>Bone turnover rate 可在癒合期間的植體周圍測量...
<ul><li>這篇報告應用 Frost 1989 對於骨頭微應力區域的概念,發展出一個 bioengineering implant ,使用更可以維持在受力狀況下的 lamellar bone 介面。 </li></ul><ul><li>Tr...
<ul><li>未來的研究方向應著重在不同臨床狀況再次確認此篇報告觀察到的情況。 </li></ul><ul><li>此篇報告概念不是只建議適當的應力等級也許只在這個植體設計下可獲得,理想的應力等級寺於長期維持骨整合是必須的。 </li></u...
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植牙表面回顧

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長庚醫師的報告

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植牙表面回顧

  1. 1. A bioengineered implant for a predetermined bone cellular response to loading forces. A literature review and case report. Misch CE. Bidez MW, Sharawy M J Periodontol 2001;72:1276-1286
  2. 2. 骨頭的特性
  3. 3. <ul><li>“ Bone” 是一個會反應許多因素的器官 , 包括 systemic change, local mechanical factors. </li></ul><ul><li>Wolff 1982 觀察到“ bone adaptive properties” 和“ mechanic stimuli” 有關,並進一步提出假說 : </li></ul><ul><ul><li>“ bone 在功能或形式的改變,是藉由在外在構造的特定改變而來”。 </li></ul></ul><ul><ul><li>因此,當壓力減少 ( 例如牙齒喪失 ) 時,不只是 bone volume 的改變,還包括 remaining bone 的內在結構也跟著改變了。 </li></ul></ul><ul><li>Cortical, trabecular bone 會藉由 modeling, remodeling 而修正。 </li></ul><ul><ul><li>Modeling 是某一部位 formation 和 resorption 的結果,這會改變 bone 的形狀和尺寸 </li></ul></ul><ul><ul><li>Remodeling 是在同一部位 formation 和 resorption 的過程,會取代 previous bone ,主要和 bone quality 的改變有關。 </li></ul></ul><ul><li>Bone modeling and remodeling 主要受 strain 的 mechanical environment 所控制。 </li></ul>
  4. 4. <ul><li>Bone ( 組織上 ) 包括: </li></ul><ul><ul><li>lamellar bone </li></ul></ul><ul><ul><li>woven bone </li></ul></ul><ul><ul><li>composite bone </li></ul></ul><ul><ul><li>bundle bone </li></ul></ul><ul><li>前三者 bone type 可以在 osseointegrated implant 周圍可見。 </li></ul><ul><ul><li>Lamellar bone :是所有 bone type 中 most organized, highly mineralized, strongest ;被稱為“ load bearing bone” 。 </li></ul></ul><ul><ul><li>Woven bone :是所有 bone type 中 unorganized, less mineralized, less strength ;被稱為 immature bone 。 </li></ul></ul><ul><ul><li>Composite bone :由 lamellar, woven bone 組合而成,主要在 cortical bone 的 endosteal, periosteal surfaces 表面形成。 </li></ul></ul>
  5. 5. 骨頭對於應變力的變化
  6. 6. <ul><li>Cortical bone fractures 發生在 10,000 ~ 20,000 microstrain 程度 (1~2% deformation) ,視 bone 鈣化程度和密度而定。 </li></ul><ul><li>骨頭結構中 Microstrain levels 對於 remodeling rate 十分重要 </li></ul><ul><ul><li>因為 bone cell membrane 能夠成為一個 mechanosensory system 。 </li></ul></ul><ul><ul><li>換句話說, bone cellular behavior 會大大受到 bone cells 的 strain 或是 deformation 的 mechanical environment 所影響。 </li></ul></ul><ul><li>推測在細胞中的 microstrain 是 bone cell membrane 打開 ion membrane channel 的能量來源;為應用在骨頭上 load 的結果。 </li></ul>
  7. 7. Frost 1989 描述對於骨頭對於相關應變力 (strain) 的機械性適應種類提出 4 種 microstrain zone 。 <ul><li>簡單來說, pathologic overload zone 和 acute disuse window 是兩個骨頭對於應變力狀況的極端反應現象;其中之一可能會造作骨量( bone volume )變少的情況。 </li></ul><ul><ul><li>Pathologic overload 可能導致 microfracture ,這需要 repair 和也許造成 net bone resorption 。 </li></ul></ul><ul><ul><li>Disuse zone 也許增加 remodeling  可能減少 bone mass 。 </li></ul></ul><ul><ul><li>Mild overload zone 造成 higher bone turnover rates 和 more woven bone 。 </li></ul></ul><ul><ul><li>Adapted window 主要會 organized, mineralized lamellar bone </li></ul></ul><ul><li>pathologic overload zone </li></ul><ul><li>mild overload zone </li></ul><ul><li>adapted window </li></ul><ul><li>acute disuse window </li></ul>
  8. 8. <ul><li>Remodeling rate(bone turnover) 是一個“期間”;因為對於新生骨 (new bone) 而言是需要時間取代 existing bone 並允許 bone 適應它的環境。 </li></ul><ul><ul><li>Bone remodeling rate (BRR) 也可以作為表現新生骨在某一特定期間的量 (volume) 或是百分比率 (percentage) 。 </li></ul></ul><ul><ul><li>當 woven bone 以一天超過 60microns ( 微米; 10 -6 m) 的速度形成時, Lamellar bone 以一天 1~5microns 形成。 </li></ul></ul><ul><ul><li>因此, higher BBR 直接和 woven bone 形成數量的增加有關。 </li></ul></ul><ul><li>為了 create 和 maintain 對於 mechanical challenge 有所反應的 bone mass ,比起 adaptive window zone 和 more reactive woven bone 形成來說, Mild overload zone 較像是有一個 higher BRR 。 </li></ul>
  9. 9. <ul><li>Adapted window zone 較像是 organized, highly mineralized lamellar bone 。 </li></ul><ul><ul><li>理論上, adapted window 是 dental implant 旁邊的理想應變力狀況,可提供 bone 在應變力狀況下有 more mature 和對於 periodic changes 有 more resistant 。 </li></ul></ul><ul><ul><li>在 adaptive window zone 的 Implant-bone interface 會在 adjacent to 和 away from implant 部位有相似的 BRR 。 </li></ul></ul><ul><li>因此,作者相信 BRR 也許和 implant interface strength 和對於 Implant-bone interface 的 risk degree 有直接的關係。 </li></ul><ul><li>Higher risk 和 higher turnover rates 有關,因為 bone 在 interface 是 less mineralized, less organized, weaker 的狀態。 </li></ul>
  10. 10. Implant interface remodeling
  11. 11. <ul><li>在 implant 以手術方式置入後, Interface remodeling 使得在 dental implant 和 original bone 之間有不同形式的 bone interface 形成。 </li></ul><ul><ul><li>在 healing implant interface 旁邊, bone 成熟期 4 個月結束之前,在 mature vital bone 可以發現 osteoblasts 已經 deposit 大約 70% 的 mineral 。 </li></ul></ul><ul><ul><li>剩下的 30 % mineral deposition 則發生在下一個 8 月期間的 secondary mineralization 。 </li></ul></ul><ul><li>mineral density 和 bone age 之間有直接的關係。 </li></ul><ul><ul><li>Bone mineralization 的程度愈高, bone 就愈強壯、堅硬,並對於 implant interface 的壓力更有抵抗力。 </li></ul></ul><ul><li>一旦骨頭已經癒合, implant 開始 load , interface 會再次 remodeling ,如同受到局部應變力環境的影響。 </li></ul><ul><ul><li>Implant long-term maintenance 包括 interface continuous remodeling 。 </li></ul></ul><ul><li>在某種程度上,這允許 new bone 去取代 sustained microfractures 和 fatigue bone ,作為 cyclic loading 的結果。 </li></ul><ul><li>Frost 1960 已証實在活體內,骨的 microdamage 和 elevated remodeling activity 可以修復這些區域。 </li></ul>
  12. 12. <ul><li>來自 rib 和 long bone shaft diaphysis 的 cortical bone 以每年 2~10% 的速率 remodel ,在人類和狗是類似的。 (Parfitt 1983 ) </li></ul><ul><li>直到今天,人類 jaw bone BRR 尚無法完成確認;然而,在狗身上則是比起 rib 和 long bone shaft diaphysis 的 cortical bone 的速率快得多,每年接近 40 %。 (Tricker 1977 ) </li></ul><ul><ul><li>因此推測在身體的不同部位顯現出不同的 BRR </li></ul></ul><ul><li>Verborgt 2000 發現在老鼠的尺骨 (ulna) , fatigue loading 在 microcracks 的骨頭周圍會產生大量的 TUNEL-positive osteocytes 。 </li></ul><ul><ul><li>Intracortical resorption 速率比起對照組而言幾乎大於 300 %。 </li></ul></ul><ul><ul><li>作者認為在 microdamage 、 osteocyte apoptosis 、 subsequent bone remodeling 之間有強烈的相關性存在。 </li></ul></ul><ul><li>在 Screw-type implant 周圍的 cortical bone 中的 microdamage 被指出在 insertion 和伴隨 pullout forces 期間和 microdamage 的量和 implant thread design 有關。 </li></ul>
  13. 13. 材料和方法 bioengineering of an implant design <ul><li>假設 implant design 有 bioengineering 作用,以致於 loading 將在 adapted window zone 產生 microstrain ,它需要在 loading 期間的 interface 部位維持 lamellar bone ,就如同以 implant interface 周圍相似的 BRR 為代表。 </li></ul><ul><li>發展出一個生物機械的方法來設計 implant 以減少 interface 部位骨頭的 strain ,藉由提供 implant 周圍 lamellar bone remodeling rate 以提昇硬組織反應。 </li></ul>
  14. 14. <ul><li>為了達到這些目的,有 3 個因素必先考慮 </li></ul><ul><ul><li>應根據 anatomical dimension limitation, 建立一個 macrodesign criteria </li></ul></ul><ul><ul><li>應決定在植體介面的骨頭的 mechanical properties. </li></ul></ul><ul><ul><li>應評估在植體上的功能需求。 </li></ul></ul><ul><li>Engineering 原則應應用在植體的幾何結構以決定設計特徵,使之可以提升 strain-controlled bone turnover. </li></ul>
  15. 15. <ul><li>為了減少對於骨頭的 shear loading ,以“ square thread design 對 axial loading” 應用在牙科植體 body 上。 </li></ul><ul><li>最後,對於不同的部位和顎骨密度精製不同的設計特徵。 </li></ul><ul><ul><li>為了在所有的骨密度上獲得一個相似的 microstrain , square thread 形式在 4 個已知的骨密度並不同,並修正 thread pitch 和深度。 </li></ul></ul>
  16. 16. <ul><li>在 1994 年, University of Alabama at Birmingham(UAB) research team 對於在 load 期間有適當細胞反應的 bioengineered implant 的應用概念擁有一系列的專利 . </li></ul><ul><li>這個植體設計已由 UAB 到 BioHorizons implant system 特准並製造成 Maestro š™ implants ,和 Lekholm,Zerb,Misch 所敘述的骨密度分類一致。 </li></ul><ul><li>骨密度植體設計在 1995 年接受美國食品和藥物安全局贊成作為在不同的骨密度時使用的第一個 bioengineering thread design. </li></ul><ul><li>在 1996 年 6 月開始它的 5 年前瞻性臨床試驗 </li></ul><ul><ul><li>設計動物和臨床試驗以評估 bioengineered implant 在活體使用的情況。 </li></ul></ul><ul><li>以下的病例報告提供一個獨特的機會以評估這樣的植體在病人身上 loaded 一年 BRR 的情況。 </li></ul>
  17. 17. 病例報告
  18. 18. <ul><li>35 歲男性白人病患 ,1996 年五月初診 </li></ul><ul><ul><li>上顎後牙區缺牙,戴有一可撤式義齒,無牙區骨高度及寬度不足 </li></ul></ul><ul><ul><li>下顎固定式牙橋 </li></ul></ul><ul><ul><li>Skeletal Class II, 建議以正顎手術 / 矯正治療改正,但為病患拒絕;表示僅希望可以作取代現有可撤式義齒的治療方式。 </li></ul></ul><ul><li>1996 June, 以 symphysis donor graft , alloplast , allograft 作上顎後牙區雙側 sinus graft. </li></ul><ul><li>1997 January , 4 bioengineered implants(Maestro, BioHorizons implant system) 置入右側後牙區, 3 bioengineered implants 置入左側後牙區。 ( 直徑 4mm; 長度 11~13mm) </li></ul><ul><li>1997 August 雙側臨時補綴物開始裝戴。 </li></ul>
  19. 20. <ul><li>其中病患未回診,補綴療程中斷長達 11 個月,當再度回診時,要求會診矯正治療以期改善前牙美觀問題。 </li></ul><ul><ul><li>矯正科醫師要求在矯正治療前先行移除上顎第一小臼齒部位植體 </li></ul></ul>
  20. 21. <ul><li>移除植體前,病患同意作 bone labeling protocol 和組織上評估 </li></ul><ul><ul><li>為了能夠更精確的決定 BRR , 2 次的 bone labels 間隔一個月投與 (tetracycline 500mg) 。 </li></ul></ul><ul><li>之後小心地以 trephine bur 連同植體周圍骨頭一併移除;之後再以一系列的標準程序處理此一標本,並放置顯微鏡下觀察。 </li></ul><ul><ul><li>綠色的螢光線代表 tetracycline 標示部位。 </li></ul></ul><ul><ul><li>兩修螢光線之間的距離以電腦軟體算出骨形成的速率 (  m / time period) </li></ul></ul>
  21. 22. 結果 <ul><li>在螢光顯微鏡下可見在 remodeling site 周圍有螢光線存在。 </li></ul><ul><ul><li>內層的標示線是大部份現存的 tetracycline 藥劑;外層則是較早投藥的藥劑。 </li></ul></ul><ul><li>2 個植體的 BRR 相似,平均為每天 4.866  m ±0.16/ 天。 </li></ul><ul><li>由外層介面 1 ~ 2mm 部位的骨形成速率在 threads 之間的部位類似。 </li></ul><ul><li>沒有任何部位有 woven bone 形成或是明顯較大的 remodeling rate 。 </li></ul>
  22. 23. 討論
  23. 24. <ul><li>Frost 1983 証實 bone repair 過程中包含 modeling 和 remodeling ,會因為 trauma( 包括手術 ) 和其他有害的刺激結果而加速,說明這種觀察為“ regional acceleratory phenomenon(RAP)” 。 </li></ul><ul><li>但有許多報告指出在植體周圍無法確認這個現象。因此高度建議同時使用 unloaded control implants 作為對照標本會較具有証據性。 </li></ul><ul><li>本篇報例報告缺乏對照組,而植體標本是在手術植入後約 1.5 年所取得,即使存在 RAP ,其在時間範圍的影響應非常小。本篇病例告証實在介面周圍有相似的 BRR. </li></ul>
  24. 25. <ul><li>Isidor 1996,1997 </li></ul><ul><ul><li>利用猴子為實驗對象測試在 loading 之前已達成骨整合的植體,在 occlusal overload 之後喪失 rigid fixation 的假說 </li></ul></ul><ul><ul><ul><li>8 screw-shaped implants 在 4 個動物身上,在骨癒合 8 個月後補綴物以 supra-occlusal contacts 達 10 個月。 </li></ul></ul></ul><ul><ul><ul><li>5/8 with supra-occlusal loads  mobile </li></ul></ul></ul><ul><ul><ul><li>結論 rigid fixation failure 是因為在植體周圍的骨頭 fatigue microfracture 造成,它超過 repair potential 。 </li></ul></ul></ul><ul><li>Rangert 1995 認為 prosthetic load 對於植體復形物也可能會導致有過多的壓力,可能導致 implant component 和 implant body fracture. </li></ul><ul><li>其他報告則是認為植體周圍的 crestal bone loss 是因為 excessive load 對於骨頭有 overload 而來 .(Hoshaw 1994 ,Misch 1995 ,Quirynen 1992 ) </li></ul>
  25. 26. <ul><li>Excessive stress 可能會導致骨頭有 microfracture 或 microstrain ,這在 interface 的 pathologic 或是 mild overload zone 可見。 </li></ul><ul><li>Microstrain environment 也許會在 prosthodontic loading 期間影響植體旁邊骨頭的 turnover rate 。 </li></ul><ul><li>Overload zones(Frost 1989 ) 會使骨頭加速它的修復過程。在這個期間,之前存在的 lamellar bone 也許會變成 woven bone 。在植體旁邊的 reactive woven bone 是 weaker , more flexible 並增加在鈦金屬和骨頭之間彈性係數的 biomechanical mismatch.(Misch 1999 ) </li></ul><ul><ul><li>較大的 biomechanical mismatch 會增加骨頭和植體之間的 strain 級數。 </li></ul></ul><ul><li>因此,因為在組織結構改變的關係,雖然植體在顯微鏡下有骨整合和臨床顯現有 rigid fixation , interface bone 也許在 prosthodontic load 下有 microdamage 的危險性較高。 </li></ul>
  26. 28. <ul><li>最近的報告顯示當植體對於補綴物的作用如同一個 functionary unit 時, elevated BRR 就是在許多植體旁邊正在進行的反應 (Garetto 1995 ) </li></ul><ul><ul><li>認為在植體介面的骨頭處在 mild overload zone. </li></ul></ul><ul><li>BRR 也許也會受 implant body design 或是 surface condition 影響。 </li></ul><ul><ul><li>Cooper 1991 ( 未發表 ) 提出 Roberts 1997 的組織學報告,藉由取出人類上顎骨小臼齒部位,發現在植體設計的 macrosphere surface(Endopore, Innova) 旁邊有 elevated turnover rate 。 </li></ul></ul><ul><ul><li>有趣的是植體的設計師指出伴隨 smooth collar designs 的 crestal bone loss 常常是 disuse atrophy 的結果,更甚於 overload 的狀況。 (Vaillancourt 1995 ) </li></ul></ul><ul><ul><li>因此,他們相信 more stress 應該應用在 crestal regions 上。比較其他植體或狀況而言,至少在 Cooper 報告的病人中,暗示 greater strain condition , BRR 真得伴隨這些設計而存在。 </li></ul></ul>
  27. 29. <ul><li>Roberts 1997 觀察在 asymmetric implant thread design(Steri-Oss, Nobel Biocare) 和 symmetrical threaded surface(Branemark, Nobel Biocare) 之間,有介面接觸百分比的差異性。 </li></ul><ul><ul><li>比較起 (Steri-Oss, Nobel Biocare) 的 reverse buttress thread shape(680%BRR) , symmetrical threaded surface(Br å nemark, Nobel Biocare) 的 V-shaped thread 有 higher bone contact 和 reduced bone turnover rate(500%). </li></ul></ul>
  28. 30. <ul><li>Barbier 1997 以狗為實驗對象,調查 implant-supported prostheses 在 non-axial load 和 axial load 。 </li></ul><ul><ul><li>在同樣的植體設計中,發現比較起 axially loaded implants 來說, non-axially loaded implant 顯示出 greater BRR 。 </li></ul></ul><ul><li>Non-axial loads 比起 axial loads 傳導更多 stress 在骨頭上。 (Misch 1994 ) </li></ul><ul><ul><li>觀察到有一個 higher cellular response( 包括 osteoblasts 和 inflammatory cells) 出現在 under non-axial shear loading condition 的植體周圍。 </li></ul></ul>
  29. 31. <ul><li>Burr 1993 在兔子的 tibial metaphyseal bone 中,比較 HA/TCP-coated 和 uncoated titanium implants cylinder implants 的 remodeling activity 。 </li></ul><ul><ul><li>在 titanium surface implants 旁邊有 greater bone turnover rates 。 </li></ul></ul><ul><ul><li>可由 Cook 1987 和 Thomas 1987 的報告( HA coatings 有 greater interface strength )獲得解釋,因為 greater bone mineralization 發生在當 remodeling rate 減少的時候。 </li></ul></ul><ul><li>評估在 HA-coated implants 在人類中在 functional loading 9~10 年後拔除下來的 morphological changes(Baltag 2000 ) </li></ul><ul><ul><li>HA 型態、組成和結構的改變似乎依賴在周圍骨體的 stress values 的強度。 </li></ul></ul><ul><li>Hoshaw 1992 發現 titanium-threaded implants 在 axial tensile loading 下有 higher remodeling rates 和 less mineralized bone( 比起在癒合後沒有 loading 的對照組植體而言 ) 。 </li></ul>
  30. 32. <ul><li>Baumgarder 2000 以狗為實驗對象,評估 bone quality-based implant system 的情況。 </li></ul><ul><ul><li>在餵食粗食食物 6 個月後, 8 implants 整個組織植體介面都接受 quantitative histomorphometric analysis ,証實在整個長度有 53.7 ±4.2 % bone contact 。 </li></ul></ul><ul><ul><li>常可發現 woven bone formation, 但是在 threads 之間也常可見到 mature formed osteons 存在。 </li></ul></ul><ul><ul><li>在 threads 和在介面旁邊幾個 mm 的骨頭的 bone turnover rate 相似。 </li></ul></ul><ul><ul><li>Loading 6 個月期間呈獻 2 次的 remodeling cycle ,暗示觀察期剛好在 lamellae compaction 完全的點上。 </li></ul></ul><ul><ul><li>但是因為咀嚼形式不同,因此動物實驗無法完全套用在臨床上。狗主要是 vertical chewer, 小臼齒沒有咬合,也沒有 bruxism 和 clenching 。 </li></ul></ul><ul><ul><li>因此,認為植體設計、受力的方向、表面狀況都會影響在植體介面的 bone turnover rate. </li></ul></ul>
  31. 33. <ul><li>Loading 的大小也許會影響植體介面 BRR. </li></ul><ul><li>Roberts 1990 評估成功的植體在人身上作為矯正錨定 3 年以上的情況。 </li></ul><ul><ul><li>Bone-implant 介面每年只以 30 %的速率範圍作 remodeling 。 </li></ul></ul><ul><ul><li>因為顎骨每年以 40 %速率作 remodeling ,這大部分是 adapted window zone 。 </li></ul></ul><ul><ul><li>雖然矯正力量是持續的,用來作牙齒移動的力量 (<5N) 遠小於功能行使中的力量或是 parafunction(~250N). </li></ul></ul><ul><ul><li>結果是 lower turnover rate ; 也許和作為矯正錨定的植體介面 tensile load 的大小有關。 </li></ul></ul><ul><li>Brunski 1989 試圖以狗為實驗對象觀察 overloads 應用在 Ti screw implants 上的情況。 </li></ul><ul><ul><li>下顎和 radii 的植體給予 4 ~ 7 月的癒合期,然後以在下顎骨給予 cyclic axial compression 的 load ,在 radii 部位給予 axial tension 。 </li></ul></ul><ul><ul><li>發現這 loaded interface 和控制組均沒有差異性存在。 </li></ul></ul><ul><ul><li>認為是因為 insufficient levels of load ,所以觀察不到差異性。 </li></ul></ul>
  32. 34. <ul><li>Hoshaw 1994 利用狗 tibiae 和 larger axial tensile loads( 在 load 前給予較長的癒合期 ) 。 </li></ul><ul><ul><li>發現在 loaded implant 周圍有 more crestal bone loss, 在 cortex 有 elevated BRR, 在 periosteal surface 有 resorptive modeling. </li></ul></ul><ul><li>有許多報告証實在植體的 prosthetic loading 會造成 implant failure(Isidor 1996 ,Quirynen 1992 ) ; crestal bone loss(Isidor 1996 ,Misch 1995 ,Garetto 1995 ); 或是 implant failure(Rangert 1995 ). </li></ul><ul><li>雖然極少數報告無法証實在 microstrain 狀況下在 remodeling rates 有明顯的差異性,但有許多研究指出當 greater stress 作用在介面的狀況時,在植體周圍和 greater BRR 有關 (Hoshaw 1994 , Quirynen 1992 , Garetto 1995 ,Roberts 1990,1997 ,Barbier 1997 ,Baltag 2000 ). </li></ul><ul><li>因此假設 elevated BRR 在植體介面的環境 ( 比較起在旁邊幾個 mm 的位置 ) 也許可用作對於支持 implant-bone 介面的 biomechanical risk 的 indication. </li></ul>
  33. 35. <ul><li>Hoshaw 1992 在囓齒動物 tibiae 的 cortical bone ,作 tensile loaded Ti V-shaped threaded implants Brånemark, Nobel Biocare) 。 </li></ul><ul><ul><li>在 tibiae 的 osteons 通常以平行骨頭的長軸方向排列。 </li></ul></ul><ul><ul><li>然而,在植體周圍(無論給予 axial tensile loads 與否), osteons 以環繞植體方式排列,而 secondary osteons 則以在 implant threads depth 周圍排列 </li></ul></ul><ul><ul><li>因此推論在 endosteal implant 周圍觀察到的 cortical bone remodeling 也許是骨頭對於 load 提供 strain orientation 的適應結果。 </li></ul></ul>
  34. 36. <ul><li>Kohn( 未發表 ) 証實當上述植體 Brånemark, Nobel Biocare) 有 laterally loaded 時, bone bridge 會在 thread depth 之間形成。 </li></ul><ul><ul><li>認為在骨植體介面的 local strain field 不是一致的。 </li></ul></ul><ul><ul><li>在 lateral load 期間, strain 會較集中在和骨接觸的 thread outer edge 的點上,而 strain 會由外側至內側減少。 </li></ul></ul><ul><ul><li>故推測因為 strain 在 each thread tip 最高,骨頭被吸收,而在 thread depth 內 strains 減少的地方,骨頭被 maintain 。 </li></ul></ul>
  35. 37. <ul><li>Frost 1981 認為在 hip prostheses 對於 bone remodeling 的 minimum effective strain 也許比 compressive strains 要大。 </li></ul><ul><li>偶然在 thread 上或下觀察到的 bone bridging 和在 bone volume 的差異也許和 load 由 square thread design 傳導到骨頭上的機械原理有關。 </li></ul><ul><li>因此, implant thread 周圍 osteons 的排列,在 square thread 發現的 bone bridging( 之前 Kokn 提到的 ) ,和隨著 axial loads 觀察到有 more bone 出現在 square implant thread 的下表面的現象,也許全部和 threads 不同的 strain regions 有關。 </li></ul><ul><li>Baumgardner 2000 的動物實驗評估 square thread 植體設計的狀況 </li></ul><ul><ul><li>顯微下觀察發現骨頭沒有完全占據 threads 之間的空隙。 </li></ul></ul><ul><ul><li>但在 square thread 之間發現 bone bridge 存在。 </li></ul></ul><ul><ul><li>在 under axial load 的情況,有 greater bone 在 threaded implant 的 inferior space 出現 t 的現象 ; 但在過去並未被報告出來。 </li></ul></ul><ul><li>在本篇報告中的 tested implant 的 square thread shape 被設計來 enhance compression loads 和 reduce shear loads( 傳導至植體介面上的 ) 。 </li></ul>
  36. 38. <ul><li>這個團隊在臨床調查之前已建立一個 bioengineer a dental implant 的假說 “對於預期骨細胞對於咬合應力反應”。 </li></ul><ul><ul><li>組織下有出現在 functional dental implant 旁邊 reduced BRR 的現象。 </li></ul></ul><ul><li>雖然只提供一個人類的病例報告,在 test implant design 旁邊每天骨形成的情況非常明顯,因為在 engineering process 中有觀察到組織下的現象。 </li></ul><ul><li>在此篇報告中植體 (Maestro, BioHorizons implant system) 螺紋內骨頭的 turnover rate 少於 5microns/day, 和植體介面旁邊的骨頭相同。這個速率和在 adapted window zone 的 lamellar bone remodeling 的速率一致 . </li></ul><ul><li>這個情況讓介面 less biomechainical risk ,因為 lamellar bone 比起 mild overload zone 的 reactive woven bone 有 more mineralized 、 more rigid 、 stronger 的關係。 </li></ul>
  37. 39. 結論
  38. 40. <ul><li>Remodeling rate (bone turnover) ,即為新生骨取代已存在骨的期間,可以提供骨頭對於環境的適應力。 </li></ul><ul><li>Bone turnover rate 可在癒合期間的植體周圍測量出來。 </li></ul><ul><li>這些 remodeling rates 在短期受力 ( 不同表面狀況、不同設計、不同受力形式 ) 的植體已被觀察到。 </li></ul><ul><li>骨頭強度和彈性係數和它的顯微結構有關 ( 例如 woven bone 的結構較差 ) 。 </li></ul><ul><li>骨重塑速率 (BRR) 影響已受力植體周圍 woven bone 形成的量。 </li></ul><ul><li>因此,作者相信 BRR 也許可以用來評估和壓力 / 張力有關的危險因素,也許在未來可以用作評估和植體長期成功率有關的生物機械危險因子比較的參考。 </li></ul><ul><li>減少 BRR 的植體比較像是在介面維持 lamellar bone ,理論上,對於長期植體存活率和骨維持來說是有幫助的。 </li></ul>
  39. 41. <ul><li>這篇報告應用 Frost 1989 對於骨頭微應力區域的概念,發展出一個 bioengineering implant ,使用更可以維持在受力狀況下的 lamellar bone 介面。 </li></ul><ul><li>Trabecular bone 的機械性質和 cortical plate 的影響是首先要考慮的;使用精密的單位分析,創造出對於單一骨密度對於微應力在 adapted window zone 的植體設計。 </li></ul><ul><li>動物實驗已証實在骨螺紋間和植體旁邊的 BRR 相似。 </li></ul><ul><li>人類的病例報告也証實了 BRR 和周圍 trabecular bone 相似 ( 不過和其他報告比較起來是減少的 ) 。 </li></ul><ul><li>因此,設計一個 bioengineering implant 的前瞻性目的也許會產生在螺紋間的 BRR 相似於周圍 lamellar bone 的可能結果。 </li></ul>
  40. 42. <ul><li>未來的研究方向應著重在不同臨床狀況再次確認此篇報告觀察到的情況。 </li></ul><ul><li>此篇報告概念不是只建議適當的應力等級也許只在這個植體設計下可獲得,理想的應力等級寺於長期維持骨整合是必須的。 </li></ul><ul><li>Endosteal implant 的應力環境非常複雜,骨密度的變異性,骨量,骨形狀是最有影響力的,但迄今仍不是十分了解。 </li></ul><ul><li>未來的實驗模型應評估植體設計、表面狀況、受力強度受力頻率、受力方向、骨密度對於長期植體成功率的相互關係影響如何。建議以 bone turnover rate 作為評估這些情況的方法。 </li></ul>

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