Vít cấy nha khoa được làm bằng titanium nguyên chất hoặc hợp kim titanium vì loại vật liệu này có khả năng tích hợp được với xương hàm của chủ thể, chúng không xảy ra bất kì phản ứng bất
Trang 1Trong nghiên cứu này, tính bền mỏi của hệ thống cấy ghép được dự đoán là U-fit Trường ứng suất trong vít cấy được tính bằng phương pháp phần tử hữu hạn đàn hồi – dẻo và ứng suất mỏi tương đương Từ đó suy ra được chu kì mỏi tương ứng với ứng suất mỏi tương đương
Chu kì mỏi của vít cấy nha khoa bị ảnh hưởng của rất nhiều yếu tố Chẳng hạn như: tính chất của vật liệu làm vít cấy, các tải khác nhau, cân nặng, chiều cao, tuổi tác, các tiếp xúc bên trong mặt phân cách của vít cấy và sức căng trong vít cấy, các thói quen xấu của bệnh nhân, các lực ngẫu nhiên hình thành trong khoang miệng,…Tuy nhiên, trong đề tài này chúng tôi chỉ nghiên cứu các ảnh hưởng của vật liệu, các tải khác nhau, cân nặng, tuổi tác và chiều cao đến chu kì mỏi của vít cấy Các yếu tố khác chúng tôi sẽ tiếp tục nghiên cứu trong thời gian tới
Trong công trình này, để đánh giá độ tin cậy của tính bền mỏi của hệ thống cấy ghép nha khoa, thí nghiệm độ mỏi được thực hiện và so sánh với kết quả thử nghiệm Sau khi tiến hành tính toán và thử nghiệm, tôi thấy hai kết quả này gần
giống nhau Vì vậy, có thể kết luận: kết quả mô phỏng bằng Ansys dựa trên nền
tảng của phương pháp phần tử hữu hạn hoàn toàn có thể tin tưởng được
Trang 2ABSTRACT
Finite element analysis and fatigue test are performed to estimate the fatigue strength for the implant system The reliability and the stability of implant system can be defined in terms of the fatigue strength Not only is an implant is expensive, but it is almost impossible to correct after it is inserted From a bio-engineering standpoint, the fatigue strength of the dental implant system must be evaluated by simulation (FEA) In this paper, the fatigue strengths of three implant systems are estimated: U-fit The stress fields in implants are calculated by elastic-plastic finite element analysis, and the equivalent fatigue stress, considering the contact and preload stretching of a screw by torque for tightening an abutment, is obtained Fatigue life, which is affected by the contact in the screwed interface and pretension
in the screw, is then determined To evaluate the reliability of the calculated fatigue strength, fatigue test is performed Cycle fatigue of dental implant is affected by many factors such as material properties screws implanted, boundary conditions, weight, height, age, exposure within the boundary ofscrew screw and the tension in the trees, the bad habits of the patient, the random force formed in the oral cavity, etc However, in this topic I only studied the effects of the material, the boundary conditions, weight, age, height cycle fatigue of dental implant screws Other factors affecting the fatigue cycle of screw dental implants I will continue to study in the future In this study, to assess the reliability of the fatigue properties of the dental implant system, fatigue testing is done and compared with experimental results After the calculation and testing, I found two nearly identical results, indicating that the simulation results by ANSYS based on the finite element method can
completely trust
Trang 3M ỤC LỤC
TRANG
CHƯƠNG I TỔNG QUAN
1 Tình hình nghiên cứu 1
1.1 Nước ngoài 1
1.2 Trong nước 3
2 Hướng nghiên cứu 3
3 Nhiệm vụ đề tài và phạm vi nghiên cứu 4
4 Phương pháp nghiên cứu 5
CHƯƠNG II GIỚI THIỆU CẤY GHÉP NHA KHOA
2.1 Sơ lược sự phát triển của cấy ghép nha khoa 6
2.2 Hiện tượng tích hợp xương 7
2.3 Bề mặt tiếp xúc mô mềm 11
2.4 Các giai đoạn đặt vít cấy nha khoa 14
2.5 Các loại hệ thống vít cấy nha khoa 14
2.6 Sự phục hồi chức năng của bộ phận giả 16
CHƯƠNG III NHỮNG ỨNG DỤNG CHO CÔNG NGHỆ CẤY NHA KHOA
3.1 Giới thiệu 22
3.2 Bề mặt tiếp xúc xương – vít cấy nha khoa 23
3.2.1 Giới thiệu 23
3.2.2 Sự truyền dẫn ứng suất và vấn đề thiết kế vít cấy 23
3.2.2.1 Tải 24
3.2.2.2 Thuộc tính vật liệu 24
3.2.2.3 Hình học vít cấy 26
3.2.2.4 Cấu trúc bề mặt 28
Trang 43.2.2.5 Bề mặt tự nhiên của vít cấy – xương 29
3.2.2.6 Chất lượng và số lượng xương xung quanh vít cấy nha khoa 29
3.2.3 Kết luận 31
CHƯƠNG IV QUÁ TRÌNH HÌNH THÀNH LỰC NHAI VÀ CÁC YẾU TỐ NH HƯỞNG ĐẾN LỰC NHAI 4.1 Quá trình hình thành lực nhai 33
4.2 Các yếu tố ảnh hưởng đến lực nhai 34
4.2.1 Cân nặng 34
4.2.2 Chiều cao 35
4.2.3 Tuổi tác 36
CHƯƠNG V PHƯƠNG PHÁP LUẬN VÀ VẬT LIỆU 5.1 Giới thiệu 38
5.2 Vít cấy 39
5.3 Phương pháp phần tử hữu hạn 41
5.4 Độ bền mỏi 45
5.5 Thử nghiệm mỏi 45
CHƯƠNG VI TÍNH TOÁN M I BẰNG PHẦN MỀM ANSYS 6.1 Mô hình toán học 48
6.2 Tính toán độ mỏi bằng FEA 49
CHƯƠNG VII KẾT LUẬN 61
TÀI LI ỆU THAM KH O 63
Trang 5DANH SÁCH CÁC CH Ữ VIẾT TẮT
FEM: Finite Element Method: Phần tử hữu hạn
FEA: Finite Element Analysis: Phân tích phần tử hữu hạn
PMNs: Polymorphonuclear leukocyte: Các bạch cầu trung tính
ROD : Axit arginine-glycine-aspartatic
MMPs: Matrix metalloproteinases: Chất nền metalloproteinase
TIMPs: Tissue inhibitors of metalloproteinases:Chất ức chế mô metalloproteinase GCF: Gingival crevicular fluid: Nướu
JE: Junctional epithelium:Biểu mô nối
SD: Sulcus depth: Chiều sâu rãnh
SN : Stress versus life curves: Đường cong quan hệ ứng suất và tuổi thọ
Trang 6DANH M ỤC CÁC HÌNH
Hình 1.1 T ạo lưới cho phân tích phần tử hữu hạn 4
Hình 2.1 Chuỗi các sự kiện trong suốt quá trình tích hợp xương của vít cấy 7
Hình 2.2 Vùng m ất răng trước khi phẫu thuật 17
Hình 2.3 Ch ụp X – quang để nhận biết được mật độ xương vùng mất răng 17
Hình 2.4 Tiến hành khoan xương ngay vùng mất răng 17
Hình 2.5 Ch ụp X – quang để kiểm tra vị trí và góc gập của vít cấy nha khoa 18
Hình 2.6 Vít c ấy một khối được đặt vào đúng vị trí theo yêu cầu kỹ thuật 18
Hình 2.7 Khâu v ết thương vùng đặt vít cấy nha khoa 19
Hình 2.8 V ết thương vùng cấy ghép đã lành sau hai tuần 19
Hình 2.9 Bốn tháng sau, công đoạn cuối cùng là gắn phục hình giả 19
Hình 2.10 Chụp X – quang lần cuối để kiểm tra hệ thống 20
Hình 3.1 Các loại vít cấy thông dụng 27
Hình 3.2 Vít cấy một khối và hai khối 28
Hình 4.1 S ự nghiến răng 33
Hình 4.2 Răng dưới bắt đằu di chuyển 33
Hình 4.3 Răng tiếp tục di chuyển 34
Hình 4.4 K ết thúc quá trình nhai 34
Hình 4.5 Đồ thị biểu diễn cân nặng ảnh hưởng đến lực nhai 35
Hình 4.6 Đồ thị biểu diễn chiều cao ảnh hưởng đến lực nhai 35
Hình 4.7 Đồ thị biểu diễn tuổi tác ảnh hưởng đến lực nhai 36
Hình 5.1 Mô hình hóa hình d ạng vít cấy 40
Hình 5.2 Chia lưới vít cấy 44
Hình 5.3 Vít c ấy nha khoa được kẹp chặt trên máy điện thủy lực 2200 INSTRON 46 Hình 5.4 Đường cong mỏi của trục vít hợp kim titanium 46
Hình 5.5 Đường cong mỏi của phục hình SM45C 47
Hình 6.1 Mô hình toán c ủa vít cấy loại U-fit 48
Hình 6.2 Biến dạng của vít cấy 50
Trang 7Hình 6.3 ng suất của vít cấy 50
Hình 6.4 Tu ổi thọ của vít cấy 51
Hình 6.5 Đồ thị phá hoại 51
Hình 6.6 Hệ số an toàn 52
Hình 6.7 Bi ểu đồ độ nhạy 52
Hình 6.8 Bi ến dạng của vít cấy 53
Hình 6.9 ng suất của vít cấy 54
Hình 6.10 Tu ổi thọ của vít cấy 54
Hình 6.11 Đồ thị phá hoại 55
Hình 6.12 H ệ số an toàn 55
Hình 6.13 Bi ểu đồ độ nhạy 56
Hình 6.14 Biến dạng của vít cấy 57
Hình 6.15 ng suất của vít cấy 57
Hình 6.16 Tu ổi thọ của vít cấy 58
Hình 6.17 Đồ thị phá hoại 58
Hình 6.18 H ệ số an toàn 59
Hình 6.19 Bi ểu đồ độ nhạy 59
Hình 7.1 Đồ thị biểu diễn số liệu tính toán và thử nghiệm 61
Trang 8DANH M ỤC CÁC B NG
B ảng 2.1 Răng cấy ghép, so với răng tự nhiên 13
Bảng 2.2 Phân loại vít cấy theo số lần phẫu thuật, giao diện kết nối, và dạng hình h ọc 15
B ảng 2.3 Tiêu chuẩn lựa chọn vít cấy nha khoa 15
Bảng 2.4 Răng cấy ghép và răng tự nhiên 20
B ảng 5.1 Thông số kĩ thuật của vít cấy nha khoa 40
Bảng 7.1 Thử nghiệm và kết quả 59
Trang 9Ch ng I
T NG QUAN
Trong nghiên cứu này, chúng tôi sẽ dự đoán độ bền mỏi của vít cấy nha khoa loại
U-fit dựa trên nền tảng của phương pháp phần tử hữu hạn
Vít cấy nha khoa được làm bằng titanium nguyên chất hoặc hợp kim titanium vì
loại vật liệu này có khả năng tích hợp được với xương hàm của chủ thể, chúng không xảy ra bất kì phản ứng bất lợi nào với chủ thể cũng như không bị đào thải bởi các phản ứng chống lại sự xâm nhập lạ vào cơ thể của chủ thể Sau khi vít cấy được
cấy vào vị trí mất răng, các phản ứng sinh học sẽ xảy ra để tích hợp vít cấy vào xương như chân răng thật được gắn vào xương hàm Phục hình giả sẽ được gắn trên vít cấy, lúc đó người được cấy răng có thể thực hiện chế độ ăn nhai như lúc chưa
mất răng
Để dự đoán độ bền mỏi của vít cấy, chúng tôi sẽ dựa trên phương pháp phần tử
h ữu hạn (FEM) FEM là một phương pháp rất tổng quát và hữu hiệu cho lời giải số
nhiều lớp bài toán kỹ thuật khác nhau Từ việc phân tích trạng thái ứng suất, biến
dạng trong các kết cấu cơ khí, các chi tiết trong ô tô, máy bay, tàu thuỷ, khung nhà cao tầng, dầm cầu,… đến những bài toán của lý thuyết trường như: lý thuyết truyền nhiệt, cơ học chất lỏng, thuỷ đàn hồi, khí đàn hồi, điện – từ trường, Trong nghiên
cứu này, với sự hỗ trợ của máy tính và hệ thống CAD, chúng tôi đã dự đoán được
độ bền mỏi của vít cấy nha khoa
1 Tình hình nghiên c u
1.1 N c ngoài
Đại đa số các nhà máy chuyên thiết kế, tính toán và sản xuất vít cấy nha khoa tập trung ở Mỹ, Hàn Quốc và Irael Người ta đã không ngừng nghiên cứu và cho ra thị
Trang 10trường những sản phẩm vít cấy ngày càng hoàn thiện về mẫu mã và chất lượng để đáp ứng nhu cầu của bệnh nhân
Giữa những năm 1990, một hướng mới của kĩ thuật cấy ghép nha khoa được công
bố, phát hiện này được xem là bước đột phá trong việc điều trị cho những bệnh nhân mất toàn bộ răng, đó là kĩ thuật “Implant All on 4” Kĩ thuật này chỉ cần bốn vít cấy nha khoa được đặt gần vùng răng cửa để nâng đỡ cả một hàm phục hình giả
Phương pháp này hoàn toàn ưu việt hơn các phương pháp điều trị trước đây: chỉ cần bốn vít cấy cho toàn hàm răng Điều này mang tới rất nhiều lợi ích cho bệnh nhân: giảm được chi phí điều trị, giảm bớt thời gian phẫu thuật, quá trình tích hợp xương giữa vít cấy và xương hàm cũng diễn ra nhanh hơn Trong suốt thời gian sau đó, công nghệ này không ngừng phát triển, nhưng tỉ lệ thành công của cấy ghép nha khoa còn phụ thuộc rất nhiều vào tay nghề của bác sĩ, do quá trình tương thích sinh học của vít cấy và xương hàm chưa được dự đoán và thử nghiệm với sự hỗ trợ mạnh
mẽ của phương pháp phần tử hữu hạn và máy tính
Đầu năm 2000, Công ty Implant Nobel Biocare của Mỹ hợp tác với chuyên gia
vít cấy nha khoa nổi tiếng Paulo Malo Họ bắt đầu sử dụng các nghiên cứu mô phỏng trên máy tính và các nghiên cứu cơ- sinh học để theo dõi các phản ứng cơ -sinh học trên vít cấy nha khoa, thời gian tích hợp xương của bệnh nhân; các thí nghiệm lâm sàng được tiến hành để đưa ra được quy trình điều trị mất răng bằng vít cấy nha khoa một cách hoàn thiện nhất
Dễ thấy rằng các đề tài nghiên cứu về vít cấy nha khoa chủ yếu chỉ là những nghiên cứu về khả năng tương thích sinh học của vật liệu làm vít cấy đối với chủ
thể Bên cạnh đó, cũng có một số nghiên cứu nói về các tác dụng cũng như sự hình thành các lực tác động đến vít cấy nha khoa Số ít công trình khác giới thiệu tổng quan những thành tựu và sự tiến bộ trong công nghệ nha khoa được thiết kế với sự
hỗ trợ máy tính có khả năng phân tích mạnh mẽ do FEM mang lại Các bài viết này
giới thiệu tổng quan về vít cấy nha khoa bao gồm: vật liệu, các thông số kỹ thuật, sự hình thành xương bao vây vít cấy, vít cấy cơ sinh tương tác với xương hàm Bước đầu nghiên cứu đã đưa ra những giả thiết, các phương pháp nghiên cứu để đi đến
Trang 11khả năng có thể dự đoán được ứng suất và độ biến dạng của vít cấy nha khoa trong trường hợp tương tác với các lực tác động trong khoang miệng khi được đặt vào xương hàm của chủ thể Có thể xem nghiên cứu này là nền tảng cho các nghiên cứu
tiếp theo nhằm nâng cao độ an toàn và tính chính xác của hệ thông vít cấy Bên
cạnh đó, vài công trình đã đề xuất một phương pháp phân tích khác là phương pháp
đa phần tử hữu hạn để tìm hiểu phản ứng cơ- sinh học của vít cấy nha khoa / hệ
thống hàm dưới Sau khi tìm hiểu các phản ứng cơ- sinh ở mức độ vĩ mô, các vít
cấy nha khoa với kích thước và các thông số kỹ thuật phù hợp nhất sẽ được đề xuất
Mô hình hàm dưới bao gồm: phân loại chức năng vật liệu sinh học (biomaterial ) (FGB) trong vít cấy nha khoa; hàm dưới và vít cấy nha khoa; giao diện hàm dưới Hàm dưới được xây dựng với xương xốp và xương vỏ sẽ bị phân bậc trong tính chất
cơ học giữa hai xương này
1.2 Trong n c
Có thể lấy điểm mốc- năm 1995- khi Tổ chức Sức khỏe tình nguyện của Hoa Kỳ (HVO) ký văn bản hợp tác chuyển giao kĩ thuật cấy ghép cho Viện Răng Hàm Mặt Trung ương Chương trình kéo dài từ 1995 – 2000 Cho đến nay, việc cấy ghép nha khoa tại Việt Nam đã khá phổ biến và mọi người đã có hiểu biết tương đối về giải pháp phục hồi này
Tuy vậy, có một thực tế là các nghiên cứu ở Việt Nam về vít cấy nha khoa rất
hạn chế, chỉ thể nói đến những công trình của GS.TS Hoàng Tử Hùng Tuy nhiên
những bài viết này cũng chỉ mang tính chất y học thuần túy- tìm hiểu sâu về tương tác sinh học của vật liệu sinh học với mô xương và chủ thể
2 H ng nghiên c u
Từ những nền tảng đó, chúng tôi tiến hành nghiên cứu công trình khoa học của mình, hi vọng sẽ có chút đóng góp cho đề tài thiết thực này
Để cải thiện hiệu suất hoặc phát triển một hệ thống cấy ghép mới, các mẫu thiết
kế khác nhau được sản xuất, sau đó là khâu thử nghiệm độ mỏi cho mỗi trường hợp
của các mẫu thiết kế Để dự đoán kì hạn mỏi, chúng tôi sẽ sử dụng phương pháp
phân tích số - phương pháp thường áp dụng trong việc phát triển một sản phẩm mới
Trang 12và tăng cường hiệu suất của nó, cụ thể ở đây lả FEM Từ một quan điểm sinh học –
kĩ thuật, nghiên cứu này nhằm mục đích sử dụng FEM để dự đoán kì hạn mỏi của một hệ thống cấy ghép bị tải trọng mỏi của quá trình nhai (lực nhai)
Dùng FEM để mô phỏng và xác định sự phân bố ứng suất trong hệ thống cấy ghép do tải trọng mỏi; trong đó, chương trình ANSYS được sử dụng để có được những kết quả bằng số của trường ứng suất FEM đàn hồi – dẻo được thực hiện Các tính chất vật liệu cần thiết cho phân tích ứng suất là module đàn hồi, module dẻo và cường độ đàn hồi Mô hình phần tử hữu hạn ba chiều được sử dụng để phân tích sự phân bố ứng suất trong ba trường hợp Lưới phần tử hữu hạn cho các hệ thống cấy ghép được hiển thị hình 1.1
Hình 1.1: T ạo lưới cho phân tích phần tử hữu hạn
Với những ưu điểm được nêu trên, sử dụng FEM để dự đoán độ bền mỏi của vít
cấy nha khoa sẽ dễ dàng và hiệu quả, tính kinh tế cao hơn các phương pháp trước Chính vì lẽ đó, đề tài sẽ nghiên cứu, tính toán, mô phỏng quá trình chịu tải và sự phá hủy của hệ thống cấy ghép bằng cách ứng dụng phương pháp này Từ đó, dự đoán sức bền cũng như tuổi thọ của vít cấy được cấy ghép cho chủ thể
3 Nhi m v c a đ tài và ph m vi nghiên c u
Với mục tiêu nghiên cứu tính toán và mô phỏng quá trình chịu tải của vít cấy, nhằm
đi đến ứng dụng phương pháp này trong việc dự đoán tuổi thọ của tất cả các hệ
thống vít cấy đã cấy ghép cho bệnh nhân Việt Nam, nên nhiện vụ của đề tài sẽ giải quyết các vấn đề sau:
- Tính toán và xác lập công thức quá trình chịu tải của vít cấy nha khoa cho răng cối
Trang 13- Mô phỏng quá trình chịu tải của vít cấy nha khoa cho răng cối
- Tính toán độ bền mỏi của vít cấy nha khoa cho răng cối
- Thử nghiệm trên mô hình thực tế
4 Ph ng pháp nghiên c u
Để hoàn thành tốt mục tiêu đề ra của đề tài, phương pháp nghiên cứu được đưa ra:
- Tính toán quá trình chịu tải của vít và quá trình biến dạng của vít bằng phương pháp phần tử hữu hạn
- Mô phỏng quá trình chịu tải của vít và quá trình biến dạng của vít trên phần
mềm Ansys 13
Trang 14Ch ng II
GI I THI U C Y GHÉP NHA KHOA
2.1 S l c s phát tri ển c a c y ghép nha khoa
Vít cấy nha khoa là một trụ bằng titanium được đặt vào xương hàm nhằm thay thế cho một hoặc nhiều chiếc răng bị mất Sau khi vít cấy được đặt vào vùng mất răng, xương sẽ tự bám vào quanh thân vít giúp nó dính chặt vào xương hàm giống như
một răng thật Vít cấy nha khoa được thiết kế để nâng đỡ cho một răng sứ bên trên,
nâng đỡ cho cầu răng hoặc giúp cố định hàm giả toàn hàm vào xương hàm[1]
Theo các nhà khảo cổ học, người Ai cập và người Nam Mỹ cổ xưa đã thay thế những răng thật bị mất bằng ngà voi, vỏ sò hoặc gỗ mài nhỏ Ngoài ra, y văn thế kỉ XVIII cũng có ghi nhận vài trường hợp ghép răng giữa những người cho tặng Như vậy có thể nói nền móng của kĩ thuật cấy ghép nha khoa đã hình thành rất lâu và ban đầu có vẻ rất thô sơ, nhưng cũng là ước mơ và là nền tảng ban đầu cho sự tìm tòi, nghiên cứu và phát triển kĩ thuật cấy ghép răng Đầu thế kỷ XIX, các bác sĩ đã dùng các vật liệu bằng vàng, bạch kim,…, để làm vật liệu cho vít cấy nhưng tỉ lệ thành công còn khiêm tốn Đến năm 1952, GS Per Ingvar Branemark, trưởng nhóm nghiên cứu Đại học Lund, Thụy Điển đã có công nghiên cứu, lập báo cáo chuyên đề khoa học về đề tài “Vật liệu ghép trong phẫu thuật chỉnh hình” trong báo cáo này vật liệu sử dụng để cấy ghép răng được ông đưa ra là titanium, nó không có bất kì một phản ứng sinh – hóa nào tác động xấu lên cơ thể con người Các nghiên cứu và báo cáo của ông nhanh chóng được các nhà nghiên cứu vật liệu cấy ghép trên thế giới kiểm chứng và xác nhận titanium là vật liệu tốt nhất để thay thế chiếc răng bị mất Không những vậy, titanium còn vượt ra khỏi nhiệm vụ làm chân răng cho người bị mất răng, mà ứng dụng của nó còn vượt xa hơn những gì mà bác sĩ Branemark mong muốn lúc đầu
Trang 15Vì vậy, titanium trở thành vật liệu mở đường cho thành công của cấy ghép nha khoa Ca cấy ghép răng bằng titanium đầu tiên trên thế giới được thực hiện vào năm
1965 tại Thụy Điển, sau hơn 40 năm răng cấy ghép này vẫn có khả năng ăn nhai tốt
2.2 Hi n t ng tích h p x ng
Sự tương tác giữa các vật liệu tổng hợp và các mô chủ cần đạt được một bề mặt tiếp xúc sinh học tối ưu giữa vít cấy và các mô xung quanh Độ bám dính phân tử / tương tác phân bào, đặc biệt là phôi xương, phân tử kết dính cũng như các phân bào, đóng một vai trò quan trọng trong quá trình chữa lành vết thương của cấy ghép nha khoa[3] Một phản ứng viêm cấp tính xảy ra sau khi khoan xương để chuẩn bị đặt vít cấy bao gồm việc chuẩn bị và kích hoạt một loạt các phản ứng phân bào và các yếu tố tăng trưởng, trung gian các sự kiện ban đầu Hầu hết các yếu tố này xuất phát từ tiểu cầu, và những người khác thì xuất phát từ PMNs là các bạch cầu trung tính (còn gọi là các tế bào bạch cầu nhân đa hình – polymorphonuclear leukocyte)
và đại thực bào Kết quả là, các tế bào trung mô di chuyển và tổng hợp các lưới collagen, lưới collagen trở thành một giàn đỡ để sửa vết thương Các yếu tố tại vị trí đặt vít cấy sẽ quyết định chất lượng sản xuất của sự hình thành xương hoặc sự hình thành các xơ hóa[4,5] Chuỗi các sự kiện xảy ra sau khi đặt vít cấy vào vùng mất răng được thể hiện trong hình 2.1
Hình 2.1: Chuỗi các sự kiện trong suốt quá trình tích hợp xương của vít cấy
Khởi đầu Sự hấp thụ của các thành phần
Sự gia tăng Tế bào chưa phân hóa
Tế bào tạo xương
Sự phân hóa Sự điều tiết của các yếu
tố PGE2, TGFβ
Vôi hóa
Trang 16Hiện tượng xảy ra đầu tiên sau khi đặt vít cấy là quá trình hấp thụ nước, các ion
và các phân tử sinh học nhỏ và theo sau là hấp thụ và trao đổi của các phân tử sinh
học lớn chẳng hạn như protein Các tính chất của bề mặt vít cấy và của những protein cá thể ảnh hưởng đến tổ chức của lớp protein hấp phụ, từ đó xác định phản ứng của tế bào bề mặt của vít cấy nha khoa Sau khi hấp thụ nước, các ion và các phân tử sinh học nhỏ, sẽ bắt đầu quá trình sinh sản tế bào Sinh sản tế bào được điều
chế và chịu ảnh hưởng của TGF – β1, PGE2, BMP – 2, và 1.25 – (OH)2 D3 (vitamin D) Sự gia tăng của các tế bào trung mô chưa phân hóa được tiếp nối bởi sự khác
biệt của tế bào tạo xương Sự lắng đọng khoáng chất thích hợp là rất quan trọng để đảm bảo rằng chu kỳ tái tạo trên bề mặt vít cấy sau đó sẽ tối ưu nhất Quá trình sản
xuất chất nền là cần thiết để thể hiện chính xác mối tương quan giữa các tinh thể khoáng chất apatite và collagen[6] Integrins là các protein xuyên màng trung gian
gắn kết với protein nền ngoại bào Integrins được cho là đóng vai trò trong dẫn truyền tín hiệu và điều hòa gen, có khả năng ảnh hưởng đến vùng di trú tế bào, sự khác biệt của các tế bào, và hoàn thiện tế bào Thực sự, các tế bào không được gắn
liền với vít cấy làm bằng titanium, mà chúng được gắn kết với bề mặt của vít cấy nha khoa sau khi đã xảy ra các phản ứng sinh học, bề mặt này gọi là bề mặt hữu cơ
của vít cấy nha khoa Bằng cách này, chúng tạo một gắn kết quan trọng thông qua các thụ thể integrin của chủ thể, với các axit arginine – glycine – aspartatic (ROD), chuỗi protein như fibronectin và vitronectin[7] Sự hình thành của lớp TiO2 được coi là bước khởi đầu để có sự giao tiếp lý tưởng giữa vít cấy nha khoa và xương[8]
Kết quả của quá trình phân ly, hấp thụ nước trên TiO2 là sự hình thành một bề mặt hydroxy hóa với hai loại khác của các nhóm hydroxyl TiO2 có một bề mặt lưỡng tính và có khả năng ràng buộc với cả axit và bazơ Đối với tế bào có thể gắn kết,
những vùng hoạt động của các protein có thể chui vào các màng tế bào tương ứng, quá trình này có nghĩa rằng các protein hình cầu như fibronectin có thể được hấp
thụ trong tình trạng tương tự như khi nó không bị biến tính trong cấu trúc dung
dịch Khả năng tương thích sinh học cao của titanium được giải thích cặn kẽ hơn từ khi lớp vô định hình TiOi được hình thành( bao gồm TiO, TiO2, Ti2O3, trong đó
Trang 17TiO2 là bền vững nhất vì oxide này là oxide có lợi cho quá trình hình thành bề mặt
tiếp xúc cũng như quá trình tích hợp của vít cấy đối với xương của chủ thể sau này, các oxide còn lại chỉ tồn tại trong thời gian ngắn rồi biến mất) là một bề mặt thuận
lợi cho việc hấp thụ protein Bốn thuộc tính liên quan nhau của vật liệu sinh học titanium (thành phần hóa học, năng lượng bề mặt, độ nhám bề mặt, và cấu trúc bề
mặt) ảnh hưởng đến tế bào trung mô trong vùng gắn kết Sự kết nối, sự sinh sôi nẩy
nở, tổng hợp chất nền, và sự khác biệt của tế bào tạo xương với các dòng tế bào và
tế bào sụn sơ cấp có sự tác động tới ít hoặc nhiều các đặc tính này Tế bào tạo xương xung quanh vít cấy nha khoa bị ảnh hưởng bởi các đặc tính vật lý và hóa học
của các vật liệu sinh học được sử dụng Các tế bào tạo xương phải di chuyển đến vị trí đặt vít cấy để tổng hợp và tiết ra một dòng thác ngoại bào “mineralizable”[9]
Bởi vì đây là quá trình hình thành xương mới, cơ chế mà theo đó các tế bào vôi hóa liên quan đến bào quan ngoại bào được gọi là các túi gắn kết trong một quá trình gọi
là "chính khoáng" Tuy nhiên, quá trình này đã bị trì hoãn với tốc độ chậm hơn khi
so sánh với sự hình thành xương nguyên phát bình thường trong quá trình liền xương không có vật liệu cấy ghép Việc chậm trễ của quá trình khoáng hoá ngay sau đó được bù đắp bằng việc tăng tốc sự khoáng hoá sơ cấp từ phía titanium Các
phản ứng chữa lành cho xương ở vùng tổn thất khi chèn vít cấy tương tự như phản ứng làm lành xương của sự gãy xương Nếu có được sự ổn định hoàn toàn giữa xương và vít cấy, tổn thương xương sẽ dẫn đến việc hình thành xương phù hợp với
cấu hình bề mặt vít cấy Đầu tiên có sự phát triển xương ở vị trí chèn và sau đó xương lan vào các khe hở của bề mặt vít cấy Xương mới được hình thành không có
một lớp xương liên tục Nếu vít cấy tương đối ổn định sau khi chèn vào xương hàm,
việc chữa lành vết thương thực chất là các phản ứng trong vùng cấy ghép, được bao
bọc bởi mô sợi có mật độ cao được tổ chức ở khu vực có các sụn liên kết tập trung,
mà không có bất kỳ vùng nào có sự tái hấp thụ xương xung quanh Nếu vít cấy không ổn định sau khi chèn vào xương hàm, phản ứng chữa lành vết thương quanh vùng cấy ghép chỉ được bao quanh bởi mô sợi được tổ chức lỏng lẻo, điều này không thể giữ được sự ổn định quanh vùng cấy ghép, tiếp sau đó sẽ xảy ra các hoạt
Trang 18động tiêu xương ở vùng xương xung quanh vít cấy nha khoa Quá trình xương hóa xung quanh vít cấy bao gồm ba giai đoạn Đầu tiên xảy ra sự hình thành xương hợp
nhất, tiếp theo là sự tái tạo xương và cuối cùng là quá trình hoàn thiện xương
Dệt xương kiểu nguyên thủy của xương đặc trưng bởi khả năng định hướng
ngẫu nhiên của sợi collagen, vô số osteocytes, và mật độ khoáng thấp Sự hình thành xương chiếm ưu thế trong 4 – 6 tuần đầu tiên sau khi phẫu thuật[10] Phân lớp xương là mô xương phức tạp nhất Kết hợp những sợi collagen thành các lớp song song với những quá trình xen kẽ tạo cho lớp liên kết này sức mạnh cuối cùng cao
nhất Phân lớp xương thay thế xương được dệt bằng cách ghép chặt[11] Cường độ tái tạo cao trong xương ở phân lớp tiếp giáp với vùng khoan lỗ để đặt vít cấy là đặc điểm cần chú ý trong giai đoạn hoàn thành cấy ghép nha khoa Cường độ tái tạo xương cao bắt đầu từ lúc đặt vít cấy đến khoảng 3 tháng và giảm sau vài tuần, nhưng tiếp tục cho đến hết sự sống Quá trình tái tạo cứ tiếp diễn bằng các sợi tạo xương tái hấp thu, theo sau là quá trình tái tích tụ xương phân lớp
Các hoạt động hấp thụ lại xương xảy ra xung quanh vít cấy trong suốt quá trình tích hợp xương chưa được công bố rộng rãi, vì vậy trong đề tài này, chúng tôi chỉ đưa ra những phản ứng, các quá trình xảy ra xung quanh cấy ghép một cách tổng quát nhất Tuy nhiên, vai trò của các huỷ cốt bào, đại thực bào và tế bào mô đệm trong các quá trình dị hóa liên quan đến tái tạo xương đã được chứng minh Tính toàn vẹn của các mô liên kết xung quanh cấy ghép nha khoa có thể bị ảnh hưởng
bởi sự cân bằng giữa chất nền metalloproteinase (MMPs) và chất ức chế mô metalloproteinase (TIMPs) Sự gia tăng TIMP1 một tuần sau khi cấy so với trong
dịch crevicular ( được sản xuất bởi biểu mô của kẽ hở nướu, nó có chứa các globulin miễn dịch và có tính kháng khuẩn) nướu (GCF) từ mô nha chu khỏe mạnh
Bốn tuần sau khi cấy nó đã đạt đến mức độ tương tự như trong GCF của các chủ thể
khỏe mạnh Quá trình sản xuất các TIMP1 trong vùng vết thương sau khi đặt vít cấy, đến mức độ nào đó, có thể làm ức chế sự phá hủy mô một cách quá mức và sự suy thoái của nền mới trong tình trạng vết thương nhờ MMPs[12] Bốn thông số cơ sinh
học (lực, độ dịch chuyển, độ cứng giao diện, và năng lượng biến dạng) được đo tại
Trang 19vị trí đặt vít cấy nha khoa sau ba tháng chờ tích hợp xương hoàn chỉnh Kết quả cho
thấy giá trị lực ngày càng tăng lên, tức là vít cấy nha khoa có khả năng chịu lực ngày càng tăng Những phát hiện này cho thấy rằng độ cứng của bề mặt tiếp xúc, được coi như là một nhân tố chính cho sự thành công cấy ghép, độ cứng này gia tăng trong thời gian ba tháng chữa bệnh (phù hợp với một khoảng thời gian chữa
bệnh từ bốn đến sáu tháng ở hàm trên của con người), trong đó cho thấy rằng từ bốn đến sáu tháng để hoàn tất việc điều trị cấy ghép nha khoa là hợp lý Tổn thương mô
vì kĩ thuật phẫu thuật không tốt, có thể dẫn đến hoại tử xương, sự nhiễm bẩn rất nhỏ trong vùng khoan xương hoặc vết thương trong quá trình phẫu thuật chưa được thực
hiện đầy đủ quy trình kiểm tra chăm sóc trong giai đoạn chữa bệnh của cấy ghép
một giai đoạn, và sự bất ổn định của vít cấy hoặc do đặt tải quá sớm (thực hiện chế
độ ăn nhai khi quá trình tích hợp xương chưa hoàn chỉnh), được coi là yếu tố quan
trọng có thể ảnh hưởng đến khả năng liền xương xung vít cấy titanium Các nghiên
cứu về tác động của nhiễm trùng do vi khuẩn trên các mô cấy ghép vùng ven cho
thấy chúng có khả năng làm giảm sự hình thành xương dệt do nhiễm trùng[13]
Sự hình thành của biểu mô nối trong bề mặt tiếp xúc của vít cấy tới niêm mạc
có thể được coi là rào cản bảo vệ đầu tiên chống lại hệ vi sinh có hại trong răng
miệng[16] Các nghiên cứu nha khoa cho thấy rằng các tế bào biểu mô một khi đã đến bề mặt vít cấy, sự gắn kết của biểu mô và vít cấy xảy ra trực tiếp thông qua một màng mỏng cơ bản (<200nm) và thể liên kết bán phần[15,17]
Một dạng khác của liên kết là hình thành một lớp glycoprotein khoảng 200nm
tồn tại giữa các thành tế bào mà không có tiếp xúc trực tiếp giữa biểu mô và vít
cấy[18,19] Cấu trúc bề mặt cũng đóng một vai trò trong các gắn kết mô mềm với
Trang 20bề mặt titanium Các bề mặt được mài nhẵn mịn cho thấy khả năng tương thích cao hơn với các nguyên bào sợi khi so sánh với bề mặt thô ráp[20,21]
Điều kiện tiên quyết để cấy ghép nha khoa thành công là có được một dấu niêm mạc ven cấy ghép trên bề mặt vít cấy[22,23] Thất bại trong việc đạt được
hoặc duy trì các kết quả này là dấu niêm mạc bị di chuyển trong đỉnh của biểu mô vào bề mặt tiếp xúc của xương – vít cấy Trong một bộ răng tự nhiên, biểu mô nối
sẽ tạo ra độ bịt khít vùng khe chống lại sự xâm nhập của hóa chất và các vi khuẩn[24] Nếu đệm khít bị phá vỡ hoặc các sợi ở đỉnh biểu mô bị phá hủy, các tế bào biểu mô di chuyển ở đỉnh, tạo thành một túi nha chu của các mô mềm từ bề mặt lan toả Cần nhấn mạnh tầm quan trọng của đệm khít sinh học do trường hợp không
có chất kết dính và chèn sợi vào bề mặt vít cấy có thể gây ra sự hình thành của "túi ven cấy ghép", chúng có thể lan vào các cấu trúc xương
Đối với các gắn kết của các mô liên kết, các sợi collagen tạo thành một vòng bít chặt chẽ xung quanh gối trục vít Chiều dài của các mô liên kết gắn kết dao động
từ 1.3 đến 1.8mm[25], và cũng phụ thuộc vào việc thiết kế các vít cấy (loại vít một
khối hoặc hai khối)
Một số nghiên cứu nha khoa cho rằng việc sử dụng một bề mặt vít có phun plasma sẽ thúc đẩy các mô liên kết với các sợi tiến vào bề mặt vít và hình thành các liên kết nhanh và chính xác hơn[26] Tuy nhiên, hầu hết các báo cáo đã chỉ ra rằng các sợi mô liên kêt không được đưa vào bề mặt cấy ghép Các bó dày đặc của các
sợi collagen chỉ được định hướng theo chiều dọc do thiếu quá trình chèn chất xơ
Mô liên kết của vít cấy ven niêm mạc có thể được chia thành hai khu riêng
biệt Vùng bên ngoài nằm dưới biểu mô nối, bao gồm các loại collagen loại I và loại III, chịu trách nhiệm cho sự chuyển đổi của collagen Trên đỉnh bên trong vùng mô liên kết, chủ yếu là các collagen loại I, chịu trách nhiệm cho sức đề kháng cơ học và
sự ổn định của niêm mạc quanh vít cấy[27] Mô liên kết xung quanh vít cấy nha khoa có ít mao mạch so với xung quanh răng tự nhiên[28] Nguồn cung cấp máu
của niêm mạc quanh vít cấy là các nhánh cuối của các ống mạch lớn có nguồn gốc
từ màng xương của xương ổ, trong khi các mạch máu của nướu và các mô liên kết
Trang 21trên đỉnh tại răng có nguồn gốc từ các mạch trên đỉnh màng xương đường bên của
phế nang và các mạch máu của dây chằng nha chu[29] Niêm mạc quanh vít cấy cũng đã xảy ra các phản ứng viêm, tương tự như các mô nướu, đặc trưng bởi sự gia tăng tỷ lệ các tế bào loại T và tế bào loại B trong mô liên kết bên trong Tuy nhiên,
phản ứng của chủ thể ít rõ ràng hơn trong các mô nướu[29] Những nghiên cứu về con người và động vật đã chỉ ra một cách đầy đủ độ rộng sinh học của dấu niêm
mạc chỉ có thể đạt được nếu có bề mặt trên đỉnh titanium mịn dài tối thiểu 3 mm trong hướng apico – coronal Biểu mô nối (JE) chiếm khoảng 2 mm của bề mặt này, trong khi phần còn lại của nó bị chiếm bởi các mô liên kết (CT) Các giá trị cho vít
cấy hai khối là 2.0 mm cho JE, và từ 1.3 đến 1.8 mm cho CT[29] Các giá trị có chiều rộng sinh học / độ bịt khít xung quanh vít cấy một khối trong ba tháng không
tải đã được báo cáo là 0.49 mm cho rãnh chiều sâu (SD), 1.16 mm cho gắn kết JE,
và 1.36 mm cho gắn kết CT Dĩ nhiên, các thông số này sẽ khác đi rất nhiều nếu vít
cấy phải chịu tải sớm 0.50 mm cho SD, 1.44 mm cho JE, và 1.01 mm cho CT Sau
12 tháng đặt tải, những giá trị này sẽ tiếp tục thay đổi như sau: 0.16 mm cho SD, 1.88 mm cho JE, và 1.05mm cho CT Có thể suy đoán rằng chiều rộng sinh học /
độ bịt khít tăng khoảng 1mm sau khi vít cấy được đặt tải có thể do sự tiêu xương trên Bảng 2.1 tóm tắt các so sánh giữa răng cấy ghép và răng tự nhiên
B ảng 2.1: Răng c y ghép so v i răng t nhiên
Răng cấy ghép Răng tự nhiên
Thể liên kết bán phần
và màng mỏng cơ bản Song song
Nhiều
Xương, PDL, chất kết dính
Thể liên kết bán phần và màng mỏng cơ bản
Trực giao
Ít
Trang 222.4 Các giai đo n đặt vít c y nha khoa
Một cấy ghép nha khoa được cho là được tích hợp xương cơ sinh học nếu không có chuyển động tương đối của xương chủ thể và vít cấy trong tất cả các hoạt động chức năng của con người
Hầu hết phẫu thuật để cấy ghép nha khoa đều trải qua hai giai đoạn riêng biệt
Giai đoạn đầu tiên là phẫu thuật khoan xương để đặt vít cấy nha khoa vào xương hàm, giai đoạn thứ hai là sau khi lành xương sẽ tiến hành lắp abutment và phục hình
Các nghiên cứu được báo cáo cũng cho thấy không có sự khác biệt đáng kể trong việc chữa lành vết thương của cấy ghép trong quy trình một giai đoạn và quy trình hai giai đoạn Tuy nhiên, đối với vít cấy hai khối sử dụng cho hai giai đoạn
cấy ghép đưa vào sử dụng kĩ thuật cấy ghép một giai đoạn thì tỷ lệ thất bại là 16.7% Chính sự ổn định của cấy ghép nha khoa được xem là một yếu tố quan trọng
để thúc đẩy tiếp xúc xương tới vít cấy chặt hơn Chất lượng của xương hàm nói chung, hay chất lượng xương vùng đặt vít cấy nói riêng có vai trò rất quan trọng trong quá trình hình thành liên kết giữa vít cấy nha khoa và xương hàm Vì vậy, công tác kiểm tra chất lượng xương hàm, cũng như các can thiệp để cho chất lương xương hàm tăng lên là điều rất quan trọng
2.5 Các lo i h th ng vít c y nha khoa
Những tiến bộ trong nghiên cứu răng miệng đã dẫn đến sự phát triển rất nhiều hệ
thống vít cấy nha khoa khác nhau, và được dự đoán sẽ tiếp tục phát triển để hoàn thiện hơn trong thời gian tới Các hệ thống vít cấy khác nhau được phân loại theo hình thái và phương pháp mà nó kết hợp với xương của chủ thể Hiện nay, công nghệ cấy ghép nha khoa đã được sử dụng rộng rãi hơn do người tiêu dùng đã biết được những tính năng ưu việt của công nghệ này
Hệ thống vít cấy cho điều trị mất răng bao gồm nhiều loại với nhiều kích cỡ, hình dạng, chất phủ và bộ phận phục hình răng giả được thể hiện trong Bảng 2.2
Các độ dài và đường kính của vít cấy rất phong phú để có thể phù hợp với tất cả các đối tượng cần điều trị cũng như tất cả các nhu cầu cần phục hồi chức năng nhai
Trang 23trong các cấu trúc xương Phục hình giả cũng có thể được lựa chọn với nhiều kích
cỡ và góc độ, hoàn toàn đáp ứng tốt nhu cầu đa dạng của khách hàng
Bề mặt của vít cấy nha khoa đã được chứng minh là ảnh hưởng rất nhiều đến quá trình tích hợp với xương chủ thể Các lớp phủ xốp là lớp trung gian để liên kết xương với vít cấy nha khoa nhiều hơn bề mặt xương mão mịn Lớp phủ hóa học của các bề mặt vít cấy (hydroxy apatit) cũng đã được chứng minh có vai trò thúc đẩy
khả năng tăng cường tiếp xúc xương với vít cấy và quá trình tích hợp xương diễn ra nhanh hơn
B ng 2.2: Phân lo i vít c y theo s l n ph u thu t, giao di n k t n i, và d ng
hình h c
Số lần phẫu thuật Bề mặt kết nối Dạng hình học
Một giai đoạn
Hai giai đoạn
Sự kết nối bên trong
Sự kết nối bên ngoài Tám cạnh
Sáu cạnh Vít côn Then hoa
Ren vít
Thẳng Hình nón Phân đoạn
Nở ra
Với sự phong phú của các hệ thống cấy ghép có sẵn, bác sĩ nha khoa có thể dựa trên những đặc điểm của bệnh nhân về độ rộng xương hàm, chất lượng và số lượng xương hàm vùng cần đặt vít cấy,…để lựa chọn một hệ thống cấy ghép phù hợp nhất theo các tiêu chí được đưa ra trong Bảng 2.3 Tuy nhiên, những hệ thống này tương đối giống nhau và đã được tiến hành một loạt các thử nghiệm lâm sàng để xác định
sự thành công của chúng
Phần lớn các hệ thống vít cấy luôn luôn được cải tiến cho chất lượng ngày càng
tốt hơn Tuy vậy, các thông số đáp ứng của hệ thống này không nên áp dụng sang
hệ thống khác Điều quan trọng nữa là phải biết sự ổn định lâu dài của thiết bị và
Trang 24mức độ dung sai các mô ven vít cấy trong thời gian dài Một hệ thống vít cấy lý tưởng là hệ thống khi chúng dễ dàng sử dụng và linh hoạt trong một loạt các tình
huống lâm sàng Chỉ có các hệ thống cung cấp hàng loạt lựa chọn mới có thể làm hài lòng khách hàng
B ảng 2.3: Tiêu chuẩn l a ch n vít c y nha khoa
Tiêu chuẩn lựa chọn
Tỷ lệ thành công cao
Dự đoán được quá trình tích hợp xương trong các dữ liệu khoa học
Tính linh hoạt của bộ phận giả trong một loạt các ứng dụng lâm sàng
Mô thân thiện
có thể được xử lý bằng bộ phận giả phục hồi chức năng ăn nhai Quy trình thực hiện
một ca cấy ghép nha khoa được thể hiện trong hình 2.2 đến hình 2.10
Đầu tiên, các bác sĩ nha khoa sẽ kiểm tra chất lượng và số lượng xương vùng mất răng bằng kĩ thuật chụp X – quang Nếu chất lượng và số lượng xương
của bệnh nhân tốt thì sẽ tiến hành khoan xương vùng mất răng Trong trường hợp
chất lượng và số lượng xương vùng mất răng không tốt thì không thể tiến hành khoan được, bệnh nhân cần có thêm thời gian để tiến hành ghép xương và chờ đến khi xương vùng mất răng đầy đủ về số lượng và chất lượng thì công việc khoan lỗ vùng mất răng sẽ được tiến hành
Trang 25Hình 2.2: Vùng m ất răng trước khi phẫu thuật
Hình 2.3: Ch ụp X – quang để nhận biết được mật độ xương vùng mất răng
Hình 2.4: Tiến hành khoan xương ngay vùng mất răng
Trang 26Sau khi khoan lỗ vùng mất răng, vít cấy nha khoa sẽ được đặt vào Công việc này phải được thực hiện chính xác vì nó sẽ ảnh hưởng đến sự thành công của vít cấy sau này Sau đó các bác sĩ nha khoa sẽ tiến hành chụp X – quang một lần nữa để
kiểm tra vị trí và góc độ của vít cấy Vết thương vùng khoan lỗ sẽ được khâu lại và
chờ lành Tiếp sau đó sẽ xuất hiện các phản ứng bên trong- quá trình tích hợp xương
sẽ tạo liên kết giữa vít cấy và xương hàm
Khoảng bốn đến sáu tháng sau, vít cấy nha khoa đã được tích hợp hoàn toàn trong xương hàm của chủ thể, lúc này nó đóng vai trò như một chân răng tự nhiên,
phục hình giả sẽ được gắn vào vít cấy thông qua abutment Bệnh nhân có thể thực
hiện chức năng ăn, nhai trên răng mới hoàn toàn bình thường
Hình 2.5: Chụp X – quang để kiểm tra vị trí và góc gập của vít cấy nha khoa
Hình 2.6: Vít cấy một khối được đặt vào đúng vị trí theo yêu cầu kỹ thuật
Trang 27Hình 2.7: Khâu v ết thương vùng đặt vít cấy nha khoa
Hình 2.8: V ết thương vùng cấy ghép đã lành sau hai tuần
Hình 2.9: Bốn tháng sau, công đoạn cuối cùng là gắn phục hình giả
Trang 28Hình 2.10: Ch ụp X – quang lần cuối để kiểm tra hệ thống
Số lượng bệnh nhân lựa chọn công nghệ cấy ghép nha khoa ngày càng tăng vì chúng có tất cả những đặc tính ưu việt hơn các phương pháp phục hồi chức năng ăn nhai khác Bảng 2.4 so sánh sự khác nhau của răng cấy ghép và răng thật, ở đây răng cấy ghép đã có những chức năng gần giống như răng thật Nó có đầy đủ các tương tác với xương xung quanh vít cấy giống như xương bao quanh chân răng thật
B ảng 2.4: Răng c y ghép vƠ răng t nhiên
Răng cấy ghép Răng tự nhiên
Thể liên kết bán phần và màng mỏng cơ bản
Song song Nhiều
Ít
Ít Sâu (3-4mm) Nhanh
Xương, PDL, chất kết dính
Thể liên kết bán phần và màng mỏng cơ bản
Trực giao
Ít Nhiều
Trang 29hệ thống vít cấy Điều trị mất răng bằng công nghệ cấy ghép nha khoa đã trở thành
sự lựa chọn tốt nhất trong suốt thập kỉ qua và chắc chắn sẽ thành công hơn trong
thời gian tới
Trang 30Ch ng III
NH NG NG D NG CHO C Y GHÉP NHA
KHOA
Trong những thâ ̣p niên gân đây , ngành nha khoa phat triển nhanh chong Nhiêu vấn
đề khó khăn trong chẩn đoán và điêu tri ̣ trươc đây cho du la rât nhỏ cũng la môi bâ ̣n tâm của ngươi lam công tac trong nganh, nay đã co hương khăc phục
Sự phat triển của khoa học vâ ̣t liê ̣u trong công nghê ̣ y sinh học đã đem la ̣i cho ngành nhiều vật liệu mới và phương pháp điều trị mơi Đang kể nhât là kĩ thuật cấy ghép vít cấy vào xương hàm để hỗ trợ cho việc phục hình răng giả một cách chắc chắn hơn, thẩm mỹ hơn và không phải mài các răng kế bên khi cần làm phục hình Nói một cách khác, vít cấy nha khoa mở ra một hướng điều trị mới, thêm sự lựa chọn nếu chúng ta bị mất một hay nhiều răng
Vít cấy nha khoa là những khôi titanium c ó hình dạng chân răng được đặ t trong xương hàm nhằm mục đích thay thế những chân răng đã nhổ Hiê ̣n nay, các chứng
cư y ho ̣c cho thây xương ham châp nhâ ̣n va tương tac tôt vơi bê mă ̣t cac trụ
titanium Điêu nay cho chung ta cảm giac gân giông như răng thâ ̣t khi được đă ̣t vít cấy nha khoa
Vít cấy nha khoa được dung để hỗ trợ cho mô ̣t sô phục hinh răng bao gôm: mão răng, câu răng , hay hàm răng giả Ngoài ra còn dùng làm neo chặn khi cần di chuyển răng khi chỉnh nha
3.1 Gi i thi u
Mặc dù các cơ chế xuất hiện bên trong vùng cấy ghép chưa được hiểu rõ một cách chính xác nhưng rõ ràng sẽ có hàng loạt các phản ứng tái tạo thích ứng xung quanh xương tương ứng với các ứng suất Các đặc điểm của vít cấy nha khoa có thể gây ra ứng suất cao hay thấp, có khả năng góp phần tái hấp thu xương bệnh lý về vùng chóp hoặc teo xương Chương này sẽ nêu lên các ứng dụng hiện tại của FEA trong
ệ cấy ghép nha khoa Những phát hiện từ nghiên cứu FEA sau đó sẽ được
Trang 31thảo luận liên quan đến bề mặt tiếp xúc vít cấy – xương, kết nối vít cấy nha khoa
với phục hình giả (răng giả) với nhiều bộ phận giả khác
3.2 B m ặt ti p xúc x ng vƠ vít c y nha khoa
lý Nếu đặt tải quá lớn có thể gây ra tiêu xương hoặc gây ra hỏng mỏi vít cấy Còn
nếu đặt tải quá nhỏ trong thời gian dài thì cũng có thể dẫn đến sự tiêu xương và mất xương Để có sự phát triển xương tối đa thì phải cung cấp ứng suất từ 1.8MPa 2.8MPa Các tài liệu nha khoa cho rằng sự gắn kết từ xương đến bề mặt vít cấy titanium là các gắn kết tải bên dưới, bề mặt tiếp xúc di chuyển mà không có bất kỳ chuyển động tương đối nào và điều này là cần thiết cho sự truyền ứng suất tải thẳng
từ vít cấy đến xương ở tất cả các phần xung quanh bề mặt tiếp xúc vít xương – vít
3.2.2 S truy n d n ng su t và v n đ thi t k vít c y c sinh h c
FEA có thể mô phỏng các hiện tượng tương tác giữa vít cấy và mô xung quanh Phân tích các quá trình thích ứng chức năng sẽ tạo điều kiện để nghiên cứu đặt các
tải trọng khác nhau lên vít cấy và các biến mô xung quanh Tải truyền tại bề mặt
tiếp xúc vít cấy tới xương phụ thuộc vào các yếu tố sau đây: (1) các loại tải, (2) tính
chất vật liệu của vít cấy và phục hình giả, (3) chiều dài hình học của vít cấy, đường kính cũng như hình dạng, (4) bề mặt vít cấy, (5) tính chất của bề mặt tiếp xúc vít
Trang 32cấy tới xương, (6) chất lượng và số lượng của xương xung quanh vít cấy nha khoa
Hầu hết các nghiên cứu đều chú trọng để tối ưu hóa hình học vít cấy nhằm duy trì
mức độ ứng suất hình thành trong hệ thống có lợi trong một loạt các loại tải phức
Mối tương quan giữa sự phân bố ứng suất trong các mô xương xung quanh và
hiện tượng tái tạo trong mô hình xương hàm của động vật đã được quan sát Họ kết
luận rằng: mức độ tái tạo xương cao trùng với các vùng có ứng suất cao và sự khác nhau cơ bản của tái tạo xương giữa tải dọc trục và không dọc trục chủ yếu được xác định bởi ứng suất phát sinh
Zhang và Chen so sánh tải động, trong mô hình FEA ba chiều với một loạt module đàn hồi khác nhau của vít cấy nha khoa[30] Kết quả của họ cho thấy: so
với các mô hình tải không đổi, mô hình tải động đã cho thấy ứng suất cao nhất tại
bề mặt tiếp xúc xương – vít cấy nha khoa và các cơ cấu đàn hồi khác nhau ảnh hưởng nhiều vào sự phân bố ứng suất
Tóm lại, cả hai tải tĩnh và động trong hệ thống cấy ghép đã được làm thử nghiệm trong FEA Trong các nghiên cứu tải tĩnh, các lực xiên rất cần thiết để có trong mô hình thực tế
Hầu hết các nghiên cứu kết luận rằng: lực tải ngang cần được tránh Những tác động của tải động đòi hỏi phải được tăng cường nghiên cứu trong thời gian tới
3.2.2.2 Thu c tính v t li u
Thu ộc tính vật liệu bộ phận giả
Bộ phận giả có độ cứng cao được khuyến khích sử dụng hơn vì theo các nghiên cứu
việc sử dụng các hợp kim có module đàn hồi thấp cho kết cấu được dự báo sẽ gây ra
Trang 33áp lực lớn hơn tại bề mặt tiếp xúc vít cấy – xương so với việc sử dụng các hợp kim
cứng có cùng dạng hình học[31]
Nhóm nghiên cứu của Stegariou sử dụng FEA ba chiều để đánh giá sự phân
bố ứng suất trong xương, vít cấy, abutment; hợp kim vàng, sứ, hoặc nhựa (acrylic
hoặc composite) được sử dụng để làm phục hình giả[32] Theo kết quả thí nghiệm lâm sàng, phục hình bằng nhựa cho khả năng tập trung ứng suất vùng bề mặt tiếp xúc xương và vít cấy cao nhất Tuy nhiên, trong phân tích cơ học cổ điển của mình, Skalak nói rằng sự hiện diện của một phần tử đàn hồi trong một cấu trúc thượng
tầng cấy ghép phục hình giả sẽ giảm tỉ lệ tải cao xảy ra khi cắn bất ngờ lên một vật
thể cứng[32] Vì lý do này, ông đề nghị việc sử dụng răng nhựa acrylic Tuy nhiên,
một số nghiên cứu khác không thể chứng minh bất kỳ sự khác biệt nào đáng kể trong việc hấp thụ lực của phục hình giả vàng, sứ hoặc nhựa
Thu ộc tính vật liệu của vít cấy nha khoa
Module đàn hồi của vật liệu làm vít cấy khác nhau sẽ ảnh hưởng đến bề mặt tiếp xúc vít cấy đến xương
Vật liệu chế tạo vít cấy với module quá thấp thì không nên sử dụng, nên sử
dụng vật liệu chế tạo vít cấy có module đàn hồi ít nhất bằng 110.000 N / mm3
Module đàn hồi thấp sẽ làm tăng khả năng tập trung ứng suất vùng bề mặt tiếp xúc vít cấy – xương Loại vít có dạng hình học không côn thì cho thấy khả năng tập trung ứng suất cao tại chóp cuối của vít cấy, vì vậy vít cấy hình côn với module đàn
hồi cao sẽ là thích hợp nhất cho kỹ thuật cấy ghép nha khoa Tuy nhiên, việc thiết
kế không gây ra sự phân bố ứng suất ở cổ vít cấy thường dẫn đến hiện tương tiêu xương
Tóm lại, mặc dù ảnh hưởng của tính chất vật liệu của phục hình giả vẫn còn đang được tranh luận, nhưng nó đã được chấp nhận rằng các tính chất vật liệu trong
hệ thống cấy ghép ảnh hưởng rất nhiều đến vị trí và sự phân bố ứng suất tại giao
diện của vít cấy và xương hàm của chủ thể
Trang 343.2.2.3 Hình h c vít c y
Đường kính và chiều dài vít
Đường kính vít cấy càng lớn thì càng thuận lợi hơn cho vùng phân bố ứng
suất[33,34]
Theo một số nghiên cứu thì ứng suất trong xương vỏ tỷ lệ nghịch đường kính
cấy ghép cho cả tải trọng dọc và ngang[35] Tuy nhiên, các nghiên cứu này cũng cho thấy chỉ cần sử dụng vít cấy có đường kính lớn không nhất thiết phải lựa chọn
loại vít tốt nhất cũng có thể xem xét được khả năng phân bố ứng suất xung quanh xương, nhưng trong giới hạn nhất định của hình thái học xương hàm của chủ thể, vít
cấy nha khoa với kích thước tối ưu sẽ làm giảm độ lớn ứng suất tại bề mặt tiếp xúc vít cấy – xương Nói chung, việc sử dụng vít cấy có chiều dài ngắn đã không được khuyến khích bởi vì các nhà nghiên cứu tin rằng các lực nhai sẽ được tiêu biến trong vùng cấy ghép lớn để bảo vệ xương
Theo nghiên cứu của Lum thì lực nhai được phân bố chủ yếu trên xương mào
chứ không phải là đồng đều trong toàn bộ diện tích bề mặt vít cấy[36] Với các lực nhai nhẹ và thoáng qua thì xương hàm có thể làm tiêu biến các lực này một cách dễ dàng Lực nghiến răng khi ngủ là một lực hoàn toàn ngẫu nhiên và phức tạp, phải có
biện pháp làm cho chúng suy biến, các nghiên cứu cho thấy giải pháp tốt nhất là tăng đường kính của vít cấy nha khoa
Tóm lại, chiều dài và đường kính vít cấy tối ưu rất cần thiết cho sự thành công lâu dài của vít cấy nha khoa vì chúng phụ thuộc trực tiếp vào quá trình ghép
nối với xương hàm Nếu xương của chủ thể hoàn toàn bình thường (số lượng và
chất lượng xương tốt), chiều dài và đường kính của vít cấy không phải là yếu tố quan trọng nhất cho một ca cấy ghép thành công Tuy nhiên, nếu tình trạng xương không tốt( chất lượng và số lượng xương vùng đặt vít thấp), vít cấy nha khoa có đường kính lớn được ưu tiên sử dụng và vít cấy ngắn thì không nên sử dụng
Hình d ạng vít cấy
Cũng như các răng tự nhiên , vít cấy chi ̣u lực nhai va cac ngoại lực chưc năng khac như thói quen xiêt chă ̣t răng , nghiên răng Nêu cac lực này lớn đến quá mức chịu
Trang 35đựng cơ sinh ho ̣c của bề mặt tiếp xúc xương – vít cấy có thể gây nưt xương va tiêu xương vùng đặt vít cấy Do đo thiêt kê vít cấy phải thực hiện vơi mục đich tăng tôi
đa diê ̣n tich tiêp xuc xương – vít cấy nhằm đa ̣t được sự ổn đi ̣nh , thời gian chịu tải sơm nhất, lực nen được phân phôi thuâ ̣n lợi và lâu dai
Vít cấy nha khoa thường có hình trụ hoặc hình trụ thuôn đầu Dạng trụ thuôn có ren đang được sử dụng nhiêu nhât vi thực nghiêm chưng minh độ thuôn cang lơncàng tăng được thành phần lực nén trên giao diện xương – vít cấy, dễ đa ̣t được sự
ổn định ban đầu và trong quá trình chức năng, cũng như dễ dàng trong thao tác phẫu thuâ ̣t ̉ phần chóp vít cấy thường được tạo rãnh , khâc hay l ỗ để xương bám vào giúp vít cấy thêm vững chắc và không bị xoay Hình 3.1 là hình cho biết các dạng vít cấy thông dụng
Hình 3 1: Các loại vít cấy thông dụng
Ren xoăn trên bê mă ̣t vít cấy giup tăng diê ̣n tich bề mặt tiếp xúc xương – vít cấy, do đo vít cấy dễ đa ̣t được đô ̣ vững chăc ngay sau khi đă ̣t Ren xoăn giup chuyển tải lực theo hương giảm lực căt, tăng lực nen Ngoài ra cấu trúc ren xoắn tạo thuận lợi trong thao tac đă ̣t vít cấy Viê ̣c thay đổi h ình thể ren giúp thay đổi diện tích bề mặt của vít cấy hiệu quả Ngày nay vít cấy nha khoa được sản xuất có nhiều
Trang 36ren hơn, các ren có độ sâu hơn , và hình thể ren cũng được thay đổi để tạo diện tích
bê mă ̣t tôi ưu cho xương bám chắc vào bề mặt vít cấy
Trong nghiên cứu này, chúng tôi sẽ phân loại vít cấy theo số lần phẫu thuật đặt vít cấy Như vậy, sẽ có hai loại vít cấy, bao gồm vít cấy loại một khối được sử dụng cho một lần phẫu thuật và vít cấy loại hai khối được sử dụng cho hai lần phẫu thuật Hình 3.2 là mô hình hai loại vít cấy nha khoa loại một khối và vít cấy hai khối Vít cấy một khối có cùi mang phục hình gắn liền với thân Vít cấy một khối chỉ
áp dụng quy trình một lần phẫu thuật (phẫu thuật một giai đoạn) có thể có lật vạt
hoặc không lật vạt ̉ đây, phục hình tạm thường được đặt ngay trong lần phẫu thuật
hoặc đặt sớm sau khi phẫu thuật
Vít cấy hai khối bao gồm: phần thân(1) (implant body): được đặt trong xương;
phần mang phục hình (2) (prosthodontic abutment, Implant abutment): nối từ thân vít cấy, qua niêm mạc và giữ phục hình
Hình 3.2: Vít c ấy một khối và hai khối
3.2.2.4 C u trúc b m ặt vít c y
Vật liệu sinh học hoạt tính được sử dụng như lớp phủ trên vít cấy titanium vì nó có
khả năng làm tăng sự phát triển xương lên bề mặt của vít cấy Một số tài liệu cho
rằng các lớp phủ này có thể sản xuất một bề mặt tiếp xúc tích hợp đầy đủ các điều kiện tốt nhất để tạo nên liên kết trực tiếp giữa xương tới vật liệu làm vít cấy, thậm
Trang 37chí lớp phủ này có khả năng chuyển tải đến xương thông qua vít cấy giống như răng
và chân răng thật và do đó có thể làm giảm mức độ tập trung ứng suất[37] Lớp polyactive là một hệ thống poly (ethylene oxide) poly (butylen terephthalate) polyme phân đoạn với khả năng liên kết xương Các bác sĩ nha khoa đã nghiên cứu
sự ảnh hưởng của một lớp phủ linh hoạt bao gồm ba lớp polyactive trong xương đến quá trình phân bố ứng suất trong FEA ba chiều ở mô hình hàm dưới Trong trường
hợp tải dọc và ngang, việc sử dụng một lớp phủ polyactive làm giảm đến mức tối thiểu ứng suất chính trong xương và ứng suất nén xuyên tâm vùng bề mặt tiếp xúc xương – vít cấy
Bê mă ̣t của vít cấy thương được ta ̣o nham băng cac phương phap như mai
nhám, thổi cat , soi mon băng acid , phủ hydroxyapatite , hay phun sương plasma titanium Bê mă ̣t nham thuâ ̣n lợi vê đap ưng tê bao , phân phôi ngẫu lực va tăng cương tich hợp xương Nhiêu nghiên cưu thực nghiê ̣m đã chưng minh những vít cấy
có bề mặt sân sui thì lượng xương tim thây nhiêu hơn so vơi những vít cấy bê mă ̣t trơn lang Viê ̣c ta ̣o nham vi thể phải được thực hiê ̣n tư cổ đên chop của vít cấy[38]
3.2.2.5 B mặt ti p xúc t nhiên c a x ng ậ vít c y
Có hai loại tiếp xúc tại bề mặt tiếp xúc vít cấy – xương: xương / tiếp xúc với vít cấy
và mô sợi / tiếp xúc với vít cấy
3.2.2.6 Ch t l ng và s l ng x ng xung quanh vít c y nha khoa
Thơi gian cân thiêt để co sự tích hợp xương quanh vít cấy là vấn đề đang được bàn luận, nhưng thời gian chờ tích hợp xương hoàn toàn phụ thuộc vào bệnh nhân Theo Brånemark va nhiêu tac giả thơi gian lanh thương thương tư hai – sáu thang để đa ̣t được sự tich hợp xương hoan toan Nếu vít cấy được đă ̣t trong vung xương xôp thì sự ổn đi ̣nh ban đâu sẽ kém hơn những vít cấy được đă ̣t trong vung xương đă ̣c Do
đo vít cấy đă ̣t trong vung xương xôp cân chơ thơi gian hoan tât phục hinh lâ u hơn, thương trên sáu thang Xương ham trê n co lơp xương vỏ bên ngoài mỏng hơn bao bọc xương xốp ở giữa có mật độ khác nhau Trái lại xương hàm dưới có lớp xương
vỏ răn chăc hơn nên co thể hoan tât phục hinh sơm hơn
Trang 38Ngoài ra để vít cấy hoạt động lâu dài không chỉ phụ thuộc vào tính chất của xương hàm mà còn phụ thuộc vào khối lượng xương hàm Chiêu dai va đương kinh vít cấy được đặt vào là bao nhiêu sẽ phụ thuộc vào độ dày và độ cao của xương Do
đo để giữ va nâng đỡ vít cấy , tạo được dáng vẻ đẹp cho răng phục hình và không gây tiêu xương quanh vít cấy , xương ham phải đủ vê lượng Mă ̣t môi, má của vít cấy phải co bề dày xương tối thiểu là 1.5 mm Chiêu dai của vít cấy phải được tinh toán trước để không ảnh hưởng những cấ u truc giải phẫu như đay xươ ng ham, dây thân kinh dưới răng Nêu một bệnh nhân không đủ xương co thể gia tăng thể tich xương băng cach ghep xương cho bệnh nhân và dĩ nhiên phải chờ thời gian để số lượng xương của bệnh nhân này đáp ứng được yêu cầu của một ca cấy ghép răng thành công Ngày nay hệ thống vít cấy được thiết kế với cấu trúc ren xoắn cải tiến giúp vít cấy có thể có kích thước nhỏ và ngắn hơn mà vẫn vững chắc trong xương hàm
M ất xương mào
Vùng xương mào cần đặc biệt quan tâm do hiện tượng tiêu xương thường tập trung ở khu vực này Mất xương mào được quan sát xung quanh các hệ thống khác nhau của vít cấy nha khoa Nguyên nhân có thể gây ra sự mất xương mào liên quan đến các ứng suất thấp hoạt động trên các ven của bề mặt tiếp xúc vít cấy – xương
Với ứng suất tương đương là 1.6 MPa được xác định là đủ để tránh khả năng mất xương mào từ chứng teo, dựa trên cả hai xét nghiệm mô học và kết quả FEA
Wiskott và Belser đã nghiên cứu mối quan hệ giữa các ứng suất tương đương
và nội cân bằng xương của các thiết kế vít cấy cổ trục khác nhau Họ quan sát thấy
rằng cổ trục vít của vít cấy nha khoa được mài nhẵn không tích hợp xương tốt như các bề mặt khác Thiếu quá trình tích hợp xương được mặc nhiên là do áp lực gia tăng trên xương hàm trong vị trí đặt vít cấy, cơ sở của sinh lý học "chiều rộng sinh
học", ứng suất bảo vệ và thiếu của các khớp nối cơ sinh học đầy đủ giữa bề mặt
chịu tải của vít cấy và xương xung quanh[39] Bất kỳ cấu trúc xương hiện hữu nào (bao gồm cả các mô xung quanh cổ trục của vít cấy được mài nhẵn) cũng phải chịu
tới hai giai đoạn là sự tái hấp thu và sự hình thành xương Hansson so sánh vít cấy
