供稿人：田玉聰、王玲 供稿單位：機械制造系統(tǒng)工程國家重點實驗室 發(fā)布日期：2021-07-27
由創(chuàng)傷，感染和手術(shù)切除腫瘤引起的下頜節(jié)段性缺陷，不僅關(guān)系到面部輪廓和形狀的維持，而且嚴重影響患者口腔的咀嚼、言語和吞咽功能。下頜骨缺損的重建已成為口腔頜面部外科手術(shù)中一直關(guān)注的臨床問題。下頜骨缺損的修復不僅需要恢復其生理功能，而且還應考慮其解剖形狀和美學效果。
對于修復下頜缺損的植入物設計，傳統(tǒng)的面向形狀的仿生設計已逐漸轉(zhuǎn)變?yōu)楣δ芊律O計。考慮到個體差異和疾病復雜性，提倡定制設計以促進功能和美學的恢復。此外，隨著增材制造技術(shù)的進步，3D打印為定制植入物的制造提供了技術(shù)支持，并引起了生物醫(yī)學應用的極大興趣。
這項研究的目的是開發(fā)一種用于3D打印PEEK植入物和腓骨自體移植的新型功能設計方法，用于嚴重的下頜骨缺損。
圖1 患者下頜骨缺損修復流程
圖2下頜骨缺損修復植入物的設計工作流程
一名39歲的男性CT掃描顯示右下頜骨有一個71mm×31mm×22mm的腫瘤，使用Mimics軟件從CT數(shù)據(jù)構(gòu)建下頜骨和腫瘤的3D模型，并對腫瘤和相應的下頜節(jié)進行模擬切除。在滿足安全性、功能性和形狀一致性三個設計標準的情況下，使用腓骨自體植骨與3D打印PEEK植入物的結(jié)合的方法修復下頜缺損。
設計工作流程如圖2所示，首先，在缺損區(qū)域進行關(guān)鍵特征參數(shù)（LR，LM，LL，α，β）的采集，以指導以后的腓骨采樣。其次，基于上述參數(shù)，生成腓骨和血管的3D模型，并根據(jù)咬合基準和三個高度參數(shù)（hR，hM，hL）確定空間位置。第三，腓骨節(jié)段的固定通過設計完全匹配腓骨的固定板完成。最后，用布爾運算對原始的下頜骨和腓骨建立PEEK植入物的宏觀形狀，并通過螺釘將假體固定在下頜骨和腓骨周圍。
通過有限元分析研究了各種咀嚼運動下頜重建的生物力學行為和力學生物學特性，結(jié)果顯示每個部件的最大Von Mises應力低于相應材料的屈服強度，安全系數(shù)大于2.3倍，表明可以保證修復方法的安全性。最后，將這種新型修復方法應用于臨床，取得了良好的臨床效果。