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(yán)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(fù)不僅需要恢復(fù)其生理功能，而且還應(yīng)考慮其解剖形狀和美學(xué)效果。
對于修復(fù)下頜缺損的植入物設(shè)計，傳統(tǒng)的面向形狀的仿生設(shè)計已逐漸轉(zhuǎn)變?yōu)楣δ芊律O(shè)計。考慮到個體差異和疾病復(fù)雜性，提倡定制設(shè)計以促進(jìn)功能和美學(xué)的恢復(fù)。此外，隨著增材制造技術(shù)的進(jìn)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(xué)應(yīng)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(shè)計方法，用于嚴(yán)重的下頜骨缺損。
圖1 患者下頜骨缺損修復(fù)流程
圖2下頜骨缺損修復(fù)植入物的設(shè)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(yīng)的下頜節(jié)進(jìn)行模擬切除。在滿足安全性、功能性和形狀一致性三個設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)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(fù)下頜缺損。
設(shè)計工作流程如圖2所示，首先，在缺損區(qū)域進(jìn)行關(guān)鍵特征參數(shù)（LR，LM，LL，α，β）的采集，以指導(dǎo)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(zhǔn)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(shè)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(xué)行為和力學(xué)生物學(xué)特性，結(jié)果顯示每個部件的最大Von Mises應(yīng)力低于相應(yīng)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(fù)方法的安全性。最后，將這種新型修復(fù)方法應(yīng)用于臨床，取得了良好的臨床效果。