供稿人：田玉聪、王玲 供稿单位：机械制造系统工程国家重点实验室 发布日期：2021-07-27
由创伤，感染和手术切除肿瘤引起的下颌节段性缺陷，不仅关系到面部轮廓和形状的维持，而且严重影响患者口腔的咀嚼、言语和吞咽功能。下颌骨缺损的重建已成为口腔颌面部外科手术中一直关注的临床问题。下颌骨缺损的修复不仅需要恢复其生理功能，而且还应考虑其解剖形状和美学效果。
对于修复下颌缺损的植入物设计，传统的面向形状的仿生设计已逐渐转变为功能仿生设计。考虑到个体差异和疾病复杂性，提倡定制设计以促进功能和美学的恢复。此外，随着增材制造技术的进步，3D打印为定制植入物的制造提供了技术支持，并引起了生物医学应用的极大兴趣。
这项研究的目的是开发一种用于3D打印PEEK植入物和腓骨自体移植的新型功能设计方法，用于严重的下颌骨缺损。
图1 患者下颌骨缺损修复流程
图2下颌骨缺损修复植入物的设计工作流程
一名39岁的男性CT扫描显示右下颌骨有一个71mm×31mm×22mm的肿瘤，使用Mimics软件从CT数据构建下颌骨和肿瘤的3D模型，并对肿瘤和相应的下颌节进行模拟切除。在满足安全性、功能性和形状一致性三个设计标准的情况下，使用腓骨自体植骨与3D打印PEEK植入物的结合的方法修复下颌缺损。
设计工作流程如图2所示，首先，在缺损区域进行关键特征参数（LR，LM，LL，α，β）的采集，以指导以后的腓骨采样。其次，基于上述参数，生成腓骨和血管的3D模型，并根据咬合基准和三个高度参数（hR，hM，hL）确定空间位置。第三，腓骨节段的固定通过设计完全匹配腓骨的固定板完成。最后，用布尔运算对原始的下颌骨和腓骨建立PEEK植入物的宏观形状，并通过螺钉将假体固定在下颌骨和腓骨周围。
通过有限元分析研究了各种咀嚼运动下颌重建的生物力学行为和力学生物学特性，结果显示每个部件的最大Von Mises应力低于相应材料的屈服强度，安全系数大于2.3倍，表明可以保证修复方法的安全性。最后，将这种新型修复方法应用于临床，取得了良好的临床效果。