3D打印PEEK材料与传统的游离腓骨瓣在颌面重建中的应用：一项比较性临床研究

《Frontiers in Oncology》：3D-printed PEEK versus conventional free fibula flap for jaw reconstruction: a comparative clinical study

下颌重建中3D打印PEEK植入物与自体 fibula皮瓣的疗效对比显示，PEEK组手术时间更短但感染率更高，需联合皮瓣进行补救。

　　在现代医学领域，面部骨骼的重建是修复因肿瘤、创伤、感染或先天畸形等导致的下颌结构破坏的重要手段。下颌作为面部的重要组成部分，不仅影响患者的咀嚼、发音和面部外观，还对整体生活质量与心理健康产生深远影响。因此，选择合适的材料和技术对于实现理想的重建效果至关重要。近年来，随着3D打印技术的快速发展，聚醚醚酮（PEEK）作为一种高性能的医用材料，因其独特的生物相容性、机械性能和可塑性，逐渐被应用于复杂的下颌重建中。本研究旨在评估PEEK在下颌重建中的应用价值，并与传统的游离腓骨瓣（FFF）方法进行对比分析，以探讨其在临床中的可行性与优势。

在传统的下颌重建方法中，游离腓骨瓣（FFF）是一种广泛采用的技术。该方法通过从患者腿部取下腓骨，将其移植至下颌区域，从而实现骨和软组织的同步修复。尽管FFF具有较好的骨整合能力，但其也存在一些明显的局限性。首先，手术过程中需要从患者身体其他部位取骨，这可能导致供体部位的并发症，如慢性疼痛、感染、感觉功能障碍以及下肢功能受损等。其次，由于腓骨的形态与下颌并不完全匹配，因此常常需要复杂的术中塑形，这不仅增加了手术时间，还提高了麻醉风险。此外，FFF手术通常涉及血管吻合操作，这在一定程度上增加了手术成本和操作难度。鉴于这些挑战，医学界一直在探索更优的替代方案，以提高手术效率、减少并发症并改善患者预后。

在此背景下，PEEK作为一种新型的生物相容性材料，因其与人体骨骼弹性模量相近（约为3–4 GPa），相较于钛合金（弹性模量约为110 GPa）更接近天然骨的机械特性，从而能够减少应力屏蔽现象，促进更自然的生理载荷传递。同时，PEEK具有良好的抗疲劳性和耐腐蚀性，能够在长期使用中保持结构稳定性。此外，其半透明性使得影像学检查更加清晰，便于术中评估和术后随访。结合3D打印技术，PEEK能够被制成患者特异性植入物，以精确匹配下颌缺损的解剖结构，从而实现个性化的治疗方案。这些特性使得PEEK成为一种极具潜力的下颌重建材料，尤其是在处理复杂和不规则缺损时。

本研究回顾性分析了2019年8月至2023年12月期间，在浙江省人民医院头颈外科接受下颌重建的16名患者。其中，8名患者接受了FFF手术，8名患者则采用了3D打印PEEK植入物进行重建。通过对两组患者的临床数据、手术过程和术后恢复情况进行对比分析，研究评估了PEEK在下颌重建中的应用效果。结果显示，在FFF组中，有6名男性和2名女性患者（平均年龄40.8±21.2岁），成功完成了下颌缺损的修复。然而，其中一名患者因术后感染无法控制，不得不移除钛板。相比之下，PEEK组包括5名男性和3名女性患者（平均年龄56.3±12.6岁），有6名患者在随访期间达到了满意的重建效果，包括准确的下颌形态恢复和良好的咬合功能，最终顺利出院。不过，PEEK组中有两名患者出现了继发性感染，需要移除植入物并采用FFF进行二次重建。从手术时间来看，PEEK组明显优于FFF组（p < 0.05），这表明PEEK在手术效率方面具有显著优势。尽管PEEK组在术中失血量、术后引流以及BMI下降方面表现出较低的数值，但这些差异并未达到统计学意义，可能与样本量较小有关。

进一步分析显示，两组患者在年龄、性别、肿瘤直径、术中失血量、术后引流以及BMI下降等方面均无显著差异。然而，PEEK组患者的平均年龄显著高于FFF组，且手术时间明显缩短。这表明PEEK在处理年龄较大的患者群体时可能具有更好的适应性，同时其快速成型和精确匹配的特性也有助于提高手术效率。此外，PEEK组的术后并发症发生率略高于FFF组，主要表现为感染问题，这在一定程度上影响了其临床应用的稳定性。值得注意的是，尽管PEEK组中有两名患者因感染需要移除植入物并转为FFF重建，但最终仍取得了良好的恢复效果。这说明，在感染得到有效控制的前提下，FFF可以作为PEEK重建失败后的有效补救手段。

在临床应用中，PEEK的优点主要体现在以下几个方面。首先，其高度的生物相容性使其能够在人体内长期稳定存在，减少排异反应和组织炎症的发生。其次，PEEK的可塑性允许根据患者的个体解剖特征进行定制化设计，从而实现更精确的下颌形态恢复。此外，3D打印技术的应用使得PEEK植入物的制造更加高效和个性化，降低了传统手工塑形的复杂性和时间成本。然而，PEEK也存在一些需要克服的挑战。例如，其生物惰性可能影响骨整合和骨重塑过程，导致长期使用中出现骨吸收或植入物松动等问题。同时，PEEK的抗菌性能相对较弱，容易引发感染，这在临床实践中是一个重要的限制因素。因此，如何提高PEEK的生物活性和抗菌能力，成为未来研究的重点方向。

从技术角度来看，PEEK的3D打印过程需要精确的影像学评估和个性化设计。术前通过增强CT和MRI进行下颌缺损的详细评估，随后利用3D重建技术确定植入物的几何形状。这一过程不仅提高了手术的精准度，还减少了术中对患者组织的损伤。对于PEEK组患者，术中还需使用定制化的骨切割引导器，以确保植入物的准确放置和固定。而在FFF组中，术前同样设计了骨切割引导器，以便于术中对腓骨进行精确塑形。总体而言，3D打印技术的应用在两个组别中都发挥了重要作用，使得手术过程更加可控和高效。

在术后恢复方面，PEEK组患者的整体恢复情况较为理想。大多数患者在术后能够维持正常的咀嚼和发音功能，并且在短期内实现了良好的下颌形态恢复。然而，感染仍然是PEEK植入物面临的主要问题。尽管PEEK本身具有良好的生物相容性，但其表面特性可能不足以有效抵御细菌的附着和生长。因此，研究者们正在探索通过表面改性技术，如在PEEK植入物表面涂覆银纳米颗粒（AgNPs）等抗菌材料，以提高其抗感染能力。此外，PEEK的制造成本较高，这也是其在临床推广过程中需要考虑的一个重要因素。尽管如此，随着材料制造技术的进步和成本的逐步降低，PEEK的应用前景依然广阔。

在讨论部分，研究者还分析了FFF和PEEK方法在不同情况下的适用性。对于良性病变，FFF仍然是首选的治疗方法，因为它能够提供良好的骨和软组织修复效果。然而，对于恶性肿瘤患者，由于需要进行同步的淋巴结清扫和肿瘤切除，FFF的手术复杂性可能进一步增加。相比之下，PEEK的使用可以简化手术流程，减少对供体部位的依赖，从而降低手术风险。此外，PEEK的使用还可以避免因供体部位问题导致的术后并发症，如供体部位的慢性疼痛和感觉功能障碍。因此，在处理恶性肿瘤患者时，PEEK可能具有更高的手术效率和更好的患者体验。

尽管PEEK在手术效率和患者恢复方面表现出色，但其仍然面临一些关键的挑战。首先，感染问题仍然是PEEK植入物的主要障碍。在本研究中，PEEK组中有两名患者因感染导致植入物移除，这表明需要进一步优化PEEK的抗菌性能。其次，PEEK的生物惰性可能影响其与周围组织的整合能力，导致长期使用中出现骨吸收或植入物松动等问题。因此，研究者们正在尝试通过材料表面改性和添加生物活性分子，来提高PEEK的生物活性，促进骨整合和组织再生。此外，PEEK在支持牙齿种植方面存在一定的局限性，这使得其在年轻患者群体中的应用受到一定限制。对于希望进行长期牙齿修复的患者，FFF可能仍然是更优的选择。

另一个值得关注的问题是PEEK植入物的术中适应性。由于PEEK是预先成型的材料，其在面对术中突发情况时可能缺乏足够的灵活性。例如，当术中发现实际缺损与术前评估存在差异时，可能需要额外的软组织修复操作，这增加了手术的复杂性。因此，如何在保持PEEK优越性能的同时，提高其在术中应对突发情况的能力，是未来研究的重要方向。此外，PEEK的使用对医疗团队的技术水平提出了更高的要求，需要具备专业的3D建模和打印能力，以及丰富的外科手术经验。这在一定程度上限制了其在基层医疗机构中的广泛应用。

本研究的局限性主要包括样本量较小和随访时间较短。由于病例数量有限，研究结果可能无法全面反映PEEK在不同患者群体中的长期效果。此外，随访时间相对较短，可能无法充分评估PEEK植入物在长期使用中的稳定性。因此，未来需要更大规模的前瞻性研究，以进一步验证PEEK在下颌重建中的应用价值。同时，研究还指出，患者的病理特征和治疗方式（如放疗）可能对术后恢复产生影响，这些因素需要在未来的临床研究中得到更深入的探讨。

总体而言，PEEK作为一种新兴的下颌重建材料，凭借其良好的生物相容性、机械性能和可塑性，展现出广阔的应用前景。结合3D打印技术，PEEK能够实现高度个性化的植入物设计，从而提高手术的精准度和效率。然而，感染问题仍然是其临床应用中的主要挑战，需要通过材料改性和表面处理等技术手段加以改善。此外，PEEK在支持牙齿种植和应对术中突发情况方面仍存在一定的局限性，这可能影响其在某些患者群体中的适用性。因此，未来的研究应着重于提升PEEK的生物活性和抗菌性能，同时探索其在复杂手术中的适应性，以期实现更广泛和更安全的临床应用。

随着生物医学材料的不断发展，PEEK的性能有望得到进一步优化，以克服当前存在的不足。例如，通过在PEEK植入物中添加生物活性分子或采用新型表面处理技术，可以提高其与周围组织的整合能力，从而减少骨吸收和植入物松动的风险。此外，提高PEEK的抗菌性能，使其在感染高风险的患者中也能发挥良好的作用，是未来研究的重要方向。这些改进不仅有助于提高PEEK在下颌重建中的成功率，还可能拓展其在其他骨科手术中的应用范围。

同时，随着3D打印技术的不断进步，PEEK植入物的制造工艺将更加成熟和高效，从而降低其成本并提高可及性。这将有助于其在更多医疗机构中的推广，特别是在那些具备先进设备和技术支持的医院。此外，PEEK的个性化设计特性使其能够更好地适应不同患者的解剖结构，提高手术的成功率和患者满意度。然而，这一过程仍然需要高度专业的医疗团队进行操作，因此，如何培养相关人才、提高技术普及度，将是推动PEEK广泛应用的关键。

综上所述，3D打印技术为PEEK在下颌重建中的应用提供了新的可能性。尽管目前仍存在一些技术挑战和临床限制，但PEEK的生物相容性、机械性能和可塑性使其成为一种极具潜力的替代方案。未来的研究应进一步优化其性能，提高其在复杂手术中的适应性，并探索其在更广泛患者群体中的应用价值。通过不断的技术创新和临床实践，PEEK有望成为下颌重建领域的重要工具，为患者提供更高效、更安全的治疗选择。