《Journal of Controlled Release》：Comparing the importance of implant customization vs. usage of a fibular graft using a novel mandibular implant for improved reconstruction: a finite element study
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下颌骨缺损重建中，标准符合性植入物（SCI）结合有限元分析，比较了有无腓骨移植情况下SCI、标准植入物（SI）和定制植入物（CI）的应力应变分布，发现腓骨移植显著降低所有植入物的应力应变，SCI表现接近SI，CI在无移植时更优，但需进一步实验验证临床效果。
作者：Samrat Sagar、B. Ravi、Darshan S. Shah
研究机构：印度孟买印度理工学院机械工程系生物力学、骨科与肌肉骨骼工程（BiOME）实验室
摘要
本研究提出并分析了一种新型标准顺应性植入物（SCI）的设计，该植入物结合了标准植入物（SI）和定制植入物（CI）的优点，用于下颌缺损重建。通过有限元分析，比较了这三种植入物在单侧咬合任务中的性能，包括有无腓骨移植的情况。分析重点关注植入物和固定螺钉的应力和应变分布。
在没有腓骨移植的情况下，CI的最大应力低于SI和SCI。而腓骨移植显著降低了所有植入物的应力和应变值，表明植入物断裂和螺钉松动的可能性较低。虽然SCI看起来很有前景，但使用SI进行重建时，应力值仍在植入物和螺钉材料的失效范围内，应变值也在骨吸收的阈值之内，这表明在有移植支持的情况下，植入物的选择可能不那么关键。
研究得出结论：与植入物定制相比，腓骨移植在下颌重建中起着更重要的作用。然而，对于因合并症而无法接受腓骨移植的患者，定制植入物可能是一个合适的选择。需要进一步改进计算模型并进行实验验证，以评估植入物的临床可行性和长期性能。
引言
下颌骨有助于维持面部对称性和口腔功能。下颌缺损通常由骨肉瘤、咀嚼烟草或在人类攻击和事故中的高速撞击引起，会导致严重的面部畸形，以及言语、咀嚼、吞咽和呼吸功能障碍（Lee等人，2018年）。加快下颌重建对于恢复口腔功能和面部形态至关重要，以便将剩余的骨片保持在原位，并稳定下颌骨（Schupp等人，2007年）。对于有合并症和/或社会经济条件较差的患者，通常使用市售的标准植入物（SI）进行下颌缺损修复（Koper等人，2021年；Wong等人，2016年）；然而，这些植入物由于手动弯曲而缺乏解剖学上的顺应性，导致骨-植入物界面存在微动，从而影响植入物的稳定性（Ramos等人，2011年）。此外，为了匹配患者的解剖结构，在术前或术中反复弯曲SI会在凹槽中产生残余应力（Wu等人，2017年），降低其疲劳性能，导致在循环咀嚼负荷下植入物断裂（Almansoori等人，2020年；Koper等人，2021年；Wong等人，2016年）。除了填补缺损外，植入物还必须在骨愈合阶段承受咀嚼负荷，以确保固定稳定性（Wu等人，2017年）。SI的设计具有多个螺钉孔，这不仅使植入物更加灵活，从而减少骨锚定部位的应变，并确保螺钉-骨界面的稳定性，还允许外科医生在术中选择多个螺钉位置（Narra等人，2014年）。然而，SI的螺钉孔预定义阵列限制了螺钉的放置，导致螺钉应力分布不均，从而可能引起骨或螺钉断裂（Kimura等人，2006年；Seebach等人，2018年）。
相比之下，定制植入物（CI）由于虚拟重建规划，具有更好的解剖学适应性和针对缺损的特定设计（Kimura等人，2006年），在生物力学上优于SI（Gutwald等人，2017年；Lisiak-Myszke等人，2020年；Luo等人，2017年）。然而，CI往往缺乏生物力学分析，导致植入物过于刚性，可能会产生应力屏蔽效应或在螺钉-骨界面引起较高应变，从而导致螺钉松动（Koper等人，2021年；Narra等人，2014年）。此前已有案例显示，在日常咀嚼活动中，CI因应力集中区域而发生断裂（Luo等人，2017年；Shi等人，2021年）。
研究表明，当植入物单独使用而不进行骨移植时，其断裂的可能性更高（Gutwald等人，2017年；Seol等人，2014年；Shibahara等人，2002年）。在某些情况下，不进行骨移植的重建会导致固定螺钉周围的骨吸收，从而影响植入物的稳定性（Yi等人，1999年）。血管化游离皮瓣技术被认为是金标准，因为它无论受体床的状况如何都能促进愈合（Kumar等人，2016年；Wong等人，2016年）。腓骨游离皮瓣一直是下颌重建的常用选择，因为腓骨移植提供了足够的宽度、厚度和体积，使重建后的下颌骨能够终生承受咀嚼负荷（Akashi等人，2019年）。然而，这种技术不适用于有合并症、皮肤质量差或之前有过下肢创伤的患者，或者已经接受或计划接受放射治疗的患者（Kakarala等人，2018年；Koper等人，2021年；Zyl和Fagan，2017年）。
本研究的目的是通过设计一种新型植入物来计算比较腓骨移植与植入物定制的重要性，这种植入物结合了SI在形状因子方面的优势和CI在解剖学顺应性方面的优势，并将其与SI和CI在下颌重建中的表现进行比较，包括有无腓骨移植的情况，以评估咀嚼任务中的植入物失效情况。研究假设使用新提出的植入物可以降低植入物断裂和螺钉松动的可能性，从而确保植入物的更长寿命和稳定性。
材料与方法
本研究考虑了下颌骨中最常见的缺损类型——体部缺损，以比较术后生物力学性能（Moiduddin，2018年）。研究了三种类型的植入物：一种来自商业制造商的标准植入物（SI）、一种完全符合下颌轮廓的定制植入物（CI），以及一种结合了SI和CI优点的新型标准顺应性植入物（SCI）。SI是一种标准下颌植入物（厚度2毫米，Ortho Max，印度），由经验丰富的颌面外科医生弯曲以适应...
结果
在无腓骨移植（NoFG）配置中，SCI在所有任务中的最大应力（σmax）均高于CI（在LGC任务中最高为77.7％），但与SI相似（所有任务中的最大变化<10％，MOL任务中为19.9％）（图3）。与NoFG配置相比，使用腓骨移植（FG）的重建降低了所有类型植入物的最大应力（σmax）。在FG配置中，SCI在所有任务中的最大应力仍高于CI（MOL任务中最高为56.3％），但与SI相似（所有任务中的最大变化<10％）。
讨论
本研究提出了一种新型SCI，结合了SI的结构灵活性和CI的解剖学顺应性，并对其在有无腓骨移植的情况下进行咀嚼任务的生物力学分析。比较了导致植入物失效的两个参数：高应力集中区域（指示断裂部位）和螺钉锚定部位的高应变（指示潜在的螺钉松动）。研究假设...
结论
这项有限元研究表明，在下颌重建中，腓骨移植的重要性大于植入物定制。当与腓骨移植一起使用时，新型标准顺应性植入物表现出与标准植入物相似的生物力学结果。然而，对于健康状况较差的患者，如果必须单独使用植入物而不进行移植，定制植入物可能是更好的选择。需要进一步改进计算模型，并通过实验验证...
利益冲突
本研究不存在可能导致利益冲突的商业关系。作者与其他个人或组织之间没有财务或个人关系，这些关系可能不恰当地影响本研究。作者声明没有需要声明的竞争利益。
致谢
作者感谢印度纳维孟买MGM牙科学院的Suraj Ahuja副教授在植入物设计方面的帮助。
