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本文通过有限元建模，对比评估了预弯钛合金微型板（MP）与后部预弯重建板联合前部微型板（MIX）在下颌骨重建中的一期固定稳定性。研究模拟了单侧与切牙咬合负载，分析了骨段间应变与板内应力分布。结果表明，MIX配置在维持生物力学性能的同时，有利于术后牙科康复，且预弯过程不影响骨愈合应变环境，为临床提供了一种兼具机械效能与手术便利的固定方案。
1 引言
下颌骨重建是颌面外科常见手术，主要采用腓骨游离皮瓣进行骨性重建。当前重建策略可分为两类：一是使用术前制作的个性化导板及患者专用接骨板；二是使用术中或术前弯曲成形的接骨板。前者能缩短手术时间并提高精度，而后者更具成本效益，减少术前等待时间，且与较高的骨性愈合率相关。
无论采用哪种策略，模块化设计的微型板因其便于经口内入路拆除而被广泛应用。接骨板的拆除通常在牙科康复前进行，以避免固定材料与牙科植入物相互干扰。既往针对个性化接骨板的研究表明，后部钛合金重建板联合前部钛合金微型板的组合在生物力学特性、手术可行性和临床结局方面具有独特优势。相比之下，尽管预弯钛合金微型板在临床实践中常规使用，并已在体外和临床研究中被证实可作为预弯重建板的可行替代方案，但预弯重建板与预弯微型板组合的生物力学特性尚未得到评估。
因此，本研究旨在评估单独使用预弯常规微型板，以及将其与后部预弯钛合金重建板联合使用时的一期固定稳定性。为了考量预弯过程产生的生物力学效应，研究还将预弯配置与形状相同但无预弯应力的患者专用接骨板配置进行了比较。
2 材料与方法
2.1 有限元模型创建
基于一名57岁女性口腔鳞状细胞癌患者的术前CT扫描数据，建立了下颌骨重建的有限元模型。模型包含一段L型游离腓骨移植段，长度为5 cm，根据临床指南从右侧下颌角放置至右侧尖牙区域。使用Amira 6.0.1软件进行图像分割和网格划分。
2.2 固定配置
研究评估了两种固定方案：
- 1.
MP配置：使用四块1.0 mm厚的钛合金微型板，前、后部各两块。
- 2.
MIX配置：联合使用一块缩短的后部7孔2.0 mm钛合金重建板与两块前部1.0 mm厚的钛合金微型板。
为评估预弯的生物力学效应，每种配置均在两种状态下进行研究：一是包含预弯过程的预弯配置；二是形状相同、但通过删除塑性应力模拟的患者专用接骨板配置。
2.3 网格划分与收敛性测试
接骨板使用二次六面体单元（C3D20R）划分网格，以支持在Abaqus CAE 2021中重新导入预弯板。对微型板进行了网格收敛性测试，最终所有接骨板均采用0.3 mm的网格尺寸以确保一致性。下颌骨和螺钉则使用二次四面体单元（C3D10）划分网格。
2.4 边界与载荷条件
模拟了单侧咬合和切牙咬合两种任务。髁突在所有方向上被固定以模拟其在关节窝中的位置。参与的肌肉包括浅层与深层咬肌、前中后颞肌、以及内外侧翼肌。考虑到切除侧的情况，浅层咬肌被假定为切除，深层咬肌活性降低50%。所有肌肉最大力被缩放至12.5%以模拟术后状况，产生的单侧咬合力约为40 N。
2.5 材料属性
所有接骨板均为纯钛，建模为直至屈服点的各向同性线弹性行为，以及屈服点后的各向同性线塑性行为。螺钉为Ti6Al4V钛合金，建模为各向同性线弹性。皮质骨被赋予各向异性线弹性属性，而松质骨、牙本质和肉芽组织则建模为各向同性线弹性。
2.6 输出评估
主要评估愈合区域的机械主应变，作为骨形成的预测指标。同时评估了von Mises应力的峰值，以评估材料失效的风险。通过排除操作和统计方法（如ROUT方法）处理了应变和应力的异常值。
3 结果
3.1 咬合力与应变分布
预测的咬合力在切牙咬合时为9-10 N，单侧咬合时为38-40 N。
骨段间应变的云图显示，后部应变在单侧咬合时受刺激最大，而前部应变在切牙咬合时受刺激更大。
在后部区域，与局部微型板固定相比，使用重建板固定增加了单侧和切牙咬合下的骨段间应变。然而，预弯过程对局部后部骨段间应变水平影响甚微。
在前部区域，局部微型板固定下的骨段间应变不受后部固定系统（短重建板或微型板）的影响，与后部区域类似，前部应变也不由预弯过程决定，而主要受咬合任务影响。因此，在两个骨段间隙中，应变均不受预弯过程的影响。
3.2 微型板中的应力分布
预弯过程在微型板中诱发了比重建板更高的应力。微型板的峰值von Mises应力超过了钛的屈服应力（340 MPa），这与微型板经历的最大弯曲角度达32°且方向多变有关。相比之下，后部重建板的最大变形角度仅为5.5°，预弯后的峰值应力约为305 MPa，处于钛的弹性阶段。
在因弯曲过程而预应力超过屈服点的接骨板中，咬合任务的执行导致了von Mises应力的适度下降。相反，在应力低于屈服应力的接骨板中，峰值应力因咬合模拟而略有增加。
在形状相同的患者专用板中，仅观察到中度的弹性应力，最大值低于60 MPa，且后部微型板比后部重建板表现出更高的峰值应力。
4 讨论
本研究通过建立的in silico工作流程评估了预弯微型板单独使用以及与后部短重建板联合使用时的生物力学性能。结果表明，后部预弯重建板联合两块平行前部预弯微型板（MIX）的配置，是使用四块钛合金微型板（MP）固定方案的可行替代方案，且预弯过程不影响骨段间应变。
机械刺激，特别是骨段间应变，已被证明会影响愈伤组织的骨形成。本研究证实，预弯微型板配置与形状相同的患者专用配置产生了相似的骨段间应变。更重要的是，MIX配置将两个愈合区域的应变水平最大化至与既往报道中与成功骨愈合结局相关的预弯重建板应变水平相当。基于此，可以预期采用后部常规重建板联合前部微型板的配置会因其相似的机械环境而产生成功的愈合反应。这与既往临床研究报告的预弯重建板与微型板在愈合结局上无差异的结果一致。
然而，在后部区域，局部微型板固定下的骨段间应变低于局部重建板固定，这与先前对患者专用重建板和微型板的研究结果一致。因此，在本研究的单段重建情况下，后部重建板固定可能比后部微型板更能优化后部愈合结局。
在应力方面，患者专用板仅承受最高58 MPa的中度弹性应力，而预弯后部重建板承受了超过300 MPa的上限弹性应力，预弯微型板则部分承受了超过340 MPa的塑性应力。在所有配置中，后部微型板均表现出比后部重建板更高的板内应力。这主要归因于为适应解剖形态所需的弯曲角度不同：市售重建板已预制成适应下颌角形状，仅需最大5.5°的弯曲；而笔直的后部微型板则需要承受高达32°的多向弯曲。更大的弯曲角度可能是预弯后部微型板应力高于后部短预弯重建板的原因。
值得注意的是，在需要大弯曲角度的区域（如下颌骨重建中的前部区域），更薄的微型板可能比更厚的重建板更具应力耐受性。因此，从生物力学角度看，在仅需小角度弯曲的后部使用预弯重建板，而在适应大角度弯曲的前部使用微型板，是一种合适的组合配置。
从临床角度看，此组合也具合理性。牙科康复前，通常需要拆除前部牙齿承载区的接骨板以避免与牙科植入物干扰。前部模块化设计的微型板便于经口内门诊拆除，而后部重建板通常无需拆除。因此，联合使用前部预弯微型板与后部短预弯重建板，是在确保机械完整性的同时，为牙科康复提供便利的合适方案。
当然，本研究仅以单一病例为例，在推广生物力学结论方面存在局限。然而，该病例是从较大队列中选出的代表性案例。未来研究需在更大患者队列中验证这些发现，并考虑疲劳载荷的影响。
总之，在本研究选择的单段重建情况下，预弯后部重建板联合前部预弯微型板的组合，相较于单独使用预弯微型板的固定配置，兼具机械与临床优势，可被视为一种临床替代方案。若使用患者专用接骨板，则可通过确保峰值应力处于弹性阶段来降低板失效风险。预弯过程本身并未导致骨段间应变的差异。
