《Journal of Plant Physiology》：Osseointegration dynamics of mandibular patient-specific implants: A mechanoregulation-based finite element study
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通过机械调控有限元模型模拟 mandibular PSI 骨整合动态，发现骨整合从种植体远端向近端进展，术后1年QCT骨密度定量分析显示模型预测与实测数据呈中等正相关（Spearman ρ=0.61, P=0.004）。
Saeideh Kohansal|Farzam Farahmand|Alireza Parhiz|Morad Karimpour|Mohammad Nikkhoo
伊朗德黑兰伊斯兰阿扎德大学科学与研究分部生物医学工程系博士候选人
摘要
问题陈述
使用患者特定植入物（PSIs）进行下颌重建时，实现牢固且持久的固定仍然是一个主要挑战。大多数先前的研究都集中在初始的机械稳定性上，而对骨-植入物界面上生物固定的时间依赖性进展关注较少。
目的
这项单例研究的目的是利用基于机械调节的有限元模型（FEM）来探讨下颌PSI的骨整合动态，以及预测的生物固定行为与特定设计和螺钉配置之间的关系。研究假设模型对骨整合时空模式的预测与术后定量计算机断层扫描（QCT）得到的假体周围骨密度（BMD）结果之间会有很好的一致性。
材料与方法
设计并制作了一个带有扩展固定翼的部分下颌PSI，并将其植入一名19岁患者体内（该患者接受了半下颌切除术）。结合了基于体素的FEM和机械调节算法，在十个4周的时间步长内模拟界面组织的成熟过程，使用局部微运动和间隙作为机械刺激来更新成熟度指数（MLI）。最终得到的MLI分布结果与术后1年的QCT数据中的假体周围BMD进行了比较，包括逐元素Spearman相关性分析（α=.05）。
结果
骨整合从固定翼的远端开始，并向近端逐渐进展，24周时覆盖了约30%的翼面积，大约36周时覆盖了80%以上。40周时的骨整合模式与术后1年的QCT数据中的BMD分布一致，显示出中等的正相关性（Spearman ρ=0.61，P=.004）。
结论
骨整合动态的模拟表明，在所研究的治疗方案中，骨整合是从远端向近端进行的，并且在截骨边缘附近的成熟过程有所延迟。此外，研究表明，形成具有机械性能的层状界面所需的时间超过了理想化的16周。
部分内容摘录
材料与方法
数据来自一名19岁的女性患者，她因右侧大型成釉细胞瘤在Sina医院接受了半下颌切除术和PSI重建（图1）。已获得书面知情同意，该研究已获得大学伦理委员会的批准（IR.TUMS.MEDICINE.REC.1401.374）。
根据术前QCT数据（Brilliance 64；Philips）重建了一个3D下颌模型，切片厚度为0.4毫米。
结果
在最初的纯机械固定状态下，下颌骨中的von Mises应力在冠突区域较高，最大值为25 MPa，而在下颌体部的最大值为10 MPa；局部应力集中出现在肌肉附着部位（图5A）。在PSI中，应力总体较低，但在固定翼附近，靠近与主体连接处的近端下方出现了最大130 MPa的应力（图5B）。近端螺钉也受到了相应影响。
讨论
尽管生物固定在下颌重建中起着核心作用，但PSI的设计很少从骨整合的角度进行过研究。本研究使用基于机械调节的FEM来模拟下颌PSI的骨整合动态。计算预测结果与术后1年的假体周围BMD分布在定性上较为一致，逐元素分析显示最终MLI与QCT得到的BMD之间存在中等的正相关性。
结论
基于这项基于机械调节的FEM研究的结果，得出以下结论：
1. 模拟显示骨整合是从远端向近端进行的，并且在截骨边缘附近的成熟过程有所延迟。最终结果与术后1年的QCT得到的假体周围BMD分布一致，显示出逐元素的中等正相关性。尽管仅针对单一患者，但这些发现表明此类模型可以作为生成假设的工具。伦理批准声明
本研究已获得德黑兰医科大学伦理委员会的批准（批准编号：IR.TUMS.MEDICINE.REC.1401.374）。所有程序均符合涉及人类受试者的医学研究的赫尔辛基宣言。
患者同意
在研究开始前，患者已了解相关程序并提供了书面知情同意。
