多材料支架在下颌骨重建中的计算机模拟测试：生物力学优化与骨再生潜力

这篇研究通过有限元分析（FEA）评估了多材料支架（含陶瓷/水凝胶）结合钛或聚乳酸（PLA）固定系统在下颌骨节段性缺损修复中的生物力学表现。研究揭示了支架材料分布（如中部水凝胶、两端陶瓷）和固定装置刚度（Ti-6Al-4V vs PLA）对愈合区域应变的影响，为优化骨再生微环境提供了关键数据。

　　

引言：挑战与创新

下颌骨节段性切除后的重建面临巨大挑战，传统游离腓骨瓣移植存在供区并发症等问题。本研究探索了3D打印多材料支架作为替代方案的潜力，重点分析其设计参数（如孔隙率66%-68%）和材料分布对生物力学微环境的影响。

材料与方法：模型构建与变量设计

通过锥形束CT（CBCT）获取下颌骨数据，建立三维有限元模型模拟4厘米节段缺损。支架采用三种结构（正交A1、45°旋转A2、偏移A3）和两种材料分布（纯水凝胶vs陶瓷-水凝胶-陶瓷分层）。固定系统测试了钛合金（Ti-6Al-4V）和聚乳酸（PLA）的力学表现，加载115N咬合力模拟术后工况。

结果：应变与应力分布特征

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  固定系统：钛和PLA均未超过屈服强度（钛峰值96.8MPa/11%屈服强度，PLA峰值26.1MPa/37%屈服强度）。

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  材料分布：多材料支架使水凝胶区域应变提升至0.7%（纯水凝胶仅0.3%），陶瓷端则因高刚度抑制应变。

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  架构影响：三种支架结构的应变分布无显著差异（中位数应变：A1/A3约0.31%，A2为0.26%）。

讨论：生物力学启示

研究发现多材料支架通过陶瓷端传导力，显著提升中部水凝胶区域的机械应变（0.7%），该值接近文献报道的骨再生最佳范围（0.23%-0.6%）。PLA固定系统因较低刚度，比钛合金更利于产生有益应变。值得注意的是，应变在后部咬合区集中，与前部形成梯度，这与下颌骨生物力学特性一致。

局限与展望

模型未考虑皮质骨正交各向异性及牙周韧带（PDL）的影响，未来需纳入这些因素。增加陶瓷端孔隙率或优化PLA固定板厚度可能进一步提升再生效果。该计算机模型为个性化下颌骨重建提供了可扩展的分析框架。