陳虹瑜 代燕 曲竹麗 趙華強(qiáng)

在頜面部外傷中，顴骨復(fù)合體骨折較多見，約占面部損傷的19%～40%[1]。顴骨為連接上頜骨與腦顱骨之間的主要支柱，近似四邊形，與上頜骨、額骨、蝶骨和顳骨相連接。顴骨骨折嚴(yán)重影響患者的面部外形和功能。顴骨骨折后的固定部位和放置鈦板的數(shù)目仍存在爭(zhēng)議。

本實(shí)驗(yàn)旨在通過三維有限元模型，模擬一點(diǎn)（顴牙槽嵴）鈦板內(nèi)固定、三點(diǎn)（顴牙槽嵴、顴額縫、眶下緣）鈦板內(nèi)固定，并進(jìn)行生物力學(xué)分析，為單純顴骨骨折固定方式的選擇提供理論依據(jù)；模擬顴牙槽嵴一點(diǎn)固定方式下鈦板固定與可吸收板固定，進(jìn)行生物力學(xué)分析，為單純顴骨骨折固定材料的選擇提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 對(duì)象

1.2 設(shè)備及軟件

鈦板、鈦釘（慈溪市慈北口腔醫(yī)療器械有限公司）；可吸收接骨板（日本Gunze公司）。

電子計(jì)算機(jī)（英特爾奔騰雙核處理器2.8G CPU，Windows XP 系統(tǒng)）；Sensation 16層螺旋 CT（德國(guó)SIEMENS公司），掃描層厚0.75 mm。

Mimics軟件（比利時(shí) Materialise公司）；MSC.Marc有限元軟件（美國(guó)MSC公司）；UGNX6.0軟件。

1.3 單純顴骨骨折堅(jiān)強(qiáng)內(nèi)固定的三維有限元模型

將顴上頜骨原始CT圖像以Dicom 3.0格式導(dǎo)入Mimics軟件中，通過三維重建，生成顴上頜骨的三維模型。遵循封閉和單獨(dú)個(gè)體的原則，由mask創(chuàng)建顴骨模型后，利用Mimics對(duì)該模型進(jìn)行簡(jiǎn)單的修改和優(yōu)化。

根據(jù)研究需要，應(yīng)用UGNX6.0等軟件將已構(gòu)建好的內(nèi)固定系統(tǒng)三維模型裝配到顴上頜骨模型上（左側(cè)），固定方式有三種：顴牙槽嵴一點(diǎn)L型鈦板內(nèi)固定、三點(diǎn)鈦板內(nèi)固定（顴牙槽嵴處采用左側(cè)L型鈦板，顴額縫處采用四孔鈦板，眶下緣處采用四孔微型鈦板）和顴牙槽嵴一點(diǎn)可吸收板固定。利用Mimics、MSC.Marc等軟件對(duì)顴骨、內(nèi)固定系統(tǒng)的表面模型進(jìn)行網(wǎng)格劃分及處理，同時(shí)考慮皮質(zhì)骨、松質(zhì)骨、鈦板和可吸收板各材料的彈性模量和泊松比（表1）。

表1 模型各部位的彈性模量與泊松比[2-3]Table 1 Modulus of elasticity and Poisson ratio of different parts

最終生成具有材料屬性的顴骨骨折堅(jiān)強(qiáng)內(nèi)固定三維有限元模型（圖1-3）。一點(diǎn)鈦板固定三維有限元模型由21339個(gè)節(jié)點(diǎn)和85720個(gè)單元組成；三點(diǎn)鈦板固定三維有限元模型由28613個(gè)節(jié)點(diǎn)和113655個(gè)單元組成；一點(diǎn)可吸收板固定三維有限元模型由32837個(gè)節(jié)點(diǎn)和129206個(gè)單元組成。模型材料的力學(xué)特性為均質(zhì)、連續(xù)和各向同性，各單元有足夠的穩(wěn)定性。

圖1 一點(diǎn)L形鈦板固定三維有限元模型Fig.1 Three-dimensional finite element model of one point L-type titanium plate fixation

圖2 三點(diǎn)鈦板固定三維有限元模型Fig.2 Three-dimensional finite element model of three points titanium plate fixation

圖3 一點(diǎn)可吸收板固定三維有限元模型Fig.3 Three-dimensional finite element model of one point absorbable plate fixation

1.4 一點(diǎn)與三點(diǎn)鈦板固定單純顴骨骨折的三維有限元分析

1.4.1 工況設(shè)定

1.4.2 邊界條件

設(shè)定坐標(biāo)系：水平自右向左為X軸正向，水平自后向前為Y軸正向，垂直自下向上為Z軸正向。對(duì)咬肌附著骨面進(jìn)行約束，在X、Y、Z軸三個(gè)方向上的位移均設(shè)為0（剛性約束）。

1.4.3 載荷設(shè)定

咬肌淺層起自上頜骨顴突和顴弓下緣的前2/3，根據(jù)實(shí)際解剖位置，在模型上確定咬肌附著的節(jié)點(diǎn)位置。具體形式為將肌力設(shè)定為集中力的形式，分解為X、Y、Z軸向力。肌力大小與肌肉的橫截面積有關(guān)，根據(jù)公式 Mir=Xmi×K×EMGmi[4-5]，得到各個(gè)肌力的最大值。加載力值為正常咀嚼活動(dòng)時(shí)使用的力量，約為最大肌力的一半。

1.5 一點(diǎn)式與可吸收板一點(diǎn)固定單純顴骨骨折的有限元分析

選用已建立的一點(diǎn)鈦板單純顴骨骨折內(nèi)固定系統(tǒng)三維有限元模型和一點(diǎn)可吸收板內(nèi)固定系統(tǒng)三維有限元模型，在MSC.Marc軟件中進(jìn)行力學(xué)分析。約束條件、加載方式同1.4部分。

2 結(jié)果

2.1 判定標(biāo)準(zhǔn)

當(dāng)骨折斷端相對(duì)位移不超過0.15 mm時(shí)，才可能保證骨折愈合[6]。在比較不同固定方式時(shí)，選取左側(cè)顴骨下端與上頜骨連接處、左側(cè)眶下緣和左側(cè)眶外側(cè)緣3個(gè)標(biāo)志點(diǎn)的總位移最大值，作為衡量位移的主要指標(biāo)。

von Mises應(yīng)力是一種基于剪切應(yīng)變能力的等效應(yīng)力，可以體現(xiàn)鈦板在受力時(shí)發(fā)生的形變。在比較不同固定方式和不同咬狀態(tài)時(shí)，選取von Mises等效應(yīng)力作為衡量應(yīng)力水平的主要指標(biāo)。

2.2 不同固定方式模型的位移分布

一點(diǎn)顴牙槽嵴固定時(shí)，剪切向位移距離最大為0.121 mm（LMOL）；三點(diǎn)板固定時(shí)，剪切向位移距離最大為 0.061 mm（ICP）。

2.3 不同固定方式模型的應(yīng)力分布

圖4 一點(diǎn)L形鈦板固定時(shí)的應(yīng)力分布（ICP）Fig.4 Stress distribution of one point L-type titanium plate fixation

圖5 三點(diǎn)鈦板固定時(shí)的應(yīng)力分布（ICP）Fig.5 Stress distribution of three points titanium plate fixation

2.4 兩種不同材料模型的位移分布

一點(diǎn)鈦板固定的位移結(jié)果同2.2；一點(diǎn)可吸收板的剪切向最大位移距離0.0926 mm（LMOL）。

2.5 兩種不同材料模型的應(yīng)力分布

一點(diǎn)顴牙槽嵴鈦板固定的應(yīng)力分布結(jié)果同2.3（圖6）；一點(diǎn)可吸收板固定時(shí)，鈦板上最大應(yīng)力位于上緣鈦板中部，分別為 23.51 MPa（INC），93.97 MPa（ICP），56.69 MPa（LMOL）和 60.56 MPa（RMOL）。

圖6 一點(diǎn)可吸收板固定時(shí)的應(yīng)力分布（ICP）Fig.6 Stress distribution of one point absorbable plate fixation

3 討論

顴骨骨折治療成功的標(biāo)準(zhǔn)包括準(zhǔn)確的骨折復(fù)位和可靠的內(nèi)固定。在顴骨骨折復(fù)位后實(shí)施堅(jiān)強(qiáng)內(nèi)固定治療的必要性已經(jīng)得到公認(rèn)，但是固定的部位及數(shù)量一直存在爭(zhēng)議，從復(fù)位后一點(diǎn)固定到三點(diǎn)固定均有報(bào)道。Eisele等[7]認(rèn)為一點(diǎn)固定就足以獲得穩(wěn)定的固位。Rinehart等[8]在8例離體標(biāo)本上人為制作單純顴骨骨折模型，觀察發(fā)現(xiàn)顴骨骨折一點(diǎn)固定并不能獲得穩(wěn)定的固位效果，但是顴額縫和顴上頜縫兩點(diǎn)固定，固定效果可靠。徐兵等[9]認(rèn)為顴牙槽嵴、眶下緣和顴額縫三點(diǎn)小鈦板固定，可從垂直向、水平向、斜向三個(gè)方向上抵消影響骨質(zhì)在解剖位置上愈合可能產(chǎn)生的作用力，從而使被固定的骨折塊在原來的解剖部位達(dá)到一期愈合。

本實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，顴牙槽嵴一點(diǎn)鈦板固定后，顴骨的最大位移是0.121 mm；顴牙槽嵴、顴額縫、眶下緣三點(diǎn)固定中，骨折斷端的最大位移僅為0.061 mm。說明兩種固定方式均可達(dá)到固位要求。顴骨骨折手術(shù)復(fù)位固定部位的選擇，應(yīng)遵循安全可靠且創(chuàng)傷最小的原則，有待于在臨床中進(jìn)一步探討。

隨著材料科學(xué)的發(fā)展，可吸收內(nèi)固定材料已逐漸應(yīng)用于臨床?？晌諆?nèi)固定材料均為高分子量聚合物，目前常用的有聚乳酸（Polylactic acid，PLA）等。這類材料可隨著骨折的愈合，在生物體內(nèi)自動(dòng)降解吸收。Eppley等[10]的研究表明，可吸收固定系統(tǒng)在實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ蜕霞s1年后能夠完全被吸收。但是，可吸收板也有其缺點(diǎn)，如機(jī)械強(qiáng)度稍差，降解速度不理想，而且在材料的降解過程中可能產(chǎn)生異物反應(yīng)。但Cohen等[11]認(rèn)為這種反應(yīng)輕微，多為一過性，無需特殊處理。

本實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示，采用顴牙槽嵴一點(diǎn)可吸收板固定后，骨折斷端最大位移0.0926 mm，說明此種固定方式可滿足單純顴骨骨折固定強(qiáng)度的要求，值得臨床推廣應(yīng)用。相信隨著材料技術(shù)的發(fā)展，機(jī)械強(qiáng)度適宜、降解速率理想、價(jià)格適中的可吸收內(nèi)固定材料將被會(huì)更多地應(yīng)用于臨床。

綜上所述，顴牙槽嵴一點(diǎn)鈦板固定的穩(wěn)定性不如顴牙槽嵴、顴額縫、眶下緣三點(diǎn)固定。但是，一點(diǎn)固定法只需在口內(nèi)做切口，避免了頭皮半冠狀切口及眉弓切口引起的皮膚瘢痕等缺點(diǎn)。近年來，內(nèi)鏡技術(shù)已用于顴骨骨折的治療，而且粉碎性顴弓、顴骨骨折也可以在內(nèi)鏡下獲得有效的復(fù)位固定[12-13]。同時(shí)，隨著可吸收材料性能的不斷提高，內(nèi)鏡下結(jié)合可吸收板復(fù)位固定顴骨顴弓，將成為今后顴骨復(fù)合體骨折的常規(guī)治療手段。

[1]Vriens JP,van der Glas HW,Moos KF,et al.Infraorbital nerve functionfollowing treatment of orbitozygomatic complex fractures.A multitest approach[J].Int J Oral Maxillofac Surg,1998,27(1):27-32.

[2]楊壯群,虎小毅,王正輝,等.模擬下頜骨骨折內(nèi)固定以及骨折愈合進(jìn)程的三維有限元模型的建立[J].中國(guó)口腔頜面外科雜志,2004,2(1):56-59.

[3]Soballe K.Hydroxyapetite ceramic coating for bone implant fixation:mechanical and histological studies in dogs[J].Acta Orthop Scand Suppl,1993,255:1-58.

[4]Pruim GJ,de Jongh HJ,ten Bosch JJ.Forces acting on the mandible during bilateral static bite at different bite force levels[J].J Biomech,1980,13(9):755-763.

[5]Weijs WA,Hillen B.Relationship between the physiological cross-section of the human jaw muscles and their cross-sectional area in computer tomograms[J].Acta Anat(Basel),1984,118(3):129-138.

[6]Ikemura K,Kouno Y,Shibata H,et al.Biomechanical study on monocortical osteosynthesis for the fracture of the mandible[J].Int J Oral Surg,1984,13(4):307-312.

[7]Eisele DW,Duckert LG.Single-point stabilization of zygomatic fractures with theminicompression plate[J].Arch Otolaryngol Head Neck Surg,1987,113(3):267-270.

[8]Rinehart GC,Marsh JL,Hemmer KM,et al.Internal fixation of malar fractures:an experimental biophysical study[J].Plast Reconstr Surg,1989,84(1):21-25.

[9]徐兵,史俊,唐友盛,等.小切口三維固定治療顴骨復(fù)合體骨折43例臨床評(píng)價(jià)[J].中國(guó)口腔頜面外科雜志,2004,2(3):199-201.

[10]Eppley BL,Sadove AM.A comparion of resorbable and metallic fixation in healing of calvarial bone grafts[J].Plast Reconstr Surg,1995,96(2):316-322.

[11]Cohen SR,Holmes RE,Amis P,et al.Tacks:a new technique for craniofacial fixation[J].J Craniofac Surg,2001,12(6):596-602.

[12]Lee CH,Lee C,Trabulsy PP,et al.A cadaveric and clinical evaluation of endoscopically assisted zygomatic fracture repair[J].Plast Reconstr Surg,1998,101(2):333-345.

[13]Krimmel M,Cornelius CP,Reinert S.Endoscopically assisted zygomatic fracture reduction and osteosynthese revisited[J].Int J Oral Maxillofac Surg,2002,31(5):484-488.