具有復位與固定功能之新式面中部骨板系統設計開發

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题名:	具有復位與固定功能之新式面中部骨板系統設計開發
其它题名:	Development of A Novel Thin Titanium Mesh Plate System with Reduction Guidance and Fixation Function for Zygomatic-Orbitomaxillary Complex Bone fracture
作者:	王鈺詞
关键词:	面中部重建;沖壓分析;面中部骨板;復位;3D列印;特製化;支撐理論;拓樸最佳化;有限元素分析
日期:	2019
上传时间:	2020-10-29 12:10:42 (UTC+8)
摘要:	研究背景及目的: 人體面中部骨折治療方式通常是以微型骨板(Mini-plate)進行骨折重建手術，以一般性面中部骨折而言，傳統上常使用微型骨板進行游移骨固定，但於術中微型骨板需要彎折與剪裁才可符合面中部曲度外型。若面中部產生粉碎性骨折，則必須考量面中部重建後之力學表現，恢復面中部受咬合力量時力量傳遞趨勢(buttress theory)，然而使用微型骨板作固定游移骨，僅能以多支微型骨板同時固定，無法考量面中部穩定性是否恢復，且游移骨必須被導引復位時，微型骨板也無法輔助導引復位。針對上述之臨床問題，均可能使手術重建效果不佳，術後產生複視、外觀不對稱或咬合不正等後遺症。本研究開發出一套具有復位與固定功能之新式面中部骨板系統，具有(1)解剖型面中部骨板(Anatomical midface plate, AM plate):符合東方人面中部解剖型態，搭配沖壓彎折平台彎折骨板，使之符合面中部曲度外型；(2) 特製化面中部骨板(Patient-specific midface mesh plate, PSMM plate):重建面中部力學型態，符合面中部力量支撐結構，利用金屬3D列印製造骨板外型，使之具備輔助游移骨復位功能。具有兩種骨板形式之新式面中部骨板系統符合不同骨折型態之臨床問題。研究方法: (1)解剖型面中部骨板(AM plate): 收集100組東方人面中部影像資料庫，並分別量測統計上顎骨寬度(尺寸A)、顴骨寬度(尺寸B)與顴骨角度(角度C)，並將骨板以L外型設計，並透過資料庫所得之面中部尺寸設計出三組具不同規格之解剖型骨板外型，應用沖壓模擬分析探討四種不同孔洞設計，分別為Type1:無孔洞形式、Type2:方形孔洞形式、Type3:雙圓孔洞形式、Type4:大直徑雙圓孔洞形式，以選用一組適合沖壓之孔洞設計作為解剖型面中部骨板之孔洞設計，並使用沖壓彎折平台進行解剖型面中部骨板彎折，使之符合一般性骨折重建之面中部曲度外型。 (2) 特製化面中部骨板(PSMM plate): 利用一組正常面中部模型，透過拓樸最佳化技術，探討正常面中部之力量支撐結構(Buttress theory)，而支撐結構外型可作為骨板外型設計基礎。為證實PSMM plate可恢復面中部力學傳遞表現，本研究針對正常面中部模型、PSMM plate模型、微型骨板模型，進行生物力學分析比對，擷取面中部受壓應力區域(上顎突側(Frontal process))之最小主應力(3rd minimum principal stress)，面中部受拉應力區域(顴骨突側(Zygomatic Process))之最大主應力(1st maximum principal stress)，最終以金屬3D列印技術製造出可重建面中部大範圍缺損且可輔助游移骨復位與固定之PSMM plate外型。研究結果: (1)解剖型面中部骨板(AM plate): 經100組東方人種正常面中部之尺寸量測與統計，解剖型骨板尺寸A為22mm、尺寸B為17mm、C角度為129〫、137.8〫與145.5〫，而骨板寬度設計為7mm/厚度為0.8mm可具有良好的抗彎程度。經沖壓模擬結果顯示，骨板孔洞形式以type 3雙圓孔洞形式設計，可產生骨板最佳彎折外型而不斷裂，適配試驗證實骨板以手動彎折之誤差(3.06mm±0.16mm)高於沖壓彎折(0.21mm±0.07mm)14倍，透過靜態四點彎曲試驗顯示，解剖型面中部骨板與微型骨板具有相同之抗彎強度。 (2) 特製化面中部骨板(PSMM plate):探討正常面中部之力量支撐結構結果發現，當正常面中部體積減少75%之情況下，其保留體積(支撐結構)仍可承受咬合力量而不破壞，經生物力學分析比對正常面中部模型、PSMM plate模型與微型骨板模型之結果發現，不論是面中部壓應力區域或拉應力區域，正常面中部模型與PSMM plate模型之應力分布有較相近趨勢(2.75％~26.78％)，反觀微型骨板模型之應力分布與正常面中部具有較大的變化(30.67％~96.26％)。經金屬3D列印製造之PSMM plate，因其大範圍覆蓋面中部骨折處，可具有復位與固定效果。結論: 本研究針對面中部一般性骨折與粉碎性骨折各別設計開發出解剖型面中部骨板與PSMM plate。解剖型面中部骨板符合東方人面中部解剖型態，且透過沖壓彎折平台可彎折出適合面中部曲度之骨板外型；PSMM plate，可恢復面中部力學表現，透過金屬3D列印製造，使PSMM plate具有復位導引功能。兩種骨板形式構成一套具有復位與固定功能之新式面中部骨板系統。
显示于类别:	[機械與機電工程學系暨研究所] 專書

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