J-I. HEINS, B.J. MEREMA, A. KRUSHYNSKA, J. KRAEIMA, M.J.H. WITJES

Afdeling Mondziekten, Kaak- en Aangezichtschirurgie, UMC Groningen, Groningen

Faculty of Science and Engineering, Rijksuniversiteit Groningen, Groningen

Introductie en doelstelling

In specifieke gevallen wordt na een continuïteitsresectie de mandibula gereconstrueerd met behulp van titanium reconstructieplaten zonder bottransplantaat. Deze reconstructieplaten moeten soms worden verwijderd als gevolg van plaatbreuk, schroefloslating of door botresorptie door te lage of te hoge botbelasting (stress-shielding). Titanium lijkt te stijf voor deze osteosynthese toepassingen. Echter, middels de toepassing van ‘metamaterials’, kan de stijfheid van een materiaal kunstmatig worden aangepast en gestuurd.

Metamaterials zijn bestaande materialen met nieuwe mechanische eigenschappen verkregen door microschaal structuren.

Het doel van deze studie is het introduceren en mechanisch valideren van een metamaterial reconstructieplaat die het stress shielding-effect vermindert, terwijl plaatbreuk wordt voorkomen.

Materiaal en methoden

Het rekpatroon van een kaak met een solide reconstructieplaat wordt vergeleken met een metamateriaalplaat door middel van foto-elasticiteitstesten. De implantaten worden geassembleerd met transparante mandibula segmenten. Door middel van polariserende filters en een lichtbron wordt de rek ten gevolge van interne spanningen in het kaakbot, na mechanische belasting van het kaakbot, zichtbaar gemaakt en vastgelegd met een camera. De resultaten worden gevalideerd door middel van Finite Element Analysis (FEA).

Resultaten

Uit de resultaten blijkt dat de krachten gelijkmatiger worden verdeeld over de schroeven die worden gebruikt om de reconstructieplaat te fixeren. Hierdoor worden zowel overbelasting als onderbelasting verminderd, wat naar verwachting het stress shielding-effect zal beperken.

Conclusie

Middels de toepassing van metamaterials kan de krachtenverdeling en het daaruit voortkomende rekverloop in de mandibula worden gestuurd. Hierdoor kunnen te hoge en te lage belastingen in het bot worden voorkomen. Hiermee valt het effect van stress-shielding en bijbehorende botresorptie naar verwachting te reduceren.