Identifikation geeigneter Fälle und Dokumentation klinischer, defekter und Plattenmerkmale
Sieben Patienten mit gebrochenen Unterkieferrekonstruktionsplatten wurden für eine entnahmebasierte Analyse identifiziert. Die Kohorte umfasste fünf Männer und zwei Frauen, mit einem Durchschnittsalter von 60,6 Jahren (Spanne 30 bis 79 Jahre) zum Zeitpunkt der Fraktur. Die zugrundeliegenden Diagnosen waren Plattenepithelkarzinom bei vier Patienten, Osteomyelitis bei zwei Patienten und Osteosarkom bei einem Patienten. Das mittlere Intervall von der Rekonstruktionsoperation bis zum Plattenbruch betrug 14 Monate, von 2 bis 47 Monaten. Eine Rekonstruktion am linken Unterkiefer bei drei Patienten und am rechten Unterkiefer bei vier Patienten durchgeführt worden. Bruchstellen waren gleichmäßig auf drei anatomische Regionen verteilt: hinterer Körper (n = 3), vorderer Körper (n = 3) und Unterkieferwinkel (n = 3). Vier Rekonstruktionsplattensysteme waren vertreten. Die Platten enthielten einen Median von 16 Löchern (Spanne 12–16 Löcher). Die mittlere Gesamtzahl der Fixierschrauben betrug 9 (Bereich 7–14), wobei 2–8 Schrauben am proximalen Segment und 4–6 Schrauben am distalen Segment angebracht wurden. Die nicht getragene Plattenspannweite hatte eine mittlere Länge von 6 Plattenlöchern (Spanne 2–7 Löcher). Die Anzahl der funktionellen Okklusaleinheiten lag zwischen vier und acht, mit einem Median von sechs Einheiten. Vier Patienten hatten eine Strahlentherapie erhalten, drei jedoch nicht. Zum Zeitpunkt des Plattenbruchs hatte kein Patient eine postoperative Infektion oder Nichtvereinigung dokumentiert. Detaillierte Spezifikationen für jede Platte, einschließlich Hersteller und Plattensystem, Nenndicke, Lochbreite, Befestigungsdetails und nicht gestützter Spannweite, sind in Abbildung 2 und Tabelle 1 dargestellt.
SEM-basierte Analyse der Bruchmorphologie
SEM zeigte standortassoziierte Unterschiede in der beobachteten Bruchflächenmorphologie auf. Im Unterkieferkörperbereich zeigten alle sechs Körperbruchstellen eine überwiegend buckollinguale Ausrichtung der beobachteten Bruchflächenmerkmale (Abbildung 3 und Abbildung 4).
Striationähnliche Markierungen und strandmarkenähnliche Muster wurden an den buckalen oder lingualen Rändern bei Körperregionenfrakturen beobachtet. Diese Merkmale galten als kompatibel mit fortschreitendem Risswachstum unter wiederholter Belastung, obwohl die Größe und Richtung der in-vivo-Belastung nicht allein anhand der Morphologie bestimmt werden konnten. Als sich die Rissausbreitung über die Platte ausbreitete, gingen die peripheren Bereiche oft in eine spröde Bruchmorphologie über. In der Unterschnürwinkelgruppe waren die beobachteten Bruchflächenmerkmale überwiegend entlang der oberen-unteren Achse ausgerichtet (Abbildung 5).
Die vermutete Rissinitiationsregion befand sich bei 3/3 Exemplaren am oberen oder unteren Rand der Platte. Vertikal ausgerichtete duktile Rissmerkmale und spröde wirkende Bereiche, die sich durch die Plattendicke erstreckten, wurden bei 3/3 Exemplaren beobachtet. Diese Beobachtungen waren mit standortassoziierten Unterschieden in der Bruchmorphologie vereinbar; allerdings konnte allein die Bruchmorphologie weder das Ausmaß noch die kausale Richtung der in vivo Belastung bestimmen (Tabelle 2).
Repräsentative hochvergrößerte SEM-Mikrographen und der entsprechende Rohbilddatensatz für jede Bruchstelle sind in Supplementary File 1 bereitgestellt.
Vergleich klinischer Brüche mit Referenzfrakturen unter vereinfachten Belastungsbedingungen
Das Laden erfolgte manuell; daher wurden Kraft, Verdrängung, Belastungsrate, Bruchlast und ermüdungsbedingte Parameter nicht gemessen. Zwei Referenzplatten waren zerbrochen, wobei jeder vereinfachten Laderichtung jeweils eine Platte zugeordnet war. Da unter jeder Bedingung nur eine Platte getestet wurde, konnte die experimentelle Reproduzierbarkeit nicht bewertet werden. Buccolinguale Belastung führte zu Rissen, die überwiegend durch Rissinitiation an den lateralen Rändern der Platte und entlang der buccolingualen Achse ausgerichtete Bruchflächenmerkmale gekennzeichnet sind. Im Gegensatz dazu führte die obere-untere Belastung zu Brüchen mit Rissanzettung am oberen oder unteren Plattenrand und Merkmalen, die überwiegend entlang der oberen-unteren Achse ausgerichtet sind.
Im qualitativen Vergleich teilten die klinischen Frakturen der Körperregion häufiger morphologische Merkmale mit den Frakturen, die unter buccolingualer Belastung entstanden. Diese gemeinsamen Merkmale umfassten die Initialisierung von Rissen am lateralen Rand und eine überwiegend transversale Ausrichtung der Bruchflächenmerkmale. Die klinischen Brüche am Unterkieferwinkel ähnelten häufiger den oberen-unteren Referenzfrakturen, insbesondere hinsichtlich der Rissinitiierung am oberen oder unteren Rand und der vertikalen Ausrichtung der beobachteten Frakturmerkmale.
Diese Vergleiche zeigten ausgewählte qualitative morphologische Ähnlichkeiten zwischen klinischen und Referenzfrakturen. Da die Referenzexperimente jedoch vereinfachte Belastungsbedingungen verwendeten und die zyklischen, multidirektionalen Kräfte auf Rekonstruktionsplatten in vivo nicht reproduzierten, wurden die beobachteten Ähnlichkeiten als qualitativ und hypothesenbildend interpretiert und nicht als endgültige Belege für den kausalen Belastungsmechanismus (Abbildung 6).
Die Referenzexperimente waren explorative qualitative Vergleiche und sollten keine biomechanische Validierung liefern.
Bewertung der elementaren Zusammensetzung mittels energiedispersiver Röntgenspektroskopie
Die energiedispersive Röntgenspektroskopie zeigte, dass Titan und Sauerstoff die größten detektierten Elementanteile in den analysierten Bereichen ausmachten. Bei fünf Patienten wurden kleine Mengen an Kohlenstoff nachgewiesen, und nur bei einem Patienten wurde Natrium nachgewiesen. An den analysierten Fundstellen wurden keine markanten unerwarteten Elementarablagerungen oder Zusammensetzungsanomalien festgestellt. Die Werte stellen eine einzelne Flächenmessung aus jedem ausgewählten Bruchflächenbereich dar (Tabelle 3). Die vollständigen EDS-Spektren und die rohen quantitativen Ergebnisse werden in Supplementary File 1 bereitgestellt.
Fazit
Diese explorative Retrieval-Studie identifizierte Unterschiede in der Bruchflächenmorphologie an anatomischen Versagensstellen der Unterkieferrekonstruktionsplatten. Körperregionenfrakturen zeigten häufiger Merkmale, die entlang der buccolingualen Achse ausgerichtet sind, während Winkelregionenfrakturen häufiger Merkmale entlang der oberen-unteren Achse zeigten. Manuell erzeugte Referenzfrakturen zeigten ausgewählte qualitative Ähnlichkeiten zu den entsprechenden klinischen Proben, dienten jedoch nur als explorative Vergleichsobjekte und waren nicht als biomechanische Validierung gedacht. Da keine quantitativen Kräfte-, Verschiebungs-, Lastrat- oder Ermüdungstestparameter erhalten wurden und das experimentelle Modell die komplexe zyklische und multidirektionale Belastungsumgebung des Unterkiefers in vivo nicht reproduzierte, sollten diese Beobachtungen als hypothesenbildende und nicht als kausale Werte interpretiert werden. Diese Befunde schließen die Möglichkeit, dass die mechanische Umgebung im Zusammenhang mit Plattenversagen je nach anatomischer Subsite variiert. Weitere Studien mit standardisierten zyklischen Ermüdungstests, quantitativen Kraft- und Verschiebungsmessungen, größeren homogenen Kohorten und Finite-Elemente-Analyse sind erforderlich, bevor standortspezifische Verstärkungsstrategien empfohlen werden können.
DATENVERFÜGBARKEIT:
Alle in dieser Studie generierten oder analysierten Daten sind im Manuskript und den ergänzenden Dateien enthalten. Repräsentative hochvergrößerte SEM-Bilder, Rohbilddatensätze, energiedispersive Röntgenspektroskopiespektren und rohe quantitative Ergebnisse werden als ergänzende Materialien bereitgestellt. Die Rohbilder des SEM, EDS-Spektren, quantitative Ergebnisse und der de-identifizierte Analysedatensatz sind öffentlich in Zenodo unter DOI verfügbar: 10.5281/zenodo.20744888.

Abbildung 1: Gesamtuntersuchungsablauf der retrieval-basierten fraktografischen Studie. Klinische Fälle mit gebrochenen Unterkieferrekonstruktionsplatten wurden identifiziert, und die entnommenen Platten wurden hinsichtlich Bruchlage, Platten- und Fixationskonfiguration, nicht gestützter Spannweite, funktionellen Okklusaleinheiten, Strahlentherapie-Exposition sowie Infektions- oder Nichtunionstatus charakterisiert. Die entnommenen Proben wurden gereinigt, montiert und mit SEM untersucht, um die Morphologie der Bruchoberfläche zu untersuchen, sowie mit energiedispersiver Röntgenspektroskopie zur Charakterisierung der elementaren Zusammensetzung. Zwei ungenutzte Referenzplatten wurden unter vereinfachten buckolingualen und superior-inferioren Belastungsbedingungen manuell gebrochen. Klinische und Referenzbruchflächen wurden qualitativ anhand vordefinierter morphologischer Kriterien verglichen, darunter die vermutete Rissinitiierungskante, die Orientierung der Bruchebene, die Ausbreitungsachse, Striation- oder Strandmarken-ähnliche Merkmale, duktiles Reißen und die endgültige Überlastzone. Der Vergleich sollte Hypothesen über mögliche standortabhängige mechanische Umgebungen erzeugen und wurde nicht als quantitative biomechanische Validierung betrachtet. Bitte klicken Sie hier, um eine größere Version dieser Abbildung anzusehen.

Abbildung 2: Anatomische Lage klinischer Brüche in geborgenen Unterkieferrekonstruktionsplatten. Panoramaröntgenaufnahmen von sieben Patienten (A–G), die die anatomischen Standorte der Unterkieferrekonstruktionsplattenfrakturen zeigen. Bruchstellen wurden im hinteren Körper (A,D,E), am vorderen Körper (C,D,G) und im Unterkieferwinkel (B,F,G) identifiziert. Bitte klicken Sie hier, um eine größere Version dieser Abbildung anzusehen.

Abbildung 3: Rasterelektronenmikroskopographien klinischer Frakturen bei Frakturen des unteren Unterkieferkörpers. (A,B) Bruchflächen der Patienten 1 und 5 zeigen eine Ausbreitung von buccalen zu lingualen Rissen mit konzentrischen Ermüdungsstreifen. (C) Bruchfläche von Patient 4 zeigt buccolingual orientierte Merkmale mit duktilen und spröde wirkenden Regionen. Bitte klicken Sie hier, um eine größere Version dieser Abbildung anzusehen.

Abbildung 4: Rasterelektronenmikroskopaufnahmen klinischer Frakturen in vorderen Unterkieferkörperfrakturen. (A) Bruchoberfläche von Patient 3 zeigt gemischte buckal-linguale und lingual-zu-bukkale Richtungsmerkmale mit striationähnlichen Markierungen und strandmarkenähnlichen Mustern. (B) Bruchfläche von Patient 4 zeigt lingual-buccal orientierte Merkmale mit duktilen und spröd wirkenden Regionen. (C) Bruchfläche von Patient 7 zeigt bucco-lingual orientierte Merkmale mit strandmarkenähnlichen Mustern. Bitte klicken Sie hier, um eine größere Version dieser Abbildung anzusehen.

Abbildung 5: Rasterelektronenmikroskopaufnahmen klinischer Frakturen bei Unterkieferwinkelfrakturen. (A) Bruchfläche von Patient 2 zeigt inferior-superior orientierte Merkmale mit strialähnlichen Markierungen. (B,C) Bruchflächen der Patienten 6 und 7 zeigen inferior-superior orientierte Merkmale mit kombinierten duktilen und spröde wirkenden Regionen. Bitte klicken Sie hier, um eine größere Version dieser Abbildung anzusehen.

Abbildung 6: Referenzbruchflächen, die unter vereinfachten Belastungsbedingungen entstehen. (A) Referenzbruch, der unter buccolingualer Belastung entsteht, und (B) Referenzfraktur, die unter superior-inferiorer Belastung entsteht. Pfeile zeigen die vorherrschende Ausrichtung der beobachteten Bruchflächenmerkmale an. Bitte klicken Sie hier, um eine größere Version dieser Abbildung anzusehen.
| Patienten | Geschlecht | Alter | Diagnose | Seite | Defektregion | Plattensystem | Dicke (mm) | Schraubenloch (mm) | Gesamtzahl der Plattenlöcher | Fixationsschrauben, total (proximal/distal) | Un Unterstützte Spannweite (Anzahl der Löcher) | Fehltritt Ionale Okklusaleinheiten, n | Radio Therapie | Infektion oder Nichtvereinigung | Zeitpunkt des Plattenbruchs (Monate) |
| 1 | M | 36 | SCC | Leutnant | Hinterer Körper | TitanmatrixMANDIBLE Rekonstruktionsplatte (DePuy Synthes) | 2.8 | 2.4 | 15 | 8 (4/4) | 7 | 6 | Ja | Nein | 20 |
| 2 | M | 76 | SCC | Leutnant | Winkel | Universelle 2-Mandibel-Rekonstruktionsplatte (Stryker Leibinger) | 2.8 | 2.3 | 16 | 10 (5/5) | 6 | 4 | Ja | Nein | 10 |
| 3 | F | 30 | Osteosarkom | Rt | Vorderer Körper | Universelle 2-Mandibel-Rekonstruktionsplatte (Stryker Leibinger) | 2.8 | 2.3 | 13 | 7 (2/5) | 6 | 8 | Ja | Nein | 47 |
| 4 | M | 70 | SCC | Rt | Hinterer Körper | Universelle 2-Mandibel-Rekonstruktionsplatte (Stryker Leibinger) | 2.8 | 2.3 | 16 | 11 (6/5) | 5 | 6 | Ja | Nein | 12 |
| Vorderer Körper |
| 5 | M | 74 | Osteomyelitis | Leutnant | Hinterer Körper | TitanmatrixMANDIBLE Rekonstruktionsplatte (DePuy Synthes) | 2.8 | 2.4 | 12 | 7 (3/4) | 5 | 8 | Nein | Nein | 2 |
| 6 | F | 79 | Osteomyelitis | Rt | Winkel | OPTIMUS-Mandibelrekonstruktionsplatte (osteonisch) | 2.6 | 2.4 | 16 | 14 (8/6) | 2 | 8 | Nein | Nein | 3 |
| 7 | M | 59 | SCC | Rt | Winkel | Universa 2 Mandibel-Rekonstruktionsplatte (Stryker) | 2.8 | 2.3 | 16 | 9 (4/5) | 7 | 6 | Nein | Nein | 4 |
| Vorderer Körper |
Tabelle 1: Klinische, rekonstruktive und implantale Eigenschaften der entnomenen Unterkieferrekonstruktionsplatten. Zusammenfassung des Patientengeschlechts, Alters, Diagnose, Plattenhersteller und -system, nominales Plattenprofil (Dicke, Schraubenloch), rekonstruierte Unterkieferseite, Bruchstelle, Gesamtanzahl der Plattenlöcher, Anzahl und Verteilung der Fixationsschrauben, nicht getragene Plattenspannweite, funktionelle Okklusaleinheiten, Strahlentherapieanamnese, Infektions- oder Nicht-Unionsstatus sowie Zeit von der Rekonstruktion bis zum Plattenbruch. Funktionelle Okklusaleinheiten wurden als entgegengesetzte Kontakte zwischen Oberkiefer und Unterkiefer im molaren, prämolaren und vorderen Bereich definiert, wobei jede Kontakteinheit einmal gezählt wurde.
| Patient Nr. | Anatomische Bruchstelle | Ausbreitungsrichtung des Bruchs | Bruchmorphologie |
| 1 | Hinterer Körper | Buccal à Lingual | Konzentrische Striationen |
| 2 | Winkel | Inferior à Superior | Striationen und Strandmarkierungen |
| 3 | Vorderer Körper | Buccal à Lingual | Strandmarken |
| Lingual à Buccal |
| 4 | Hinterer Körper | Buccal à Lingual | Duktil und spröde |
| Vorderer Körper | Lingual à Buccal | Duktil und spröde |
| 5 | Hinterer Körper | Lingual à Buccal | Konzentrische Striationen |
| 6 | Winkel | Inferior à Superior | Duktil und spröde |
| 7 | Winkel | Inferior à Superior | Duktil und spröde |
| Vorderer Körper | Buccal à Lingual | Strandmarken |
Tabelle 2: Fraktografische Befunde von gebrochenen Unterkieferrekonstruktionsplatten, beobachtet durch Rasterelektronenmikroskopie. Zusammenfassung der anatomischen Bruchstelle, der Richtung der Rissausbreitung und der dominanten Bruchmorphologie für jede analysierte Bruchfläche.
| Ti | O | C | Na |
| Patient Nr. | Massennorm % | Atom % | Massennorm % | Atom % | Massennorm % | Atom % | Massennorm % | Atom % |
| 1 | 75.85 | 51.2 | 24.15 | 48.8 | | | | |
| 2 | 90.25 | 75.58 | 9.75 | 24.42 | | | | |
| 3 | 57.77 | 30.29 | 24.95 | 39.15 | 11.72 | 24.5 | 5.56 | 6.07 |
| 4 | 81.45 | 58.77 | 16.94 | 36.58 | 1.62 | 4.65 | | |
| 5 | 84.79 | 62.52 | 9.87 | 21.78 | 5.34 | 15.7 | | |
| 6 | 84.4 | 62.8 | 12.29 | 27.37 | 3.31 | 9.83 | | |
| 7 | 74.8 | 47.09 | 16.53 | 31.14 | 8.67 | 21.76 | | |
Tabelle 3: Elementzusammensetzung gebrochener Unterkieferrekonstruktionsplatten, bestimmt durch energiedispersive Röntgenspektroskopie. Die elementare Zusammensetzung wird als normalisierter Gewichtsprozentsatz (Wt%) und atomarer Prozentsatz (at%) angegeben, ermittelt durch EDS-Flächenanalyse bei 20 kV und einer Arbeitsdistanz von 10,0 mm.
Ergänzende Akte 1: Energiedispersive Röntgenspektroskopie von Patienten 1–7. Bilder der Rasterelektronenmikroskopie zeigen die ausgewählten Bereiche von Interesse für EDS-Analyse auf, mit entsprechenden Spektren und Elementzusammensetzungstabellen. Titan war das vorherrschende Element in allen Proben, begleitet von Sauerstoff, was mit der Bildung von Titanoxid auf der Plattenoberfläche übereinstimmt. Bei den Patienten 3–7 wurde Kohlenstoff nachgewiesen, bei Patient 3 wurde Natrium festgestellt. Bitte klicken Sie hier, um diese Datei herunterzuladen.