Ce protocole basé sur la récupération combine microscopie électronique à balayage, comparaison qualitative avec des fractures de référence simplifiées, et spectroscopie des rayons X à dispersion d’énergie. Les fractures de la région du corps présentaient principalement des caractéristiques orientées bucco-lingualement, tandis que les fractures de la région angulaire présentaient une orientation supérieure-inférieure, ce qui suggère que l’environnement mécanique de la rupture de la plaque peut varier selon le sous-site anatomique.
Article de recherche
Analyse de récupération de plaques de reconstruction mandibulaire fracturées à l’aide de la microscopie électronique à balayage
Dans cet article
Résumé
Résumé
Les plaques de reconstruction mandibulaire sont largement utilisées après mandibulectomie segmentaire, mais la fracture des plaques reste une complication importante. Cette étude présente un protocole basé sur la récupération qui utilise la microscopie électronique à balayage (MEB) pour caractériser la morphologie des fractures et pour déduire les directions de rupture mécanique spécifiques au site dans les plaques de reconstruction mandibulaire en titane. Nous avons émis l’hypothèse que l’orientation de la surface de fracture différerait selon la localisation anatomique de la fracture et présenterait des similitudes qualitatives avec les fractures de référence produites sous différentes directions de charge. Sept patients avec des plaques fracturées ont été identifiés, donnant neuf sites de fracture. Les plaques récupérées ont été nettoyées, montées et examinées par le MEV afin d’identifier les sites d’initiation des fissures, les stries de fatigue, les marques de plage et les zones finales de rupture. Une spectroscopie à rayons X à dispersion d’énergie a été réalisée pour évaluer la composition élémentaire et exclure les anomalies liées à la corrosion. Deux plaques de référence inutilisées ont été fracturées manuellement sous des charges bucco-linguales simplifiées et supérieure-inférieure, et leurs caractéristiques de surface de fracture ont été comparées qualitativement à celles des échantillons cliniques. Les six sites de fracture de la région du corps présentaient principalement des caractéristiques de la surface de fracture orientées bucco-lingualement, tandis que les trois sites de fracture à angle mandibulaire présentaient une orientation majoritairement supérieure-inférieure. Les fractures de la région du corps partageaient certaines caractéristiques morphologiques avec la fracture de référence bucco-linguale, tandis que les fractures à la région angulaire présentaient des similitudes avec la fracture de référence supérieure-inférieure. La spectroscopie des rayons X à dispersion d’énergie a principalement détecté le titane et l’oxygène, sans dépôt inattendu marqué ni anomalie de composition. Ces résultats suggèrent que l’environnement mécanique de la rupture de la plaque de reconstruction mandibulaire peut différer selon le sous-site anatomique. Cependant, comme les expériences de référence utilisaient un échantillon par condition de chargement, s’appuyaient sur un chargement manuel non quantifié, et ne comportaient aucun test de fatigue cyclique, les similitudes observées doivent être considérées comme qualitatives et génératrices d’hypothèses plutôt que comme des preuves définitives de mécanismes de charge causal. D’autres études quantitatives biomécaniques et computationnelles sont nécessaires avant de pouvoir recommander la conception ou les stratégies de renforcement spécifiques au site des sous-sites.
Introduction
La reconstruction mandibulaire après une mandibulectomie segmentaire est essentielle pour restaurer la continuité, le contour du visage, la mastication et la parole chez les patients présentant des malformations osseuses oncologiquesou infectieuses 1,2. Les plaques de reconstruction en titane porteuses restent largement utilisées car elles offrent une stabilité immédiate, sont chirurgicalement pratiques et peuvent servir soit de traitement définitif, soit de solution provisoire avant une reconstructionsecondaire 3,4. Malgré ces avantages, des complications telles que l’exposition des plaques, le desserrement, l’infection et la fracture continuent de limiter le succès à longterme 5,6,7. La fracture de la plaque est particulièrement importante car elle peut nécessiter une chirurgie de révision et est souvent associée à une détérioration fonctionnelle et à une compromission des tissusmous 5,8,9,10,11. Des études cliniques et biomécaniques ont suggéré que des facteurs tels que l’exposition aux radiations, la longueur des défauts, la portée non soutenue, le contourage des plaques et la stratégie de fixation influencentle risque de défaillance 12,13,14,15,16. Cependant, la directionnalité exacte des contraintes causant la fracture sur différents sous-sites mandibulaires reste insuffisammentdéfinie 3,5,8,12.
L’analyse fractographique offre un moyen direct d’étudier la défaillance de l’implant au niveau du matériau. La fractographie basée sur la microscopie électronique à balayage (SEM) permet d’identifier en détail les stries de fatigue, les sites présumés d’initiation de fissure, les motifs en forme de marques de plage et la morphologie finale de rupture, fournissant ainsi des informations qualitatives sur les conditions mécaniques associées à larupture 3,8,12. Contrairement aux essais biomécaniques, qui évaluent le comportement structurel sous des conditions de charge contrôlées, ou à l’analyse par éléments finis, qui estime informatiquement les distributions de contraintes et de déformations, la fractographie basée sur le MEB examine directement les caractéristiques morphologiques préservées sur les surfaces de fracturerécupérées 13,14,15,16. Cependant, cette approche est principalement qualitative et ne peut pas quantifier de manière indépendante l’ampleur de la charge in vivo ni établir un mécanisme de charge causale unique ; il est donc plus approprié de l’utiliser comme méthode exploratoire pour identifier les schémas de défaillance et générer des hypothèses biomécaniques.
Bien que des études antérieures aient examiné les surfaces de fracture des plaques mandibulairesdéfaillantes 3,8,12, la relation entre la morphologie de la fracture et le site anatomique n’a pas été systématiquement clarifiée. L’objectif de cette étude exploratoire de récupération était de caractériser la morphologie de la surface de fracture des plaques de reconstruction mandibulaire récupérées cliniquement et de comparer les caractéristiques observées avec celles des plaques de référence fracturées sous des conditions de charge bucco-linguales simplifiées et supérieure-inférieure. Nous avons émis l’hypothèse que les caractéristiques de la surface de fracture différeraient selon la localisation anatomique de la rupture des plaques et présenteraient des similitudes qualitatives avec les fractures de référence produites sous différentes directions de charge.
Protocole
Toutes les procédures impliquant des matériaux d’origine humaine ont été réalisées conformément à la Déclaration d’Helsinki et aux directives institutionnelles. Le protocole d’étude a été approuvé par le Conseil d’Éthique Institutionnelle de l’Hôpital Dentaire de l’Université Nationale de Séoul (IRB n° CDE19001). Comme il s’agissait d’une étude rétrospective utilisant des données cliniques désidentifiées et du matériel explanté récupéré dans la base de données explant, l’exigence de consentement éclairé a été levée par le conseil. Le flux de travail global de l’étude se composait de quatre étapes : identification et classification clinique des plaques fracturées récupérées, évaluation de la surface de fracture basée sur le MEB, analyse EDS et comparaison qualitative avec des fractures générées simplifiées. Un flux de travail global de l’étude est présenté à la Figure 1. Les réactifs et l’équipement utilisés sont listés dans le tableau des matériaux.
Identification des cas éligibles et documentation des caractéristiques cliniques, de défauts et de plaque
Cette étude rétrospective de récupération a inclus des patients ayant subi une reconstruction mandibulaire avec des plaques de titane porteuses et qui ont ensuite développé une fracture de plaque nécessitant un retrait. Les dossiers cliniques, les dossiers opératoires et les images radiographiques ont été examinés pour documenter l’âge du patient, le sexe, le diagnostic principal, la reconstruction du côté, la localisation du défaut, l’historique radioactif, l’infection postopératoire, la dentition et les unités occlusales résiduelles, le temps entre la reconstruction et la fracture, ainsi que la localisation anatomique de la fracture. Sept patients ont apporté sept plaques récupérées. Deux plaques présentaient deux lignes de fracture distinctes ; par conséquent, neuf sites de fracture ont été inclus dans l’analyse fractographique descriptive. Le patient et la plaque étaient considérés comme les unités d’échantillonnage clinique, tandis que le site de fracture individuel était utilisé comme unité de description de la surface de fracture. Les emplacements des fractures étaient classés en postérieur du corps, antérieur du corps ou angle mandibulaire. Les variables liées à la plaque comprenaient le système de plaques, l’épaisseur nominale de la plaque, la largeur des trous, le nombre et la répartition des vis de fixation, ainsi que la longueur de la portée de la plaque non supportée. Le nombre exact de manœuvres de flexion et de remise en mouvement intraopératoires n’a pas pu être déterminé car ces détails n’étaient pas documentés de manière cohérente dans les dossiers opératoires. Des radiographies panoramiques ont été utilisées pour confirmer la localisation de la fracture et corréler les résultats d’imagerie avec les échantillons récupérés.
Analyse de la morphologie des fractures basée sur le MNE
Après le retrait, chaque plaque fracturée était manipulée avec soin pour préserver la surface de fracture. Les débris biologiques grossiers ont été délicatement réduits en rinçant les échantillons à l’eau distillée sans grattage mécanique de la surface de fracture. Chaque échantillon de plaque était placé dans un tube conique de 15 mL contenant suffisamment d’éthanol à 100 % pour immerger complètement l’échantillon. Le tube fermé était placé dans un bain ultrasonique et sonifié pendant 3 minutes à 37 kHz, 100W et 37 °C. Après la sonication, l’échantillon était retiré du tube et séché dans une chambre à air pur. La même procédure de préparation a été appliquée à tous les spécimens cliniques et de référence. Aucun polissage, meulage ou revêtement métallique conducteur n’a été effectué sur les surfaces de fracture. Après séchage dans une chambre à air pur, les échantillons étaient montés sur des morceaux d’aluminium à l’aide d’un ruban carbone conducteur. Les deux surfaces de fracture opposées ont d’abord été examinées à faible grossissement lorsque cela était possible. La surface sélectionnée pour une imagerie détaillée devait montrer des régions de fracture visibles périphériques et centrales, un minimum de débris obscurcissant les caractéristiques morphologiques, aucune éraflure ou marque d’instrument proéminente liée à la récupération, et aucune écrasement, pliage ou déformation post-fracture substantielle. Lorsque les deux surfaces répondaient à ces critères, les deux étaient conservées pour analyse. L’orientation anatomique a été déterminée en comparant le contour de la plaque, la configuration des trous de vis et la position de la fracture avec des registres opératoires et des radiographies panoramiques. La surface face à l’os était désignée comme aspect lingual et la face opposée comme aspect buccal, tandis que les directions supérieure et inférieure étaient déterminées à partir de la position de la plaque par rapport au bord mandibulaire. Ces instructions étaient indiquées et maintenues lors du montage sur la bande en aluminium.
Les spécimens montés ont été examinés à l’aide d’imagerie électronique secondaire avec un détecteur d’électrons secondaire à des grossissements de 80×, 200×, 400× et 1 000×. À un grossissement d’environ 80×, les chercheurs ont d’abord confirmé que l’ensemble de la surface de fracture, les marges périphériques et la région centrale de rupture étaient suffisamment visualisés. La région présumée d’initiation de fissure et la zone finale de surcharge ont ensuite été identifiées avant imagerie ciblée à 200×, 400× et 1 000×. Les images d’ensemble ont été prises à un grossissement d’environ 80× en utilisant une tension d’accélération de 10,0 kV, un courant de sonde de 0,10 nA, un temps de maintien de 5,0 μs et une distance de travail de 40,0 mm. Chaque surface de fracture a été examinée de manière systématique, de la marge périphérique jusqu’à la zone centrale de rupture. Chaque surface de fracture a été évaluée à l’aide de catégories morphologiques prédéfinies, incluant la marge présumée d’initiation de la fissure, l’axe de propagation prédominant, les marques striées, les motifs de marque de plage, la déchirure ductile, les régions à apparence fragile et la zone finale de surcharge présumée. L’orientation de propagation des fissures était classée comme étant principalement bucco-linguale, principalement supérieure-inférieure, mixte ou indéterminée. Une attention particulière a été portée à l’orientation des caractéristiques de fatigue par rapport aux aspects buccal, lingual, supérieur et inférieur de la plaque afin d’inférer la direction prédominante de la contrainte mécanique. Les enquêteurs ont examiné les images de manière indépendante avant de procéder à un examen consensuel.
Comparaison des fractures cliniques avec des fractures de référence sous des conditions de charge simplifiées
Des plaques de reconstruction inutilisées du même système et des dimensions nominales que les plaques récupérées cliniquement ont été utilisées pour générer des fractures de référence. Une plaque a été testée sous charge bucco-linguale, et une autre sous charge supérieure-inférieure. Pour chaque plaque, le point de chargement prévu était indiqué à l’avance. La plaque était ensuite maintenue manuellement à des emplacements correspondant à deux trous du point de chargement marqué de chaque côté.
La charge était appliquée manuellement à l’emplacement indiqué jusqu’à ce qu’une fracture grave de la plaque survienne. Pour la condition bucco-linguale, la force a été appliquée dans la direction bucco-linguale. Pour la condition supérieure-inférieure, la force a été appliquée dans la direction supérieure-inférieure.
Ces fractures de référence ont été générées pour simplifier les comparaisons morphologiques plutôt que pour reproduire l’environnement complexe de charge cyclique et multidirectionnelle vécu par les plaques de reconstruction mandibulaire in vivo. Après la fracture, tous les échantillons de référence ont subi les mêmes procédures de nettoyage, de montage et d’imagerie par SEB que celles utilisées pour les plaques cliniques récupérées.
Les fractures cliniques et de référence ont été comparées à l’aide des caractéristiques prédéfinies suivantes : marge présumée d’initiation de la fissure, orientation prédominante du plan de fracture, axe de propagation de la fissure, orientation des caractéristiques striées ou de marque de plage, distribution de la déchirure ductile et localisation de la zone finale de surcharge présumée. Chaque fracture clinique a été classée comme étant plus proche du schéma de référence bucco-lingual, plus proche du schéma de référence supérieur-inférieur, mixte ou indéterminée. Les désaccords entre les enquêteurs ont été résolus par un examen conjoint et un consensus. L’évaluation de la similarité était qualitative et n’avait pas pour but d’établir un mécanisme unique de charge causale.
Évaluation de la composition élémentaire par spectroscopie à dispersion d’énergie des rayons X
La spectroscopie des rayons X à dispersion d’énergie a été réalisée lors de la microscopie électronique pour évaluer la composition élémentaire et filtrer la recherche de preuves de dégradation ou de contamination liée à la corrosion. La spectroscopie des rayons X à dispersion d’énergie a été réalisée à l’aide d’un détecteur de dérive de silicium intégré au SEM. Les spectres étaient acquis à une tension d’accélération de 20 kV et à une distance de travail de 10,0 mm à un grossissement de 1 000×. Une région rectangulaire d’intérêt a été positionnée sur une portion relativement plate de la surface de fracture tout en évitant le bord de l’échantillon et les débris grossiers de surface. La composition élémentaire a été quantifiée à partir du spectre acquis et rapportée en pourcentage de poids (en poids) et en pourcentage atomique (en pourcentage d’at %).
Complétion du protocole et compilation des résultats finaux
Complétez la procédure après avoir confirmé que chaque site de fracture évaluable possède un ensemble d’images MEB orientées anatomiquement, une évaluation morphologique complétée, une classification de l’orientation de propagation des fissures, une classification qualitative par motif de référence, et un rapport de composition EDS exprimé en % de poids et en pourcentage d’at. Intégrer ces résultats avec les données cliniques et radiographiques correspondantes pour générer le jeu de données final d’analyse au niveau de l’échantillon.
Résultats
Identification des cas éligibles et documentation des caractéristiques cliniques, de défauts et de plaque
Sept patients présentant des plaques de reconstruction mandibulaire fracturées ont été identifiés pour une analyse basée sur la ponction. La cohorte comprenait cinq hommes et deux femmes, avec un âge moyen de 60,6 ans (fourchette de 30 à 79 ans) au moment de la fracture. Les diagnostics sous-jacents étaient le carcinome épidermoïde chez quatre patients, l’ostéomyélite chez deux patients, et l’ostéosarcome chez un patient. L’intervalle moyen entre la chirurgie de reconstruction et la fracture de la plaque était de 14 mois, allant de 2 mois à 47 mois. La reconstruction avait été réalisée sur la mandibule gauche chez trois patients et sur la mandibule droite chez quatre patients. Les sites de fracture étaient répartis uniformément entre trois régions anatomiques : le corps postérieur (n = 3), le corps antérieur (n = 3) et l’angle mandibulaire (n = 3). Quatre systèmes de plaques de reconstruction étaient représentés. Les plaques contenaient un médian de 16 trous (plage, 12 à 16 trous). Le nombre médian total de vis de fixation était de 9 (plage de 7 à 14), avec 2 à 8 vis placées sur le segment proximal et 4 à 6 vis sur le segment distal. La portée de plaque non soutenue avait une longueur médiane de 6 trous de plaque (plage de 2 à 7 trous). Le nombre d’unités occlusales fonctionnelles variait de quatre à huit, avec une médiane de six unités. Quatre patients avaient reçu une radiothérapie, tandis que trois n’avaient pas reçu. Aucun patient n’avait d’infection postopératoire ou de non-union documentée au moment de la fracture de la plaque. Des spécifications détaillées pour chaque plaque, incluant le fabricant et le système de plaques, l’épaisseur nominale, la largeur du trou, les détails de fixation et la portée non supportée, sont fournies à la Figure 2 et au Tableau 1.
Analyse de la morphologie des fractures basée sur le MNE
Le SEM a révélé des différences associées au site dans la morphologie observée de la surface de fracture. Dans la région mandibulaire, les six sites de fracture de la région corporelle présentaient une orientation principalement buccolinguale des caractéristiques de la surface de fracture observées (Figure 3 et Figure 4).
Des marques striées et des motifs de plage ont été observés aux marges buccales ou linguales dans les fractures de la région du corps. Ces caractéristiques étaient considérées comme compatibles avec la croissance progressive des fissures sous des charges répétées, bien que l’ampleur et la direction de la charge in vivo n’aient pas pu être déterminées uniquement par morphologie. À mesure que la propagation des fissures progressait sur la plaque, les régions périphériques passaient souvent à une morphologie de fracture fragile. Dans le groupe angulaire mandibulaire, les caractéristiques de la surface de fracture observées étaient principalement orientées le long de l’axe supérieur-inférieur (Figure 5).
La région présumée d’initiation de la fissure était située à la marge supérieure ou inférieure de la plaque dans 3/3 d’échantillons. Des structures de déchirure ductile orientées verticalement et des régions à l’apparence cassante s’étendant à travers l’épaisseur de la plaque ont été observées dans les 3/3 sémiciers. Ces observations étaient compatibles avec les différences de morphologie des fractures associées au site ; cependant, la morphologie des fractures seule n’a pas permis d’établir l’ampleur ou la direction causale de la charge in vivo (Tableau 2).
Des micrographies MEB à haute grossissement représentatives et le jeu de données d’images brutes correspondant pour chaque site de fracture sont fournis dans le Fichier Supplémentaire 1.
Comparaison des fractures cliniques avec des fractures de référence sous des conditions de charge simplifiées
Le chargement était appliqué manuellement ; par conséquent, la force, le déplacement, la vitesse de charge, la charge de fracture et les paramètres liés à la fatigue n’ont pas été mesurés. Deux plaques de référence furent fracturées, une plaque étant attribuée à chaque direction de charge simplifiée. Comme une seule plaque a été testée dans chaque condition, la reproductibilité expérimentale n’a pas pu être évaluée. La charge bucco-linguale a produit des fractures caractérisées principalement par l’initiation de la fissure aux bords latéraux de la plaque et des caractéristiques de la surface de fracture orientées le long de l’axe bucco-lingual. En revanche, la charge supérieure-inférieure produisait des fractures avec l’initiation de la fissure à la marge supérieure ou inférieure de la plaque et des caractéristiques orientées principalement le long de l’axe supérieur-inférieur.
Lors de la comparaison qualitative, les fractures cliniques corps-région partageaient plus fréquemment des caractéristiques morphologiques avec celles générées sous charge bucco-linguale. Ces caractéristiques communes comprenaient l’initiation de la fissure à marge latérale et une orientation principalement transversale des éléments de surface de fracture. Les fractures cliniques à l’angle mandibulaire ressemblaient plus fréquemment aux fractures de référence supérieure-inférieure, notamment en ce qui concerne l’initiation de la fissure au bord supérieur ou inférieur et l’orientation verticale des caractéristiques de fracture observées.
Ces comparaisons ont montré des similitudes morphologiques qualitatives sélectionnées entre les fractures cliniques et de référence. Cependant, comme les expériences de référence utilisaient des conditions de charge simplifiées et ne reproduisaient pas les forces cycliques et multidirectionnelles agissant sur les plaques de reconstruction in vivo, les similitudes observées ont été interprétées comme qualitatives et génératrices d’hypothèses plutôt que comme des preuves définitives du mécanisme de charge causale (Figure 6).
Les expériences de référence étaient des comparaisons qualitatives exploratoires et n’avaient pas pour but d’apporter une validation biomécanique.
Évaluation de la composition élémentaire par spectroscopie à dispersion d’énergie des rayons X
La spectroscopie des rayons X à dispersion d’énergie a démontré que le titane et l’oxygène représentaient les plus grandes proportions élémentaires détectées dans les régions analysées. De petites quantités de carbone ont été détectées chez cinq patients, et le sodium chez un seul patient. Aucun dépôt élémentaire inattendu marqué ni anomalie de composition n’a été détecté sur les sites analysés. Les valeurs représentent une seule mesure de surface de chaque région de surface de fracture sélectionnée (Tableau 3). Les spectres complets de l’EDS et les résultats quantitatifs bruts sont fournis dans le Fichier Supplémentaire 1.
Conclusion
Cette étude de récupération exploratoire a identifié des différences dans la morphologie de la fracture et de la surface entre les sites de défaillance anatomique des plaques de reconstruction mandibulaire. Les fractures de la région du corps montraient plus fréquemment des caractéristiques orientées le long de l’axe bucco-lingual, tandis que les fractures de la région angulaire montraient plus fréquemment des caractéristiques orientées le long de l’axe supérieur-inférieur. Les fractures de référence générées manuellement présentaient des similitudes qualitatives sélectionnées avec les spécimens cliniques correspondants, mais servaient uniquement de comparateurs exploratoires et n’étaient pas destinées à une validation biomécanique. Parce qu’aucun paramètre quantitatif de force ou de déplacement, de taux de charge ou de test de fatigue n’a été obtenu, et parce que le modèle expérimental n’a pas reproduit in vivo l’environnement complexe de charge cyclique et multidirectionnelle de la mandibule, ces observations doivent être interprétées comme génératrices d’hypothèses plutôt que causales. Ces résultats suggèrent la possibilité que l’environnement mécanique associé à la rupture des plaques puisse varier selon le sous-site anatomique. D’autres études intégrant des tests standardisés de fatigue cyclique, des mesures quantitatives de force et de déplacement, des cohortes homogènes plus larges et une analyse par éléments finis sont nécessaires avant de pouvoir recommander des stratégies de renforcement spécifiques au site.
DISPONIBILITÉ DES DONNÉES :
Toutes les données générées ou analysées dans cette étude sont incluses dans le manuscrit et ses fichiers complémentaires. Des images SEM à gros grossissement représentatives, des ensembles de données d’images brutes, des spectres de spectroscopie à rayons X à dispersion d’énergie et des résultats quantitatifs bruts sont fournis en tant que matériaux complémentaires. Les images SEM brutes, les spectres EDS, les résultats quantitatifs et le jeu de données analytique désidentifié sont disponibles publiquement dans Zenodo au DOI : 10.5281/zenodo.20744888.
Figure 1 : Flux de travail global de l’étude fractographique basée sur la récupération. Des cas cliniques avec fractures de plaques de reconstruction mandibulaire ont été identifiés, et les plaques récupérées ont été caractérisées selon la localisation de la fracture, la configuration de la plaque et de la fixation, l’étendue non soutenue, les unités occlusales fonctionnelles, l’exposition à la radiothérapie, ainsi que leur statut d’infection ou de non-union. Les spécimens récupérés ont été nettoyés, montés et examinés à l’aide de MEB pour évaluer la morphologie de la fracture et la spectroscopie à rayons X à dispersion énergétique afin de caractériser la composition élémentaire. Deux plaques de référence inutilisées ont été fracturées manuellement sous des conditions de charge bucco-linguales simplifiées et supérieure-inférieure. Les surfaces de fracture cliniques et de référence ont été comparées qualitativement selon des critères morphologiques prédéfinis, incluant la marge présumée d’initiation de la fissure, l’orientation du plan de fracture, l’axe de propagation, les caractéristiques de striation ou de marque de plage, la déchirure ductile et la zone finale de surcharge. La comparaison visait à générer des hypothèses concernant d’éventuels environnements mécaniques dépendants du site et n’a pas été considérée comme une validation biomécanique quantitative. Veuillez cliquer ici pour voir une version agrandie de cette figurine.
Figure 2 : Localisation anatomique des fractures cliniques dans les plaques de reconstruction mandibulaire récupérées. Radiographies panoramiques de sept patients (A–G) montrant les emplacements anatomiques des fractures de plaques de reconstruction mandibulaire. Les sites de fracture ont été identifiés dans le postérieur du corps (A, D, E), le corps antérieur (C, D, G) et l’angle mandibulaire (B, F, G). Veuillez cliquer ici pour voir une version agrandie de cette figurine.
Figure 3 : Micrographies électroniques à balayage des fractures cliniques dans les fractures mandibulaires postérieures. (A,B) Surfaces de fracture des patients 1 et 5 montrant une propagation de la fissure buccale à linguale avec des stries de fatigue concentrique. (C) Surface de fracture du patient 4 présentant des caractéristiques bucco-linguales avec des régions de déchirure ductile et d’apparence cassante. Veuillez cliquer ici pour voir une version agrandie de cette figurine.
Figure 4 : Micrographies électroniques à balayage des fractures cliniques des fractures antérieures du corps mandibulaire. (A) Surface de fracture du patient 3 présentant des caractéristiques directionnelles mixtes buccale-linguale et linguale-buccale, avec des marques striées et des motifs de plage. (B) Surface de fracture du patient 4 montrant des caractéristiques orientées lingual-buccalement avec des régions de déchirure ductile et d’apparence cassante. (C) Surface de fracture du patient 7 présentant des caractéristiques bucco-linguales avec des motifs ressemblant à des marques de plage. Veuillez cliquer ici pour voir une version agrandie de cette figurine.
Figure 5 : Micrographies électroniques à balayage des fractures cliniques dans les fractures à angle mandibulaire. (A) Surface de fracture du Patient 2 montrant des caractéristiques orientées inférieur-supérieur avec des marques striées. (B,C) Surfaces de fracture des patients 6 et 7 présentant des caractéristiques orientées inférieur-supérieur avec des régions combinées de déchirure ductile et d’apparence cassante. Veuillez cliquer ici pour voir une version agrandie de cette figurine.
Figure 6 : Surfaces de fracture de référence générées sous des conditions de charge simplifiées. (A) fracture de référence générée sous charge bucco-linguale et (B) fracture de référence générée sous charge supérieure-inférieure. Des flèches indiquent l’orientation prédominante des caractéristiques observées de la surface de fracture. Veuillez cliquer ici pour voir une version agrandie de cette figurine.
| Patients | Sexe | Âge | Diagnostic | Côté | Région de défaut | Système de plaques | Épaisseur (mm) | Trou de vis (mm) | Trous de plaque totaux | Vis de fixation, totales (proximales/distales) | Un Portée supportée (nombre de trous) | Fonction Unités occlusales ionales, n | Radio Thérapie | Infection ou non-syndique | Période de la fracture de la plaque (mois) | |
| 1 | M | 36 | SCC | Lt | Corps postérieur | Matrice de Titane Plaque de reconstruction MANDIBLE (DePuy Synthes) | 2.8 | 2.4 | 15 | 8 (4/4) | 7 | 6 | Oui | non | 20 | |
| 2 | M | 76 | SCC | Lt | Angle | Plaque universelle de reconstruction à 2 mandibules (Stryker Leibinger) | 2.8 | 2.3 | 16 | 10 (5/5) | 6 | 4 | Oui | non | 10 | |
| 3 | F | 30 | Ostéosarcome | Rt | Corps antérieur | Plaque universelle de reconstruction à 2 mandibules (Stryker Leibinger) | 2.8 | 2.3 | 13 | 7 (2/5) | 6 | 8 | Oui | non | 47 | |
| 4 | M | 70 | SCC | Rt | Corps postérieur | Plaque universelle de reconstruction à 2 mandibules (Stryker Leibinger) | 2.8 | 2.3 | 16 | 11 (6/5) | 5 | 6 | Oui | non | 12 | |
| Corps antérieur | ||||||||||||||||
| 5 | M | 74 | Ostéomyélite | Lt | Corps postérieur | Matrice de Titane Plaque de reconstruction MANDIBLE (DePuy Synthes) | 2.8 | 2.4 | 12 | 7 (3/4) | 5 | 8 | non | non | 2 | |
| 6 | F | 79 | Ostéomyélite | Rt | Angle | Plaque de reconstruction de la mandibule OPTIMUS (Ostéonique) | 2.6 | 2.4 | 16 | 14 (8/6) | 2 | 8 | non | non | 3 | |
| 7 | M | 59 | SCC | Rt | Angle | Plaque de reconstruction mandibule Universa 2 (Stryker) | 2.8 | 2.3 | 16 | 9 (4/5) | 7 | 6 | non | non | 4 | |
| Corps antérieur | ||||||||||||||||
Tableau 1 : Caractéristiques cliniques, reconstructives et implantaires des plaques de reconstruction mandibulaire récupérées. Résumé du sexe du patient, âge, diagnostic, fabricant et système de plaque, profil nominal de la plaque (épaisseur, trou de vis), côté mandibulaire reconstruit, emplacement de la fracture, nombre total de trous de plaque, nombre et distribution des vis de fixation, portée de plaque non soutenue, unités occlusales fonctionnelles, antécédents de radiothérapie, infection ou statut non syndiculaire, et délai entre la reconstruction et la fracture de la plaque. Les unités occlusales fonctionnelles ont été définies comme des contacts opposés maxillair-mandibulaire dans les régions molaire, prémolaire et antérieure, chaque unité de contact étant comptée une fois.
| Patient n° | Site de fracture anatomique | Direction de propagation de la fracture | Morphologie des fractures |
| 1 | Corps postérieur | Buccal à Lingual | Stries concentriques |
| 2 | Angle | Inférieur à Supérieur | Stries et marques de plage |
| 3 | Corps antérieur | Buccal à Lingual | Marques de plage |
| Lingual à Buccal | |||
| 4 | Corps postérieur | Buccal à Lingual | Ductile et cassant |
| Corps antérieur | Lingual à Buccal | Ductile et cassant | |
| 5 | Corps postérieur | Lingual à Buccal | Stries concentriques |
| 6 | Angle | Inférieur à Supérieur | Ductile et cassant |
| 7 | Angle | Inférieur à Supérieur | Ductile et cassant |
| Corps antérieur | Buccal à Lingual | Marques de plage |
Tableau 2 : Résultats fractographiques de plaques de reconstruction mandibulaire fracturées observés par microscopie électronique à balayage. Résumé du site de fracture anatomique, de la direction de propagation de la fissure et de la morphologie dominante de la fracture pour chaque surface de fracture analysée.
| Ti | O | C | Non | ||||||
| Patient n° | Pourcentage de la norme de masse | Atom % | Pourcentage de la norme de masse | Atom % | Pourcentage de la norme de masse | Atom % | Pourcentage de la norme de masse | 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 | |||
Tableau 3 : Composition élémentaire des plaques de reconstruction mandibulaire fracturées déterminée par spectroscopie à rayons X à dispersion d’énergie. La composition élémentaire est rapportée en pourcentage de poids normalisé (en poids) et en pourcentage atomique (at %) obtenus par analyse de surface EDS à 20 kV et à une distance de travail de 10,0 mm.
Fichier supplémentaire 1 : Analyse par spectroscopie par rayons X à dispersion d’énergie chez les patients 1 à 7. Les images de microscopie électronique à balayage démontrent les régions d’intérêt sélectionnées pour l’analyse EDS, avec les spectres et tables de composition élémentaire correspondantes. Le titane était l’élément prédominant dans tous les échantillons, accompagné d’oxygène, ce qui correspond à la formation d’oxyde de titane à la surface de la plaque. Le carbone a été détecté chez les patients 3 à 7, et le sodium chez le patient 3. Veuillez cliquer ici pour télécharger ce fichier.
Discussion
Cette étude exploratoire propose un protocole basé sur la récupération qui combine le MEB, la charge comparative de référence et la spectroscopie à rayons X dispersive d’énergie pour caractériser la morphologie de la surface de fracture et explorer les schémas directionnels associés au site dans les plaques de reconstruction mandibulaire fracturées. Des études antérieures ont identifié la fatigue comme un mécanisme majeur de rupture des plaques de reconstruction mandibulaire par des analyses directes des matériaux et desfractographies 3,8,12. D’autres études se sont principalement concentrées sur les facteurs de risque cliniques, la conception des plaques, ou l’évaluation biomécanique computationnelle et de laboratoire 9,10,11,13,14,15,16,17. Dans la présente étude, les caractéristiques de la surface de fracture différaient selon la localisation anatomique de la fracture. Les fractures de la région du corps montraient plus fréquemment des caractéristiques orientées le long de l’axe bucco-lingual, tandis que les fractures de la région angulaire montraient plus fréquemment des caractéristiques orientées le long de l’axe supérieur-inférieur. Des expériences de charge de référence simplifiées ont permis de produire des caractéristiques morphologiques sélectionnées qualitativement similaires à celles observées dans les spécimens cliniques correspondants. Ces résultats suggèrent que l’environnement mécanique prédominant de la rupture des plaques peut varier selon le sous-site anatomique, bien qu’ils n’établissent pas de mécanisme de charge causal unique.
Les différences observées offrent une extension possible du concept général de rupture des plaques liée à la fatigue. Dans le corps mandibulaire, les fractures se propageaient principalement dans la direction buccolinguale, suggérant une vulnérabilité aux contraintes latérales. Cependant, les expériences de fracture de référence étaient conçues uniquement pour des comparaisons morphologiques qualitatives et exploratoires et n’étaient pas destinées à une validation biomécanique. Comme la charge était appliquée manuellement, aucune mesure quantitative de la force, du déplacement, du taux de chargement, de la charge de fracture ou des paramètres d’essai de fatigue n’a été obtenue. De plus, le modèle ne reproduisait pas l’environnement de charge complexe, cyclique, multidirectionnel et spécifique au patient vécu par les plaques de reconstruction mandibulaire in vivo. En conséquence, les similitudes observées ne doivent être interprétées que comme des schémas générateurs d’hypothèses nécessitant une confirmation par des tests biomécaniques standardisés.
Si elle est confirmée dans des études plus larges et plus contrôlées, la variation anatomique de l’environnement mécanique pourrait avoir des implications pour la conception des plaques de reconstruction. Les stratégies potentielles pourraient inclure la modification régionale de la rigidité des plaques, la géométrie de la section transversale, l’épaisseur des plaques ou un renforcement supplémentaire. Néanmoins, les résultats présents ne suffisent pas à recommander une configuration de plaque spécifique à un sous-site particulier. De telles recommandations nécessiteraient des tests comparatifs tenant compte de la longueur des défauts, de l’envergure des plaques non soutenues, de la méthode de fixation, du remodelage des plaques, du support osseux résiduel et des conditions de charge spécifiques au patient 11,13,14,15,16,17.
La spectroscopie des rayons X à dispersion d’énergie a détecté le titane et l’oxygène comme éléments dominants, avec de petites quantités incohérentes de carbone et de sodium dans un sous-ensemble d’échantillons. Ces signaux mineurs sont plus probablement attribuables à une oxydation de surface, des contaminants adsorbés ou des résidus physiologiques qu’à une véritable altération de l’alliage 18,19,20,21. Aucun dépôt élémentaire inattendu marqué ni anomalie de composition n’a été identifié dans les régions analysées. Cependant, la spectroscopie à rayons X à dispersion d’énergie fournit des informations élémentaires localisées et ne peut exclure de manière indépendante la corrosion localisée, le fretting, la tribocorrosion ou d’autres processus de dégradation de surface 18,19,20,21. Par conséquent, les résultats de la spectroscopie des rayons X à dispersion d’énergie ne doivent pas être interprétés comme une preuve définitive que la dégradation chimique n’a joué aucun rôle dans la rupture des plaques. Au contraire, les résultats fractographiques étaient plus compatibles avec la défaillance mécanique progressive, tandis que la contribution relative des procédés liés à la corrosion reste incertaine.
La fractographie basée sur la récupération présente plusieurs points forts. Il examine directement les implants ayant échoué en pratique clinique et permet d’identifier les régions potentielles d’initiation des fissures, les caractéristiques de propagation et les zones finales de rupture. Il peut également relier la morphologie de la fracture à des informations cliniques et anatomiques sans se reposer uniquement sur des conditions de charge supposées. Cependant, l’analyse de récupération ne peut pas reconstituer l’historique complet de charge d’un implant ni quantifier l’ampleur, la fréquence et la direction des forces agissant avant la rupture. La surface de fracture observée peut également refléter les effets combinés du contouring des plaques, des charges répétées, de la concentration locale de contraintes, de l’exposition biologique, de l’explantation et de la préparation de l’échantillon.
Plusieurs étapes du protocole sont cruciales pour la qualité et la fiabilité de l’analyse fractographique. La surface de fracture doit être protégée contre le grattage et le contact avec les instruments lors de la récupération et nettoyée doucement sans abrasion mécanique, car la contamination et les dommages secondaires peuvent masquer les caractéristiques liées à la fatigue. L’orientation anatomique doit être établie avant le montage en corrélant le contour de la plaque et la configuration en trou vissé avec les résultats opératoires et radiographiques ; Les spécimens d’orientation incertaine doivent être classés comme indéterminés. Un examen à faible grossissement de toute la surface de fracture doit précéder une imagerie ciblée à fort grossissement afin de préserver la relation spatiale entre la région d’initiation présumée, les caractéristiques de propagation et la zone finale de rupture. Un montage conducteur sécurisé et un ajustement approprié de la distance de travail et des conditions de balayage peuvent réduire la charge et les artefacts de focalisation. Pour l’analyse EDS, les régions proches des bords de l’échantillon, du ruban carbone ou des débris visibles doivent être évitées afin de minimiser les signaux élémentairestrompeurs 18. Des conditions d’imagerie cohérentes, des catégories morphologiques prédéfinies et une revue indépendante suivie d’un consensus sont importantes pour réduire la variabilité interprétative, et les fractures présentant des caractéristiques obscurcies ou ambiguës ne doivent pas être attribuées à une catégorie de référence directionnelle.
Les avantages pratiques du protocole incluent l’utilisation d’implants récupérés cliniquement, une préparation minimale de l’échantillon destructeur, l’intégration de données cliniques, radiographiques, morphologiques et élémentaires, ainsi qu’un flux de travail standardisé de faible à élevé grossissement. La méthode peut être mise en œuvre dans des laboratoires disposant d’équipements SEM et EDS conventionnels sans nécessiter un système de test mécanique dédié. Des procédures prédéfinies d’orientation, d’imagerie et de classification peuvent également améliorer la reproductibilité entre les spécimens et les chercheurs. Cependant, l’accessibilité dépend toujours de la disponibilité de l’expertise en SEM et d’une gestion appropriée de la récupération.
L’analyse par éléments finis et les tests de fatigue standardisés fournissent des informations complémentaires. L’analyse par éléments finis peut estimer les distributions de contraintes et de déformation et évaluer les effets de la géométrie des défauts, de la conception des plaques, de la configuration de fixation et des hypothèsesde charge 13, 16, 17. Cependant, ses résultats sont sensibles aux hypothèses concernant les forces musculaires, le contact occlusal, les propriétés matérielles, les conditions aux limites et l’interaction os-implant13,16. Les essais de fatigue cycliques sur table de laboratoire peuvent fournir des mesures quantitatives telles que la rigidité des constructions, les cycles jusqu’à la défaillance, la résistance à la fatigue et la charge de défaillance dans des conditionsstandardisées 13,15. Néanmoins, de telles expériences simplifient nécessairement l’environnement de charge biologique, anatomique et multidirectionnel variable rencontré in vivo. La fractographie basée sur la récupération, l’analyse par éléments finis et les tests de fatigue doivent donc être considérés comme des approches complémentaires plutôt que interchangeables.
Ce protocole peut être utile dans plusieurs domaines de la recherche sur les craniomaxillofaciaux. Il peut faciliter la comparaison entre plaques conventionnelles et spécifiques au patient, soutenir la validation des prédictions par éléments finis à l’aide d’implants récupérés, et aider à identifier quels sous-sites mandibulaires sont les plus vulnérables dans différents contextesreconstructeurs 11,13,14,15,16,17 . De plus, il peut aider au développement de stratégies de reconstruction hybrides combinant plaques avec greffes osseuses vascularisées, segments de partage de charge ou barres supplémentaires dans des régions mécaniquementexigeantes 1, 2, 13, 14, 15.
Plusieurs limites doivent être reconnues. Premièrement, il s’agissait d’une petite étude rétrospective de ponction sur sept patients et neuf sites de fracture, avec deux plaques contribuant chacune à deux lignes de fracture ; par conséquent, certaines observations n’étaient pas statistiquement indépendantes, et les résultats peuvent ne pas être généralisables. La cohorte était également hétérogène en ce qui concerne le diagnostic, la localisation des défauts, l’exposition à la radiothérapie, les unités occlusales fonctionnelles, la portée des plaques non soutenues, la configuration des fixations et le système des plaques. Des différences d’épaisseur de plaque, de profil de section transversale, de géométrie du trou, de traitement des matériaux et de conception spécifique au fabricant peuvent avoir affecté la concentration de contraintes et la morphologie de la surfacede fracture 11,13,14,15,16. En raison de la cohorte petite et hétérogène, les effets du site anatomique ne pouvaient être séparés de ceux de la conception du système de plaques.
Deuxièmement, le nombre, l’emplacement et l’étendue des manœuvres de flexion ou de remise en mouvement intraopératoires n’ont pas été documentés de manière cohérente. Un contourage répété peut introduire des contraintes résiduelles ou un affaiblissement mécanique local et pourrait donc contribuer à la rupture de laplaque 16.
Troisièmement, le modèle de fracture de référence a été fortement simplifié. Ainsi, les expériences de référence ne doivent pas être interprétées comme une validation biomécanique des directions de charge déduites des surfaces de fracture cliniques. Une seule plaque inutilisée a été testée pour chaque direction de chargement, et la charge a été appliquée manuellement et de manière monotone sans mesure quantitative de la force, du déplacement, du taux de charge ou de la charge de fracture. La reproductibilité n’a pas pu être évaluée, et le modèle n’a pas reproduit les forces cycliques, multidirectionnelles et spécifiques au patient présentes in vivo. En conséquence, les fractures expérimentales ne servaient que de références morphologiques qualitatives.
Quatrièmement, la comparaison entre fractures cliniques et de référence s’est basée sur une évaluation qualitative des caractéristiques fractographiques prédéfinies. Bien que les images aient été examinées indépendamment et que les désaccords aient été résolus par consensus, l’interprétation est restée en partie subjective, et la morphologie des fractures seule ne peut pas déterminer de manière unique l’ampleur ou la direction de la charge causale.
Enfin, la spectroscopie SEM et la spectroscopie à rayons X à dispersion d’énergie fournissent des informations structurelles et élémentaires localisées mais ne peuvent pas reconstituer l’histoire mécanique, biologique ou chimique complète desimplants 18. L’absence d’anomalies compositionnelles marquées n’exclut pas la corrosion localisée, le fretting, la tribocorrosion ou les interactions entre la dégradation de surface et la fatigue 19,20,21. Ces résultats doivent donc être considérés comme exploratoires et générateurs d’hypothèses et nécessitent une confirmation par des cohortes de récupération plus larges, des tests de fatigue cyclique standardisés, des mesures mécaniques quantitatives et une analyse par éléments finis spécifiques au patient.
Les études futures devraient intégrer la fractographie basée sur la récupération avec la géométrie spécifique au patient, les données de charge fonctionnelle et les variables de conception reconstructives. Des cohortes de récupération multicentriques plus larges peuvent clarifier si certains schémas de défauts ou stratégies de fixation prédisent à une défaillance dominante corporelle ou dominante en angle. Dans l’ensemble, ces observations fournissent une base pour de futures recherches sur la possibilité que le renforcement spécifique à un sous-site soit bénéfique, mais elles ne soutiennent pas directement une stratégie particulière de conception de plaques.
Déclarations de divulgation
Les auteurs ne déclarent aucun intérêt financier concurrent.
Remerciements
Ce travail a été soutenu par le New Faculty Startup Fund de l’Université nationale de Séoul (n° 860-20250053). Les auteurs remercient le personnel de l’Hôpital dentaire de l’Université Nationale de Séoul pour leur aide dans la manipulation des échantillons et le soutien à l’imagerie.
Matériaux
| Nom | Entreprise | Numéro de catalogue | Commentaires |
|---|---|---|---|
| Détecteur de spectroscopie X à dispersion d'énergie (Apreo 2) | Thermo Fisher Scientific | No de pièce 1229004 | Détecteur intégré utilisé pour l'analyse élémentaire pendant la microscopie électronique à balayage |
| Plaque de reconstruction mandibulaire OPTIMUS | Osteonic | MST326M17 | Échantillons cliniques fracturés récupérés analysés dans cette étude |
| Microscope électronique à balayage (Apreo 2) | Thermo Fisher Scientific | No de pièce 1229004 | Utilisé pour l'examen fractographique des surfaces de fracture |
| Plaque de reconstruction Titanium MatrixMANDIBLE | DePuy Synthes | 04.503.739 | Échantillons cliniques fracturés récupérés analysés dans cette étude |
| Bain à ultrasons | SHARP | UT-106 | Nettoyage à l'éthanol des plaques |
| Plaque de reconstruction mandibulaire universelle 2 | Stryker Leibinger | 55-28922 55-28920 | Échantillons cliniques fracturés récupérés analysés dans cette étude |
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Réimpressions et autorisations
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