Реконструкция челюсти после удаления опухоли или травмы всё чаще опирается на индивидуальные 3D-печатные титановые пластины. Однако кастомизация обычно касается только формы имплантата, но не его внутренней структуры — ширина и толщина пластины по-прежнему определяются дизайнером на основе опыта и клинических наблюдений. Критические параметры дизайна пациент-специфичных имплантатов (PSI) определяют их механическую прочность, поэтому возможность анализировать эти параметры и корректировать их могла бы помочь избежать переломов пластины.

Предложенный алгоритм использует данные о напряжениях из конечно-элементного анализа (FEA) для селективного усиления только высоконагруженных областей реконструктивной пластины, вместо равномерного усиления всей конструкции. Усиление плавно интегрируется в геометрию пластины, предотвращая резкие изменения поперечного сечения, которые могли бы создать концентрацию напряжений. Подход был применён к базовой пластине в двух зонах повышенного напряжения.

Пластина А (усиление только первичной зоны) снизила пиковое напряжение на 36,0% и деформацию на 43,8% в этой зоне — максимальное снижение среди обоих вариантов дизайна. Также наблюдалось снижение напряжения и деформации во второй, неизменённой зоне на 12,7% и 14,3% соответственно.

Пластина B (усиление обеих зон) дополнительно снизила напряжение и деформацию во второй зоне примерно на 30,6% и 33,3% соответственно, а деформацию в первичной зоне — на 40,6% относительно базового варианта. По сравнению с пластиной А, пластина B показала незначительно более высокое напряжение в первой зоне, но оно оставалось значительно ниже исходного базового значения.

Работа демонстрирует, что геометрия пациент-специфичных имплантатов может формироваться непосредственно на основе биомеханической обратной связи. Алгоритм обеспечивает эффективный вычислительный рабочий процесс, позволяя создавать имплантаты, которые не только анатомически индивидуализированы, но и механически оптимизированы под заданные условия нагрузки.