不同部位瘢痕對腭裂上頜骨發(fā)育影響的有限元研究

黃威 曹丁 張曉燕 高璽鑫 李向軍

唇腭裂是口腔頜面部常見的先天性發(fā)育異常性疾病，患病率約為0.16%[1]，其中單側完全性唇腭裂患者所占比例高達30%[2]。腭裂術后常伴發(fā)上頜骨發(fā)育不足[3-5]，大部分學者認為腭裂手術創(chuàng)傷及術后瘢痕組織攣縮為其主要原因[6-8]，其發(fā)生機理一直作為研究的熱點。文抑西等[9]曾對腭部瘢痕力進行研究，但是腭部不同部位的瘢痕力對上頜骨的作用情況國內外尚未見報道，本研究通過有限元技術，對腭部不同部位的瘢痕力對上頜骨的影響進行分組對比研究，為腭裂術式的選擇提供科學依據。

1 材料與方法

1.1 實驗基礎

選取一男性17 歲右側完全性唇腭裂患者進行螺旋CT掃描與三維重建，將其圖片應用ANSYS軟件輸入文件形成輪廓圖完成模型的建立，并手動選取兩側腭板口腔面利用單元生長技術形成含腭板軟組織的三維有限元模型[10](圖1)。

1.2 在有限元模型上分組施加工況，模擬腭部瘢痕力

第一組為整個腭板口腔面施加載荷力，第二組為在裂隙緣處施加載荷力，第三組為在腭板口腔面的外1/3處施加載荷力，第四組為在腭板口腔面的內2/3處施加載荷力。腭部瘢痕力大小均為17.52 N[9]，方向為由兩側向中央及由前向后，限制面設定為兩側上頜骨后端的翼頜連接處所形成的連接面[9](表1)。

圖1 連為一體的腭裂上頜骨有限元模型Fig 1 Connected finite element model of maxilla with cleft palate

表1 各組腭部工況添加情況Tab 1 Loading condition in the groups

注：施力節(jié)點數為有限元模型上施力區(qū)所對應節(jié)點數量;R:右側上頜骨(裂隙側上頜骨)；L：表示左側上頜骨(非裂隙側上頜骨);X:表示右側上頜骨受到橫斷面上由右向左的水平方向的作用力，即由外向內的作用力;-X：表示左側上頜骨受到橫斷面上由左向右的水平方向的作用力，即由外向內的作用力;-Z：表示兩側上頜骨均受到矢狀面上由前向后方向的作用力

2 結 果

2.1 各組位移云圖的結果顯示與分析

見圖2。

2.2 位移結果的讀取

①第一組總位移：兩側上頜骨由前向后，由外到內，由下到上，位移形變逐漸變小，其中上頜骨前段裂隙兩側及兩側顴突位移形變最明顯，且健側位移大于患側；②第二組總位移：患側上頜骨前段牙槽突形變大于健側骨段，且形變量比為6.537/10.694(前者為第二組位移云圖所顯示最大值即第二組最大形變量，后者為第一組位移云圖所顯示最大值即第一組最大形變量)，表明較第一組而言，第二組形變量明顯縮??；③第三組總位移：健側上頜骨較患側形變明顯的趨勢，較第一組情況更加顯著，且形變量更大(11.964-0.001 719>10.694-0.001 462)(前者為第三組位移云圖所顯示最大值與最小值差即第三組形變幅度，后者為第一組位移云圖所顯示最大值與最小值差即第一組形變幅度)；④第四組總位移：健側上頜骨形變與第一組情況相似，但是患側上頜骨形變較其有所增加；就形變量而言，9.034/10.694(前者為第四組位移云圖所顯示最大值即第四組最大形變量，后者為第一組位移云圖所顯示最大值即第一組最大形變量)，表明形變趨勢總體較第一組情況有所減小。

3 討 論

3.1 分組的含義

第一組腭部瘢痕力，即在腭板口腔面全層施加的瘢痕力，以單側完全性唇腭裂患者，實施兩瓣后退法手術為例，在腭裂修補術后，瘢痕組織將會產生在腭板口腔面全層以及裂隙區(qū)，所以這些瘢痕組織對硬組織的施力作用點即為腭板口腔面全層及部分牙槽突內壁。其中可具體分為以下幾個部分：①裸露骨面處的瘢痕組織；②腭粘骨膜瓣與腭板之間的瘢痕組織；③腭粘骨膜瓣與鼻腔側黏膜之間的瘢痕組織(即裂隙區(qū)的瘢痕組織)。這三部分瘢痕組織的受力點分別為：①靠近牙槽突內壁的裸露腭板骨面及部分牙槽突內壁；②腭粘骨膜瓣與腭板的接觸部分；③兩側裂隙緣。由于每位患者的裂隙程度不同，所以以上三部分所造成的施力節(jié)點比例也不同，作者將其劃分為三部分，以研究其各自的趨勢，即：①裸露骨面處的瘢痕組織所對應的瘢痕力的施力區(qū)為腭板口腔面的外1/3部分(第三組)；②腭粘骨膜瓣與腭板之間的瘢痕組織所對應的瘢痕力的施力區(qū)為腭板口腔面的內2/3部分(第四組)；③腭粘骨膜瓣與鼻腔側黏膜之間的瘢痕組織所對應的瘢痕力的施力區(qū)為兩側裂隙緣(第二組)。由于各組施加力量區(qū)域不同，故所對應區(qū)域的節(jié)點數不同，但各組所施加力量的大小與方向均相同。

圖2 各組總位移Fig 2 Displacement venctor sum of the groups

3.2 分組對比

第一組腭部瘢痕力即臨床實際中腭部瘢痕力(腭裂兩瓣法)，其他3 組腭部瘢痕力較第一組而言，對上頜骨的影響:①第二組形變量小于第一組，即在裂隙緣兩側施加瘢痕力對上頜骨的影響較實際情況偏小;②第三組形變量大于第一組，即在腭板口腔面的外1/3處施加瘢痕力對上頜骨的影響較實際情況偏大;③第四組形變量小于第一組，即在腭板口腔面的內2/3處施瘢痕力對上頜骨的影響較實際情況偏小;④鑒于第二組與第四組均小于第一組，那么將第二組與第四組進行比較，可知，第四組形變量大于第二組情況，即在腭板口腔面的內2/3處施加瘢痕力對上頜骨的影響較在裂隙緣兩側施加瘢痕力對上頜骨的影響大;⑤小結：在相同瘢痕力的情況下，腭板口腔面外側近牙槽突區(qū)的瘢痕力對上頜骨的影響最大，腭板口腔面內側的瘢痕力次之，裂隙區(qū)的瘢痕力影響最小。

3.3 腭裂手術對上頜骨的影響及術式的探討

Jackson等[11]認為腭裂手術主要造成上頜牙弓寬度縮窄，Bittencourt等[5]認為腭裂手術不僅對上頜骨寬度造成影響，同時長度的發(fā)育也會受到限制。本研究前期試驗認為腭裂術后上頜骨在三維方向上生長均受到抑制，以寬度影響最重[9]。

腭裂術式的選擇為上頜骨發(fā)育異常的重要影響因素之一[12]：Iwasaki等[13]認為腭裂手術中兩瓣后推法較蘭式手術對上頜骨發(fā)育而言影響更大；Jackson等[11]研究發(fā)現反向雙“Z”法對上頜骨發(fā)育未造成明顯影響；Shi等[14]認為腭裂術式中，腭瓣后推法對上頜骨發(fā)育影響最重，其次是有松弛切口的改良蘭式法；有學者認為犁骨瓣法修復腭裂對上頜骨發(fā)育影響較小[15-16]，Xu等[7]認為犁骨瓣法主要是限制了上頜骨向下的生長發(fā)育，Fudulej 等[17]發(fā)現犁骨瓣法修復腭裂較蘭式法對上頜骨發(fā)育而言，有更好的牙弓關系。綜上，犁骨瓣法及反向雙“Z”法對上頜骨影響較輕，兩瓣法影響最重，蘭式法介于其間。

本研究認為腭裂術后瘢痕組織越靠近牙槽突則對上頜骨影響越大，越近裂隙區(qū)則影響越小，故術式選擇可以盡量減少近牙槽突區(qū)切口，其結果與以上研究相近，且本研究從生物力學角度揭示了其機理。有限元分析為一種近似科學，該研究從建模直至腭部瘢痕力的模擬均采用了近似的原理，故其不能完全替代人體復雜的解剖結構以及瘢痕的全部作用機制，但隨著科技的不斷發(fā)展，其精確性定會逐漸提高。