唇腭裂術(shù)后瘢痕及上頜擴(kuò)弓聯(lián)合前牽引治療對(duì)上頜骨發(fā)育綜合影響的有限元分析

黃威 李穎輝 郭凱利 周永川 李向軍

1.河北醫(yī)科大學(xué)口腔醫(yī)學(xué)院·口腔醫(yī)院口腔頜面外科，河北省口腔醫(yī)學(xué)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，石家莊 050017；2.河北醫(yī)科大學(xué)口腔醫(yī)學(xué)院·口腔醫(yī)院口腔正畸科，河北省口腔醫(yī)學(xué)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，石家莊 050017；3.河北醫(yī)科大學(xué)口腔醫(yī)學(xué)院·口腔醫(yī)院，河北省口腔醫(yī)學(xué)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，石家莊 050017；4.河北醫(yī)科大學(xué)口腔醫(yī)學(xué)院·口腔醫(yī)院兒童口腔科，河北省口腔醫(yī)學(xué)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，石家莊 050017

唇腭裂是顱面部最常見(jiàn)的一種先天發(fā)育異常性疾病[1-2]，手術(shù)治療為主要手段，然而術(shù)后常出現(xiàn)上頜發(fā)育不足的現(xiàn)象[3-5]。上頜擴(kuò)弓聯(lián)合前牽引治療能對(duì)上頜骨發(fā)育起到明顯促進(jìn)作用，已成為唇腭裂術(shù)后正畸治療的必要手段[6-7]。唇腭裂患者經(jīng)正畸治療后上頜骨發(fā)育情況尚存在爭(zhēng)議，且以往研究多為臨床觀察[8-9]，受觀察周期等影響因素限制。本研究采用有限元方法，建立唇腭裂上頜骨有限元模型，對(duì)唇腭裂術(shù)后瘢痕力及上頜擴(kuò)弓聯(lián)合前牽引力進(jìn)行模擬，分析其綜合作用下上頜骨的發(fā)育情況，以期從理論上對(duì)唇腭裂患者正畸治療后的上頜骨發(fā)育情況進(jìn)行解釋。

1 材料和方法

1.1 唇腭裂上頜骨三維有限元模型的建立

在原腭裂上頜骨有限元模型基礎(chǔ)上[10]（圖1），通過(guò)ANSYS 17.0軟件，于雙側(cè)上頜尖牙牙槽突之間外側(cè)區(qū)域添加一層8 mm厚組織[11]，賦予材料屬性[12]，彈性模量為1.5 MPa，泊松比為0.49，即完成了含上唇軟組織的唇腭裂上頜骨三維有限元模型的建立（圖2）。

1.2 添加工況

在所建立的唇腭裂上頜骨三維有限元模型上添加工況，即同時(shí)添加唇腭裂術(shù)后瘢痕力與上頜擴(kuò)弓聯(lián)合前牽引力，其中術(shù)后瘢痕力包括上唇壓力及腭部瘢痕力，工況力值的設(shè)定[10,13-14]見(jiàn)表1，限制面設(shè)定為雙側(cè)上頜骨后端翼頜連接區(qū)[10]。

1.3 力學(xué)分析

添加工況后進(jìn)行力學(xué)分析，分別研究總位移、X軸、Y軸及Z軸位移云圖形變趨勢(shì)，每組位移云圖均從橫斷面及冠狀面兩個(gè)角度觀察健、患側(cè)牙槽突前段形變量，并對(duì)X軸、Y軸及Z軸形變量進(jìn)行橫向比較。

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

圖2 連為一體的唇腭裂上頜骨有限元模型Fig 2 Connected finite element model of maxilla with cleft lip and palate

表1 工況力值的設(shè)定Tab 1 Setting working condition

2 結(jié)果

總位移云圖觀察可見(jiàn)，兩側(cè)上頜骨均發(fā)生形變，牙槽突前段形變最明顯，由前向后逐漸降低，最大形變位移為7.732 89。X軸位移云圖代表橫向形變，兩側(cè)上頜骨均發(fā)生形變，由前向后逐漸降低，牙槽突及頜骨體前段形變最明顯，健、患側(cè)上頜骨均向裂隙中央?yún)^(qū)移動(dòng)（上頜骨寬度縮窄），最大形變分別為4.627 31、6.492 63。Y軸位移云圖代表垂直向形變，兩側(cè)上頜骨均發(fā)生形變，由前向后逐漸降低，牙槽突及頜骨體前段形變最明顯，健、患側(cè)上頜骨均向下移動(dòng)（上頜骨高度降低），最大形變分別為4.064 97、2.239 77。Z軸位移云圖代表矢狀向形變，兩側(cè)上頜骨均發(fā)生形變，由前內(nèi)向后外逐漸降低，牙槽突前段形變最明顯，健、患側(cè)上頜骨大部分均向后移動(dòng)（上頜骨突度縮?。?，最大形變分別為4.651 72、3.762 62（圖3～6）。由以上結(jié)果可見(jiàn)，上頜骨在X軸、Y軸、Z軸三維方向上均出現(xiàn)明顯形變，且健、患側(cè)牙槽突前段形變量（即最大形變量）相比較，X軸＞Z軸＞Y軸。這說(shuō)明在唇腭裂術(shù)后瘢痕及上頜擴(kuò)弓聯(lián)合前牽引治療綜合影響下，上頜骨在三維方向上均出現(xiàn)明顯生長(zhǎng)抑制現(xiàn)象，其中以橫向 及矢狀向生長(zhǎng)抑制最明顯。

圖3 總位移云圖Fig 3 Displacement venctor sum

圖4 X軸方向位移Fig 4 X-component of displacement

圖5 Y軸方向位移Fig 5 Y-component of displacement

3 討論

3.1 瘢痕力與正畸力的選取

Huang等[15]與Kongprasert等[16]均認(rèn)為唇裂術(shù)后瘢痕組織產(chǎn)生的一種持續(xù)性壓力是唇裂手術(shù)抑制上頜骨發(fā)育的關(guān)鍵。Ye等[17]將80名成年單側(cè)完全性唇腭裂患者根據(jù)是否行腭裂修補(bǔ)術(shù)進(jìn)行分組研究，認(rèn)為腭裂術(shù)后的瘢痕攣縮是抑制上頜骨生長(zhǎng)發(fā)育的關(guān)鍵。故筆者將唇裂術(shù)后上唇壓力與腭裂術(shù)后腭部瘢痕力這兩種力作為影響上頜骨發(fā)育的關(guān)鍵力進(jìn)行模擬。

有學(xué)者[7]通過(guò)對(duì)唇腭裂患者正畸治療文獻(xiàn)回顧，認(rèn)為唇腭裂患者替牙期正畸治療的關(guān)鍵是糾正上頜橫向及矢狀向的發(fā)育不足，上頜擴(kuò)弓聯(lián)合前牽引治療療效顯著，為該階段正畸治療的主要手段。故筆者將上頜擴(kuò)弓聯(lián)合前牽引力作為唇腭裂術(shù)后正畸治療的關(guān)鍵力進(jìn)行模擬。

圖6 Z軸方向位移Fig 6 Z-component of displacement

3.2 4種力值的設(shè)定

唇裂術(shù)后唇匝肌張力降低20%[18]，故可推論唇裂術(shù)后上唇壓力大于正常唇壓力，故本實(shí)驗(yàn)選取正常唇壓力值[13]進(jìn)行研究，較臨床力值偏小，但結(jié)合研究結(jié)果上頜骨呈現(xiàn)出明顯生長(zhǎng)抑制現(xiàn)象，若增加上唇壓力至臨床力值，那么抑制效應(yīng)會(huì)更加明顯，研究結(jié)果是一致的。腭部瘢痕力為根據(jù)單側(cè)完全性唇腭裂患者平均裂隙寬度[19]及兩瓣法術(shù)式特點(diǎn)進(jìn)行物理公式運(yùn)算所得[10]，上頜擴(kuò)弓聯(lián)合前牽引力均為臨床常規(guī)治療力值[14]，均具有一定代表性。

3.3 唇腭裂患者正畸治療后的上頜骨發(fā)育情況

Susami等[20]對(duì)11名在混合牙列期行上頜前牽引治療的單側(cè)完全性唇腭裂患者進(jìn)行觀察發(fā)現(xiàn)，發(fā)育完成時(shí)仍有5名患者存在明顯上頜骨發(fā)育不足的現(xiàn)象，需后期行正頜手術(shù)治療。Park等[21]通過(guò)對(duì)131名經(jīng)過(guò)正畸治療的唇腭裂患者行頭影測(cè)量發(fā)現(xiàn)，即便完善正畸治療，仍有相當(dāng)一部分唇腭裂患者存在明顯上頜矢狀向發(fā)育不足的現(xiàn)象。Lisson等[8]通過(guò)對(duì)40例患者進(jìn)行臨床觀察也得出了上述結(jié)論。本研究結(jié)果與以上研究結(jié)論相近，認(rèn)為唇腭裂患者經(jīng)歷正畸治療后仍存在明顯上頜發(fā)育不足。以上研究均采用臨床觀察，主要通過(guò)二維的頭顱側(cè)位片進(jìn)行比較，而本研究采用有限元技術(shù)，在三維方向上進(jìn)行受力分析，結(jié)果發(fā)現(xiàn)不僅存在矢狀向發(fā)育不足，同時(shí)橫向發(fā)育不足更加明顯。

然而其他學(xué)者研究得出不同結(jié)論：Sutthidechanai等[22]對(duì)32名早期行上頜擴(kuò)弓及牽引治療的單側(cè)完全性唇腭裂患者觀察發(fā)現(xiàn)，正畸治療后咬合關(guān)系及側(cè)貌均得到了明顯改善，趨于正常，該研究發(fā)現(xiàn)正畸治療后主要由于齒性關(guān)系的改變而改善了軟組織側(cè)貌，對(duì)于上頜骨骨性的改變并未給予過(guò)多描述。Kobayashi等[9]對(duì)7名伴有前頜前突的雙側(cè)完全性唇腭裂患者依次采取術(shù)前正畸矯正、唇粘連術(shù)、牙齦骨膜成形術(shù)、Furlow術(shù)及上頜前牽引治療，待其10歲時(shí)進(jìn)行頭影測(cè)量觀察發(fā)現(xiàn)，所有患者上頜骨測(cè)量值均同正常同齡兒童相近，但并未對(duì)其進(jìn)行遠(yuǎn)期隨訪。本結(jié)果與以上研究結(jié)論存在差異，分析其原因?yàn)镵obayashi等[9]的研究腭裂術(shù)式為Furlow術(shù)，且無(wú)法確定遠(yuǎn)期療效。而本實(shí)驗(yàn)中腭部瘢痕力為模擬腭裂兩瓣法所得[10]，腭裂兩瓣法較Furlow術(shù)而言對(duì)上頜骨發(fā)育影響更大[23]。此外，本研究采用有限元技術(shù)，不受觀察周期等影響因素的限制。

因?yàn)槿S有限元只能對(duì)限定的條件因素進(jìn)行約束與模擬，故其研究結(jié)果存在一定局限性。本研究?jī)H對(duì)唇腭裂手術(shù)瘢痕及正畸治療中兩種主要矯治力進(jìn)行了限制考慮，對(duì)于影響上頜骨發(fā)育的其他因素比如唇腭裂患者發(fā)育的內(nèi)在固有因素、手術(shù)時(shí)機(jī)的選擇及術(shù)前是否已行正畸矯正等因素均未考量，將在后續(xù)研究中進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)對(duì)這些因素的模擬。

綜上所述，在唇腭裂術(shù)后瘢痕及上頜擴(kuò)弓聯(lián)合前牽引治療綜合影響下，上頜骨在三維方向上均出現(xiàn)明顯生長(zhǎng)抑制現(xiàn)象，其中以橫向及矢狀向生長(zhǎng)抑制最明顯，由此可推論單側(cè)完全性唇腭裂患者正畸治療后，仍存在上頜發(fā)育不足的現(xiàn)象，可能需要正頜手術(shù)等進(jìn)一步治療。

利益沖突聲明：作者聲明本文無(wú)利益沖突。