牙槽突裂植骨前后上頜擴(kuò)弓對(duì)上頜牙槽骨位移影響的三維有限元分析

袁瑋 侯彥 宋鵬 張曉煥 黃威

1.邯鄲市口腔醫(yī)院，邯鄲 056000；2.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，河北省口腔疾病臨床醫(yī)學(xué)研究中心，石家莊 050017；3.唐山市灤南縣醫(yī)院口腔科，唐山063500

唇腭裂術(shù)后常伴發(fā)上頜發(fā)育受限，替牙期時(shí)癥狀顯著[1]，上頜擴(kuò)弓能對(duì)發(fā)育不足起到明顯改善作用[2]，同時(shí)也需要牙槽突裂植骨。上頜擴(kuò)弓及牙槽突裂植骨兩種治療先后順序的選擇尚存在爭(zhēng)議，以往研究主要是從提高牙槽突裂植骨成功率[3-4]及更好擴(kuò)展腭中縫[2,5]的角度進(jìn)行考量。牙槽突裂植骨前后上頜擴(kuò)弓對(duì)上頜骨位移變化的影響尚未見(jiàn)報(bào)道，且既往只是從主觀感覺(jué)認(rèn)為植骨前擴(kuò)弓較植骨后更容易，本研究采用有限元技術(shù)對(duì)牙槽突裂植骨前后進(jìn)行模擬，從三維方向觀察比較上頜擴(kuò)弓對(duì)牙槽骨的位移影響，以期為臨床治療提供一定理論參考。

1 材料和方法

1.1 牙槽突裂植骨前后上頜骨有限元模型的建立

以前期所建立的右側(cè)完全性唇腭裂有限元模型[6]為基礎(chǔ)，由于該模型尚未進(jìn)行牙槽突裂植骨，故可認(rèn)為該模型為牙槽突裂植骨前的上頜骨有限元模型（圖1A），在該模型上應(yīng)用ANSYS 17.0 軟件中布爾操作技術(shù)模擬牙槽突裂植骨，植骨范圍為前鼻嵴至鼻腭孔，彈性模量為8.0×103MPa，泊松比為0.3[7]，即完成了牙槽突裂植骨后的上頜骨有限元模型的構(gòu)建（圖1B）。

1.2 添加上頜擴(kuò)弓力

在所形成的牙槽突裂植骨前后的上頜骨有限元模型上，分別施加相同的上頜擴(kuò)弓力[8]，施力區(qū)域?yàn)殡p側(cè)上頜第一前磨牙及第一磨牙的牙槽嵴頂區(qū)，方向?yàn)槠叫杏谄矫嫠较騼蓚?cè)（圖2），大小4.9 N，限制面設(shè)定為上頜骨后端翼頜連接區(qū)[6]。

1.3 運(yùn)算分析

對(duì)植骨前擴(kuò)弓（未植骨組）與植骨后擴(kuò)弓（植骨組）2 組模型進(jìn)行運(yùn)算，將三維方向位移云圖中牙槽骨區(qū)域的形變趨勢(shì)進(jìn)行分析；在健、患側(cè)牙槽骨區(qū)域從前向后分別選取6個(gè)節(jié)點(diǎn)作為標(biāo)記點(diǎn)（圖2），對(duì)其三維方向位移量進(jìn)行比較；采用配對(duì)t檢驗(yàn)（SPSS 26.0 軟件）比較2 組位移及各組健、患側(cè)位移有無(wú)差異，P<0.05 為差異具有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。

圖2 牙槽骨區(qū)域標(biāo)記點(diǎn)、施力部位及方向Fig 2 Mark points in alveolar bone,position and direction of applied force

2 結(jié)果

2.1 2組模型三維方向位移云圖分析

2組模型三維方向位移云圖見(jiàn)圖3～5。

圖3 X軸方向位移云圖Fig 3 X-axis displacement nephogram

X 軸方向即水平向，反映了上頜骨的寬度變化。由圖3A 可知植骨前擴(kuò)弓，患側(cè)上頜牙槽骨區(qū)域數(shù)值均為負(fù)值，表明該側(cè)牙槽骨均沿X 軸反方向移動(dòng)，健側(cè)上頜牙槽骨區(qū)域數(shù)值均為正值，表明該側(cè)牙槽骨均沿X 軸正方向移動(dòng)，即兩側(cè)牙槽骨水平向兩側(cè)移動(dòng)，牙弓擴(kuò)大。數(shù)值的絕對(duì)值越大表明位移量越大，由云圖可知由前向后牙槽骨區(qū)域位移量逐漸降低，裂隙區(qū)位移量最大，即前部擴(kuò)弓量大于后部，裂隙區(qū)擴(kuò)弓最明顯。由圖3B可知植骨后擴(kuò)弓，患側(cè)上頜牙槽骨區(qū)域數(shù)值均為負(fù)值，表明該側(cè)牙槽骨均沿X 軸反方向移動(dòng)，健側(cè)上頜牙槽骨區(qū)域數(shù)值均為正值，表明該側(cè)牙槽骨均沿X 軸正方向移動(dòng)，即兩側(cè)牙槽骨水平向兩側(cè)移動(dòng)，牙弓擴(kuò)大。數(shù)值的絕對(duì)值越大表明位移量越大，由云圖可知由前向后牙槽骨區(qū)域位移量逐漸增大，植骨區(qū)位移量幾乎為零，即前部擴(kuò)弓量小于后部，植骨區(qū)無(wú)明顯牙弓擴(kuò)大趨勢(shì)。

Y 軸方向即垂直向，反映了上頜骨的高度變化。由圖4可知植骨前后擴(kuò)弓上頜牙槽骨前內(nèi)側(cè)均向下移動(dòng)，后外側(cè)均向上移動(dòng)，即兩側(cè)牙槽骨前部高度均降低，后部高度均升高。

圖4 Y軸方向位移云圖Fig 4 Y-axis displacement nephogram

Z 軸方向即矢狀向，反映了上頜骨的突度變化。由圖5可知，植骨前擴(kuò)弓上頜牙槽骨前內(nèi)側(cè)向前移動(dòng)，后外側(cè)向后移動(dòng)，植骨后擴(kuò)弓則呈現(xiàn)相反的移動(dòng)趨勢(shì)，即植骨后較植骨前擴(kuò)弓牙槽骨前部突度降低。

圖5 Z軸方向位移云圖Fig 5 Z-axis displacement nephogram

2.2 2組模型標(biāo)記點(diǎn)位移量的比較及統(tǒng)計(jì)學(xué)分析

2 組健、患側(cè)牙槽骨區(qū)域標(biāo)記點(diǎn)三維方向位移量見(jiàn)表1～3，統(tǒng)計(jì)分析結(jié)果見(jiàn)表4。三維方向上未植骨組位移量均顯著大于植骨組（P<0.05），X 軸方向上植骨組與未植骨組健側(cè)牙槽骨擴(kuò)弓量均顯著大于患側(cè)（P<0.05）。

表1 2組健、患側(cè)牙槽骨區(qū)域標(biāo)記點(diǎn)X軸方向位移量Tab 1 X-axis displacement of the marked points in cleft side and noncleft side alveolar bone of two groups mm

3 討論

Yang 等[7]選取1 例上頜后縮患者的CT 數(shù)據(jù)進(jìn)行有限元建模，比較牙槽突裂植骨前后及不同前牽引方式下的治療效果。Chen等[9]采用有限元技術(shù)分析單側(cè)完全性唇腭裂患者，比較牙槽突裂植骨前后的上頜前牽引效果。本研究以前期研究模型為基礎(chǔ)，同樣應(yīng)用有限元技術(shù)觀察單側(cè)完全性唇腭裂患者植骨前后的上頜擴(kuò)弓情況。

表2 2組健、患側(cè)牙槽骨區(qū)域標(biāo)記點(diǎn)Y軸方向位移量Tab 2 Y-axis displacement of the marked points in cleft side and noncleft side alveolar bone of two groups mm

表3 2組健、患側(cè)牙槽骨區(qū)域標(biāo)記點(diǎn)Z軸方向位移量Tab 3 Z-axis displacement of the marked points in cleft side and noncleft side alveolar bone of two groups mm

表4 統(tǒng)計(jì)分析結(jié)果Tab 4 Statistical analysis results

以往有限元研究中觀察區(qū)域的選擇均為自行選取[7,9]，本研究旨在比較擴(kuò)弓情況，但由于技術(shù)限制腭中縫區(qū)骨量擴(kuò)展的比較尚無(wú)法在模型中進(jìn)行操作，故選取牙槽骨作為觀測(cè)區(qū)域，通過(guò)比較牙槽骨這一骨性區(qū)域水平向位移量，間接顯示骨性擴(kuò)弓情況。其中標(biāo)記點(diǎn)由前向后分別選取尖牙牙尖、前磨牙及磨牙近中邊緣嵴中點(diǎn)所對(duì)應(yīng)的牙槽骨投影點(diǎn)，該標(biāo)記點(diǎn)較穩(wěn)定且易尋找，同時(shí)能準(zhǔn)確反映牙槽骨移動(dòng)情況。本研究中擴(kuò)弓的施力部位、大小及方向的選擇均符合臨床中常規(guī)治療模式[8]，具有一定代表性。X 軸方向代表了水平橫向的位移情況，而擴(kuò)弓治療主要體現(xiàn)為牙弓的水平橫向擴(kuò)展，同時(shí)由于植骨前后模型的不同，在相同受力方式下可能存在垂直向及矢狀向的位移差異，故對(duì)Y軸及Z軸形變也進(jìn)行了考量。

有些學(xué)者主張先擴(kuò)弓再植骨。Ayub 等[2]對(duì)25名平均年齡10 歲的單側(cè)完全性唇腭裂患者進(jìn)行上頜擴(kuò)弓治療，該患兒均存在后牙反且尚未行植骨手術(shù)，治療結(jié)果顯示上頜寬度及牙齒傾斜度均明顯增加。Fa?anha 等[10]臨床研究發(fā)現(xiàn)單側(cè)完全性唇腭裂患者植骨前行上頜擴(kuò)弓，擴(kuò)弓效果顯著。本研究認(rèn)為植骨前擴(kuò)弓，可以導(dǎo)致上頜牙槽骨水平向位移明顯增加即擴(kuò)弓效果顯著，與以上結(jié)果相似。Ahmed 等[1]對(duì)1 名伴有嚴(yán)重面中部發(fā)育受限的12 歲雙側(cè)完全性唇腭裂患兒進(jìn)行治療，該患兒上頜牙列嚴(yán)重?fù)頂D，前后牙均存在反，該團(tuán)隊(duì)首先采用上頜擴(kuò)弓處理，然后進(jìn)行植骨手術(shù)，結(jié)果顯示上頜發(fā)育得到了明顯改善，尖牙間及磨牙間寬度顯著增加，且前牙區(qū)增加幅度明顯大于后牙區(qū)。本研究也發(fā)現(xiàn)植骨前擴(kuò)弓，牙槽骨區(qū)域擴(kuò)弓量由前向后逐漸變小，前部擴(kuò)弓量大于后部，與以上研究結(jié)果相近。還有一些學(xué)者[3-4]認(rèn)為植骨前擴(kuò)弓可以為手術(shù)創(chuàng)造更好條件進(jìn)而提高植骨成功率。本研究發(fā)現(xiàn)植骨前擴(kuò)弓，牙槽骨裂隙區(qū)擴(kuò)弓明顯，即可以更好打開(kāi)裂隙為植骨創(chuàng)造空間。

也有學(xué)者認(rèn)為應(yīng)該先植骨再擴(kuò)弓。Garib 等[5]對(duì)1 例已行牙槽突裂植骨的10 歲單側(cè)完全性唇腭裂患兒行上頜擴(kuò)弓治療后采用CBCT觀察，發(fā)現(xiàn)其腭中縫已被打開(kāi)且對(duì)植骨區(qū)無(wú)影響。Ayub 等[2]認(rèn)為植骨后擴(kuò)弓，可以更好地開(kāi)放腭中縫，從而起到更好的擴(kuò)弓效果。本研究植骨后擴(kuò)弓模型顯示，牙槽骨水平方向仍有擴(kuò)大趨勢(shì)，表明擴(kuò)弓有效，同時(shí)植骨區(qū)位移量幾乎為零，表明該方法并未對(duì)植骨區(qū)造成影響，與以上研究結(jié)果相近。Yang等[11]對(duì)2名伴有嚴(yán)重上頜橫向發(fā)育不足的12歲單側(cè)完全性唇腭裂患兒進(jìn)行上頜擴(kuò)弓治療，在治療之前2名患兒均已完善植骨手術(shù)，擴(kuò)弓結(jié)果顯示腭中縫均被打開(kāi)，擴(kuò)弓有效，上頜寬度也均有增加，其中后部增加幅度較前部明顯。本研究也發(fā)現(xiàn)植骨后擴(kuò)弓，牙槽骨后部擴(kuò)弓幅度大于前部。還有一些學(xué)者[3,12]認(rèn)為植骨后擴(kuò)弓可以減少植骨量的吸收，其可能是由于擴(kuò)弓治療的刺激減緩了骨的吸收，同時(shí)促進(jìn)了骨的再生[12]。

唇腭裂患者植骨術(shù)后均會(huì)出現(xiàn)不同程度的骨吸收[13-14]，余留移植骨體積及密度會(huì)有不同差異，故有限元植骨部位及模型參數(shù)的選取均會(huì)產(chǎn)生區(qū)別，由于條件限制，本研究?jī)H對(duì)植骨未吸收的理想狀況進(jìn)行了模擬，與臨床實(shí)際尚存在一定差距。同時(shí)有限元技術(shù)為一種趨勢(shì)性研究，其數(shù)值并不等同于臨床實(shí)際位移量，但其移動(dòng)趨勢(shì)可以反映臨床治療情況。本研究選用一種近似理想的植骨未吸收情況對(duì)植骨前后擴(kuò)弓進(jìn)行趨勢(shì)性對(duì)比研究發(fā)現(xiàn)，牙槽骨區(qū)域植骨前擴(kuò)弓三維方向移動(dòng)趨勢(shì)顯著大于植骨后；植骨前擴(kuò)弓牙槽骨前部擴(kuò)弓趨勢(shì)大于后部，植骨后擴(kuò)弓牙槽骨后部擴(kuò)弓趨勢(shì)大于前部。本研究發(fā)現(xiàn)植骨前后擴(kuò)弓健、患側(cè)牙槽骨水平向移動(dòng)均呈現(xiàn)不對(duì)稱現(xiàn)象，這可能是由于頜骨缺損導(dǎo)致受力異常所致。同時(shí)植骨前后擴(kuò)弓牙槽骨高度前部均有降低趨勢(shì)，后部均有升高趨勢(shì)，即可能出現(xiàn)前牙開(kāi)；植骨后擴(kuò)弓較植骨前擴(kuò)弓牙槽骨前部突度也有降低趨勢(shì)，即面中部凹陷更加明顯，建議配合前牽引治療。

綜上所述，單側(cè)完全性唇腭裂患者植骨前擴(kuò)弓三維方向移動(dòng)均較植骨后明顯，植骨前擴(kuò)弓建議擴(kuò)弓器適當(dāng)向后移動(dòng)，植骨后擴(kuò)弓建議擴(kuò)弓器適當(dāng)向前移動(dòng)并配合前牽引治療，同時(shí)治療中需警惕不對(duì)稱擴(kuò)弓及前牙開(kāi)的發(fā)生。

利益沖突聲明：作者聲明本文無(wú)利益沖突。