唇腭裂術后瘢痕及上頜擴弓聯(lián)合前牽引治療對上頜骨發(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)科大學口腔醫(yī)學院·口腔醫(yī)院口腔頜面外科，河北省口腔醫(yī)學重點實驗室，石家莊 050017；2.河北醫(yī)科大學口腔醫(yī)學院·口腔醫(yī)院口腔正畸科，河北省口腔醫(yī)學重點實驗室，石家莊 050017；3.河北醫(yī)科大學口腔醫(yī)學院·口腔醫(yī)院，河北省口腔醫(yī)學重點實驗室，石家莊 050017；4.河北醫(yī)科大學口腔醫(yī)學院·口腔醫(yī)院兒童口腔科，河北省口腔醫(yī)學重點實驗室，石家莊 050017

唇腭裂是顱面部最常見的一種先天發(fā)育異常性疾病[1-2]，手術治療為主要手段，然而術后常出現(xiàn)上頜發(fā)育不足的現(xiàn)象[3-5]。上頜擴弓聯(lián)合前牽引治療能對上頜骨發(fā)育起到明顯促進作用，已成為唇腭裂術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，對唇腭裂術后瘢痕力及上頜擴弓聯(lián)合前牽引力進行模擬，分析其綜合作用下上頜骨的發(fā)育情況，以期從理論上對唇腭裂患者正畸治療后的上頜骨發(fā)育情況進行解釋。

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上[10]（圖1），通過ANSYS 17.0軟件，于雙側上頜尖牙牙槽突之間外側區(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，即同時添加唇腭裂術后瘢痕力與上頜擴弓聯(lián)合前牽引力，其中術后瘢痕力包括上唇壓力及腭部瘢痕力，工況力值的設定[10,13-14]見表1，限制面設定為雙側上頜骨后端翼頜連接區(qū)[10]。

1.3 力學分析

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

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 工況力值的設定Tab 1 Setting working condition

2 結果

總位移云圖觀察可見，兩側上頜骨均發(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、患側上頜骨均向裂隙中央?yún)^(qū)移動（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、患側上頜骨均向下移動（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，兩側上頜骨均發(fā)生形變，由前內向后外逐漸降低，牙槽突前段形變最明顯，健、患側上頜骨大部分均向后移動（上頜骨突度縮小），最大形變分別為4.651 72、3.762 62（圖3～6）。由以上結果可見，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。這說明在唇腭裂術后瘢痕及上頜擴弓聯(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)明顯生長抑制現(xiàn)象，其中以橫向 及矢狀向生長抑制最明顯。

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]均認為唇裂術后瘢痕組織產(chǎn)生的一種持續(xù)性壓力是唇裂手術抑制上頜骨發(fā)育的關鍵。Ye等[17]將80名成年單側完全性唇腭裂患者根據(jù)是否行腭裂修補術進行分組研究，認為腭裂術后的瘢痕攣縮是抑制上頜骨生長發(fā)育的關鍵。故筆者將唇裂術后上唇壓力與腭裂術后腭部瘢痕力這兩種力作為影響上頜骨發(fā)育的關鍵力進行模擬。

有學者[7]通過對唇腭裂患者正畸治療文獻回顧，認為唇腭裂患者替牙期正畸治療的關鍵是糾正上頜橫向及矢狀向的發(fā)育不足，上頜擴弓聯(lián)合前牽引治療療效顯著，為該階段正畸治療的主要手段。故筆者將上頜擴弓聯(lián)合前牽引力作為唇腭裂術后正畸治療的關鍵力進行模擬。

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

3.2 4種力值的設定

唇裂術后唇匝肌張力降低20%[18]，故可推論唇裂術后上唇壓力大于正常唇壓力，故本實驗選取正常唇壓力值[13]進行研究，較臨床力值偏小，但結合研究結果上頜骨呈現(xiàn)出明顯生長抑制現(xiàn)象，若增加上唇壓力至臨床力值，那么抑制效應會更加明顯，研究結果是一致的。腭部瘢痕力為根據(jù)單側完全性唇腭裂患者平均裂隙寬度[19]及兩瓣法術式特點進行物理公式運算所得[10]，上頜擴弓聯(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11名在混合牙列期行上頜前牽引治療的單側完全性唇腭裂患者進行觀察發(fā)現(xiàn)，發(fā)育完成時仍有5名患者存在明顯上頜骨發(fā)育不足的現(xiàn)象，需后期行正頜手術治療。Park等[21]通過對131名經(jīng)過正畸治療的唇腭裂患者行頭影測量發(fā)現(xiàn)，即便完善正畸治療，仍有相當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]通過對40例患者進行臨床觀察也得出了上述結論。本研究結果與以上研究結論相近，認為唇腭裂患者經(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，主要通過二維的頭顱側位片進行比較，而本研究采用有限元技術，在三維方向上進行受力分析，結果發(fā)現(xiàn)不僅存在矢狀向發(fā)育不足，同時橫向發(fā)育不足更加明顯。

然而其他學者研究得出不同結論：Sutthidechanai等[22]對32名早期行上頜擴弓及牽引治療的單側完全性唇腭裂患者觀察發(fā)現(xiàn)，正畸治療后咬合關系及側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系的改變而改善了軟組織側貌，對于上頜骨骨性的改變并未給予過多描述。Kobayashi等[9]對7名伴有前頜前突的雙側完全性唇腭裂患者依次采取術前正畸矯正、唇粘連術、牙齦骨膜成形術、Furlow術及上頜前牽引治療，待其10歲時進行頭影測量觀察發(fā)現(xiàn)，所有患者上頜骨測量值均同正常同齡兒童相近，但并未對其進行遠期隨訪。本結果與以上研究結論存在差異，分析其原因為Kobayashi等[9]的研究腭裂術式為Furlow術，且無法確定遠期療效。而本實驗中腭部瘢痕力為模擬腭裂兩瓣法所得[10]，腭裂兩瓣法較Furlow術而言對上頜骨發(fā)育影響更大[23]。此外，本研究采用有限元技術，不受觀察周期等影響因素的限制。

因為三維有限元只能對限定的條件因素進行約束與模擬，故其研究結果存在一定局限性。本研究僅對唇腭裂手術瘢痕及正畸治療中兩種主要矯治力進行了限制考慮，對于影響上頜骨發(fā)育的其他因素比如唇腭裂患者發(fā)育的內在固有因素、手術時機的選擇及術前是否已行正畸矯正等因素均未考量，將在后續(xù)研究中進一步實現(xiàn)對這些因素的模擬。

綜上所述，在唇腭裂術后瘢痕及上頜擴弓聯(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)明顯生長抑制現(xiàn)象，其中以橫向及矢狀向生長抑制最明顯，由此可推論單側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，可能需要正頜手術等進一步治療。

利益沖突聲明：作者聲明本文無利益沖突。