單側(cè)完全性唇腭裂患者上頜前牽引的對稱性有限元研究

張曉煥 黃威 宋鵬 侯彥 寧春柳

唇腭裂為顱面部較常見的一種先天發(fā)育異常性疾病，其中單側(cè)完全性唇腭裂患者約占30%[1]，由于先天解剖因素的內(nèi)在缺陷、手術(shù)的創(chuàng)傷及瘢痕攣縮，唇腭裂患者常伴有面中部發(fā)育不足，其中替牙期時癥狀顯著[2-4]，上頜前牽引可以有效促進上頜發(fā)育[5-6]，同時該期也將面臨牙槽突裂植骨修復(fù)的問題，對于單側(cè)完全性唇腭裂患者是否存在上頜前牽不對稱的問題以往研究較少。本研究采用三維有限元技術(shù)對單側(cè)完全性唇腭裂患者植骨前后進行建模，對模型分別施加前牽引力，觀察其上頜矢狀向發(fā)育對稱情況，以期為臨床治療提供理論參考。

1 材料及方法

1.1 模型的建立

在已建立的單側(cè)完全性唇腭裂上頜骨有限元模型(植骨前模型)上[7](圖 1)，采用ANSYS 17.0軟件中布爾操作技術(shù)添加植骨塊，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[8]，再進行網(wǎng)格劃分，即完成了植骨后模型的建立(圖 1)。

圖 1 上頜骨模型

1.2 添加上頜前牽引力

在植骨前、后模型上分別添加上頜前牽引力，第一組：未植骨模型上添加對稱性前牽引力；第二組：植骨模型上添加對稱性前牽引力；第三組：未植骨模型上添加非對稱性前牽引力；第四組：植骨模型上添加非對稱性前牽引力。施力部位均為雙側(cè)上頜尖牙牙槽嵴頂區(qū)，方向均平行平面前下方30°[9]，大小見表 1，限制面設(shè)定為雙側(cè)上頜骨后端的翼頜連接區(qū)[7]。

表 1 各組前牽引力大小(N)[9-10]

1.3 觀察指標(biāo)及統(tǒng)計學(xué)方法

在健患側(cè)上頜骨前壁分別對稱的選取7 個節(jié)點作為觀測點(圖 2)，記錄其矢狀向位移量， 采用SPSS 26.0軟件包對數(shù)據(jù)進行統(tǒng)計學(xué)分析。各處理組健患側(cè)位移差異應(yīng)用配對t檢驗，分別比較各組健患側(cè)觀測點位移有無統(tǒng)計學(xué)差異，P<0.05為差異有統(tǒng)計學(xué)意義；比較第一組健患側(cè)位移差與第二組健患側(cè)位移差有無統(tǒng)計學(xué)差異，選用隨機區(qū)組設(shè)計的方差分析，分析組內(nèi)和組間差異，P<0.05為差異有統(tǒng)計學(xué)意義。

圖 2 上頜骨前壁觀測點

2 結(jié) 果

2.1 解讀位移云圖

圖 3為各組矢狀向位移云圖，數(shù)值的絕對值代表了位移量，正負值代表了移動的方向，正值代表前移，負值代表后移。由圖可知， 4 組上頜骨移動趨勢相近，由前向后、由下向上位移量逐漸降低，上頜骨向前移動。

圖 3 4 組矢狀向位移云圖

3 討 論

Faco等[5]對23 例平均年齡11.7 歲的單側(cè)完全性唇腭裂患者行上頜前牽引治療并以CBCT觀察療效，結(jié)果示上頜前移效果明顯。Yatabe等[6]將伴有Ⅲ類錯畸形的單側(cè)完全性唇腭裂患者與非裂隙患者分組進行上頜前牽引治療，發(fā)現(xiàn)兩組上頜均有明顯前移且程度無明顯差異。Zhang等[11]發(fā)現(xiàn)單側(cè)完全性唇腭裂患者行上頜前牽引，遠期前移效果仍然良好。單側(cè)完全性唇腭裂患者伴有牙槽突裂，牙槽骨中斷不連續(xù)會影響發(fā)育及咬合功能，植骨術(shù)可有效解決此問題，最新治療原則認(rèn)為植骨床的條件較植骨年齡在手術(shù)時機選擇上更加重要， 術(shù)前需與正畸醫(yī)師討論分析制定方案[12]。臨床中牙槽突裂植骨術(shù)后均會出現(xiàn)植骨吸收的問題[13-14]，故術(shù)中骨量填充往往呈現(xiàn)過飽和狀態(tài)，本研究牙槽植骨模擬植骨未吸收的理想狀況與臨床實際尚存在一定差距。

表 2 各組觀測點矢狀向位移量(mm)

表 3 統(tǒng)計學(xué)分析結(jié)果

有限元法為一種工程分析方法，通過近似求解的原理從理論上解釋實際問題，其計算過程需要給予條件限制及近似忽略，故數(shù)值結(jié)果并不等同于實際情況，但可以真實的反應(yīng)結(jié)果趨勢，同時該方法不受臨床樣本量及觀察周期的限制，其已在唇腭裂生物力學(xué)領(lǐng)域得到應(yīng)用[15-17]。本研究在既往單側(cè)完全性唇腭裂未植骨有限元模型基礎(chǔ)上[7]，添加植骨塊形成植骨后模型，四組模型變量為是否植骨及是否給予對稱性前牽引力，植骨范圍及對稱性牽引力的選取均為臨床常規(guī)操作[9]。鑒于植骨后單側(cè)完全性唇腭裂患者在兩側(cè)上頜骨腭突連接處仍存在骨缺損即解剖不對稱現(xiàn)象，故將不對稱前牽引這一變量引入考量，既往曾有報道選取健側(cè)5 N，患側(cè)6 N的不對稱牽引力值，發(fā)現(xiàn)水平向位移對稱效果較好[10]，本研究參考該力值對矢狀向位移對稱情況進行分析。

通過位移云圖觀察發(fā)現(xiàn)，四組模型移動趨勢相近，由前向后逐漸降低，選取位移量較大且容易觀察的模型冠狀面最前端即上頜骨前壁作為觀測面；在觀測面上選取觀測點，在上頜竇底與牙槽骨解剖最低點連線上均勻選取7個節(jié)點作為觀測點，該觀測點穩(wěn)定易尋找且可以反應(yīng)上頜骨前移情況；健患側(cè)上頜骨觀測點均為對稱性選取，利于組內(nèi)比較。上頜前牽引主要目的為前移上頜骨，故選取矢狀向位移量進行觀察。

Chen等[18]發(fā)現(xiàn)植骨前行上頜前牽引治療，上頜前移效果良好，還有一些學(xué)者認(rèn)為植骨后行前牽引治療，效果仍然明顯[19-20]。Zhang等[21]將61 例伴有骨性Ⅲ類錯畸形的單側(cè)完全性唇腭裂患者分為3 組，研究發(fā)現(xiàn)植骨后前牽引組與未植骨前牽引組較對照組(未植骨未牽引)上頜骨長度有明顯增加，但兩治療組上頜長度增加幅度無明顯差異。本研究發(fā)現(xiàn)植骨前后前牽引均會導(dǎo)致上頜骨向前移動，與以上結(jié)果相近。

本研究發(fā)現(xiàn)在給予對稱性前牽引情況下無論植骨與否，健側(cè)上頜位移量均顯著大于患側(cè)，雷勇華等[16]也得出了類似的結(jié)論。Chen等[17]通過有限元建模觀察發(fā)現(xiàn)，單側(cè)完全性唇腭裂患者植骨后前牽引健患側(cè)水平向位移差較未植骨前牽引時明顯縮小，Yang等[8]對一伴有骨性Ⅲ類錯畸形的非唇腭裂患者進行建模，采用ANSYS軟件制造裂隙模擬單側(cè)完全性唇腭裂頜骨模型，也得出了類似結(jié)論。以上兩項研究關(guān)注點主要為水平向位移差，由于前牽引治療主要作用為前移上頜骨，故本研究選取健患側(cè)矢狀向位移進行比較同時采取統(tǒng)計學(xué)分析，認(rèn)為植骨后前牽引較植骨前矢狀向位移差顯著縮小即前牽引不對稱性降低，但仍存在明顯不對稱現(xiàn)象。考慮原因為牙槽突裂植骨僅恢復(fù)了牙槽突的連續(xù)及完整性，但兩側(cè)上頜骨腭突連接處仍存在明顯骨缺損即解剖不對稱現(xiàn)象，故植骨雖然可以降低不對稱性，但其不對稱現(xiàn)象仍然明顯。Chen等[10]曾根據(jù)一單側(cè)完全性唇腭裂患者的影像資料進行有限元建模，在未植骨情況下于雙側(cè)上頜尖牙牙槽骨區(qū)分別施加不同大小的前牽引力，發(fā)現(xiàn)健患側(cè)施加不對稱牽引力時水平向位移差值較小，本研究發(fā)現(xiàn)在未植骨情況下施加不對稱前牽引力時矢狀向位移差較小，但仍存在明顯不對稱，而植骨后健患側(cè)矢狀向位移則趨于對稱。

本文對單側(cè)完全性唇腭裂患者采取的上頜前牽引模擬研究，僅針對輕中度上頜發(fā)育受限患者，而對于繼發(fā)嚴(yán)重上頜發(fā)育不全患兒而言可采用顱外固定牽張治療[12]，由于條件限制尚未對其采取模擬分析。單側(cè)完全性唇腭裂患者植骨前行上頜前牽引會出現(xiàn)明顯前移不對稱，植骨可以使不對稱性降低，若同時選用不對稱前牽引力則前移不對稱現(xiàn)象可消失。