牙槽突裂植骨前后上頜擴弓對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.邯鄲市口腔醫院，邯鄲 056000；2.河北醫科大學口腔醫學院?口腔醫院，河北省口腔醫學重點實驗室，河北省口腔疾病臨床醫學研究中心，石家莊 050017；3.唐山市灤南縣醫院口腔科，唐山063500

唇腭裂術后常伴發上頜發育受限，替牙期時癥狀顯著[1]，上頜擴弓能對發育不足起到明顯改善作用[2]，同時也需要牙槽突裂植骨。上頜擴弓及牙槽突裂植骨兩種治療先后順序的選擇尚存在爭議，以往研究主要是從提高牙槽突裂植骨成功率[3-4]及更好擴展腭中縫[2,5]的角度進行考量。牙槽突裂植骨前后上頜擴弓對上頜骨位移變化的影響尚未見報道，且既往只是從主觀感覺認為植骨前擴弓較植骨后更容易，本研究采用有限元技術對牙槽突裂植骨前后進行模擬，從三維方向觀察比較上頜擴弓對牙槽骨的位移影響，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完全性唇腭裂有限元模型[6]為基礎，由于該模型尚未進行牙槽突裂植骨，故可認為該模型為牙槽突裂植骨前的上頜骨有限元模型（圖1A），在該模型上應用ANSYS 17.0 軟件中布爾操作技術模擬牙槽突裂植骨，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建（圖1B）。

1.2 添加上頜擴弓力

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弓力[8]，施力區域為雙側上頜第一前磨牙及第一磨牙的牙槽嵴頂區，方向為平行于平面水平向兩側（圖2），大小4.9 N，限制面設定為上頜骨后端翼頜連接區[6]。

1.3 運算分析

對植骨前擴弓（未植骨組）與植骨后擴弓（植骨組）2 組模型進行運算，將三維方向位移云圖中牙槽骨區域的形變趨勢進行分析；在健、患側牙槽骨區域從前向后分別選取6個節點作為標記點（圖2），對其三維方向位移量進行比較；采用配對t檢驗（SPSS 26.0 軟件）比較2 組位移及各組健、患側位移有無差異，P<0.05 為差異具有統計學意義。

圖2 牙槽骨區域標記點、施力部位及方向Fig 2 Mark points in alveolar bone,position and direction of applied force

2 結果

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 可知植骨前擴弓，患側上頜牙槽骨區域數值均為負值，表明該側牙槽骨均沿X 軸反方向移動，健側上頜牙槽骨區域數值均為正值，表明該側牙槽骨均沿X 軸正方向移動，即兩側牙槽骨水平向兩側移動，牙弓擴大。數值的絕對值越大表明位移量越大，由云圖可知由前向后牙槽骨區域位移量逐漸降低，裂隙區位移量最大，即前部擴弓量大于后部，裂隙區擴弓最明顯。由圖3B可知植骨后擴弓，患側上頜牙槽骨區域數值均為負值，表明該側牙槽骨均沿X 軸反方向移動，健側上頜牙槽骨區域數值均為正值，表明該側牙槽骨均沿X 軸正方向移動，即兩側牙槽骨水平向兩側移動，牙弓擴大。數值的絕對值越大表明位移量越大，由云圖可知由前向后牙槽骨區域位移量逐漸增大，植骨區位移量幾乎為零，即前部擴弓量小于后部，植骨區無明顯牙弓擴大趨勢。

Y 軸方向即垂直向，反映了上頜骨的高度變化。由圖4可知植骨前后擴弓上頜牙槽骨前內側均向下移動，后外側均向上移動，即兩側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，植骨前擴弓上頜牙槽骨前內側向前移動，后外側向后移動，植骨后擴弓則呈現相反的移動趨勢，即植骨后較植骨前擴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組模型標記點位移量的比較及統計學分析

2 組健、患側牙槽骨區域標記點三維方向位移量見表1～3，統計分析結果見表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牙槽骨擴弓量均顯著大于患側（P<0.05）。

表1 2組健、患側牙槽骨區域標記點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 數據進行有限元建模，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]采用有限元技術分析單側完全性唇腭裂患者，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，同樣應用有限元技術觀察單側完全性唇腭裂患者植骨前后的上頜擴弓情況。

表2 2組健、患側牙槽骨區域標記點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、患側牙槽骨區域標記點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 統計分析結果Tab 4 Statistical analysis results

以往有限元研究中觀察區域的選擇均為自行選取[7,9]，本研究旨在比較擴弓情況，但由于技術限制腭中縫區骨量擴展的比較尚無法在模型中進行操作，故選取牙槽骨作為觀測區域，通過比較牙槽骨這一骨性區域水平向位移量，間接顯示骨性擴弓情況。其中標記點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所對應的牙槽骨投影點，該標記點較穩定且易尋找，同時能準確反映牙槽骨移動情況。本研究中擴弓的施力部位、大小及方向的選擇均符合臨床中常規治療模式[8]，具有一定代表性。X 軸方向代表了水平橫向的位移情況，而擴弓治療主要體現為牙弓的水平橫向擴展，同時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Y軸及Z軸形變也進行了考量。

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

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

唇腭裂患者植骨術后均會出現不同程度的骨吸收[13-14]，余留移植骨體積及密度會有不同差異，故有限元植骨部位及模型參數的選取均會產生區別，由于條件限制，本研究僅對植骨未吸收的理想狀況進行了模擬，與臨床實際尚存在一定差距。同時有限元技術為一種趨勢性研究，其數值并不等同于臨床實際位移量，但其移動趨勢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植骨前后擴弓進行趨勢性對比研究發現，牙槽骨區域植骨前擴弓三維方向移動趨勢顯著大于植骨后；植骨前擴弓牙槽骨前部擴弓趨勢大于后部，植骨后擴弓牙槽骨后部擴弓趨勢大于前部。本研究發現植骨前后擴弓健、患側牙槽骨水平向移動均呈現不對稱現象，這可能是由于頜骨缺損導致受力異常所致。同時植骨前后擴弓牙槽骨高度前部均有降低趨勢，后部均有升高趨勢，即可能出現前牙開；植骨后擴弓較植骨前擴弓牙槽骨前部突度也有降低趨勢，即面中部凹陷更加明顯，建議配合前牽引治療。

綜上所述，單側完全性唇腭裂患者植骨前擴弓三維方向移動均較植骨后明顯，植骨前擴弓建議擴弓器適當向后移動，植骨后擴弓建議擴弓器適當向前移動并配合前牽引治療，同時治療中需警惕不對稱擴弓及前牙開的發生。

利益沖突聲明：作者聲明本文無利益沖突。