瘢痕對唇腭裂上頜骨生長影響的有限元分析

黃 威 曹 丁 周永川 宗曉鵬 馮曉偉 白九評 李向軍

唇腭裂是顱面部較常見的一種先天發(fā)育異常性疾病[1]，手術(shù)治療為主要手段[2]，然而術(shù)后上頜骨常出現(xiàn)發(fā)育不足現(xiàn)象[3～5]，對患者身心造成嚴重影響。其發(fā)生機制一直作為研究熱點，以往主要通過臨床觀察及動物實驗的方式進行探究，受觀察周期、可重復(fù)性等干擾因素的限制，其機制的描述尚存在較大爭議[6]。本實驗通過三維有限元技術(shù)對唇腭裂術(shù)后瘢痕組織所產(chǎn)生的兩種生物力，上唇壓力[7]及腭部瘢痕力[8]進行模擬，觀察其對上頜骨的作用情況，文抑西[9，10]與作者[10]曾對上唇壓力、腭部瘢痕力分別進行模擬分析，但是同時加載兩種工況，模擬唇腭裂手術(shù)瘢痕對上頜骨的影響，尚未見報道。

資料和方法

1.含上唇軟組織的唇腭裂上頜骨三維有限元模型的建立：在原含腭板軟組織腭裂上頜骨三維有 限元模型的基礎(chǔ)上[10]，見圖 1。

圖1 連為一體的腭裂上頜骨有限元模型

通過ANSYS軟件中布爾操作技術(shù)進行上唇軟組織的添加，范圍：雙側(cè)上頜尖牙牙槽突之間區(qū)域；材料屬性：線彈性材料，彈性模量 1.5MPa，泊松比 0.49[11]；上唇厚度：8mm[12]。網(wǎng)格劃分后，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，見圖 2。該模型同時包含上唇及腭板軟組織，可以進行該區(qū)域工況的加載。

圖2 含上唇軟組織的唇腭裂上頜骨有限元模型

2.加載工況，施加上唇壓力及腭部瘢痕力：上唇壓力，施力部位為上唇軟組織與牙槽突的交界面，方向垂直于牙槽突前表面，大小 7.16N[13]；腭部瘢痕力，施力部位為腭板口腔側(cè)軟 組 織與骨組織的交界面，方向由 外 側(cè)向內(nèi)側(cè)、由前向后，大 小 17.52N[10]；限 制面設(shè)定為兩側(cè)上頜骨的后端連接區(qū)[10]，即翼頜連接區(qū)。

結(jié) 果

1.位移云圖的顯示，見圖 3～10。

圖3 總位移（橫斷面）

圖4 總位移（冠狀面）

圖5 X 軸方向位移（橫斷面）

圖6 X 軸方向位移（冠狀面）

2.位移云圖的讀?。嚎偽灰?，兩側(cè)上頜骨形變明顯，由前向后，形變趨勢逐漸降低，其中牙槽突前 段形變最明顯；X 軸方向位移，兩側(cè)上頜骨均由外側(cè)向裂隙側(cè)移動，由前向后移動幅度逐漸降低，患側(cè)上頜骨最大形變 8.66212，健側(cè)上頜骨最大形變 6.31363；Y 軸方向位移，兩側(cè)上頜骨均由上向下移動，由前向后移動幅度逐漸降低，患側(cè)上頜骨最大形變3.21876，健側(cè)上頜骨最大形變 5.84433；Z 軸方向位移，兩側(cè)上頜竇外側(cè)壁向前移動，牙槽突前段、裂隙區(qū)向后移動，導(dǎo)致兩側(cè)上頜骨發(fā)生旋轉(zhuǎn)，進而出現(xiàn)上頜后縮，由前內(nèi)向后外移動幅度逐漸降低，患側(cè)上頜骨最大形變 5.22456，健側(cè)上頜骨最大形變 6.4401。

圖7 Y 軸方向位移（橫斷面）

圖8 Y 軸方向位移（冠狀面）

圖9 Z 軸方向位移（橫斷面）

圖10 Z 軸方向位移（冠狀面）

討 論

X 軸、Y 軸、Z 軸方向位移，分別代表上頜骨 的寬度、高度、突度即上頜骨橫向生長、垂直向生長、矢狀向生長。通過形變最大位移數(shù)值比較可知，寬度＞突度＞高度。通過健、患側(cè)位移數(shù)值比較可知，患側(cè)上頜骨橫向生長受抑制程度大于健側(cè)，而上頜骨垂直向及矢狀向生長受抑制程度均是健側(cè)大于患側(cè)，健、患側(cè)抑制程度的不同，會導(dǎo)致上頜骨出現(xiàn) 不對稱性發(fā)育。Ye 認為唇腭裂術(shù)后醫(yī)源性的瘢痕組織抑制了上頜骨的生長[14]。Stancheva 臨床觀察發(fā)現(xiàn)，腭裂修復(fù)術(shù)的時間對于上頜骨的發(fā)育而言不是決定因素，手術(shù)在上頜骨發(fā)育上，起到了更加重要的作用[15]。Bittencourt 認為唇腭裂修復(fù)術(shù)對上頜骨矢狀向及橫向生長造成抑制[16]。Bichara 文獻回顧發(fā)現(xiàn)在單側(cè)完全性唇腭裂患者中，唇裂手術(shù)會對上頜骨矢狀向生長造成抑制[17]。Shi 通過文獻回顧發(fā)現(xiàn)早期腭成形術(shù)對上頜骨三維方向上生長均產(chǎn)生了抑制，唇裂修復(fù)術(shù)主要影響上頜骨矢狀向的生長[2]。

Naqvi對180例單側(cè)唇腭裂患者分組觀察發(fā)現(xiàn)，手術(shù)組較未手術(shù)組而言，上頜骨出現(xiàn)了明顯的生長抑制[7]。Kotova 對64例8歲單側(cè)完全性唇腭裂患兒觀察發(fā)現(xiàn)，尖牙間寬度與牙 弓長度都較同齡正 常兒童短小[18]。Jiang 發(fā)現(xiàn)上頜骨及犁骨矢狀向的生長較正常成人而言，均受到明顯抑制[19]。Kongprasert 發(fā)現(xiàn)唇裂手術(shù)會導(dǎo)致裂隙寬 度 的縮小，同時牙弓前 段會出現(xiàn)受壓向腭側(cè)移位的現(xiàn)象[20]。徐曉琳對 20 例替牙期的單側(cè)完全性唇腭裂患者進行錐體束掃描發(fā)現(xiàn)，上頜骨在三維方向上均存在不對稱性，且主要集中在牙槽骨區(qū)[21]。

文獻報道上頜骨生長 的 影響因素中，除外科 手術(shù)這一主要因素之外，先天畸形的嚴重 程 度[7]、術(shù) 后瘢痕組織量[7]、手術(shù)時機的選擇[22]以及術(shù)前是否已行正畸矯正[23]等都可能對上頜骨的生長產(chǎn)生一定影響。本實驗僅通過對唇腭裂術(shù)后兩種最主要瘢痕生物力進行模擬分析，探究其對上頜骨的作用機制，進而從理論上解釋了手術(shù)對上頜骨生長影響的特點。