唇腭裂術(shù)后生物力對上頜骨影響的有限元分析

黃威 曹丁 周永川 郝福良 宗曉鵬

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(shù)治療是恢復(fù)外形及功能的重要手段，但唇腭裂術(shù)后常出現(xiàn)上頜骨發(fā)育不足[3-5]，大部分學(xué)者認(rèn)為手術(shù)因素為其生長受限的主要原因[6-9]，其影響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法進(jìn)行分析研究，受樣本量、觀察周期及可重復(fù)性等因素制約，其結(jié)果尚存在較大爭議[9]。唇裂術(shù)后上唇壓力[10]、腭裂術(shù)后腭部瘢痕力[11]為手術(shù)后瘢痕攣縮所產(chǎn)生的影響上頜骨發(fā)育的2 種最主要生物力，本研究通過有限元技術(shù)對兩種生物力進(jìn)行工況加載，研究其對上頜骨的作用機制，可重復(fù)性好，且不受觀察周期等影響因素的限制。

1 研究基礎(chǔ)與方法

1.1 添加上唇軟組織完成有限元模型的建立

在含腭板軟組織腭裂上頜骨三維有限元模型的基礎(chǔ)上[12](圖 1)。

圖 1 連為一體的腭裂上頜骨有限元模型

利用ANSYS 17.0軟件(ANSYS公司，美國)進(jìn)行布爾操作，在上頜雙側(cè)尖牙牙槽突之間區(qū)域外側(cè)形成一層8 mm厚度[13]的組織，定義材料屬性為線彈性材料，彈性模量為1.5 MPa，泊松比為0.49[14]，并進(jìn)行網(wǎng)格劃分，即完成了含上唇軟組織的腭裂上頜骨三維有限元模型的建立(圖 2)。

圖 2 添加上唇軟組織的腭裂上頜骨有限元模型

1.2 在同一有限元模型上分組施加工況，對生物力進(jìn)行對比研究

第一組添加上唇壓力，第二組添加腭部瘢痕力，第三組同時添加上唇壓力及腭部瘢痕力。

上唇壓力：施力區(qū)域為上唇軟組織與牙槽突交界面，方向垂直于牙槽突前表面，大小7.16 N[15]；腭部瘢痕力：施力區(qū)域為腭板口腔面軟組織與骨組織交界面，方向為由兩側(cè)向中央及由前向后，大小17.52 N[12]；限制面設(shè)定為兩側(cè)上頜骨后端的翼頜連接區(qū)所形成的連接面[12]。

2 結(jié) 果

2.1 各組位移云圖的結(jié)果

各組位移云圖結(jié)果如圖 3。

2.2 位移結(jié)果的讀取

2.2.1 總位移 3 組位移形變趨勢相近，均為牙槽突前段形變最明顯，由前向后形變逐漸變小。牙槽突前段最大位移(位移分量)分別為：第一組3.95689，第二組6.73801，第三組10.3351。

2.2.2 X方向位移 3 組位移形變趨勢相近，均為牙槽突前段形變最明顯，由前向后形變逐漸變小。牙槽突前段位移比較，第一組健側(cè)2.13943，患側(cè)2.83238；第二組健側(cè)4.17421，患側(cè)5.82974；第三組健側(cè)6.31363，患側(cè)8.66212。

2.2.3 Y方向位移 3 組位移形變趨勢顯示，在牙槽骨前段形變明顯，由前向后形變逐漸減小。牙槽突前段位移比較，第一組健側(cè)2.42607，患側(cè)1.33727；第二組健側(cè)3.03407，患側(cè)1.4973；第三組健側(cè)5.18794，患側(cè)2.56237。

2.2.4 Z方向位移 3 組位移形變趨勢相近，兩側(cè)牙槽突區(qū)域形變明顯，由前內(nèi)向后外形變逐漸減小。牙槽突前段位移比較，第一組健側(cè)2.6408，患側(cè)2.16161；第二組健側(cè)3.7993，患側(cè)3.06165；第三組健側(cè)6.4401，患側(cè)5.22456。

3 討 論

3.1 分組對比

總位移代表了整體形變趨勢，3 組上頜骨生長均受到抑制，由前向后抑制逐漸減小，牙槽突前段受抑制最明顯。從各組數(shù)值比較可知，第三組>第二組>第一組。即對單側(cè)完全性唇腭裂患者而言，上唇壓力及腭部瘢痕力均會對上頜骨生長產(chǎn)生明顯的抑制作用，且腭部瘢痕力的整體影響更大。

X軸、Y軸、Z軸方向位移分別代表了上頜骨的寬度、高度、突度。3 組上頜骨在橫向、垂直向、矢狀向的生長中均受到抑制。各組數(shù)值比較可知，在3 個方向上均為，第三組>第二組>第一組。即對單側(cè)完全性唇腭裂患者而言，上唇壓力及腭部瘢痕力均會對上頜骨橫向、垂直向、矢狀向的生長產(chǎn)生抑制作用，且腭部瘢痕力的影響更大。

3.2 唇腭裂手術(shù)對上頜骨的影響

Jiang等[16]曾對24 名雙側(cè)唇腭裂術(shù)后成年患者與32 名正常成人進(jìn)行測量分析發(fā)現(xiàn)，雙側(cè)唇腭裂患者組較對照組而言，上頜骨及犁骨矢狀向生長受到了抑制；Kotova等[17]選取8 歲單側(cè)完全性唇腭裂術(shù)后患兒與8 歲正常兒童進(jìn)行測量分析發(fā)現(xiàn)，前組上頜骨出現(xiàn)了明顯的生長抑制。

圖 3 各組橫斷面及冠狀面位移云圖

Sakoda等[9]將唇腭裂患兒進(jìn)行臨床分組觀察發(fā)現(xiàn)，唇裂手術(shù)主要對上牙弓前段生長造成抑制，腭裂手術(shù)主要對上頜骨橫向生長造成抑制； Rando等[18]通過對5歲唇腭裂術(shù)后患兒進(jìn)行臨床觀察發(fā)現(xiàn)，腭裂患兒較唇裂患兒而言上頜骨存在更明顯的生長抑制現(xiàn)象；Xu等[19]對7～8 歲的單側(cè)完全性唇腭裂患兒進(jìn)行臨床觀察發(fā)現(xiàn)，腭成形術(shù)會對上頜骨矢狀向生長造成抑制，犁骨瓣修復(fù)術(shù)會導(dǎo)致上頜骨高度生長受限，唇粘連術(shù)會對上頜骨的位置關(guān)系造成不利影響；Ambrosio等[20]臨床研究發(fā)現(xiàn)唇裂手術(shù)會對上頜牙弓的生長造成抑制，而腭裂手術(shù)主要對腭前區(qū)的生長造成影響。

唇腭裂手術(shù)對上頜骨發(fā)育的影響因素較多，比如手術(shù)時機選擇，術(shù)式差異均會對上頜骨產(chǎn)生不同的影響。本研究僅對唇腭裂術(shù)后的兩種生物力進(jìn)行了模擬分析，結(jié)果存在一定局限性。隨著技術(shù)的不斷進(jìn)步，期望后續(xù)能對影響因素進(jìn)行更加全面的考量與分析。

4 結(jié) 論

本研究認(rèn)為對于單側(cè)完全性唇腭裂患者而言，唇、腭裂修復(fù)術(shù)在上頜骨三維方向上均會產(chǎn)生抑制作用，且腭裂修復(fù)術(shù)抑制作用更明顯。故臨床治療中可以通過改良術(shù)式、減少手術(shù)創(chuàng)傷的方法，達(dá)到降低腭裂手術(shù)瘢痕的目的，進(jìn)而減輕對上頜骨發(fā)育的抑制作用。