黃威張曉李曼寧春柳吳珊珊李向軍

1.河北醫(yī)科大學(xué)口腔醫(yī)學(xué)院·口腔醫(yī)院口腔頜面外科，河北省口腔醫(yī)學(xué)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，河北省口腔疾病臨床醫(yī)學(xué)研究中心，石家莊050017；

2.石家莊和協(xié)口腔醫(yī)院正畸科，石家莊050051

唇腭裂是頜面部較常見的一種先天發(fā)育異常性疾病[1-2]，手術(shù)治療為主要手段，然而術(shù)后常出現(xiàn)上頜發(fā)育不足的現(xiàn)象[3-5]。多數(shù)學(xué)者[6-9]認(rèn)為，手術(shù)創(chuàng)傷及術(shù)后瘢痕組織攣縮是上頜骨發(fā)育不足的主要原因，其發(fā)生機(jī)制一直是學(xué)者研究的熱點(diǎn)，但腭裂術(shù)后腭部不同部位瘢痕對(duì)上頜骨生長(zhǎng)的影響情況研究甚少。本實(shí)驗(yàn)采用三維有限元技術(shù)分別對(duì)完全性與不完全性腭裂術(shù)后硬腭前后部位瘢痕力進(jìn)行分組模擬，比較其對(duì)上頜骨生長(zhǎng)的影響機(jī)制，以期為腭裂術(shù)式選擇提供科學(xué)依據(jù)。

1 材料和方法

1.1 腭裂上頜骨三維有限元模型的建立

將一右側(cè)完全性唇腭裂患者的螺旋CT數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，使其能夠被Ansys軟件所讀取，形成命令流文件。并將組織設(shè)定為均質(zhì)、連續(xù)且各向均同性的線彈性材料物質(zhì)，彈性模量為8.0×103MPa，泊松比為0.3[10]，結(jié)構(gòu)單元選取solid45。將上述命令流文件及模型參數(shù)輸入Ansys軟件，并將兩側(cè)上頜骨在其后端翼頜連接處連為一體，即完成了完全性腭裂上頜骨三維有限元模型的構(gòu)建（圖1）。在該模型上應(yīng)用Ansys軟件中布爾操作技術(shù)進(jìn)行牙槽突裂植骨，植骨材料參數(shù)同前[10]，植骨范圍前鼻嵴至鼻腭孔，即完成了不完全性腭裂上頜骨三維有限元模型的構(gòu)建（圖2）。

圖1 完全性腭裂上頜骨三維有限元模型Fig 1 Three-dimensional finite element model of maxilla with completecleft palate

圖2 不完全性腭裂上頜骨三維有限元模型Fig 2 Three-dimensional finite element model of maxilla with incompletecleft palate

1.2 分組添加腭部瘢痕力

在所建立的完全性與不完全性腭裂上頜骨三維有限元模型上，分別分組施加相同大小、方向但不同受力區(qū)域的腭部瘢痕力。第一組在硬腭口腔面前1/4區(qū)施加，第二組在硬腭口腔面中前1/4區(qū)施加，第三組在硬腭口腔面中后1/4區(qū)施加，第四組在硬腭口腔面后1/4區(qū)施加（圖3、4），大小均為17.52 N，方向由前向后、由外向內(nèi)[11]，限制面設(shè)定為雙側(cè)上頜骨后端翼頜連接區(qū)。

圖3 各組瘢痕力添加部位（完全性腭裂上頜骨模型）Fig 3 The position of applied scar force in each group(model of maxilla with complete cleft palate)

1.3 觀察分析指標(biāo)

各組進(jìn)行有限元分析運(yùn)算，分別觀察各組總位移、X軸、Y軸及Z軸位移云圖形變趨勢(shì)，每組位移云圖均從橫斷面及冠狀面兩個(gè)角度觀察左右兩側(cè)牙槽突前端形變量，并對(duì)各組結(jié)果進(jìn)行比較。

2 結(jié)果

總位移云圖反映了上頜骨三維方向上總體形變情況（圖5、6），觀察可見完全性與不完全性腭裂上頜骨模型中各組云圖形變趨勢(shì)相近，兩側(cè)上頜骨均發(fā)生形變，由前向后逐漸降低，牙槽突前端形變最明顯；X軸位移云圖反映了上頜骨橫向形變情況（圖7、8），各組云圖形變趨勢(shì)相近，兩側(cè)上頜骨均發(fā)生形變，上頜骨寬度縮窄，其中完全性腭裂上頜骨模型由前向后形變逐漸降低，牙槽突前端形變最明顯，不完全性腭裂上頜骨模型形變幅度明顯縮小，牙槽突前端形變較明顯；Y軸位移云圖反映了上頜骨垂直向形變情況（圖9、10），各組云圖形變趨勢(shì)相近，兩側(cè)上頜骨均發(fā)生形變，向下移動(dòng)，上頜骨高度降低，其中完全性腭裂上頜骨模型由前外向后內(nèi)形變逐漸降低，牙槽突前端及頜骨體外側(cè)形變較明顯，不完全性腭裂上頜骨模型由前向后形變逐漸降低，牙槽突前端形變最明顯；Z軸位移云圖反映了上頜骨矢狀向形變情況（圖11、12），完全性與不完全性腭裂上頜骨模型中各組云圖形變趨勢(shì)相近，兩側(cè)上頜骨均發(fā)生形變，大部分向后移動(dòng)，上頜骨突度縮小，由前內(nèi)向后外形變逐漸降低，牙槽突前端形變最明顯。

圖5 各組總位移云圖（完全性腭裂上頜骨模型）Fig 5 Thetotal displacement nephogram of all groups(model of maxillawith completecleft palate)

圖6 各組總位移云圖（不完全性腭裂上頜骨模型）Fig 6 The total displacement nephogram of all groups(model of maxilla with incomplete cleft palate)

圖7 各組X軸方向位移云圖（完全性腭裂上頜骨模型）Fig 7 X-component of displacement nephogram of all groups(model of maxillawith completecleft palate)

圖9 各組Y軸方向位移云圖（完全性腭裂上頜骨模型）Fig 9 Y-component of displacement nephogram of all groups(model of maxilla with complete cleft palate)

圖11 各組Z軸方向位移云圖（完全性腭裂上頜骨模型）Fig 11 Z-component of displacement nephogram of all groups(model of maxillawith completecleft palate)

圖8 各組X軸方向位移云圖（不完全性腭裂上頜骨模型）Fig 8 X-component of displacement nephogram of all groups(model of maxillawith incompletecleft palate)

圖10 各組Y軸方向位移云圖（不完全性腭裂上頜骨模型）Fig 10 Y-component of displacement nephogram of all groups(model of maxilla with incomplete cleft palate)

圖12 各組Z軸方向位移云圖（不完全性腭裂上頜骨模型）Fig 12 Z-component of displacement nephogram of all groups(model of maxilla with incomplete cleft palate)

完全性與不完全性腭裂上頜骨模型中各組左右兩側(cè)牙槽突前端形變量分別見表1、2，總位移、X軸、Y軸及Z軸方向位移形變均為：第一組＞第二組＞第三組＞第四組，這說明腭裂術(shù)后硬腭不同部位瘢痕在三維方向上均會(huì)對(duì)上頜骨生長(zhǎng)產(chǎn)生抑制，在相同瘢痕量情況下，前部瘢痕抑制程度大于后部。

表1 各組左右兩側(cè)牙槽突前端形變量（完全性腭裂上頜骨模型）Tab 1 Displacement in the anterior part of the alveolar process on both left and right sides of each group（model of maxilla with complete cleft palate） mm

表2 各組左右兩側(cè)牙槽突前端形變量（不完全性腭裂上頜骨模型）Tab 2 Displacement in the anterior part of the alveolar process on both left and right sides of each group（model of maxilla with incomplete cleft palate） mm

3 討論

3.1 實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)及觀察指標(biāo)的選取

腭裂手術(shù)創(chuàng)傷及術(shù)后裸露骨面均會(huì)產(chǎn)生瘢痕，瘢痕攣縮會(huì)抑制頜骨發(fā)育[6-7，9]，學(xué)者們[12-14]通過臨床觀察的方法對(duì)腭裂手術(shù)引起上頜骨發(fā)育不足的情況進(jìn)行了大量研究，但腭裂術(shù)后不同部位瘢痕對(duì)上頜骨發(fā)育的影響情況研究甚少。筆者前期曾對(duì)腭裂術(shù)后腭部瘢痕力進(jìn)行過模擬研究[11]，并對(duì)腭部?jī)?nèi)外側(cè)區(qū)域瘢痕對(duì)上頜骨發(fā)育的影響進(jìn)行過分析比較[15]。本研究旨在觀察硬腭前后向瘢痕對(duì)上頜骨生長(zhǎng)的抑制情況，故將硬腭前后向瘢痕分為4組分別在完全性與不完全性腭裂上頜骨模型上進(jìn)行比較，其中每組瘢痕力的大小及方向相同，變量?jī)H為硬腭前后向不同受力區(qū)域。其中腭部瘢痕力為根據(jù)單側(cè)唇腭裂患者平均裂隙寬度[16]及兩瓣法術(shù)式特點(diǎn)通過物理公式運(yùn)算獲得[11]，具有一定代表性。

由于各組位移云圖形變趨勢(shì)相近，且在形變降低過程中，遞減幅度也相似，故本實(shí)驗(yàn)僅選取形變量較大且容易觀察的牙槽突前端形變量作為觀察指標(biāo)，可代表整體上頜骨形變情況進(jìn)行分析說明。

3.2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與既往臨床研究的討論分析

出生早期顱部生長(zhǎng)速度最快，面部較慢，顱面比例相差較大，隨后面部生長(zhǎng)逐漸加速，顱面比例差縮小[17]，根據(jù)臨床腭裂手術(shù)年齡選擇[18]及腭裂術(shù)后瘢痕攣縮為一持久過程這一特點(diǎn)分析，可認(rèn)為腭部瘢痕組織行使?fàn)坷种谱饔脮r(shí)主要發(fā)生在面部生長(zhǎng)較快而顱部發(fā)育較慢的時(shí)期，即該時(shí)期上頜骨相對(duì)于顱部而言是運(yùn)動(dòng)的。從生物力學(xué)角度考慮，可以把上頜骨后面的顱部設(shè)定為相對(duì)靜止的支點(diǎn)，而力矩等于作用力及力臂的乘積[17]，腭部瘢痕力作用區(qū)域越靠前則力臂越長(zhǎng)，從而力矩越大，對(duì)上頜骨的抑制程度也將更加明顯。

Koberg等[12]曾對(duì)1 033名腭裂患者術(shù)后頜面部生長(zhǎng)情況進(jìn)行研究，發(fā)現(xiàn)兩瓣后推術(shù)和帶兩側(cè)松弛切口的蘭式手術(shù)對(duì)上頜骨生長(zhǎng)影響最重。兩瓣后推術(shù)將會(huì)在硬腭前方遺留裸露骨面[19]，裸露的骨面將產(chǎn)生瘢痕繼而影響上頜骨發(fā)育，本研究認(rèn)為腭裂術(shù)后硬腭前部瘢痕對(duì)上頜骨影響較重，與以上臨床研究結(jié)果相近。有研究[13，20]認(rèn)為，F(xiàn)urlow術(shù)式及軟腭修復(fù)術(shù)不會(huì)對(duì)面中份發(fā)育造成明顯影響，該2種術(shù)式雖然主要在軟腭區(qū)域產(chǎn)生瘢痕，但瘢痕將附著于鄰近骨面從而對(duì)骨組織產(chǎn)生影響，由臨床解剖可知軟腭區(qū)域瘢痕主要附著于硬腭后緣，本研究認(rèn)為后部瘢痕對(duì)上頜骨發(fā)育影響較輕，與以上臨床研究結(jié)果相近。

3.3 實(shí)驗(yàn)結(jié)果的擴(kuò)展

Maluf等[21]將14只豬分組研究發(fā)現(xiàn)，行腭黏骨膜瓣剝離翻瓣操作同時(shí)遺留裸露骨面組較未遺留裸露骨面組及對(duì)照組而言，上頜牙弓橫向發(fā)育出現(xiàn)明顯受限。Bardach等[19]通過對(duì)62只比格幼犬分組觀察發(fā)現(xiàn)，行兩側(cè)腭黏骨膜瓣翻瓣操作而遺留少許裸露骨面組與僅行單側(cè)腭黏骨膜瓣翻瓣操作而遺留較大裸露骨面組相比，后者對(duì)上頜骨發(fā)育的影響更重。由以上動(dòng)物實(shí)驗(yàn)可以發(fā)現(xiàn)，腭裂術(shù)后裸露骨面較腭裂術(shù)中剝離翻瓣操作而言，對(duì)上頜骨發(fā)育影響更重。本研究認(rèn)為腭裂術(shù)后前部瘢痕對(duì)上頜骨發(fā)育影響較后部瘢痕更重，結(jié)合以上觀點(diǎn)可認(rèn)為腭裂手術(shù)應(yīng)盡量降低硬腭前部骨面的裸露，以減少對(duì)上頜骨發(fā)育的影響。

3.4 研究中存在的不足

三維有限元技術(shù)僅能對(duì)限定的條件進(jìn)行約束與模擬，其數(shù)值不能完全代替臨床實(shí)際，只能作為一趨勢(shì)性研究進(jìn)行理論分析。

綜上，腭裂術(shù)后硬腭不同部位瘢痕在三維方向上均對(duì)上頜骨生長(zhǎng)產(chǎn)生抑制，其中前部瘢痕抑制程度大于后部，臨床中應(yīng)盡量降低硬腭前部骨面的裸露，以減少對(duì)上頜骨發(fā)育的影響。

利益沖突聲明：作者聲明本文無利益沖突。