腭裂術后硬腭前后部瘢痕對上頜骨生長影響比較的有限元分析

黃威張曉李曼寧春柳吳珊珊李向軍

1.河北醫科大學口腔醫學院·口腔醫院口腔頜面外科，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；

2.石家莊和協口腔醫院正畸科，石家莊050051

唇腭裂是頜面部較常見的一種先天發育異常性疾病[1-2]，手術治療為主要手段，然而術后常出現上頜發育不足的現象[3-5]。多數學者[6-9]認為，手術創傷及術后瘢痕組織攣縮是上頜骨發育不足的主要原因，其發生機制一直是學者研究的熱點，但腭裂術后腭部不同部位瘢痕對上頜骨生長的影響情況研究甚少。本實驗采用三維有限元技術分別對完全性與不完全性腭裂術后硬腭前后部位瘢痕力進行分組模擬，比較其對上頜骨生長的影響機制，以期為腭裂術式選擇提供科學依據。

1 材料和方法

1.1 腭裂上頜骨三維有限元模型的建立

將一右側完全性唇腭裂患者的螺旋CT數據進行處理，使其能夠被Ansys軟件所讀取，形成命令流文件。并將組織設定為均質、連續且各向均同性的線彈性材料物質，彈性模量為8.0×103MPa，泊松比為0.3[10]，結構單元選取solid45。將上述命令流文件及模型參數輸入Ansys軟件，并將兩側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建（圖1）。在該模型上應用Ansys軟件中布爾操作技術進行牙槽突裂植骨，植骨材料參數同前[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、方向但不同受力區域的腭部瘢痕力。第一組在硬腭口腔面前1/4區施加，第二組在硬腭口腔面中前1/4區施加，第三組在硬腭口腔面中后1/4區施加，第四組在硬腭口腔面后1/4區施加（圖3、4），大小均為17.52 N，方向由前向后、由外向內[11]，限制面設定為雙側上頜骨后端翼頜連接區。

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

各組進行有限元分析運算，分別觀察各組總位移、X軸、Y軸及Z軸位移云圖形變趨勢，每組位移云圖均從橫斷面及冠狀面兩個角度觀察左右兩側牙槽突前端形變量，并對各組結果進行比較。

2 結果

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相近，兩側上頜骨均發生形變，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），各組云圖形變趨勢相近，兩側上頜骨均發生形變，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），各組云圖形變趨勢相近，兩側上頜骨均發生形變，向下移動，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形變逐漸降低，牙槽突前端及頜骨體外側形變較明顯，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相近，兩側上頜骨均發生形變，大部分向后移動，上頜骨突度縮小，由前內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，這說明腭裂術后硬腭不同部位瘢痕在三維方向上均會對上頜骨生長產生抑制，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 實驗設計及觀察指標的選取

腭裂手術創傷及術后裸露骨面均會產生瘢痕，瘢痕攣縮會抑制頜骨發育[6-7，9]，學者們[12-14]通過臨床觀察的方法對腭裂手術引起上頜骨發育不足的情況進行了大量研究，但腭裂術后不同部位瘢痕對上頜骨發育的影響情況研究甚少。筆者前期曾對腭裂術后腭部瘢痕力進行過模擬研究[11]，并對腭部內外側區域瘢痕對上頜骨發育的影響進行過分析比較[15]。本研究旨在觀察硬腭前后向瘢痕對上頜骨生長的抑制情況，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行比較，其中每組瘢痕力的大小及方向相同，變量僅為硬腭前后向不同受力區域。其中腭部瘢痕力為根據單側唇腭裂患者平均裂隙寬度[16]及兩瓣法術式特點通過物理公式運算獲得[11]，具有一定代表性。

由于各組位移云圖形變趨勢相近，且在形變降低過程中，遞減幅度也相似，故本實驗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，可代表整體上頜骨形變情況進行分析說明。

3.2 實驗結果與既往臨床研究的討論分析

出生早期顱部生長速度最快，面部較慢，顱面比例相差較大，隨后面部生長逐漸加速，顱面比例差縮小[17]，根據臨床腭裂手術年齡選擇[18]及腭裂術后瘢痕攣縮為一持久過程這一特點分析，可認為腭部瘢痕組織行使牽拉抑制作用時主要發生在面部生長較快而顱部發育較慢的時期，即該時期上頜骨相對于顱部而言是運動的。從生物力學角度考慮，可以把上頜骨后面的顱部設定為相對靜止的支點，而力矩等于作用力及力臂的乘積[17]，腭部瘢痕力作用區域越靠前則力臂越長，從而力矩越大，對上頜骨的抑制程度也將更加明顯。

Koberg等[12]曾對1 033名腭裂患者術后頜面部生長情況進行研究，發現兩瓣后推術和帶兩側松弛切口的蘭式手術對上頜骨生長影響最重。兩瓣后推術將會在硬腭前方遺留裸露骨面[19]，裸露的骨面將產生瘢痕繼而影響上頜骨發育，本研究認為腭裂術后硬腭前部瘢痕對上頜骨影響較重，與以上臨床研究結果相近。有研究[13，20]認為，Furlow術式及軟腭修復術不會對面中份發育造成明顯影響，該2種術式雖然主要在軟腭區域產生瘢痕，但瘢痕將附著于鄰近骨面從而對骨組織產生影響，由臨床解剖可知軟腭區域瘢痕主要附著于硬腭后緣，本研究認為后部瘢痕對上頜骨發育影響較輕，與以上臨床研究結果相近。

3.3 實驗結果的擴展

Maluf等[21]將14只豬分組研究發現，行腭黏骨膜瓣剝離翻瓣操作同時遺留裸露骨面組較未遺留裸露骨面組及對照組而言，上頜牙弓橫向發育出現明顯受限。Bardach等[19]通過對62只比格幼犬分組觀察發現，行兩側腭黏骨膜瓣翻瓣操作而遺留少許裸露骨面組與僅行單側腭黏骨膜瓣翻瓣操作而遺留較大裸露骨面組相比，后者對上頜骨發育的影響更重。由以上動物實驗可以發現，腭裂術后裸露骨面較腭裂術中剝離翻瓣操作而言，對上頜骨發育影響更重。本研究認為腭裂術后前部瘢痕對上頜骨發育影響較后部瘢痕更重，結合以上觀點可認為腭裂手術應盡量降低硬腭前部骨面的裸露，以減少對上頜骨發育的影響。

3.4 研究中存在的不足

三維有限元技術僅能對限定的條件進行約束與模擬，其數值不能完全代替臨床實際，只能作為一趨勢性研究進行理論分析。

綜上，腭裂術后硬腭不同部位瘢痕在三維方向上均對上頜骨生長產生抑制，其中前部瘢痕抑制程度大于后部，臨床中應盡量降低硬腭前部骨面的裸露，以減少對上頜骨發育的影響。

利益沖突聲明：作者聲明本文無利益沖突。