瘢痕对唇腭裂上颌骨生长影响的有限元分析

黄 威 曹 丁 周永川 宗晓鹏 冯晓伟 白九评 李向军

唇腭裂是颅面部较常见的一种先天发育异常性疾病[1]，手术治疗为主要手段[2]，然而术后上颌骨常出现发育不足现象[3～5]，对患者身心造成严重影响。其发生机制一直作为研究热点，以往主要通过临床观察及动物实验的方式进行探究，受观察周期、可重复性等干扰因素的限制，其机制的描述尚存在较大争议[6]。本实验通过三维有限元技术对唇腭裂术后瘢痕组织所产生的两种生物力，上唇压力[7]及腭部瘢痕力[8]进行模拟，观察其对上颌骨的作用情况，文抑西[9，10]与作者[10]曾对上唇压力、腭部瘢痕力分别进行模拟分析，但是同时加载两种工况，模拟唇腭裂手术瘢痕对上颌骨的影响，尚未见报道。

资料和方法

1.含上唇软组织的唇腭裂上颌骨三维有限元模型的建立：在原含腭板软组织腭裂上颌骨三维有 限元模型的基础上[10]，见图 1。

图1 连为一体的腭裂上颌骨有限元模型

通过ANSYS软件中布尔操作技术进行上唇软组织的添加，范围：双侧上颌尖牙牙槽突之间区域；材料属性：线弹性材料，弹性模量 1.5MPa，泊松比 0.49[11]；上唇厚度：8mm[12]。网格划分后，即完成了含上唇软组织的唇腭裂上颌骨三维有限元模型的建立，见图 2。该模型同时包含上唇及腭板软组织，可以进行该区域工况的加载。

图2 含上唇软组织的唇腭裂上颌骨有限元模型

2.加载工况，施加上唇压力及腭部瘢痕力：上唇压力，施力部位为上唇软组织与牙槽突的交界面，方向垂直于牙槽突前表面，大小 7.16N[13]；腭部瘢痕力，施力部位为腭板口腔侧软 组 织与骨组织的交界面，方向由 外 侧向内侧、由前向后，大 小 17.52N[10]；限 制面设定为两侧上颌骨的后端连接区[10]，即翼颌连接区。

结 果

1.位移云图的显示，见图 3～10。

图3 总位移（横断面）

图4 总位移（冠状面）

图5 X 轴方向位移（横断面）

图6 X 轴方向位移（冠状面）

2.位移云图的读取：总位移，两侧上颌骨形变明显，由前向后，形变趋势逐渐降低，其中牙槽突前 段形变最明显；X 轴方向位移，两侧上颌骨均由外侧向裂隙侧移动，由前向后移动幅度逐渐降低，患侧上颌骨最大形变 8.66212，健侧上颌骨最大形变 6.31363；Y 轴方向位移，两侧上颌骨均由上向下移动，由前向后移动幅度逐渐降低，患侧上颌骨最大形变3.21876，健侧上颌骨最大形变 5.84433；Z 轴方向位移，两侧上颌窦外侧壁向前移动，牙槽突前段、裂隙区向后移动，导致两侧上颌骨发生旋转，进而出现上颌后缩，由前内向后外移动幅度逐渐降低，患侧上颌骨最大形变 5.22456，健侧上颌骨最大形变 6.4401。

图7 Y 轴方向位移（横断面）

图8 Y 轴方向位移（冠状面）

图9 Z 轴方向位移（横断面）

图10 Z 轴方向位移（冠状面）

讨 论

X 轴、Y 轴、Z 轴方向位移，分别代表上颌骨 的宽度、高度、突度即上颌骨横向生长、垂直向生长、矢状向生长。通过形变最大位移数值比较可知，宽度＞突度＞高度。通过健、患侧位移数值比较可知，患侧上颌骨横向生长受抑制程度大于健侧，而上颌骨垂直向及矢状向生长受抑制程度均是健侧大于患侧，健、患侧抑制程度的不同，会导致上颌骨出现 不对称性发育。Ye 认为唇腭裂术后医源性的瘢痕组织抑制了上颌骨的生长[14]。Stancheva 临床观察发现，腭裂修复术的时间对于上颌骨的发育而言不是决定因素，手术在上颌骨发育上，起到了更加重要的作用[15]。Bittencourt 认为唇腭裂修复术对上颌骨矢状向及横向生长造成抑制[16]。Bichara 文献回顾发现在单侧完全性唇腭裂患者中，唇裂手术会对上颌骨矢状向生长造成抑制[17]。Shi 通过文献回顾发现早期腭成形术对上颌骨三维方向上生长均产生了抑制，唇裂修复术主要影响上颌骨矢状向的生长[2]。

Naqvi对180例单侧唇腭裂患者分组观察发现，手术组较未手术组而言，上颌骨出现了明显的生长抑制[7]。Kotova 对64例8岁单侧完全性唇腭裂患儿观察发现，尖牙间宽度与牙 弓长度都较同龄正 常儿童短小[18]。Jiang 发现上颌骨及犁骨矢状向的生长较正常成人而言，均受到明显抑制[19]。Kongprasert 发现唇裂手术会导致裂隙宽 度 的缩小，同时牙弓前 段会出现受压向腭侧移位的现象[20]。徐晓琳对 20 例替牙期的单侧完全性唇腭裂患者进行锥体束扫描发现，上颌骨在三维方向上均存在不对称性，且主要集中在牙槽骨区[21]。

文献报道上颌骨生长 的 影响因素中，除外科 手术这一主要因素之外，先天畸形的严重 程 度[7]、术 后瘢痕组织量[7]、手术时机的选择[22]以及术前是否已行正畸矫正[23]等都可能对上颌骨的生长产生一定影响。本实验仅通过对唇腭裂术后两种最主要瘢痕生物力进行模拟分析，探究其对上颌骨的作用机制，进而从理论上解释了手术对上颌骨生长影响的特点。