上颌横向扩弓技术的应用及研究进展

刘从华， 毛琴， 王春林

南方医科大学口腔医院正畸科，广东广州（510280）

上颌横向发育不足（maxillary transverse deficiency，MTD）是临床上常见的一种错畸形。其临床表现为：上颌牙弓狭窄，腭盖高拱，单侧或双侧后牙反，牙列拥挤等。此类患者面部微笑时颊廊较宽，影响美观。若生长发育高峰期前后牙反未矫治，可导致骨性上颌牙弓狭窄，常伴上颌骨矢状向发育异常，影响患者面型。此外，缩窄的上颌常伴有狭窄的鼻呼吸道，易引发口呼吸不良习惯，严重者甚至伴有睡眠呼吸暂停综合征（obstructive sleep apnea syndrome，OSAS），影响患者的心理状态及正常生活。

腭部扩展技术是治疗上颌横向发育不足的有效手段，是指采用正畸或者外科辅助的方法扩展腭中缝，扩大上颌骨及牙弓宽度，改善上颌腭部宽度，使上下颌骨宽度匹配，为后续正畸治疗开辟间隙。上颌扩展技术最早是由Angell 医师于1860 年提出，此后不同扩弓器的出现与改良使得上颌扩弓技术的应用越来越广泛。上颌牙弓狭窄可以分为牙性、骨性两类。矫治牙性牙弓狭窄相对简单，一般通过颊倾牙齿完成治疗，而骨性牙弓狭窄治疗相对复杂。对于腭中缝未闭合的儿童和青少年患者，可采用上颌快速扩弓的方法进行腭扩展。成人患者上颌腭中缝已经闭合，常规的上颌扩展技术难以打开腭中缝，易导致后牙颊倾、牙根吸收及骨开窗等不良反应。近年来，微种植钉辅助快速扩弓（miniscrew assisted rapid palatal expansion，MARPE）、手术辅助快速扩弓（surgically assisted rapid palatal expansion，SARPE）等技术的发展，扩大了上颌扩弓技术的适用人群，这些技术越来越多地应用于已过生长发育高峰期的青少年及成人患者，并且具有效果明确、稳定性好的优势。

1 腭部骨缝的发育

一般认为人类的腭中缝于4～5 岁时开始融合，至6 岁时，腭部的发育基本完成。随着牙齿的替换与萌出，颌面部骨骼进一步发育，腭盖继续增宽。随着生长发育，腭中缝中的纤维性结合逐渐过渡为骨性结合，最后完全骨性融合。女性14～15 岁，男性15～16 岁时腭中缝开始产生骨性结合，20～25 岁腭中缝完全骨化。

关于腭中缝的实际骨化年龄，目前尚存在争议。有学者通过观察不同年龄（18～63 岁）成人腭部组织切片发现，腭中缝骨化个体差异较大，存在年轻成人（21 岁）腭中缝已骨化及中年成人（44 岁）腭中缝无骨化的现象，因此该学者认为并无证据表明腭中缝的骨化是快速扩弓过程中出现横向阻抗的主要原因［1］。近年来，随着CBCT 检测技术在牙科领域的广泛应用，提供了更多腭中缝发育的放射学证据。Angelieri 等［2］通过对不同年龄（5.6～58.4 岁）患者腭部的CBCT 影像进行分析，根据CBCT 影像下腭中缝的形态将腭中缝的发育分为A、B、C、D、E 期。此后，通过进一步分析成人（18～66 岁）腭部的CBCT 影像，发现大多数成年人的腭中缝融合发生于D 期及E 期，仍有12%的成年人腭中缝未发生融合，且腭中缝的成熟期与性别及年龄无显著性关系［3］。有研究发现，E 期腭中缝处的骨密度明显增高，D 期及E 期上颌区域的骨密度也明显增高，也进一步证实了Angelieri 分期的准确性［4］。因此，在临床上需要对扩弓患者腭中缝进行CBCT 检查与分析，根据不同个体的腭中缝发育情况选择合适的扩弓方案。

2 上颌扩弓的适应证

3 扩弓器的矫治原理

上颌扩弓矫治器的原理有多种，不同矫治器的扩弓原理不同。上颌扩弓矫治器所施加的矫治力常有以下几种。

3.1 矫形力

矫治器常安装于上颌后牙，利用螺旋开大器（如Hyrax 矫治器）或者分裂基托（如上颌分裂簧扩弓矫治器），作用于上颌后牙，使矫形力通过上颌后牙传递至腭中缝处，促进腭中缝内的新骨沉积。也可以通过塑料基托支持，将矫治力传递至腭盖处（如Hass 矫治器），促进腭部组织的改建。

3.2 正畸力

牙支持式上颌扩弓矫治器（如Hyrax 矫治器等）固位于牙齿，腭部扩展力通过矫治器传递至牙齿，促进牙齿颊向移动。

3.3 肌力

某些功能性矫治器（如FR 矫治器）具有扩大上颌牙弓的作用。功能性矫治器中的颊屏具有阻挡颊肌的作用，打破牙及牙槽骨的内外肌力平衡，使牙及牙槽骨在舌肌的作用下向颊向扩展，并牵拉软组织及骨膜，从而刺激牙弓向颊侧扩展。

3.4 手术扩展

成人的上颌骨腭中缝已经完全骨性融合，此时使用传统的扩弓器难以扩开腭中缝。通过外科手术离断骨块切开骨皮质可以辅助腭扩展。外科手术可以分离已经骨性融合的腭中缝，通过矫治器施加牵张力使离断的腭中缝处出现新骨沉积，从而扩展上颌腭部宽度。

4 扩弓的方式

根据上颌扩弓的速度可以分为：快速上颌扩弓（rapid maxillary expansion，RME）及慢速上颌扩弓（slow maxillary expansion，SME）。快速扩弓时每日扩大螺旋扩弓器2 次，每次1/4 圈，打开量为0.5 mm/d，连续扩大2～3 周，待上颌磨牙达到正常牙覆盖后过矫治2～3 mm，保持3～6 个月。临床常用的快速扩弓器有螺旋扩弓器，如Hyrax 矫治器、Hass 矫治器。适用于尚具有生长发育潜力的儿童及青少年患者，但在8 岁以前儿童骨缝未完全闭合，此时进行快速扩弓有可能导致腭部组织损伤。通过对扩弓装置的快速、连续加力，达到快速打开腭中缝、改善牙弓宽度的效果。

采用螺旋扩弓器进行慢速扩弓时隔日开大1次，每次1/4 圈，打开量为0.25 mm/2 d，连续2～3 个月逐渐扩大腭中缝，直至后牙建立正常覆覆盖后过矫治2～3 mm，保持3 个月。临床常用的慢速扩弓矫治器有螺旋扩弓器、W 型扩弓器、四眼圈簧扩弓器、磁力扩弓器等。慢速扩弓常适用于生长发育已停止、无生长发育潜力、腭中缝已闭合的成年患者。而8 岁以前的患者因骨缝未完全闭合，为避免快速扩弓可能带来的组织损伤，一般也采用慢速扩弓。慢速扩弓更符合生理特性，被扩大的腭中缝有足够的时间进行组织学修复，较少引起腭部组织损伤，患者更容易适应。慢速扩弓作用缓慢，提供的矫治力更为柔和，有利于维持矫治后的稳定性，减少复发。

关于RME 和SME 的效果，一直有争议。近年来，许多学者针对RME 和SME 的治疗效果做了大量的研究。Pereira 等［8］发现两种扩弓方式的效果相差不大，但RME 较SME 更能引起骨性上颌横向扩展，而垂直向和矢状向测量无明显差异。对于唇腭裂患者的扩弓治疗上，均未发现明显差异［9-11］。在副作用方面，无论RME 还是SME，对上颌第一磨牙牙根长度均无明显影响，且未发现牙槽骨三维方向上的显著性改变［12］。Seker 等［13］发现RME 在早期可抑制牙根发育，但缺乏长期观察。RME 和SME 在引起牙周骨组织丧失的作用上效果相似［14］。关于扩弓的长期稳定性研究，SME与RME 的早期和长期稳定性相似，但仍需更多的临床试验来证实［15］。

此外，还有一种交替扩缩（alternate rapid maxillary expansion and constriction，Alt-RAMEC）的扩弓方式。即第一周每天扩大上颌1 mm，至7 mm，第二周每天回缩上颌1 mm，直至螺旋扩弓器关闭，依次交替，至第9 周后停止。这种方法通过反复扩缩增加了骨缝的可移动性，有利于松解腭中缝。Pithon 等［16］研究表明Alt-RAMEC 较RME 更有效，但是研究不够充分，考虑到Alt-RAMEC 之后的复发，Alt-RAMEC 的长期性研究是必需的。Büyükçavuş等［17］肯定了安氏III类患者在早期矫治中，上颌前方牵引之前行Alt-RAMEC比RME更为有效。

5 常见的腭扩展技术

目前临床上使用的扩弓器种类多样，既有传统的牙支持式矫治器（如Hyrax 矫治器、四眼圈簧矫治器等），也有新型骨支持式矫治器（如微种植钉辅助上颌快速扩弓矫治器），以及无托槽隐形矫治器。根据患者的年龄、错畸形的类型、患者对美观及舒适度的要求以及不同矫治器的特性来选择合适的矫治器。

5.1 Hyrax 矫治器与Hass 矫治器

Hyrax 矫治器与Hass 矫治器适用于第一前磨牙及第一磨牙已萌出的替牙期及恒牙列早期患者。Hyrax 矫治器是临床上最常用的一种传统的牙支持式扩弓器，在患者上颌第一前磨牙及第一磨牙上置带环，通过开大腭部螺旋扩弓器产生矫治力作用于牙齿上，并传递至腭中缝，通过矫形力开展腭中缝。Hass 矫治器通过腭部基托及牙齿固位，是一种牙和黏膜共同支持式的矫治器，矫治力作用于腭盖及牙齿上。Hyrax 矫治器装置较Hass矫治器简单，佩戴更为舒适。Hass 矫治器不易清洁，易引起腭部不适，且对发音影响更大。这两种扩弓器都是以牙为支撑的扩弓器，牙支持式扩弓器的缺点是可能导致后牙颊向倾斜、牙龈退缩、牙根吸收以及扩弓后易复发。

5.3 四眼圈簧扩弓矫治器

通过每次复诊时医生加大四眼圈簧的加力曲来获得扩大上颌牙弓的效果，无需患者在家自行加力。相对于螺旋扩弓器，四眼圈簧扩弓矫治器加力方式更为灵活，可进行个性化调整，可不对称加力，适用于前后牙弓扩弓量需求不一致的患者，且没有螺旋扩弓器患者需自行操作打开扩弓器的缺点。四眼圈簧位于患者腭侧，可与唇侧矫治器同时进行，在排齐牙齿的过程中配合腭侧扩弓，一定程度上节省了矫治时间。

5.4 功能性矫治器

功能性矫治器，如FR 矫治器，具有一定的扩弓作用。矫治器利用颊屏牵拉颊肌，打破牙弓内外肌力平衡，使得牙弓在舌肌的作用下向颊侧扩大，同时牵拉软组织肌骨膜也可刺激牙槽骨的生长，最终达到扩大牙弓的作用。

5.5 弓丝/辅弓扩弓

正畸弓丝扩弓是指在正畸复诊更换弓丝的过程中，有意扩大上颌弓型，利用弓丝的回弹力扩大上颌牙弓，该作用力较小，适用于轻度的上颌牙弓狭窄。自锁托槽因其低摩擦力，配合弓丝有更好的扩弓效果。

正畸辅弓，也叫骑士弓，是利用0.9～1.2 mm 的不锈钢丝弯制而成的辅弓，末端插入口外弓管，其余部分结扎至主弓丝上，加力时将辅弓打开4～5 mm，以达到扩大上颌牙弓的目的。该方法因唇颊侧存在辅弓，不利于口腔清洁，舒适性较差。且牙性效应较大，仅适用于上颌后牙舌向倾斜造成的轻度上颌牙弓狭窄病例［18］。

5.6 磁力扩弓矫治器

磁力是非传统矫治力中的一种，具有足够强度和持续的力，且不需要依赖患者的配合。磁力扩弓器是一种新型的矫治器，将同极相斥的磁体置于扩弓器中，每次复诊由医生加力。磁力扩弓器的优势包括无需直接接触、可产生持续力、无摩擦、无材料疲劳等，但磁力扩弓器也有一定的局限性，磁力会随着距离增加而显著减小，这将导致扩弓力不稳定。近年来，有学者发明了一种新型磁力扩弓器，该扩弓器采用基于涂覆类金刚石的钕铁硼磁铁的斥力，结合再激活系统，克服了磁力随距离而显著减小的局限性。该学者通过动物实验证实这种新型磁力扩弓器能够有效扩大腭中缝，并刺激腭中缝重建，但是该扩弓矫治器的扩弓效果骨性效应较小、牙性效应仍较大［19］。对于磁力扩弓矫治器的应用，尚需更多研究。

5.7 无托槽隐形矫治器

随着CAD/CAM 技术和材料学的发展，针对隐形矫治技术生物力学原理的研究不断深入以及临床经验的不断积累，临床医师不断扩大隐形矫治技术的适应证。隐形矫治器可在设计时预置牙弓扩大量，使矫治器上牙弓宽度大于患者口内牙弓宽度，在矫治器的回弹力作用下起到扩大牙弓的作用。无托槽隐形矫治器无法解决骨性上颌狭牙弓狭窄，主要是通过牙齿的倾斜移位以及牙槽骨的改建来解决牙性的牙弓狭窄以及牙列拥挤的问题，仅适用于轻度的上颌牙弓狭窄。

近年来，许多学者开始研究隐形矫治器的表达效率。Houle 等［20］通过对隐形矫治扩弓的准确性进行研究，发现隐形矫治扩大上牙弓的效率为72.8%，下牙弓为87.7%，且越靠牙弓后段，扩弓效率越低，Clincheck 过高设计了扩弓时牙齿的整体移动，临床上牙齿却更加颊倾。Solano-Mendoza等［21］及赵祥等［22］研究也证实了类似结论。研究发现，隐形矫治器通过整体移动牙齿而扩大牙弓的效率十分有限［23］。

5.8 手术辅助上颌快速扩弓（SARPE）

成人的上颌骨腭中缝已经完全骨性融合，采用传统的扩弓器难以打开骨化的腭中缝，仅能产生牙性效应，此时需要借助外科手术来辅助腭部扩展。常用的外科术式有：单独腭中缝骨切开术、单独上颌骨侧方骨皮质切开术、腭中缝和侧方骨皮质切开术、整个上颌连接离断术（包括颧上颌连接、腭中缝、翼上颌连接）。研究表明，手术后配合使用上颌扩弓器扩展腭中缝，建议使用骨支持式上颌扩弓器，较牙支持式扩弓器获得更佳的扩弓效果［24-25］。手术辅助上颌快速扩弓较传统的扩弓方法能获得更好的稳定性，减少牙齿的颊向移动，减少牙根及牙周吸收［26］。扩弓的效果离不开良好的保持，手术辅助上颌快速扩弓较传统的扩弓方法需要更长时间的保持，可保持至手术后3 年，保持的方法可采用手术同期植骨、钛板钛钉固定腭部或者使用横腭杆进行保持［27］。尽管手术方法快速有效，但手术创伤较大、费用较高且容易出现术中及术后并发症，许多患者及家属从心理上也很难接受手术治疗。

5.9 微种植钉辅助快速腭扩展（MARPE）

传统的扩弓矫治器常用于生长发育高峰期前及高峰期的患者，对于生长发育晚期的青少年及生长发育已完成的成年患者，腭中缝已经发生骨性融合，使用传统的扩弓矫治器无法达到较好的骨性效应，且传统的扩弓器一般为牙支持式，矫治力加载在牙齿上，容易造成牙齿的颊倾，扩弓效率较低，这些问题一直是正畸临床中亟待解决的难题。

MARPE 是随着微种植钉的出现而迅速发展的一种上颌快速扩弓治疗手段，是在传统的扩弓装置上改良，利用微种植钉作为腭部支抗，使扩弓器的矫形力直接作用于基骨，牵张骨缝促进腭中缝处新骨沉积，从而实现上颌腭部扩宽。2008 年，MARPE 开始出现，旨在获得更多的骨性效应，减小扩弓中出现过多的牙性效应［28］。此后，许多学者不断探究MARPE 的最佳设计和使用方法。2016年，Carlson 等［29］改良了MARPE，称之为骨性扩弓器（maxillary skeletal expander，MSE），其制定了较为完善的的MARPE 扩弓流程，并根据患者的不同年龄段选择不同的扩弓方式。

许多研究发现，微种植钉辅助上颌快速扩弓能有效扩大年轻成人的腭中缝，并可获得较好的骨性效应和稳定性。Park 等［30］通过对14 例上颌牙弓狭窄的病人（16～26 岁）进行MARPE 后分析发现，腭中缝腭扩开在水平面上接近平行打开，在冠状面上呈下宽上窄的三角形，颊侧牙槽骨厚度减少约0.6～1.1 mm，牙槽嵴高度下降1.7～2.2 mm，前磨牙及磨牙仅有微量颊倾（1.1°～2.9°）。Cunha等［31］成功治疗一名上颌牙弓狭窄合并上颌牙列拥挤的成人患者，提示MARPE 是上颌横向不调相关的牙弓长度不调的有效治疗手段。研究表明，MARPE 获得的骨性效应是传统的上颌快速扩弓的1.5～2.8 倍，且无副作用［32］。MARPE 不仅能够打开腭中缝，还可破除翼腭缝、颧颞缝等上颌复合体的其他骨缝连接之间的阻力［33］。对MARPE 治疗后的病例随访1 年，发现扩弓效果仍然稳定［34］。用MARPE 治疗年轻成人患者成功率达86.96%，且在30 个月随访中效果稳定［35］。

研究发现，MARPE 矫治后患者的鼻咽腔容积增加了8.48%，但口咽、腭咽、喉咽以及气道体积的变化不明显［36］。通过对20 位患者MARPE 前后进行呼吸测试以及CBCT 测量，发现MARPE 导致的骨性改变直接影响了气道体积，患者呼吸肌力及鼻腔最大流量及口腔最大流量在MARPE 矫治后均发生显著改善［37］。通过分析一位上颌牙弓狭窄伴OSAS 的成人患者应用MARPE 治疗前后的CBCT 数据，发现MARPE 能够有效改善患者的上气道气流量及减少气道阻力［38］。此外，MARPE 还被发现可同时联合其他正畸治疗，如上颌前方牵引［39-40］、推磨牙向后［41］等，既能提供绝对支抗，又能节约矫治时间，提高矫治效率。

随着种植技术和数码技术的发展，有学者发明了一种3D 打印的MARPE，该学者利用口内扫描以及CAD/CAM、3D 打印技术设计制作，全程数字化，无需口内取模，且该扩弓器获得了较好的扩弓效果［42］。Minervino 等［43］结合3D 打印技术，设计了一种外科定位导板，以引导扩弓器的定位以及微种植钉的植入。虽然目前关于微种植钉辅助上颌快速扩弓器的设计多种多样，但是由于个体差异性，每个患者的腭部形态并非完全一致，因此难以保证微种植钉植入的位点和角度。本课题组设计了一种3D 打印的微种植钉辅助上颌扩弓器（图1a），可很好地解决这一问题，并利用导板（图1b）辅助进行微种植钉植入，保障了微种植钉植入部位及角度的准确性，这种个性化MARPE 获得了良好的扩弓效果，有望在临床上进一步推广使用。

Figure 1 Personalized miniscrew-assisted rapid palatal expansion and miniscrew implantation guide图1 个性化微种植钉辅助快速扩弓器及微种植钉植入导板

微种植钉辅助上颌快速扩弓较手术辅助扩弓创伤小，在门诊就能完成，适用于需要较多的腭扩展量且拒绝外科手术的患者。微种植钉辅助上颌快速扩弓的优点在于能够为腭部扩展提供绝对支抗，从而避免了传统牙支持式扩弓器带来的后牙颊倾效应，矫治力直接作用于腭中缝，达到“真性扩弓”效果，且方法简单、易于操作、创伤小、易于维护口腔卫生［44］。然而，作为一种新型技术，MARME 同样也面临着微种植钉使用时存在的问题。首先，微种植钉支抗虽然相比外科手术创伤性降低，但仍然为有创性治疗，部分患者及家属从心理上难以接受；其次，微种植钉治疗费用较高，会增加患者的正畸治疗花费；此外，使用微种植钉时对患者口腔卫生的要求较为严格，若患者口腔卫生不良，易引起微种植钉边缘炎症，易导致微种植钉脱落；另外，微种植钉植入时也可能出现植入不当导致的血管神经损伤或穿孔，扩弓过程中微种植钉可能发生弯折甚至断裂，影响扩弓效果。

因此，应根据患者的不同特性选择不同的腭扩展技术，详见表1。

6 扩弓的稳定性及保持

扩弓后的复发与腭部软组织的弹性回缩、腭中缝骨质改建不充分以及扩弓造成的上颌外侧骨板弯曲后恢复原状的趋势等因素有关，复发的程度与患者的年龄、牙弓狭窄的程度、扩弓器的选择、扩弓速度以及保持的时间长短有关。对于腭扩展后的保持时间，尚存争议。一般认为骨改建时间为3 个月左右，因此腭扩展后建议至少保持3个月，以利于腭部骨缝处再生新骨。Schauseil 等［45］研究发现，快速腭中缝扩展后保持6 个月以上，有利于腭中缝的骨改建。应用MARPE 治疗时，患者腭中缝及上颌骨所承受的矫形力及骨缝张力更大，而MARPE 常用于生长发育高峰晚期或生长发育已完成的青少年及成人患者，将需要更长的时间来进行骨缝改建，因此一般建议MARPE 患者保持6 个月以上［44］。

7 总结与展望

以往认为，上颌扩弓适用于生长发育期的儿童、青少年，随着年龄越大，上颌扩弓的骨性效应减小，而牙性效应增大。随着新型扩弓技术的出现，目前认为上颌扩弓无严格年龄限制：乳牙期、混合牙列期、恒牙列早期、成人均可进行扩弓。

医生对患者进行扩弓治疗前的诊断设计需要参考患者的年龄、骨骼发育水平，并拍摄CBCT 观察腭中缝成熟程度，根据不同的腭中缝成熟度采取不同的扩弓方式。针对不同年龄和骨龄的上颌牙弓狭窄患者，可采取以下的矫治策略：①对于≤8 岁儿童，建议采用SME；②对于＞8 岁，生长发育高峰期前及高峰期的患者，建议采用RPE 治疗；③对于处于生长发育晚期及生长发育已结束的成年患者，若上颌牙弓狭窄程度较轻，且允许一定程度牙性代偿的患者，可以采用RPE 治疗；若上颌牙弓存在明显的骨性狭窄，或拒绝手术腭扩展的骨性牙弓狭窄患者，CBCT 示腭中缝未完全骨化者，建议采用MARPE 治疗。④对于上颌重度牙弓狭窄，传统扩弓及MARPE 均难以达到效果的疑难病例，以及CBCT 示腭中缝已完全骨化者，可以采用SARPE 治疗。

随着MARPE 的出现，显著扩大了上颌扩弓的年龄范围。腭中缝的成熟程度并不一定与年龄正相关，存在个体差异，现有的研究主要聚焦于对年轻成人的扩弓治疗上，研究发现RME 对30 岁以上患者仍有作用，因此扩弓是否存在年龄限制尚有待研究［46］。传统的上颌扩弓器扩弓效果有限，对于上颌牙弓严重狭窄的患者，容易造成磨牙倾斜、牙根吸收、牙周损伤甚至骨开窗等严重并发症。对于严重上颌牙弓狭窄，MARPE 是否可以完全代替SARPE 尚需进一步研究证实。研究发现，MARPE 治疗可能引起面颊部、鼻旁区向前向侧方扩展，且软组织的改变具有早期稳定性［47］。目前，关于上颌扩弓是否对面部软组织产生影响的研究相对较少，如何改良及规避不利影响是新型扩弓器未来发展的重点。腭部扩弓新技术的发展，扩大了临床治疗上颌横向发育不足的适应证，若能将腭部扩弓与唇侧矫治甚至隐形矫治联合治疗，将缩短临床矫治矫治时间。随着CAD/CAM 及3D技术的发展，相信未来的上颌扩弓矫治技术会更加数字化、个性化。