唇腭裂术后生物力对上颌骨影响的有限元分析

黄威 曹丁 周永川 郝福良 宗晓鹏

唇腭裂是颅面部最常见的一种先天发育异常性疾病[1-2]。手术治疗是恢复外形及功能的重要手段，但唇腭裂术后常出现上颌骨发育不足[3-5]，大部分学者认为手术因素为其生长受限的主要原因[6-9]，其影响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法进行分析研究，受样本量、观察周期及可重复性等因素制约，其结果尚存在较大争议[9]。唇裂术后上唇压力[10]、腭裂术后腭部瘢痕力[11]为手术后瘢痕挛缩所产生的影响上颌骨发育的2 种最主要生物力，本研究通过有限元技术对两种生物力进行工况加载，研究其对上颌骨的作用机制，可重复性好，且不受观察周期等影响因素的限制。

1 研究基础与方法

1.1 添加上唇软组织完成有限元模型的建立

在含腭板软组织腭裂上颌骨三维有限元模型的基础上[12](图 1)。

图 1 连为一体的腭裂上颌骨有限元模型

利用ANSYS 17.0软件(ANSYS公司，美国)进行布尔操作，在上颌双侧尖牙牙槽突之间区域外侧形成一层8 mm厚度[13]的组织，定义材料属性为线弹性材料，弹性模量为1.5 MPa，泊松比为0.49[14]，并进行网格划分，即完成了含上唇软组织的腭裂上颌骨三维有限元模型的建立(图 2)。

图 2 添加上唇软组织的腭裂上颌骨有限元模型

1.2 在同一有限元模型上分组施加工况，对生物力进行对比研究

第一组添加上唇压力，第二组添加腭部瘢痕力，第三组同时添加上唇压力及腭部瘢痕力。

上唇压力：施力区域为上唇软组织与牙槽突交界面，方向垂直于牙槽突前表面，大小7.16 N[15]；腭部瘢痕力：施力区域为腭板口腔面软组织与骨组织交界面，方向为由两侧向中央及由前向后，大小17.52 N[12]；限制面设定为两侧上颌骨后端的翼颌连接区所形成的连接面[12]。

2 结 果

2.1 各组位移云图的结果

各组位移云图结果如图 3。

2.2 位移结果的读取

2.2.1 总位移 3 组位移形变趋势相近，均为牙槽突前段形变最明显，由前向后形变逐渐变小。牙槽突前段最大位移(位移分量)分别为：第一组3.95689，第二组6.73801，第三组10.3351。

2.2.2 X方向位移 3 组位移形变趋势相近，均为牙槽突前段形变最明显，由前向后形变逐渐变小。牙槽突前段位移比较，第一组健侧2.13943，患侧2.83238；第二组健侧4.17421，患侧5.82974；第三组健侧6.31363，患侧8.66212。

2.2.3 Y方向位移 3 组位移形变趋势显示，在牙槽骨前段形变明显，由前向后形变逐渐减小。牙槽突前段位移比较，第一组健侧2.42607，患侧1.33727；第二组健侧3.03407，患侧1.4973；第三组健侧5.18794，患侧2.56237。

2.2.4 Z方向位移 3 组位移形变趋势相近，两侧牙槽突区域形变明显，由前内向后外形变逐渐减小。牙槽突前段位移比较，第一组健侧2.6408，患侧2.16161；第二组健侧3.7993，患侧3.06165；第三组健侧6.4401，患侧5.22456。

3 讨 论

3.1 分组对比

总位移代表了整体形变趋势，3 组上颌骨生长均受到抑制，由前向后抑制逐渐减小，牙槽突前段受抑制最明显。从各组数值比较可知，第三组>第二组>第一组。即对单侧完全性唇腭裂患者而言，上唇压力及腭部瘢痕力均会对上颌骨生长产生明显的抑制作用，且腭部瘢痕力的整体影响更大。

X轴、Y轴、Z轴方向位移分别代表了上颌骨的宽度、高度、突度。3 组上颌骨在横向、垂直向、矢状向的生长中均受到抑制。各组数值比较可知，在3 个方向上均为，第三组>第二组>第一组。即对单侧完全性唇腭裂患者而言，上唇压力及腭部瘢痕力均会对上颌骨横向、垂直向、矢状向的生长产生抑制作用，且腭部瘢痕力的影响更大。

3.2 唇腭裂手术对上颌骨的影响

Jiang等[16]曾对24 名双侧唇腭裂术后成年患者与32 名正常成人进行测量分析发现，双侧唇腭裂患者组较对照组而言，上颌骨及犁骨矢状向生长受到了抑制；Kotova等[17]选取8 岁单侧完全性唇腭裂术后患儿与8 岁正常儿童进行测量分析发现，前组上颌骨出现了明显的生长抑制。

图 3 各组横断面及冠状面位移云图

Sakoda等[9]将唇腭裂患儿进行临床分组观察发现，唇裂手术主要对上牙弓前段生长造成抑制，腭裂手术主要对上颌骨横向生长造成抑制； Rando等[18]通过对5岁唇腭裂术后患儿进行临床观察发现，腭裂患儿较唇裂患儿而言上颌骨存在更明显的生长抑制现象；Xu等[19]对7～8 岁的单侧完全性唇腭裂患儿进行临床观察发现，腭成形术会对上颌骨矢状向生长造成抑制，犁骨瓣修复术会导致上颌骨高度生长受限，唇粘连术会对上颌骨的位置关系造成不利影响；Ambrosio等[20]临床研究发现唇裂手术会对上颌牙弓的生长造成抑制，而腭裂手术主要对腭前区的生长造成影响。

唇腭裂手术对上颌骨发育的影响因素较多，比如手术时机选择，术式差异均会对上颌骨产生不同的影响。本研究仅对唇腭裂术后的两种生物力进行了模拟分析，结果存在一定局限性。随着技术的不断进步，期望后续能对影响因素进行更加全面的考量与分析。

4 结 论

本研究认为对于单侧完全性唇腭裂患者而言，唇、腭裂修复术在上颌骨三维方向上均会产生抑制作用，且腭裂修复术抑制作用更明显。故临床治疗中可以通过改良术式、减少手术创伤的方法，达到降低腭裂手术瘢痕的目的，进而减轻对上颌骨发育的抑制作用。