本文關(guān)鍵詞：安氏Ⅲ類伴上頜發(fā)育不足生長(zhǎng)發(fā)育期患者前方牽引聯(lián)合快速擴(kuò)弓矯治后上氣道三維形態(tài)學(xué)及計(jì)算流體力學(xué)的研究

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【摘要】：研究背景和目的安氏Ⅲ類錯(cuò)(?)畸形伴上頜發(fā)育不足是臨床中較為常見(jiàn)的一種錯(cuò)(?)畸形,在骨性Ⅲ類錯(cuò)(?)患者中發(fā)病率高達(dá)42%-63%。臨床表現(xiàn)為上頜發(fā)育不足,下頜發(fā)育正�；蜻^(guò)度。該類錯(cuò)(?)對(duì)口腔和全身健康造成不良影響,如顳下頜關(guān)節(jié)紊亂、牙齒擁擠不齊、不易清潔導(dǎo)致齲齒；咀嚼功能降低,食物咀嚼不充分影響兒童的營(yíng)養(yǎng)攝入,造成機(jī)體營(yíng)養(yǎng)不良；影響容貌美觀及患兒心理健康。嚴(yán)重的上頜發(fā)育不足還會(huì)造成鼻腔及氣道腭咽部的狹窄,而縮窄的上氣道會(huì)影響氣道內(nèi)的流場(chǎng)特征使患者的通氣功能受到影響,進(jìn)一步誘發(fā)更加嚴(yán)重的并發(fā)癥,因此,生長(zhǎng)發(fā)育期的早期矯形治療十分重要。前方牽引聯(lián)合快速擴(kuò)弓(protraction headgear and rapid maxillary expansion,PE)是治療生長(zhǎng)發(fā)育期骨性安氏Ⅲ類錯(cuò)(?)畸形的有效方法。上頜快速擴(kuò)弓通過(guò)水平向牽張尚未閉合的腭中縫,刺激骨縫內(nèi)形成新骨；前方牽引通過(guò)對(duì)上頜骨施以矯形力,使上頜前移,刺激上頜骨矢狀和垂直向生長(zhǎng),同時(shí)對(duì)上頜骨的骨膜牽張,刺激上頜骨的表面骨生長(zhǎng)；利用頦兜限制下頜骨生長(zhǎng),使下頜骨發(fā)生順時(shí)針旋轉(zhuǎn)移位。前方牽引產(chǎn)生的內(nèi)向分力可對(duì)腭中縫產(chǎn)生擠壓力,造成腭前部的壓縮,而聯(lián)合上頜快速擴(kuò)弓,可以打開上頜骨與其他顱頜面骨的骨縫鏈接,激活骨縫內(nèi)的細(xì)胞反應(yīng)活性,增加前方牽引的效果。以往對(duì)于正畸治療對(duì)上氣道影響的研究多集中在二維上,如上氣道的徑線測(cè)量等,導(dǎo)致三維方向上的某些信息的丟失。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的提高與數(shù)字化技術(shù)在臨床中的廣泛應(yīng)用,學(xué)者們利用CBCT以及MRI等影像學(xué)的方法從三維方向評(píng)價(jià)上氣道的解剖形態(tài)變化情況；應(yīng)用各種類型的上氣道生物力學(xué)模型來(lái)探究氣流流場(chǎng)特征及不同治療方法對(duì)氣道氣流流場(chǎng)的影響。而關(guān)于安氏Ⅲ類錯(cuò)(?)畸形伴上頜發(fā)育不足生長(zhǎng)發(fā)育期患者PE治療后上氣道氣流動(dòng)力學(xué)改變的研究,目前未見(jiàn)報(bào)道,PE治療對(duì)上氣道形態(tài)和流體力學(xué)特征的影響有待于評(píng)價(jià)。計(jì)算流體動(dòng)力學(xué)(computational fluid dynamics,CFD)是流體動(dòng)力學(xué)領(lǐng)域中發(fā)展迅速的一項(xiàng)技術(shù),它的基本方法是將CT或MRI掃描獲得的上氣道圖像數(shù)據(jù)通過(guò)建模軟件建立精確的三維模型,利用計(jì)算機(jī)技術(shù)進(jìn)行有限元模擬,應(yīng)用力學(xué)控制方程求解氣流動(dòng)力學(xué)相關(guān)參數(shù),如流速、壓力分布、剪切力、氣流場(chǎng)等。CFD有限元法模擬是一個(gè)把整個(gè)計(jì)算域分散成在上百萬(wàn)個(gè)彼此相連的控制體積,確定狀態(tài)變量及微分方程式后分別求解每個(gè)控制體積,之后再積分形成聯(lián)立方程組并求解的計(jì)算過(guò)程,簡(jiǎn)言之,是化整為零分析,積零為整研究。CFD技術(shù)排除了模型試驗(yàn)中不確定的干擾因素,數(shù)值仿真模擬氣流,單位劃分精細(xì),測(cè)量準(zhǔn)確度高,已經(jīng)逐漸成為上氣道疾病診斷及治療效果評(píng)估的一種有效工具。本研究運(yùn)用Mimics軟件和CFD數(shù)值模擬技術(shù),研究安氏Ⅲ類錯(cuò)殆伴上頜發(fā)育不足患者經(jīng)PE矯治后上氣道的三維形態(tài)學(xué)和流體力學(xué)變化,為臨床通過(guò)錯(cuò)聒畸形的矯治改善上氣道通氣功能提供重要的理論依據(jù)。材料和方法隨機(jī)選取30例完成PE治療的安氏Ⅲ類伴上頜發(fā)育不足生長(zhǎng)發(fā)育期患者為PE組,其中男性16例,女性14例,治療前平均年齡為9.42±0.35歲,治療后平均年齡為10.19±0.25歲。PE組均使用Hyrax腭中縫擴(kuò)展裝置快速擴(kuò)弓(每日旋轉(zhuǎn)2-4次,每次1/4圈)2-3周,直至上頜磨牙的舌尖對(duì)應(yīng)下頜磨牙頰尖時(shí)停止擴(kuò)弓。擴(kuò)弓結(jié)束后封閉螺絲孔,保持上頜擴(kuò)弓效果；前方牽引器采用全可調(diào)式前方牽引器,牽引方向與駘平面呈向下的30度,每側(cè)力值約500g,每天牽引時(shí)間不少于14小時(shí)。每3周復(fù)診一次,直至獲得前牙覆蓋為3-5mm,且磨牙關(guān)系為安氏Ⅰ類或Ⅱ類時(shí)治療結(jié)束,平均療程為7.62±1.27個(gè)月。PE組研究對(duì)象為生長(zhǎng)發(fā)育期患者,治療期間患者自身的生長(zhǎng)發(fā)育對(duì)研究結(jié)果會(huì)造成一定的影響,對(duì)照組由30例還未治療的安氏ⅢⅢ類伴上頜發(fā)育不足生長(zhǎng)發(fā)育期患者(年齡10.25±0.37歲,男16例,女14例)組成。對(duì)照組與PE組患者根據(jù)性別、年齡、生長(zhǎng)發(fā)育情況一一配對(duì),比較兩組患者的BMI指數(shù)顯示無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)差異(P0.05)。由同一操作者使用意大利New Tom 5G CBCT掃描機(jī)對(duì)PE組治療前(T1)、治療后(T2)以及對(duì)照組進(jìn)行頭頸部掃描,掃描時(shí)患者處于仰臥位,獲得的數(shù)據(jù)以DICOM格式輸出并儲(chǔ)存。用Mimicsl6.0軟件對(duì)上氣道數(shù)據(jù)進(jìn)行三維重建及T1、T2數(shù)據(jù)配準(zhǔn)。配準(zhǔn)采用基于顱底特征點(diǎn)的圖像配準(zhǔn)方法,在T1、T2組治療前后的三維重建模型的前顱底上設(shè)置標(biāo)志點(diǎn),先用點(diǎn)配準(zhǔn)進(jìn)行基本配準(zhǔn),再用STL配準(zhǔn)以提高配準(zhǔn)精度。配準(zhǔn)后觀察上下頜骨、舌骨、上中切牙及牙弓的變化,測(cè)量上氣道各部分體積、長(zhǎng)度、最小橫截面積(Smin)及氣道橫截面的最大左右徑(LR)和最大前后徑(AP),計(jì)算氣道三維形態(tài)的變化。進(jìn)行流體力學(xué)分析時(shí),先將重建好的三維模型導(dǎo)入ICEM軟件進(jìn)行網(wǎng)格劃分,然后利用Fluent16.0軟件進(jìn)一步對(duì)氣道內(nèi)流場(chǎng)特征進(jìn)行仿真模擬,求解氣流動(dòng)力學(xué)相關(guān)參數(shù),如流速、壓力等,并計(jì)算各部分的壓降,即氣道阻力的變化。使用SPSS軟件(Version 19.0, SPSS, Chicago, USA)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)學(xué)分析,所有測(cè)量項(xiàng)目以均值±標(biāo)準(zhǔn)差(mean±SD)表示,采用t檢驗(yàn)進(jìn)行T1、T2組及對(duì)照組上氣道三維形態(tài)及流場(chǎng)特征變化的比較。其中采用配對(duì)樣本t檢驗(yàn)來(lái)比較PE組T1、T2測(cè)量數(shù)據(jù),使用獨(dú)立樣本t檢驗(yàn)比較T2組與對(duì)照組的各個(gè)測(cè)量項(xiàng)目。咽部壓降與氣道形態(tài)學(xué)參數(shù)變化量之間的相關(guān)關(guān)系采用皮爾森相關(guān)性檢驗(yàn)(Pearson correlation analysis)分析。結(jié)果1.安氏Ⅲ類伴上頜發(fā)育不足生長(zhǎng)發(fā)育期患者PE矯治后上氣道三維形態(tài)學(xué)的變化比較T1組和T2組,經(jīng)PE治療后上頜骨和上切牙切緣向前上方移動(dòng),下頜骨和舌骨向后下方移動(dòng),上頜牙弓寬度和長(zhǎng)度增加。T2組上氣道總體積增加,上氣道的鼻咽部、腭咽部、舌咽部體積和最小橫截面積均增大,治療前后有統(tǒng)計(jì)學(xué)差異。其中上氣道體積和最小橫截面積增加最顯著的部位在腭咽(P0.01),分別比治療前增加了20.44±6.45%和25.67±3.27%。腭咽部和舌咽部氣道的AP/LR增大,較治療前更趨于圓形(p0.05)；而喉咽部的AP/LR減小,有統(tǒng)計(jì)學(xué)差異�；颊邭獾雷钚M截面位于腭咽下界,治療前腭咽形態(tài)一致性Smin/Smean為0.55±0.15,治療后為0.86±0.23,明顯優(yōu)于治療前(P0.01)。比較T2組和對(duì)照組,發(fā)現(xiàn)T2組上氣道的鼻咽部、腭咽部氣道體積和最小橫截面積均增大,治療前后有統(tǒng)計(jì)學(xué)差異。舌咽和喉咽部氣道體積和最小橫截面積無(wú)明顯變化。腭咽部氣道的AP/LR增大,較治療前更趨于圓形(p0.05)。喉咽部AP/LR比值減小,有統(tǒng)計(jì)學(xué)差異。而鼻咽部和舌咽部氣道的AP/LR比值無(wú)明顯變化。經(jīng)T2組和對(duì)照組數(shù)據(jù)對(duì)比,排除生長(zhǎng)發(fā)育因素后發(fā)現(xiàn),上頜骨和上切牙切緣、下頜骨和舌骨水平向和垂直向移動(dòng)量,上頜牙弓寬度和長(zhǎng)度均有顯著性差異；鼻咽部和腭咽部氣道體積、最小橫截面積、形態(tài)一致性Smin/Smean及腭咽部氣道AP/LR、喉咽部AP/LR有顯著性差異。2.安氏Ⅲ類伴上頜發(fā)育不足生長(zhǎng)發(fā)育期患者PE矯治后上氣道流場(chǎng)特征的變化對(duì)患者上氣道氣流流場(chǎng)進(jìn)行數(shù)值模擬后發(fā)現(xiàn),PE治療前隨呼吸氣流不斷向下,從鼻咽到喉咽氣道內(nèi)壓力不斷降低,其最大負(fù)壓位于喉咽部,最大壓降位于腭咽部。治療后隨著氣道形態(tài)學(xué)的改變,上氣道內(nèi)鼻咽、腭咽、舌咽的最高壓、最低壓和壓降均普遍降低,其中,變化最明顯的部位位于腭咽。PE治療后腭咽部的最大負(fù)壓及壓降較之前下降了51.11%±16.49%及39.41%±11.33%,而較對(duì)照組分別下降了34.91%±19.36%及20.54%±11.24%。比較T1組和T2組,隨著上氣道內(nèi)氣流壓力的分布的變化,PE治療后上氣道內(nèi)的流速減緩,腭咽部流速減慢最明顯,由治療前的14.25±2.59 m/s下降為治療后8.84±1.74 m/s(P0.05),較治療前降低了37.96±3.57%,橫截面流速分布相對(duì)均勻。鼻咽部的流速則由治療前的5.35±1.19m/s下降為治療后的4.07±1.07m/s,較治療前降低了23.92±3.51%。T2組與對(duì)照組相比,鼻咽和腭咽氣流流速降低,有統(tǒng)計(jì)學(xué)差異。對(duì)腭咽部壓降變化與形態(tài)學(xué)參數(shù)進(jìn)行相關(guān)性檢驗(yàn)發(fā)現(xiàn),腭咽部壓降與腭咽部最小橫截面積、體積和腭咽形態(tài)一致性呈現(xiàn)負(fù)相關(guān)。結(jié)論1.安氏Ⅲ類伴上頜發(fā)育不足生長(zhǎng)發(fā)育期患者PE矯治后上氣道鼻咽部及腭咽部體積和最小橫截面積均增大,腭咽部形態(tài)區(qū)域分布更加一致。2.隨著腭咽部形態(tài)的改善,上氣道內(nèi)的氣流阻力降低,提高了患者的通氣功能。
【學(xué)位授予單位】：山東大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號(hào)】：R783.5

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：1233135