安氏Ⅲ类伴上颌发育不足生长发育期患者前方牵引联合快速扩弓矫治后上气道三维形态学及计算流体力学的研究

发布时间：2017-11-28 07:12

  本文关键词：安氏Ⅲ类伴上颌发育不足生长发育期患者前方牵引联合快速扩弓矫治后上气道三维形态学及计算流体力学的研究

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【摘要】：研究背景和目的安氏Ⅲ类错(?)畸形伴上颌发育不足是临床中较为常见的一种错(?)畸形,在骨性Ⅲ类错(?)患者中发病率高达42%-63%。临床表现为上颌发育不足,下颌发育正常或过度。该类错(?)对口腔和全身健康造成不良影响,如颞下颌关节紊乱、牙齿拥挤不齐、不易清洁导致龋齿；咀嚼功能降低,食物咀嚼不充分影响儿童的营养摄入,造成机体营养不良；影响容貌美观及患儿心理健康。严重的上颌发育不足还会造成鼻腔及气道腭咽部的狭窄,而缩窄的上气道会影响气道内的流场特征使患者的通气功能受到影响,进一步诱发更加严重的并发症,因此,生长发育期的早期矫形治疗十分重要。前方牵引联合快速扩弓(protraction headgear and rapid maxillary expansion,PE)是治疗生长发育期骨性安氏Ⅲ类错(?)畸形的有效方法。上颌快速扩弓通过水平向牵张尚未闭合的腭中缝,刺激骨缝内形成新骨；前方牵引通过对上颌骨施以矫形力,使上颌前移,刺激上颌骨矢状和垂直向生长,同时对上颌骨的骨膜牵张,刺激上颌骨的表面骨生长；利用颏兜限制下颌骨生长,使下颌骨发生顺时针旋转移位。前方牵引产生的内向分力可对腭中缝产生挤压力,造成腭前部的压缩,而联合上颌快速扩弓,可以打开上颌骨与其他颅颌面骨的骨缝链接,激活骨缝内的细胞反应活性,增加前方牵引的效果。以往对于正畸治疗对上气道影响的研究多集中在二维上,如上气道的径线测量等,导致三维方向上的某些信息的丢失。随着计算机技术的提高与数字化技术在临床中的广泛应用,学者们利用CBCT以及MRI等影像学的方法从三维方向评价上气道的解剖形态变化情况；应用各种类型的上气道生物力学模型来探究气流流场特征及不同治疗方法对气道气流流场的影响。而关于安氏Ⅲ类错(?)畸形伴上颌发育不足生长发育期患者PE治疗后上气道气流动力学改变的研究,目前未见报道,PE治疗对上气道形态和流体力学特征的影响有待于评价。计算流体动力学(computational fluid dynamics,CFD)是流体动力学领域中发展迅速的一项技术,它的基本方法是将CT或MRI扫描获得的上气道图像数据通过建模软件建立精确的三维模型,利用计算机技术进行有限元模拟,应用力学控制方程求解气流动力学相关参数,如流速、压力分布、剪切力、气流场等。CFD有限元法模拟是一个把整个计算域分散成在上百万个彼此相连的控制体积,确定状态变量及微分方程式后分别求解每个控制体积,之后再积分形成联立方程组并求解的计算过程,简言之,是化整为零分析,积零为整研究。CFD技术排除了模型试验中不确定的干扰因素,数值仿真模拟气流,单位划分精细,测量准确度高,已经逐渐成为上气道疾病诊断及治疗效果评估的一种有效工具。本研究运用Mimics软件和CFD数值模拟技术,研究安氏Ⅲ类错殆伴上颌发育不足患者经PE矫治后上气道的三维形态学和流体力学变化,为临床通过错聒畸形的矫治改善上气道通气功能提供重要的理论依据。材料和方法随机选取30例完成PE治疗的安氏Ⅲ类伴上颌发育不足生长发育期患者为PE组,其中男性16例,女性14例,治疗前平均年龄为9.42±0.35岁,治疗后平均年龄为10.19±0.25岁。PE组均使用Hyrax腭中缝扩展装置快速扩弓(每日旋转2-4次,每次1/4圈)2-3周,直至上颌磨牙的舌尖对应下颌磨牙颊尖时停止扩弓。扩弓结束后封闭螺丝孔,保持上颌扩弓效果；前方牵引器采用全可调式前方牵引器,牵引方向与骀平面呈向下的30度,每侧力值约500g,每天牵引时间不少于14小时。每3周复诊一次,直至获得前牙覆盖为3-5mm,且磨牙关系为安氏Ⅰ类或Ⅱ类时治疗结束,平均疗程为7.62±1.27个月。PE组研究对象为生长发育期患者,治疗期间患者自身的生长发育对研究结果会造成一定的影响,对照组由30例还未治疗的安氏ⅢⅢ类伴上颌发育不足生长发育期患者(年龄10.25±0.37岁,男16例,女14例)组成。对照组与PE组患者根据性别、年龄、生长发育情况一一配对,比较两组患者的BMI指数显示无统计学差异(P0.05)。由同一操作者使用意大利New Tom 5G CBCT扫描机对PE组治疗前(T1)、治疗后(T2)以及对照组进行头颈部扫描,扫描时患者处于仰卧位,获得的数据以DICOM格式输出并储存。用Mimicsl6.0软件对上气道数据进行三维重建及T1、T2数据配准。配准采用基于颅底特征点的图像配准方法,在T1、T2组治疗前后的三维重建模型的前颅底上设置标志点,先用点配准进行基本配准,再用STL配准以提高配准精度。配准后观察上下颌骨、舌骨、上中切牙及牙弓的变化,测量上气道各部分体积、长度、最小横截面积(Smin)及气道横截面的最大左右径(LR)和最大前后径(AP),计算气道三维形态的变化。进行流体力学分析时,先将重建好的三维模型导入ICEM软件进行网格划分,然后利用Fluent16.0软件进一步对气道内流场特征进行仿真模拟,求解气流动力学相关参数,如流速、压力等,并计算各部分的压降,即气道阻力的变化。使用SPSS软件(Version 19.0, SPSS, Chicago, USA)进行统计学分析,所有测量项目以均值±标准差(mean±SD)表示,采用t检验进行T1、T2组及对照组上气道三维形态及流场特征变化的比较。其中采用配对样本t检验来比较PE组T1、T2测量数据,使用独立样本t检验比较T2组与对照组的各个测量项目。咽部压降与气道形态学参数变化量之间的相关关系采用皮尔森相关性检验(Pearson correlation analysis)分析。结果1.安氏Ⅲ类伴上颌发育不足生长发育期患者PE矫治后上气道三维形态学的变化比较T1组和T2组,经PE治疗后上颌骨和上切牙切缘向前上方移动,下颌骨和舌骨向后下方移动,上颌牙弓宽度和长度增加。T2组上气道总体积增加,上气道的鼻咽部、腭咽部、舌咽部体积和最小横截面积均增大,治疗前后有统计学差异。其中上气道体积和最小横截面积增加最显著的部位在腭咽(P0.01),分别比治疗前增加了20.44±6.45%和25.67±3.27%。腭咽部和舌咽部气道的AP/LR增大,较治疗前更趋于圆形(p0.05)；而喉咽部的AP/LR减小,有统计学差异。患者气道最小横截面位于腭咽下界,治疗前腭咽形态一致性Smin/Smean为0.55±0.15,治疗后为0.86±0.23,明显优于治疗前(P0.01)。比较T2组和对照组,发现T2组上气道的鼻咽部、腭咽部气道体积和最小横截面积均增大,治疗前后有统计学差异。舌咽和喉咽部气道体积和最小横截面积无明显变化。腭咽部气道的AP/LR增大,较治疗前更趋于圆形(p0.05)。喉咽部AP/LR比值减小,有统计学差异。而鼻咽部和舌咽部气道的AP/LR比值无明显变化。经T2组和对照组数据对比,排除生长发育因素后发现,上颌骨和上切牙切缘、下颌骨和舌骨水平向和垂直向移动量,上颌牙弓宽度和长度均有显著性差异；鼻咽部和腭咽部气道体积、最小横截面积、形态一致性Smin/Smean及腭咽部气道AP/LR、喉咽部AP/LR有显著性差异。2.安氏Ⅲ类伴上颌发育不足生长发育期患者PE矫治后上气道流场特征的变化对患者上气道气流流场进行数值模拟后发现,PE治疗前随呼吸气流不断向下,从鼻咽到喉咽气道内压力不断降低,其最大负压位于喉咽部,最大压降位于腭咽部。治疗后随着气道形态学的改变,上气道内鼻咽、腭咽、舌咽的最高压、最低压和压降均普遍降低,其中,变化最明显的部位位于腭咽。PE治疗后腭咽部的最大负压及压降较之前下降了51.11%±16.49%及39.41%±11.33%,而较对照组分别下降了34.91%±19.36%及20.54%±11.24%。比较T1组和T2组,随着上气道内气流压力的分布的变化,PE治疗后上气道内的流速减缓,腭咽部流速减慢最明显,由治疗前的14.25±2.59 m/s下降为治疗后8.84±1.74 m/s(P0.05),较治疗前降低了37.96±3.57%,横截面流速分布相对均匀。鼻咽部的流速则由治疗前的5.35±1.19m/s下降为治疗后的4.07±1.07m/s,较治疗前降低了23.92±3.51%。T2组与对照组相比,鼻咽和腭咽气流流速降低,有统计学差异。对腭咽部压降变化与形态学参数进行相关性检验发现,腭咽部压降与腭咽部最小横截面积、体积和腭咽形态一致性呈现负相关。结论1.安氏Ⅲ类伴上颌发育不足生长发育期患者PE矫治后上气道鼻咽部及腭咽部体积和最小横截面积均增大,腭咽部形态区域分布更加一致。2.随着腭咽部形态的改善,上气道内的气流阻力降低,提高了患者的通气功能。
【学位授予单位】：山东大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：R783.5

【参考文献】

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本文编号：1233135