唇裂唇鼻肌肉系統(tǒng)三維解剖學研究與唇裂功能性修復的有限元生物力學模擬.pdf

1、關(guān)于正常人口輪匝肌的大體解剖、精細解剖等研究已有許多相關(guān)研究報道?？谳喸鸭〖爸車嚓P(guān)肌肉在正常人唇鼻部形態(tài)中的作用逐漸明確。但是由于缺乏標本、標本不易觀察等客觀原因，對唇裂口輪匝肌和周圍相關(guān)肌肉的解剖結(jié)構(gòu)的研究仍然存在很多爭議。
　　唇裂功能性修復與唇裂唇鼻部肌肉解剖結(jié)構(gòu)密切相關(guān)。想要達到功能性修復的效果，就需要明確唇裂唇鼻部肌肉的解剖結(jié)構(gòu)，還要深入理解肌肉的作用方式，并在術(shù)中重新建立起肌肉生物力學的平衡狀態(tài)。大部分常見術(shù)式對唇鼻

2、部肌肉的處理過于簡單，術(shù)后效果仍有許多可以通過肌肉功能性修復來改進之處。
　　目的:
　　運用Micro-CT掃描技術(shù)，掃描4個唇裂胎兒（2個雙側(cè)完全性唇裂胎兒和2個單側(cè)完全性唇裂胎兒）的唇鼻部碘染色標本。再將掃描斷層圖像轉(zhuǎn)換為DICOM格式導入三維軟件，以重建出唇裂胎兒的唇鼻部肌肉解剖結(jié)構(gòu)的三維模型。
　　根據(jù)前一步驟所得三維模型，結(jié)合以往資料，用計算機輔助設(shè)計軟件，建立唇裂唇鼻部皮膚-肌肉-軟骨的有限元模型。通過計

3、算機輔助工程軟件對模型進行加載，模擬肌肉力量作用下唇鼻部產(chǎn)生的形變，驗證唇裂畸形的發(fā)展趨勢。
　　以相同技術(shù)，建立單側(cè)完全性唇裂和雙側(cè)完全性唇裂修復術(shù)后的模型，并仿照術(shù)中處理肌肉的方式建立力學模型。進行加載，觀察模型在肌肉張力下產(chǎn)生的變化，對比直接對合口輪匝肌的術(shù)式與唇鼻肌肉三維定向重建術(shù)的效果區(qū)別與達到效果的機制。
　　根據(jù)采用唇鼻肌肉三維定向重建術(shù)進行修復的雙側(cè)唇裂患兒病歷資料，評價術(shù)后即刻與隨訪的效果，證明唇鼻肌肉三維

4、定向重建術(shù)對唇裂功能性修復的意義。
　　方法:
　　(1)唇裂胎兒唇鼻部肌肉三維模型重建:從4例唇裂流產(chǎn)胎兒切取唇鼻部標本，4％甲醛溶液進行固定后，浸泡在3.75％碘碘化鉀溶液中染色7天。使用Micro-CT對標本進行掃描，觀察掃描圖像中的肌纖維。將掃描所得二維斷層圖像數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為通用的DICOM格式，導入Mimics軟件進行編輯，描繪肌纖維，并重建得到唇裂唇鼻部肌肉解剖結(jié)構(gòu)的三維模型。
　　(2)唇裂唇鼻部有限元生物力

5、學模型的建立:參考Micro-CT所得三維模型，結(jié)合相關(guān)資料，在Catia軟件中建立唇裂唇鼻部皮膚-肌肉-軟骨的實體模型，并進行一定程度的簡化。實體模型導入Hypermesh軟件中進行網(wǎng)格劃分，軟組織劃分為C3D4H四面體單元，肌纖維以B31H梁單元進行模擬。細分后的模型，導入Abaqus軟件進行力加載及分析。
　　(3)唇裂修復術(shù)的有限元生物力學模擬實驗:以臨床資料和以往文獻作為參考，并以Micro-CT掃描重建模型作為依據(jù)，仿

6、照術(shù)中修復口輪匝肌和周圍相關(guān)肌肉的方式，分別建立直接對合口輪匝肌的普通術(shù)式和唇鼻肌肉三維定向重建術(shù)對單側(cè)唇裂和雙側(cè)唇裂修復術(shù)后的有限元生物力學模型。進行加載，觀察模型產(chǎn)生的變化。以評價在不同術(shù)式重建后的肌肉作用下，所產(chǎn)生效果之間的區(qū)別和維持能力。選擇現(xiàn)實患者中表現(xiàn)較為典型者，在放松狀態(tài)時和撅嘴動作時分別進行面部激光三維掃描，通過Geomagic Wrap軟件計算兩個動作的模型偏差，生成云圖，與有限元模型加載結(jié)果進行對比，驗證模擬結(jié)果的可

7、信性。
　　(4)根據(jù)唇鼻肌肉張力線組理論，結(jié)合有限元模擬實驗的推論，將唇鼻肌肉三維定向重建術(shù)應用于雙側(cè)唇裂的修復手術(shù)中。觀察并統(tǒng)計研究期間（2012年1月至2016年1月）應用該手術(shù)方式的31例雙側(cè)唇裂患兒的病歷資料。由非手術(shù)組的整形外科醫(yī)師以三分法評價術(shù)后即刻效果與術(shù)后半年至一年隨訪效果，證實該手術(shù)方式的可行性與實用價值。
　　結(jié)果:
　　(1) Micro-CT掃描重建部分:
　?、賳蝹?cè)完全性唇裂胎兒標本觀

8、測結(jié)果:健側(cè)上唇仍然可見口輪匝肌的4個部分（口輪匝肌口緣部、口輪匝肌口周部、上唇鼻翼提肌以及鼻肌復合體）。但在裂隙邊緣，口輪匝肌和鼻肌的肌纖維發(fā)生了變形和移位?；紓?cè)尤為嚴重，肌纖維發(fā)育不良、方向紊亂。
　?、陔p側(cè)完全性唇裂胎兒標本觀測結(jié)果:中線處未見明顯肌纖維。兩側(cè)裂隙外仍可找到發(fā)育不良、排列紊亂、方向規(guī)律不明確的肌纖維，口輪匝肌、上唇鼻翼提肌、鼻肌翼部界限不清。
　　(2)唇裂有限元生物力學分析部分:
　?、賳蝹?cè)完全

9、性唇裂FEA模擬結(jié)果:唇峰提高、裂隙增寬?；紓?cè)鼻孔增寬，鼻翼腳繼續(xù)外展，鼻翼更加塌陷。鼻小柱向患側(cè)傾斜，人中則向健側(cè)偏移。
　?、陔p側(cè)側(cè)完全性唇裂FEA模擬結(jié)果:裂隙外側(cè)的上唇繼續(xù)外擴，唇峰提高。兩側(cè)鼻孔增寬，鼻翼腳繼續(xù)向外側(cè)伸展，鼻翼進一步塌陷，鼻尖有低平趨勢。
　　(3)唇裂修復術(shù)有限元模擬部分:比較直接對合口輪匝肌的術(shù)式與唇鼻肌肉三維定向重建術(shù)的效果。
　?、僭趩蝹?cè)唇裂，直接對合的口輪匝肌可以向中間收縮上唇，但對

10、鼻翼縮窄的影響較小。人中形態(tài)沒有明顯變化。鼻底沒有明顯的抬高，鼻翼腳外展和鼻翼塌陷未得到明顯改善。而經(jīng)過三維定向重建的模型，收縮產(chǎn)生的作用更加明顯，鼻翼縮窄、人中立體形態(tài)增強、鼻底抬高、鼻翼腳收攏等效果明顯。
　?、谠陔p側(cè)唇裂，模擬結(jié)果與單側(cè)唇裂基本相近:直接對合的口輪匝肌對唇鼻部美學亞單位產(chǎn)生的影響非常小。而經(jīng)過三維定向重建后可見，鼻翼縮窄、人中形態(tài)強化、鼻底抬高等效果十分顯著。
　?、劢?jīng)于現(xiàn)實患者面部激光三維掃描結(jié)果相對

11、比，現(xiàn)實患者唇部用力收縮產(chǎn)生的變化，與有限元模擬結(jié)果基本一致。
　　(4)雙側(cè)唇裂功能性修復臨床實踐:31例雙側(cè)唇裂患兒在我科接受基于唇鼻肌肉三維定向重建術(shù)的修復手術(shù)，22例完成半年至一年的術(shù)后隨訪。根據(jù)三分法評判，術(shù)后即刻效果與隨訪效果基本滿意，符合術(shù)前預期。
　　結(jié)論:
　　唇裂畸形在生長發(fā)育過程中的變化趨勢，與肌肉力量的影響有關(guān)。在異常的肌肉作用干涉下，裂隙增寬、鼻孔增寬、鼻翼塌陷、鼻翼腳外展、中線偏斜、唇峰提高

12、等畸形會進一步發(fā)展。這是肌肉力量的長期失衡造成的結(jié)果。因此欲達到唇裂的功能性修復，必須盡可能還原肌肉正常的生物力學平衡狀態(tài)。而僅僅直接對和口輪匝肌顯然做不到這一點。需要根據(jù)正常肌肉解剖結(jié)構(gòu)，將唇裂口輪匝肌分割成不同的肌瓣，并按照正常唇鼻肌肉張力結(jié)構(gòu)重新搭建肌肉之間的交叉、重疊、相對拮抗等立體關(guān)系。
　　結(jié)論:
　?、賿呙鑶蝹?cè)完全性唇裂和雙側(cè)完全性唇裂胎兒的唇鼻部標本，并重建出肌肉解剖結(jié)構(gòu)的三維模型，對唇裂肌肉解剖結(jié)構(gòu)研究進行

13、了補充。
　?、趯⒂嬎銠C輔助工程中的有限元分析技術(shù)應用到了唇裂和唇裂修復中，建立了單側(cè)完全性唇裂和雙側(cè)完全性唇裂的有限元生物力學模型，借助技術(shù)手段將唇裂畸形與肌肉力量的關(guān)系進行了直觀的展現(xiàn)和數(shù)據(jù)化分析，證實了唇裂畸形與異常的肌肉生物力學失衡的關(guān)聯(lián)性。
　　③通過有限元生物力學分析技術(shù)，模擬唇裂修復術(shù)的原理，凸顯了重建唇鼻肌肉力學平衡狀態(tài)在唇裂功能性修復中的重要意義。為整形外科手術(shù)中分析畸形成因、設(shè)計臨床術(shù)式等方面提供了技術(shù)手