基于逆向工程技术的唇腭裂正畸诊断与治疗
第一部分 基于逆向工程技术的唇腭裂新生儿术前鼻-牙槽骨塑形治疗
1 历史文献回顾
颅面部发育学已经揭示了人类颅颌面生长发育的一般规律，正常上腭的生长发育模式与原始总鳍鱼类，爬行类和早期哺乳类物种的口鼻腔生长发育模式相类似[4]。口腔颌面部先天缺陷疾病的发生受多种遗传因素影响，致病基因目前尚不明确，此外，环境因素也会对发育缺陷产生影响，胚胎期母体代谢异常或病毒侵入可能导致胎儿发育异常，有些异常可以自行纠正，但有些异常则会导致缺陷。颜面部的先天缺陷类型繁多，均表现为不同程度的颜面形态缺陷和功能障碍并伴随患者终生，其中面裂畸形是最常见的类型。胚胎阶段面突未融合是面裂畸形产生的原因，裂隙的产生可能归因于该时期的多种干扰因素，例如细胞迁移，局部生长和间充质细胞融合异常。中鼻突与两侧上颌突未融合可导致双侧上唇裂，中鼻突与一侧上颌突未融合可导致更为常见的单侧上唇裂，单侧唇裂因基因背景有明显的家族遗传倾向。两侧中鼻突未融合可导致上唇正中裂，严重者甚至导致鼻部裂开，临床上较为罕见。上颌突与下颌突过度融合或融合不全可导致口裂过小或过大。面斜裂畸形是由于上颌突与侧鼻突未融合所致，裂隙由内眦延伸至鼻翼。双侧下颌突未融合可导致罕见的下颌正中裂(图 1)。胚胎期腭板组成结构的顺利移动和成功融合与舌的形成同步进行，并和下颌生长同步。这些关键步骤如果在外界药物因素或基因因素的干扰下产生任何时间上的误差，都将阻碍融合，进而导致腭裂。上皮细胞如果遗留在腭突(尤其是硬腭中缝)融合处，将形成腭中囊肿。通常表现是出生后在硬腭中缝或软硬腭交界处形成上皮囊肿或小球状节结，称为 Epsteins pearls。牙槽嵴内外侧均可能形成小的粘膜潴留囊肿(Bohn 结节, Bohns nodules)，在牙槽嵴的牙板剩余上皮会形成牙板囊肿。上述发生在新生儿的表层囊肿一般都会在出生后 3 月内自行消失。在原生腭区域形成的上颌正中线囊肿是由于鼻腭管囊肿向腭前方侵入的结果。虽然软腭会发生粘膜下腭裂，但几乎不会发生囊肿，这是由于腭突之间的间叶细胞融合所致。胚胎头部生长发育阶段，如果腭突由垂直向转向水平向的抬升出现延迟，将导致腭突之间的间隙增大，以至不能接触和融合。当腭突最终达到水平向的时候就形成了腭裂。其他导致腭裂的原因还包括自融合缺陷，中线上皮细胞不能及时凋亡，腭突融合后破裂以及间质细胞趋化和分化障碍等。程度最轻度的腭裂是发生率相对较高的悬雍垂裂，更为严重的腭裂类型通常牵涉腭后部和中缝，与正常融合的相反方向即向前方延伸。
2 病例和方法
本研究的研究对象为单侧完全性唇腭裂新生儿病例，将收集的病例分成两组(病例组和对照组)，病例组单侧完全性唇腭裂患者 20 例(男性 16 例，女性 4 例，初次就诊平均年龄 15.81 天)，进行 CAD-NAM 治疗。对照组单侧完全性唇腭裂患者 20 例(男性 15 例，女性 5 例，初次就诊平均年龄 123.27 天)，在唇裂修复手术前未行任何术前矫治。两组病例在初次就诊时由口腔正畸医生进行详细的临床检查。病例的准入标准是：(1)非综合症性单侧完全性唇腭裂，排除心脏、脑和肾脏等全身系统性疾病，出生体重>=2750g，(2)病史资料完整详实。本研究已被上海交通大学医学院附属第九人民医院的独立医学伦理委员会审查批准，所有实验项目谨遵《赫尔辛基宣言》对临床医学实验的伦理要求。论文中使用的病例照片等资料均已获得患者监护人的授权。
第二部分 基于立体照相的唇腭裂面部软组织三维形态分析
1 历史文献回顾
即使是在具有美观协调面容的健康人群中也常见颜面结构在空间位置上存在着不对称性，对于颅颌面发育畸形的患者其颜面结构则存在更明显的不对称，既包括硬组织，也包括软组织[48, 49]。大部分关于颜面对称性的研究主要集中在二维方向，即基于 X 线的头颅硬组织头影测量和基于照片的颜面软组织形态测量[50-55]，二维分析的局限在于将颅面复杂的三维结构压缩在 1 个平面中，失去了诸如面深度等重要的矢状向信息，且 X 射线对人体组织有损伤性。面部结构的形态特征被普遍认为同人群的年龄增长，性别和种族差异甚至人种进化演变有密切的联系[56-59]，通常在没有明确医疗目的的情况下对正常人群进行放射学检查有违伦理，而且颜面部的对称性研究需要获得丰富的面部结构空间信息[48, 60-62]。因此有必要寻求精确的非损伤性研究方法，而罹患唇腭裂人群的颅颌面对称性研究目前尚限于头颅正位片的头影测量评价，非损伤性的研究方法鲜有报道，比较通行的方法是比较左右侧脸部各自的测量指标而实现，操作简便但是容易忽视作为一个整体的全面部特征，所以理想的评价方法应该是能够体现被试者颜面形态个性化特征的复杂体系。Ferraio 设计了一套对称分析的向量算法，使得不对称程度可以被定量计算，同时包含有特殊测量标记点的位置和方向信息，坐标系的建立通过一种非损伤性的电磁装置获得[63]。
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2 病例和方法
本研究的研究对象是罹患单侧完全性唇腭裂伴牙槽突裂的青少年病例，将收集的病例分成两组(病例组和对照组)，病例组患者 20 例(男性 12 例，女性 8 例，初次就诊时平均年龄 11.82 岁)。对照组则为非裂的健康青少年 20 例(男性 10 例，女性 10例，平均年龄 12.00 岁)。两组病例在初次就诊时由专业的口腔正畸医生进行详细的临床专科检查。病例组准入标准是：(1)非综合症性单侧完全性唇腭裂并伴有上颌牙槽突裂的青春前期患者，未行牙槽突裂植骨术，(2)患者年龄范围是 9-11 岁，(3)病史资料完整详实。对照组准入标准为: (1)第 1 磨牙的咬合关系呈 Angle Class I，(2)没有颅颌面发育畸形，(3)否认口腔颌面部外伤史，(4)否认既往正畸治疗史，且没有既往颜面部整形手术史，(5)经正畸医师初步观察判断为面部协调对称者。本研究已被上海交通大学医学院附属第九人民医院的独立医学伦理委员会审查批准，所有实验项目谨遵《赫尔辛基宣言》对临床医学实验的伦理要求。论文中使用的病例照片等资料均已获得患者监护人的授权。
3 结果........54
4 讨论........64
4.1 颜面不对称的影响因素....64
4.2 唇腭裂导致的颜面不对称......65
4.3 唇腭裂术后患者颜面软组织对称性评价体系的构建....67
4.3.1 基于颜面软组织三维数字模型线距和角度指标.....67
4.3.2 左右半侧颜面距离映射图的分析评价....70
5 结论.......70
4 讨论
4.1 颜面不对称的影响因素
进化心理学认为面部的对称性可以影响人格特质，协调美观的面容能使人富有吸引力，是身心健康的重要组成部分之一[113-115]。面部不对称在正常人群并不鲜见，对正常人群面部不对称的特征已有研究报道，不对称的变化发展受到多种因素影响，例如面部肌肉的生长比率、大脑优势半球、基因调控、产前应激等先天因素和气温等环境因素[116-117]。而面部不对称的规律以往研究的结论并不一致，Shaner 的研究发现面部不对称较常位于面上 1/2 且靠近面中线，软组织不对称的可接受范围是左右半侧面部的距离差异男性不超过 5mm，女性不超过6mm[89]。Ferrario 的研究提示面部不对称的病例组和正常对照组之间的差异仅为2.5mm[118]。面部不对称的位置分布研究结论也不尽相同，Vig 等学者认为左侧面部的不对称居主导地位，而 Faras 等学者认为右侧面部的不对称居主导地位[87]，Mclntyre 使用传统头影测量方法评价面部对称性发现左侧面部在横向宽度大于右侧，右侧面部的垂直向指标小于左侧。Ferrario 使用标准化的测量指标对 80例具有对称协调面容的青年志愿者进行面部对称分析，结果显示右侧面部的测量值显著大于左侧[63]。Iler Ercan 等对 321 例面容协调的青年志愿者的二维数字照片进行统计形态分析，使用欧几里德距离矩阵分析法(Euclidean distance matrix analysis,EDMA)，EDMA 是基于一系列标志点间距离组成的矩阵比较两物体间形态差异的方法，它不仅可以从整体上比较形态差异，而且可以指示差异较大的区域，该研究的统计结果显示即使在目测面容协调的正常人群仍然存在面部不对称的情况，且女性较男性严重，在面部的左右两个半侧中左侧在形态特征上占据主导地位。
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总结
本研究以单侧完全性唇腭裂新生儿为研究对象，使用逆向工程技术对传统的NAM 矫治过程进行优化和改良，建立计算机辅助的术前鼻-牙槽骨塑形治疗体系，模拟治疗过程和目标，辅助治疗方案设计，采用快速成型技术对 NAM 矫治器进行个体化定制。研究结果提示，基于激光扫描构建的数字模型可以清晰精确地反映唇腭裂新生儿的上颌牙槽形态，CAD-NAM 是一种有效的唇腭裂新生儿术前矫治系统，能够实现精确量化的上颌牙槽骨块移动，节省正畸医师在患儿复诊时的椅旁操作时间，亦有助临床医生熟练掌握唇腭裂术前矫治的技术要领。对畸形程度较重的病例CAD-NAM 可以有效地纠正上颌牙槽突形态，使明显前突的牙槽骨前段回纳至接近正常的位置，纠正上颌牙槽的中线偏斜，缩小牙槽突裂裂隙宽度，硬组织形态的改善有利于降低唇裂修复术时软组织缝合的张力，为外科整复手术奠定良好基础, 使唇腭裂序列治疗日臻完善，但是 CAD-NAM 可能导致治疗后患儿牙槽骨垂直高度降低。后续研究将致力于探索 CAD-NAM 对鼻唇软组织畸形的塑形作用和术前矫治对唇腭裂新生儿上颌牙槽和鼻唇软组织生长发育的长期影响。评价唇腭裂术后患者的颜面软组织形态对了解唇腭裂修复术改善鼻唇畸形作用的长期影响具有重要意义，有利于口腔正畸医师在唇腭裂正畸治疗的诊断和设计获得更全面的颜面软组织形态信息。我们运用Axis Threes三维立体照相技术获取青春早期单侧完全性唇腭裂术后患者的颜面软组织形态数据，基于逆向工程方法构建三维数字模型，评价颜面软组织的非对称畸形，完善三维检测方法，探索单侧唇裂术后鼻唇畸形的形态学规律，建立精确和可重复的单侧唇腭裂术后患者颜面软组织三维测量分析体系。
参考文献（略）