唇鼻肌肉系统三维断面解剖及初步生物力学分析

【摘要】研究背景口轮匝肌、鼻肌是面部表情肌的一种,其结构复杂,通过表浅的肌肉腱膜系统附着于上下唇的真皮。虽然对于口轮匝肌的大体解剖结构已有报道,但是对于口轮匝肌的精细结构及其与唇鼻外形之间的相互关系,未见详细的描述及报道。对于整形外科医生来说,要塑造完美的唇鼻外形,了解唇鼻部肌肉系统复杂的三维结构与唇鼻轮廓的三维立体结构之间的空间关系、及其在维持唇鼻外形中起的作用是非常重要的。目的1.采用micro-CT断层扫描结合碘染色技术,对15个流产胎儿(包括11个正常上唇胎儿和4个唇裂胎儿)的唇鼻组织进行扫描。获得鼻唇部肌肉的二维断层图片。在此基础上利用三维重建软件对正常上唇胎儿的二维断层图片进行三维重建,从而获得正常上唇鼻唇部肌肉的三维立体解剖结构。2.在获得的正常上唇口轮匝肌三维立体解剖结构的基础上,用Catia软件构建正常上唇鼻唇部皮肤——肌肉——软骨的三维数字化模型,在此基础上对模型进行验证：对单侧上唇全层离断,以模拟单侧外伤性完全性唇裂的发生和畸形的形成。3.在验证的模型基础上,通过调整鼻唇部肌肉的松紧度和相互之间的连接方式,来观察鼻唇部外形发生的相应变化。结合唇裂继发畸形患者的畸形状况,给唇裂继发畸形的修复手术提供指导,改善其上唇和鼻子的畸形状况。材料与方法1.正常胎儿唇鼻部断层解剖数据的采集：选取11例无颜面畸形的流产胎儿的唇鼻组织进行扫描。待扫描的标本经过福尔马林溶液固定处理后浸泡在碘碘化钾(卢戈液)水溶液中(浓度分别为1.87,3.75,7.5和15%)染色至少两天。使用micro-CT对标本进行扫描。将所获得不同清晰度的断层图片进行对比,得出3.75%的卢戈液染色7天获得的断层图片清晰度最佳。清晰的断层图片被保存为医学数字成像和通信(DICOM)文件,并被导入到Mimics软件进行编辑。通过三维计算,得到了正常上唇唇鼻肌肉的三维模型。2.唇裂胎儿唇鼻部断层解剖数据的采集：把4例经过福尔马林溶液固定的流产唇裂胎儿的上唇和鼻子标本放在3.75%的碘碘化钾溶液中染色7天。经过micro-CT扫描后,得到的图像保存成DICOM格式文件,并在Mimics软件里面进行编辑。最后,通过三维计算,得到了唇裂的口轮匝肌三维模型。3.鼻唇部组织结构模型的建立和简化：在Catia软件里面参照以上所获得的正常胎儿的鼻唇肌肉三维模型,结合解剖学资料,重新构建唇鼻部皮肤——肌肉——软骨的三维模型。将此结构模型导入到Hypermeshll.0中进行网格化处理。采用四面体单元和梁单元。处理完毕后,将数据保存为HM格式,并准备导入到Abaqus软件中分析。4.有限元分析：参考以往发表的研究文献获得肌肉、软骨的线弹性参数,纤维结缔组织的非线性本构方程。采用Abaqus软件进行计算分析。通过对上唇进行离断,跟临床上常见的唇裂现象比较,来验证模型的可靠性。模型加载：①把一侧鼻肌翼部和对侧的口轮匝肌口周部肌纤维的末端连接起来,并以整束肌纤维中心点为界,在左右两侧各自的中点沿着切线向中心点方向施加各1N力；②把一束口周部口轮匝肌肌纤维与同侧的大翼软骨内侧脚末端相连,给予与上述方式同样的加载,也为1N；③①和②同时进行力的加载；④对鼻肌小柱部肌纤维进行上述方式同样的加载,也为1N。结果1.1.正常胎儿鼻唇部断层解剖数据集的采集结果：在上唇区存在四组口轮匝肌肌纤维,分别是口缘部口轮匝肌,外周部口轮匝肌,上唇鼻翼提肌远端肌纤维,和鼻肌复合体。1.2.唇裂胎儿鼻唇部断层解剖数据集的采集结果：①在单侧不完全性唇裂的健侧上唇,口轮匝肌的4个部分依然存在：口轮匝肌口缘部,口轮匝肌口周部,上唇鼻翼提肌远端肌纤维,和鼻肌复合体。但较正常上唇的口轮匝肌和鼻肌,其肌纤维发生移位和变形。患侧的肌肉纤维纤细,方向混乱,发育不良,难以分清层次。②在双侧唇裂,在裂隙外侧的唇部组织肌纤维排列紊乱,相互错杂,不形成明确的方向,未找到明显的肌束。裂隙内侧,未见明显肌纤维。1.3.有限元模型验证结果：对单侧上唇离断的模拟结果跟临床上单侧完全性唇裂的临床表现接近。说明模型可靠。1.4.肌力加载结果：①当把鼻肌翼部和对侧的口轮匝肌口周部肌纤维的末端连接起来,并加载力,变形结果：双侧鼻翼向中线方向收紧；鼻尖向上抬,侧面观显示鼻尖向头侧旋转；人中窝、人中嵴隆起,人中结构更加立体鲜明。②当把一束口周部口轮匝肌肌纤维与同侧的大翼软骨内侧脚末端相连,并加载力,变形结果：鼻尖降低；上唇人中窝、人中嵴隆起,人中轮廓更加明显;上唇宽度缩窄。③当①和②同时进行力的加载的时候,整体的形变如①,鼻翼沟明显加深,鼻翼轮廓更加鲜明；双侧鼻翼向中线方向收紧；鼻尖向上抬,侧面观显示鼻尖向头侧旋转；人中窝、人中嵴隆起,人中窝轮廓更加鲜明。④当对鼻肌小柱部肌纤维进行力的加载,变形结果：鼻底上抬,鼻槛更加明显。结论①当一侧的鼻肌翼部的肌纤维被和来自于对侧口角的口周部肌纤维在一侧鼻底下方缝合在一起时,即形成从一侧鼻翼软骨外侧角到对侧口角的长条肌束；当此肌束沿其长轴收缩,肌纤维整体缩短的时候,同侧的鼻翼软骨出现向头侧旋转的现象,从正侧面看即鼻头向头侧旋转,圆钝的鼻尖变得更加鲜明；同时一侧的鼻翼内收,即向中线方向移位；人中窝加深,人中嵴更加显著,隆起；②当一侧的口周部口轮匝肌上份的肌纤维束被缝合固定于同侧鼻翼软骨内侧脚末端的时候,有助于抬高人中嵴和人中窝,使其轮廓更加鲜明；同时有助于收紧上唇组织；③鼻肌小柱部肌纤维(鼻中隔降肌)的完整性与鼻槛的形成有关,当通过手术方式重新恢复鼻肌小柱部的解剖位置的时候,原本塌陷的鼻底重新隆起,鼻槛轮廓出现。主要创新点(1)首次发现人体软组织经过碘碘化钾溶液的浸泡后,经过micro-CT的扫描,肌肉纤维、血管、脂肪组织、牙胚都得到明显强化,并且清晰显影。在国内外的文献里面未见此技术应用于人体软组织的报道。这个技术可作为现有人类显微解剖研究方法的补充。(2)获得了人类正常和单侧不完全性唇裂的胎儿上唇鼻部软组织的断层图像,肌肉纤维得到清晰显示。对研究人类上唇鼻部软组织解剖和胚胎发育具有很好的价值；对于研究人类胎儿唇裂的形成、发育过程、和畸形特征都很有价值。(3)首次建立了鼻唇部皮肤——肌肉——软骨的三维有限元模型,通过模拟单侧外伤性完全性唇裂的发生,验证了模型的可靠性。并首次在有限元软件里面以手术模拟分析的方式尝试通过调整唇鼻部肌肉纤维的松紧度和肌肉纤维的相互连接方式来改变唇鼻部外观。可为临床上唇裂继发畸形修复手术以及唇鼻部美容手术提供指导。
【作者】吴佳君；
【导师】尹宁北；
【作者基本信息】北京协和医学院，整形外科（专业学位），2014，博士
【关键词】上唇唇鼻；肌肉系统；正常上唇；唇裂；三维重建；micro-CT；解剖；三维有限元；

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