Трехмерная оценка стабильности перемещения зубочелюстных фрагментов верхней челюсти после хирургически-ассистированного расширения верхней челюсти у взрослых пациентов с расщелиной губы и неба

По данным мировой литературы, верхняя микрогнатия у пациентов с расщелиной губы и неба встречается в 48—65% случаев [1]. Трансверсальная диспропорция верхней челюсти приводит к развитию функциональных и эстетических нарушений зубочелюстной системы [2]. Первоначально данную диспропорцию пытались исправить исключительно с помощью ортодонтических методов лечения. Однако, пациентам взрослого возраста, имеющим зрелые минерализованные швы верхней челюсти, для достижения желаемых результатов ортодонтического лечения необходимо вмешательство со стороны хирурга [3, 4].

Одним из признанных и имеющих доказательную эффективность коррекции данной диспропорции методов считается хирургически-ассистированное расширение верхней челюсти. Данное вмешательство сопряжено с относительно низкой вероятностью рецидива — у 5—25% пациентов с завершенным ростом скелета [5]. Направление перемещений остеотомированных зубочелюстных фрагментов является зоной интереса и врачей-ортодонтов, и челюстно-лицевых хирургов [6].

Установлено, что после оперативного вмешательства и завершения активации дистракционного аппарата происходят изменения во всех трех плоскостях, а не только в трансверсальной. Кроме того, в зависимости от конструкции дистракционного аппарата может развиться асимметричное расширение верхней челюсти, что в большинстве случаев нежелательно и осложняет лечение пациентов. При этом сведений о вертикальных и сагиттальных смещениях верхней челюсти после хирургически-ассистированого расширения верхней челюсти к настоящему времени опубликовано крайне малое количество [7].

В исследовании C. Chung (2001) с использованием боковой телерентгенограммы было выявлено вертикальное смещение верхней челюсти книзу по часовой стрелке после расширения и завершения ортодонтического лечения [8].

S. Chamberland и соавт. (2011) после коррекции сужения верхней челюсти на прямой телерентгенограмме отметили, что остеотомированные фрагменты имеют тенденцию к ротации после завершения дистракции: верхний край зубочелюстного фрагмента смещается внутрь и медиально, а небные отростки — книзу по мере активации дистрактора [9].

Данные КЛКТ также свидетельствуют об умеренном разнонаправленном перемещении при хирургически-ассистированном расширении верхней челюсти, однако клиническая значимость этого явления не изучалась [10].

Отмечается высокая вариабельность трансверзальной диспропорции верхней челюсти у пациентов с расщелинами. Данное состояние осложняется наличием рубцовой деформации мягких тканей, которые плохо подвергаются растяжению и увеличивают риск послеоперационного рецидива [11]. Мы предполагаем, что оценку перемещения остеотомированных фрагментов верхней челюсти в пространстве целесообразно проводить по степени их смещения в трех плоскостях и вращению относительно их осей.

Цель исследования: повышение качества лечения пациентов с верхней микрогнатией вследствие расщелины губы и неба путем изучения динамики перемещения зубочелюстных фрагментов верхней челюсти после хирургически-ассистированного расширения верхней челюсти по данным трехмерного анализа.

В исследование были включены 15 пациентов в возрасте от 18 до 47 лет, прошедших лечение в отделении реконструктивной челюстно-лицевой и пластической хирургии ФГБУ НМИЦ «ЦНИИС и ЧЛХ» в 2023—2024 гг. В зависимости от диагноза пациенты были разделены на 3 группы. В группу 1 вошли 5 пациентов с диагнозом «верхняя микрогнатия». Группу 2 составили 5 пациентов с диагнозом «верхняя микрогнатия. Состояние после ряда операций по поводу односторонней расщелины губы и неба». В группу 3 вошли 5 пациентов с диагнозом «верхняя микрогнатия. Состояние после ряда операций по поводу двусторонней расщелины губы и неба».

Для получения необходимого объема информации о перемещении зубочелюстных фрагментов было проведено сопоставление данных КЛКТ («KAVO OP 3D Vision», США) и сканирования зубных рядов («3Shape TRIOS 3», Дания) на этапах: до лечения, по завершении активации дистракционного аппарата, через 3 и 6 мес после завершения активации. Выполнен импорт файлов DICOM КЛКТ-лицевого скелета в программную среду Amira 5.4.5 («Visage Imaging», Германия). Это позволило выделить область исследования (верхняя челюсть), с которой в дальнейшем предстояло проводить измерения, удалить артефакты и эффекты рассеивания, мешающие при сопоставлении данных. В результате была обеспечена трехмерная визуализация анатомических структур верхней челюсти и выполнена сегментация верхней челюсти с последующим построением ее трехмерной модели.

Таким образом, была создана трехмерная модель, которая отображает расположение костей и точное местоположение зубов верхней челюсти. Эта модель служила референсной точкой для оценки последующих перемещений зубочелюстных фрагментов верхней челюсти. Вторая модель с помощью программного алгоритма была совмещена с исходной. Высокая точность этого совмещения была достигнута благодаря значительному перекрытию объемов черепа, которые остаются неизменными в процессе хирургического и ортодонтического лечения. На обеих моделях было выполнено виртуальное сечение по линии Ле Фор I и проекции срединного небного шва, максимально совпадающее с фактическим сечением, осуществленным во время операции, и отчетливо видимое на второй модели. Первая модель была разделена на правую и левую части вдоль линии расщелины твердого неба, относительно которой происходит фактическое расширение неба.

Результаты виртуального моделирования операции с точными расчетами начального и конечного положений зубочелюстных фрагментов верхней челюсти позволяют разбить полученные данные на точные цифровые значения: 3 показателя перемещения фрагмента относительно плоскостей X, Y и Z, выраженные в миллиметрах, и 3 показателя вращения фрагмента вокруг трех одноименных осей, выраженные в градусах. Также зарегистрированы данные о смещении и вращении каждого из фрагментов через 3 и 6 мес после иммобилизации раскручивающего винта.

Каждому пациенту был изготовлен индивидуальный дистракционный аппарат с опорой на ортодонтические мини-имплантаты, выполнено хирургически-ассистированное расширение верхней челюсти. Все пациенты прошли период активации аппарата и ретенционный период с последующим ортодонтическим лечением на брекет-системе.

Динамика перемещения/вращения зубочелюстных фрагментов верхней челюсти оценивалась через 3 и 6 мес после завершения активации с помощью векторной алгебры и методов статистического анализа. По полученным на каждом этапе исследования координатам углов в пространстве относительно плоскостей были рассчитаны длины (модули) векторов. Длину (модуль) вектора вычисляли по формуле:

Оценку вращения костных фрагментов относительно осей трехмерного пространства выполняли путем извлечения углов Эйлера из матрицы поворота. Углы Эйлера — это три угла, которые описывают поворот объекта в трехмерном евклидовом пространстве. При этом рассматриваются две прямоугольные системы координат, имеющие общий центр: неподвижная система и подвижная, связанная с объектом.

Вращение фрагмента на ψ (пси) радиан вокруг оси X (roll) описывается следующей формулой:

Вращение фрагмента на θ (тета) радиан вокруг оси Y (pitch) имеет вид:

Вращение фрагмента на φ (фи) радиан вокруг оси Z (yaw) высчитывается следующим образом:

Матрица поворота представляет собой произведение трех матриц в строгой последовательности:

R=R_z(φ) R_y(θ) R_x(ψ)

И принимает вид:

Из полученных значений матрицы поворота были извлечены углы Эйлера по следующим формулам:

ψ=arctan 2(R₃₂, R₃₃)

θ=arcsin (–R₃₁)

φ=arctan 2(R₂₁, R₁₁)

Статистический анализ полученных данных выполняли в программной среде IBM SPSS v. 26. Количественные показатели оценивались на предмет соответствия нормальному распределению с помощью критерия Шапиро—Уилка. Количественные показатели, выборочное распределение которых соответствовало нормальному, описывались с помощью средних арифметических величин (M) и стандартных отклонений (SD). В случае отсутствия нормального распределения количественные данные представлены в виде медианы (Me) и нижнего и верхнего квартилей (Q1—Q3). Сравнение двух групп по количественному показателю, распределение которого в каждой из групп соответствовало нормальному, при условии равенства дисперсий выполнялось с помощью t-критерия Стьюдента, при неравных дисперсиях — с помощью t-критерия Уэлча. Сравнение трех групп по количественному показателю, распределение которого отличалось от нормального, выполнялось с помощью критерия Краскела—Уоллиса, апостериорные сравнения — с помощью критерия Данна с поправкой Холма. Динамика изменений внутри групп была выполнена с помощью критерия Уилкоксона. Нулевая гипотеза отвергалась при уровне значимости p<0,05.

Пациенты исследуемых групп были сопоставимы по возрасту (p=0,45). В группу 1 вошли 5 пациентов (3 (60%) мужчины и 2 (40%) женщины, медиана возраста 23 года (Q1—Q3: 21—44)). В группу 2 были включены 5 пациентов (3 (60%) мужчины и 2 (40%) женщины, медиана возраста 22 года (Q1—Q3: 18,5—22,5)). В группу 3 вошли 5 пациентов (4 (80%) мужчины и 1 (20%) женщина, медиана возраста 25 лет (Q1—Q3: 22—25,5)).

Поскольку модуль вектора прямо пропорционален скорости смещения/вращения, правомочным следует признать тот факт, что при большем значении модуля вектора скорость смещения костного фрагмента верхней челюсти относительно плоскостей и скорость вращения костного фрагмента относительно осей в трехмерном пространстве также будут иметь большее значение. Анализ полученных данных показал, что наибольшее смещение костных фрагментов относительно плоскостей наблюдалось в группе 3 (табл. 1). Так, модуль смещения левого костного фрагмента в группе 1 через 3 мес после завершения активации составил 0,97±0,01 мм, а через 6 мес — 0,75 мм (Q1—Q3: 0,72—0,76), в группе 2 — 1,13±0,01 и 0,87 мм (Q1—Q3: 0,86—0,88) соответственно, в группе 3 — 1,27±0,01 и 1,19 мм (Q1—Q3: 1,16—1,20) соответственно, различия между группами статистически значимы (p=0,009). При этом скорость перемещения левого костного фрагмента верхней челюсти достоверно уменьшилась к 6-му месяцу во всех группах исследования (p=0,043).

Таблица 1. Динамика перемещения костных фрагментов верхней челюсти относительно плоскостей трехмерного пространства через 3 и 6 мес после завершения активации дистракционного остеогенеза, мм

Примечание. Различия между группами: * — 1 и 2; ** — 2 и 3; *** — 3 и 1.

Анализируя характер векторного смещения правого костного фрагмента (см. табл. 1), выявлены статистически значимые различия через 3 мес между исследуемыми группами, тогда как через 6 мес между группами 1 и 2 скорость перемещения костного фрагмента была сопоставимой (p=0,754). В группе 1 модуль вектора через 3 мес составил 1,26±0,03 мм, через 6 мес — 0,30±0,07 мм, в группе 2 — 1,35±0,02 и 0,32±0,02 мм соответственно, в группе 3 — 1,07±0,03 и 0,39±0,02 мм соответственно. Скорость перемещения правого костного фрагмента верхней челюсти достоверно снизилась к 6-му месяцу во всех группах исследования (p=0,043).

Изучение модуля вектора вращения левого костного фрагмента относительно осей трехмерного пространства (табл. 2) показало статистически значимые различия между группами через 3 мес после завершения активации (p=0,009), а наибольшее его значение наблюдалось в группе 3 (1,31±0,03°), более низкое — в группе 2 (1,18±0,03°), самое низкое — в группе 1 (1,02±0,02°). Через 6 мес в группах 1 и 2 скорость вращения левого костного фрагмента стала сопоставимой (p=0,754) и составила 0,93±0,06° и 0,95±0,04° соответственно, тогда как между группами 2 и 3 были выявлены статистически значимые различия (p=0,016), а модуль вектора вращения в группе 2 составил 1,05±0,04°. Различия между группами 1 и 3 также были статистически значимы (p=0,009). Скорость вращения левого костного фрагмента достоверно уменьшилась к 6-му месяцу во всех группах исследования (p<0,05).

Таблица 2. Степень вращения левого и правого костных фрагментов относительно осей трехмерного пространства через 6 мес по отношению к 3 мес после завершения активации дистракционного остеогенеза (значения в градусах)

Степень вращения правого костного фрагмента (см. табл. 2) продемонстрировала другую тенденцию по сравнению с левым костным фрагментом. Так, через 3 мес после завершения активации скорость вращения правого костного фрагмента была сопоставимой между группами 1 и 2 (p=0,076) и группой 2 по сравнению с группой 3 (p=0,076). В группе 1 модуль вектора вращения составил 0,82° (Q1—Q3: 0,79—0,82), в группе 2 — 0,96° (Q1—Q3: 0,92—0,97), в группе 3 — 1,07° (Q1—Q3: 1,07—1,11). Различия между группами 1 и 3 были статистически значимы (p=0,009).

Согласно полученным результатам, вращение как левого, так и правого костного фрагмента верхней челюсти было статически значимым только вокруг оси Z.

В ходе исследования нами впервые были использованы угловые координаты костных фрагментов верхней челюсти относительно плоскостей и осей трехмерного пространства с целью изучения стабильности скелетного расширения верхней челюсти после дистракционного остеогенеза. Результаты исследования показали, что у пациентов с двусторонней расщелиной верхней челюсти (группа 3) наблюдается большая нестабильность костных фрагментов по сравнению с пациентами с односторонней расщелиной (группа 2), а наилучшие результаты в отношении стабильности костных фрагментов были выявлены у пациентов без расщелины (группа 1).

Хирургически-ассистированное расширение верхней челюсти представляет собой важный этап в комплексном ортодонто-хирургическом лечении пациентов с расщелиной губы и неба. Представленные данные демонстрируют, что хотя изначально целью хирургически-ассистированного расширения является коррекция трансверсального дефицита верхней челюсти, пространственные изменения происходят во всех плоскостях и осях, и в некоторых случаях данный эффект может стать благоприятным при наличии сагиттальных и вертикальных диспропорций верхней челюсти, которые присущи пациентам с верхней микрогнатией вследствие расщелин губы и неба. Комбинация предоперационного планирования, хирургической техники и комплексной реабилитации позволяет достичь значительных успехов в восстановлении пропорций верхней челюсти. Трехмерное моделирование становится важным инструментом для планирования и оценки результатов лечения. Сопоставление трехмерных моделей челюсти, полученных по данным КТ и интраорального сканирования, позволяет точно визуализировать и рассчитывать изменения, происходящие в послеоперационном периоде, и может являться методом выбора в динамическом наблюдении за пациентами.

Авторы заявляют об отсутствии конфликта интересов.