研究背景:骨性Ⅲ类错（牙合）是较为常见的一种错（牙合）畸形,其发病率高,对功能、美观影响大。对于上颌骨发育不足的骨性Ⅲ类错（牙合）,临床上常采用前方牵引来进行矫形治疗。然而,大量研究表明单纯上颌前方牵引主要是通过上前牙的唇倾来补偿上颌骨的发育不足,纠正前牙反（牙合）,骨性效应相对较少,并会导致上牙弓的缩窄。为了提高前方牵引时的骨性效应和防止牙弓的狭窄,有学者建议前方牵引的同时联合使用上颌扩弓。也有学者通过一些治疗措施,尝试刺激上颌骨缝的改建,以提升前方牵引的骨性效应和治疗效率,其中上颌交替式快速扩缩(Alternate Rapid Maxillary Expansions and Constrictions,Alt-RAMEC)联合前方牵引就是其中的一种方法。我们团队在临床中根据文献资料和临床经验提出了一种Alt-RAMEC矫治方案,获得了很好的治疗效果,并对此进行了临床研究,在此研究中发现[1],利用Alt-RAMEC联合前方牵引治疗替牙期及恒牙早期上颌发育不足的骨性Ⅲ类错（牙合）,临床效果显著,并认为Alt-RAMEC联合前方牵引的疗程明显短于单纯前方牵引;而且与单纯前方牵引相比,Alt-RAMEC联合前方牵引治疗后的骨性效应所占比例明显增加,牙性效应占比明显减少。但是,产生这种效应的机制还不明确,相关研究也较少。目的:本研究拟通过建立上颌单纯前方牵引和上颌扩缩联合前方牵引的颅上颌复合体及Hyrax扩弓器三维有限元模型,观察不同工况下,上颌骨、上颌牙列及各骨缝产生的应力分布及位移变化的规律。从生物力学角度分析Alt-RAMEC联合前方牵引与单纯前方牵引的应力分布差异,分析其可能的力学机制,进一步验证临床研究结果,以期为临床上Alt-RAMEC治疗骨性Ⅲ类错（牙合）提供参考。方法:本研究选取一名12岁,上颌发育不足的Ⅲ类患者作为数据采集对象。利用 CBCT 影像数据,应用 Mimics 16.0、Geomagic Studio 2014、3-matic 12.0、ANSYS Workbench 15.0软件建立了颅上颌复合体、Hyrax扩弓器以及额颌缝、颧颌缝、颧颞缝、翼腭缝、腭中缝的实体模型,在ANSYS Workbench 15.0软件中将各实体模型组装,然后进行网格划分,并设定各材料的属性、接触关系及边界约束条件。共设立了包括单纯上颌前方牵引(模型1)、上颌扩弓联合前方牵引(模型2)以及上颌缩弓联合前方牵引(模型3)的三组有限元模型。最后运用有限元法进行计算,观察分析不同工况下颅上颌复合体的整体等效应力分布,上颌牙列标志点和颅上颌复合体各骨性标志点的三维方向位移,各骨缝的Von-mise等效应力和最大主应力,以及上颌骨的整体移动趋势。结果:第一部分颅上颌复合体及扩弓器有限元模型的建立建立了包括颅颌面相关骨块、上颌牙列、牙周膜、翼腭缝、腭中缝、额颌缝、颧颌缝、颧颞缝、Hyrax扩弓器的较为完整颅上颌复合体三维有限元模型,所建模型网格质量较高,具有良好的几何相似性和生物相似性,能相对精确的完成颅上颌复合体生物力学运算的要求,为下一步的生物力学分析打下基础。第二部分上颌交替式扩缩联合前方牵引与单纯上颌前方牵引的三维有限元分析1.颅上颌复合体的应力分布:与模型1相比,模型2、模型3的Von-mises等效应力分布更为广泛,除支抗牙和相应牙槽骨外,上颌骨额突、眶底、眶侧缘、梨状孔周围、蝶骨翼突、上腭后部以及颧骨区均明显受力。2.各骨缝的Von-mises等效应力:在相同牵引力值及方向作用下,模型2和模型3中各骨缝的等效应力平均值明显大于模型1,而且均以腭中缝和翼腭缝受力最为显著。模型2中,各骨缝等效应力大小为腭中缝>翼腭缝>颧颌缝>额颌缝>颧颞缝;模型3中,各骨缝的等效应力大小为腭中缝>翼腭缝>额颌缝>颧颌缝>颧颞缝。3.各骨缝的最大主应力:三个模型中对冠状向骨缝(翼腭缝、额颌缝、颧颌缝、颧颞缝)的最大主应力均以拉应力为主,但是模型1的力值区间远小于模型2和模型3。4.上颌牙列各标志点三维方向位移趋势:X轴向上,模型3较模型1产生了更多的前牙近中倾斜、后牙舌倾,模型2则表现为前牙牙冠远中倾斜,后牙颊倾;Y轴向上,三个模型均出现前牙唇倾及后牙近中倾斜,其中以模型3中倾斜趋势最为显著;Z轴向上,三个模型中前牙唇倾使牙冠标志点均向上移位,磨牙则出现了不同程度地伸长。5.骨性标志点三维方向位移趋势:X轴向上,三个模型中A点、颧弓前缘点移位均不明显,模型2和3中ANS点、颧骨体点、鼻腔上缘点向外移位,PNS点向内侧移位,而N点、眶下缘点在模型3中表现为明显的向外移位;Y轴向上,三个模型中除了 PNS点外,其余各点均向前移位,而且在模型2和模型3中的位移程度明显大于模型1;Z轴向上,三个模型的颧弓前缘点和颧骨体点均无明显移位,其余各点在模型3中为显著的上方移位。6.上颌骨的整体移动趋势:三个模型均产生了上颌骨的逆时针旋转,而且均以上颌骨前部的逆时针旋转为主。结论:1.利用CBCT数据和相关建模软件,可以建立生物相似性和几何相似性高的三维有限元模型,以用于上颌交替式扩缩联合前方牵引的生物力学机制的研究。2.与单纯上颌前方牵引相比,Alt-RAMEC联合前方牵引可对颅上颌复合体骨表面及各骨缝产生广泛且显著的应力,提示Alt-RAMEC能更大程度地松解上颌骨周围骨缝,有利于骨缝的改建。3.在本研究载荷下,Alt-RAMEC联合前方牵引相较于单纯前方牵引,发生了更多的上颌骨前移位,而且均发生了上切牙的唇倾、磨牙的伸长及上颌骨的逆时针旋转,提示Alt-RAMEC联合前方牵引对于深覆（牙合）患者咬合的打开是有利的,但是对于高角及伴有开（牙合）倾向的患者应注意前方牵引角度的控制。4.无论单纯前方牵引还是Alt-RAMEC联合前方牵引,应力均集中在支抗牙及其相应牙槽骨区域,但Alt-RAMEC联合前方牵引时应力值较强,而总体力值不高,提示Alt-RAMEC联合前方牵引时发生支抗牙牙根吸收的风险较小,相对安全。5.在生物力学层面,进一步验证了我们前期临床研究结果,揭示了我们的Alt-RAMEC联合前方牵引治疗方案的生物力学基础及机制。