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公共科学图书馆计算生物学。2023年6月；19（6）：e101227。
2023年6月22日在线发布。 数字对象标识：10.1371/日记.pcbi.1011227
预防性维修识别码：项目经理10321651
PMID：37347795

婴儿咀嚼和哺乳的生物力学：一种潜在的生理性外斜视缝合闭合机制

普拉纳夫·N.哈拉武,概念化,数据管理,形式化分析,调查,方法,可视化,写作-初稿,写作–审查和编辑,1 米格尔冈萨雷斯,形式化分析,调查,可视化,写作–审查和编辑,1 谢尔比·L·内森,数据管理,调查,写作-初稿,写作–审查和编辑,2 Callum F.罗斯,概念化,形式化分析,调查,方法,监督,写作-初稿,写作–审查和编辑,三 奥尔加·帕纳吉奥托普鲁,概念化,形式化分析,调查,方法,资源,软件,监督,可视化,写作-初稿,写作–审查和编辑,4和罗素·R·里德,概念化,数据管理,调查,方法,监督,写作-初稿,写作–审查和编辑通讯作者2,*
马克·阿尔伯，编辑器
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补充资料
数据可用性声明

摘要

颅缝骨化是一种伴有神经和美学后遗症的疾病，需要进行侵入性手术。了解其病理生物学需要熟悉生理缝合线闭合的基本过程。动物研究表明，咀嚼和哺乳引起的周期性劳损会影响颅穹窿缝合线的闭合，尤其是外斜面，这是颅缝愈合的重要部位。然而，并没有人类数据将咀嚼和哺乳过程中的应变模式和生理学上的早期内斜视缝合线闭合模式联系起来。此外，颅面形态的差异使得直接将动物发现推断给人类具有挑战性。根据不同阶段的颅面计算机断层扫描（CT），建立了八个有限元分析（FEA）模型，包括两个孤立的非综合征性上睑下垂颅缝闭合。使用受试者特定的下颌肌肉横截面积模拟咀嚼和哺乳期间作用在颅骨上的肌肉力。咀嚼和哺乳会引起外斜面和矢状面缝合处的张力，并挤压冠状、人字交叉和鳞状缝合处。与其他颅穹窿缝合线相比，外斜面缝合线的轴向应变较大，剪切应变较小。缝合过程中，整个外斜面缝合线的张力降低，但其他缝合线未受影响。沿外斜面缝合线的应变模式反映了闭合的前后顺序：眉间应变最大，后降，鼻根和前囟门应变最小。在生理性缝合线闭合模型中，外斜视缝合线闭合程度的增加与额骨和中面部的最大主应变较高相关，严重的外斜视颅缝合模型中未观察到这种应变状态。总之，我们的工作提供了人类证据，证明咀嚼和哺乳引起的骨应变模式与外斜肌缝合线的生理早期闭合模式相关，并且生理应变模式的偏差可能导致临床观察到的颅面畸形。

作者摘要

发育中的婴儿头骨有多条“缝合线”，即头骨不同骨骼之间的间隙。缝合线融合在一起，在不同的时间闭合，闭合的正确顺序和时间对颅骨和大脑的生长至关重要。如果缝合线过早融合在一起，儿童可能会患上一种名为颅缝闭合症的疾病，需要密集的手术干预才能修复。然而，了解病理状态需要了解在健康状态下是什么驱动缝合线闭合的时间。调查机械力在该过程中的作用的人类数据有限。我们的研究表明，婴儿的咀嚼和哺乳会导致独特的应变模式，有助于闭合整个外斜面缝合线（正常发育中首先闭合的缝合线），这是正常发育中第一条闭合的缝合线上。具体而言，外斜面缝合线经历了较大的压缩和拉伸应变，而剪切应变较小，即侧向移动。沿着外斜面缝合线，这种应变模式在最先闭合的区域最为显著，而在最后闭合的区域则最不显著。简言之，我们的研究表明，咀嚼和吮吸产生的力可能在一定程度上决定了外斜视缝合线闭合的时间。

介绍

颅穹窿缝合线闭合的相对时间对颅骨的正常发育至关重要。颅穹窿缝合处过早闭合，即颅缝骨化，是一种病理状态，约2500名患者中有1名会受到影响[1]. 过早闭合会导致颅面部畸形，从而限制大脑的生理生长，导致神经功能障碍和发育延迟[2]. 最常见的受累缝合线是矢状缝合线和外斜面缝合线，近年来一些报告显示，外斜面颅缝合症的发病率有所上升[三–5]. 在人类中，外斜面缝合线通常在出生后的第一年融合；大脑的快速生长持续到第二年，然后通过额骨的同位生长和建模进行调节[6,7]. 大头颅缝合典型表现为三头畸形：三角形、楔形前额，沿闭合的中眼缝合线有突出的脊，额横骨生长减少，眶外侧缘生长减少[8]. 与其他开颅手术类似，目前治疗墙面性开颅手术的标准是侵入性手术和使用各种方式的复杂重建，每种手术都有重大的手术风险，如脑脊液泄漏、手术部位感染和出血[9,10].

颅穹窿缝合线闭合被假设受到与下伏硬脑膜相互作用的严重影响[11,12]. 硬脑膜的存在对维持颅穹窿缝合线的通畅性很重要，硬脑膜细胞吞噬的差异也会影响缝合线的闭合[11,12]. 然而，颅顶缝合线闭合也被认为受到机械刺激的影响，如宫内压、颅内压和咀嚼[13–15]. 这些机械刺激会在细胞水平上影响缝合线的闭合，而机械应力的应用，特别是周期性的压缩和拉伸，已被证明会增加成骨细胞分化因子的水平，降低骨形态发生蛋白（BMP）抑制剂的水平，增加骨祖细胞和成纤维细胞增殖，增加细胞外基质重塑水平[13–15]. 在宏观层面上，在压缩/拉伸应变增加的情况下，这些因素会导致缝合线融合和叉指增加[16–18]. 有趣的是，一些在体小鼠和绵羊研究也表明，循环力可以通过保持通畅和增加缝合线的生长来增加颅盖缝合线的闭合[19,20]. 并非所有类型的应变都有助于骨形成，特别是剪切应变，它可以被理解为平行于材料表面施加力时发生的位移，已被证明会阻碍骨形成和骨折愈合[21–24]. 这些数据增加了机械刺激可能在正常（生理）发育中调节缝合线闭合的可能性。

一个复杂的因素是机械驱动和闭合时间在缝合线之间变化。虽然外斜面在第一年闭合，但其余的缝合线在成年前保持通畅。由于细胞谱系的不同，封闭性的差异可能部分归因于内在因素的差异：只有外斜面缝合线完全来自神经嵴，而所有其他缝合线都沿着神经嵴和中胚层边界[25,26]. 然而，许多灵长类动物在成年时都有未缝合的外斜视缝合线，它们的额骨可能都来自神经嵴，这表明神经嵴的衍生并不是缝合线融合的必要条件[27]. 此外，有证据表明，作用于特定颅穹窿位置的力可能会取代驱动缝合线命运的先天细胞谱系差异[28]. 颅穹窿位置的重要性在人类外斜视缝合线闭合中也很明显，临床一致的闭合模式证明了这一点。具体地说，观察到上睑缝合线以“拉链式”的方式前后闭合，从鼻根上方开始，到前囟门结束，鼻根和前囟门最后闭合[29]. 鉴于物理刺激对缝合线闭合的影响程度，机械景观的差异，特别是振荡拉伸和压缩应变，可能是导致与其他颅穹窿缝合线相比，外斜面缝合线在生理上提前闭合的部分原因[14–17,30]. 在外斜视缝合线闭合的窗口中，即出生后第一年内，颅穹窿缝合线振荡张力的主要驱动因素可能是咀嚼和哺乳期间的咀嚼肌肉。动物模型表明，双侧颞肌的激活在拉紧矢状缝合线的同时压缩冠状和额间（即外斜肌）缝合线，双侧咬肌的激活拉紧冠状和额际缝合线，但据我们所知，这尚未在人类婴儿颅骨中得到证实，具有不同于猪和鼠模型的形态[31–33].

有限元分析（FEA）等计算方法具有独特的地位，可以解决加载区域-作用于颅缝的外力和缝合线应变状态之间的关联问题[34–38]. 有限元分析广泛应用于生物力学建模，在灵长类颅面部系统中得到验证，并用于研究颅缝骨化的影响和处理[39–42]. 然而，据我们所知，没有使用FEA的研究调查了咀嚼和哺乳的生理力导致的张力如何影响人类的外斜视缝合线闭合。

在这项研究中，我们使用患者特异性有限元分析来检查生理力，特别是与咀嚼和吮吸相关的肌肉力，在人类美托洛尔缝线闭合中的作用。基于动物模型的证据使我们假设，在人类咀嚼和哺乳期间，有助于骨生长和缝合线闭合的振荡压缩和拉伸应变在整个内斜面缝合线上高于其他颅骨缝合线，尤其是在临床观察到的最早闭合的内斜面缝线区域。

方法

道德声明

该研究由芝加哥大学机构审查委员会（IRB#20–2057）批准。经IRB批准，放弃了正式同意，因为该研究使用了现有数据库中的CT扫描，其中包括不再在我们机构随访的患者以及我们目前没有联系信息的患者，因此无法获得正式同意。此外，在分析之前，使用的射线数据被取消身份（匿名）。

患者选择

我们从我们研究所现有的数据库中选择了8例患者的颅面CT扫描，包括生理正常的患者和上睑下垂的颅缝合症患者，年龄从2.5个月到3岁不等(表1). 两名患者具有完全通畅的内斜视缝合线，两名患者有中度闭合，两名具有生理性闭合的内斜面缝合线，还有两名患者患有孤立的非综合征性三头肌内斜视颅缝合症。在生理正常的患者中，4名患者因担心前囟门过早闭合或头型异常而接受了CT扫描，但发现缝合线和囟门未闭合，1名患者因担忧创伤后出血而接受了CT扫描，但没有发现脑内出血或骨损伤的证据，1名患者因担心镰状细胞病继发中风而接受了CT扫描，但未发现脑内异常。从鼻根到翼点测量，两次中视性颅缝骨化扫描的前额夹角分别为100.25°（X1型）和104.71°（X2型）。每组包括一名男性和一名女性患者(表1).

表1

研究中建模个体的总结。
模型Metopic缝合线分类年龄性别
A1类完全专利3个月。F类
A2级完全专利，缩小3个月。M（M）
地下一层部分关闭5个月。F类
地下二层部分关闭3个月。M（M）
C1类完全关闭7个月。M（M）
指挥与控制完全关闭3年。F类
X1型孤立性上睑下垂颅骨连接（额间角=100.25°）3个月。M（M）
X2个孤立性上睑下垂颅骨连接（额间角=104.71°）8个月。F类

模型创建

患者CT扫描在Mimics v21.0（Materialise NV，比利时）中进行分段，以分离颅骨、缝合线、颅底软骨结合部和下颌骨。下颌骨用于计算咀嚼和哺乳期间的力矢量，但不包括在FEA模型中。根据CT扫描，副鼻窦、鼻腔和发育中牙列的隐窝被建模为中空空间。颅底的软骨结合部采用与颅盖缝合线相同的材料特性进行建模。颅骨和颅骨缝合线的3D表面数据集被导出到3-Matic v15.0软件（Materialise NV，比利时），以创建包含约60万到260万个1-2mm线性四面体元素的非流形文件，然后导出到Abaqus 2021 CAE Simulia软件（法国维利西·维拉库布莱Dassault Systémes）用于建模。中提供了每个模型的可视化比例图1，模型的详细信息见S1图将每个颅骨重新定向到相同的坐标平面中，并在颞下颌关节（TMJ）处旋转相应的下颌骨，以模拟咀嚼和吮吸过程中的闭嘴位置，从而计算肌肉向量。轴的方向如下：（+/-）x轴定义为上/下，（+/-”y轴定义为前/后，（+/-）z轴定义为左/右内侧外侧。原点被选为下颌骨髁突之间的中点，水平x-z平面被定义为法兰克福平面。缝合线和颅骨之间的界面用系带约束建模。加载每个模型以模拟咀嚼和哺乳。

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每个模型的可视化，按比例显示，灰色表示颅骨，橙色表示颅骨缝合线。

显示的视图从左到右为前视图、顶点视图、后视图和右侧视图。

估算肌肉横截面积和向量

通过对深咬肌、浅咬肌、前颞肌、后颞肌和内侧翼肌的肌肉横截面积（CSA）的模型特异性估计来评估肌肉力，这些肌肉是作用于咀嚼和哺乳的颅骨的主要肌肉[43–46]. 根据成人尸体解剖和颅骨和下颌骨上的骨骼标志，用3-Matic近似测量咬肌、颞肌和翼内肌的附着部位。根据患者的CT扫描评估每一块肌肉的CSA。颞肌CSA在紧邻颧弓上方并平行于颧弓的横切面上测量，内侧翼骨和咬肌CSA则在平行于咬合平面的下颌牙槽嵴上缘水平面上测量[47]. 双侧测量肌肉CSA并平均每个模型的CSA。每个肌肉的矢量计算为从颅骨上肌肉原点的质心到下颌骨上肌肉插入点的质心的矢量。肌肉的起源和插入如所示图2。有关力矢量的详细信息，请参阅S2图.

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下颌骨和颅骨的肌肉附着和力向量。

钥匙：浅粉红色=颞后肌（PT）；深粉红色=颞前肌（AT）；浅蓝色=深咬肌（DM）；深蓝色=浅咬肌（SM）；绿色=内侧翼状胬肉（MP）；靛蓝和紫色=翼外肌（LP）；黄色=上颚（P）。黄色箭头表示肌肉矢量的方向，从头盖骨上肌肉起源的质心到下颌骨上肌肉插入的质心。值得注意的是，LP不包括在建模中，因为它在下颌闭合中没有显著作用，但为了便于解剖参考而包括在内。

加载模型：咀嚼

通过将模型特定的肌肉CSA与22.5 N/cm的特定张力相乘，计算每个肌肉的力值2人类咀嚼时测量的浅层和深层咬肌、颞前肌和颞后肌以及翼内肌的肌电激活因子[44,48]. 模型中的咀嚼状态包括双侧肌肉的激活，右侧作为工作侧，左侧作为平衡侧。有关详细的力和矢量，请参见S2表。中的转换约束x个,年、和z（z）轴（无旋转约束）应用于右侧（工作侧）TMJ和咬合点（右侧1周围的牙槽骨标准磨牙），左侧（平衡侧）TMJ被约束在x个和年轴[49].

加载模型：吸吮

通过将模型特异性肌肉CSA与22.5N/cm的特异性张力相乘来计算每个肌肉的力大小2在母乳喂养期间测量婴儿哺乳时的肌电激活因子，内侧翼状胬肉激活率与咬肌激活率相同[45]. 为了表示哺乳期间口腔内的负压，对硬腭施加-87 mmHg的压力[50]. 有关详细的力和矢量，请参见S2表。中的转换约束x个,年、和z（z）轴（无旋转约束）应用于双侧TMJ和中线锁扣点（中切牙之间的牙槽骨）。

加载模型：肌肉特定效果和压力特定效果

为了确定每个肌肉组对应变状态的个人贡献，在完全通畅的外斜面缝合线（A1型）上运行三种加载条件，每种条件下只激活一个肌肉组：一个肌组具有双侧深咬肌和浅咬肌；双侧颞前、颞后肌1例；一例为双侧内侧翼状胬肉。肌肉组被工作侧肌电图激活因子双侧同等激活。在这些单独的肌肉群模型中，边界条件与咀嚼模型相同。完全通畅的外斜面缝合线模型也仅在腭上施加负压，其中边界条件与哺乳模型相同。

材料属性

颅骨穹隆的骨骼具有各向同性和均匀的材料属性(E类=6000兆帕；v=0.27），缝合线(E类=50兆帕；v=0.30）和头骨的同步软骨(E类=50兆帕；v=0.30）基于Jasinoski等人之前的工作[51]. 这些材料特性用于我们结果部分中显示的所有模型和数据。

模型分析

定性和定量分析了颅面部骨骼的应变（包括轴向应变、剪切应变和主应变）和应力（包括von Mises和Tresca）状态。穿过缝合线的应变（即有助于振荡压缩和张力）被定义为垂直于缝合线主方向的轴上的轴向应变。这种简化有助于比较缝合线之间的应变，并被广泛接受，但它没有反映缝合线方向的局部偏差的影响。对于鼻额、外斜面和矢状缝，这被定义为内侧-外侧应变（Ezz（嗡嗡声）)对于冠状缝，它被定义为前-后应变（E年)对于鳞状缝合线，定义为上下应变（Exx个)对于人字缝，定义为E的最大值zz（嗡嗡声）和Exx个这些应变值，以及其他轴向应变和剪切应变，计算为缝合线内外颅面表面节点的平均节点应变。为了测量颅穹窿中线的应变，包括鼻额、外斜面、前囟门和矢状缝，将节点转换为关于原点的二维极坐标θ定义为一第页ct吨一n个(U型x个U型年)，带Ux个和U年分别表示节点的x和y坐标，如所示S1图累计剪切应变计算为ε¯x个年+ε¯x个z（z）+ε¯年z（z），其中ε¯表示各节点应变平均值的大小。

敏感性分析

在模拟咀嚼过程中，使用专利的外斜视缝合线模型（A1）进行敏感性分析。首先评估材料特性对模型行为的影响。基于Borghi等人（bone，E类=418 MPa）和Barbeito-Andres等人（骨骼，E类=1300 MPa），并将所得最大主应变状态与利用Jasinoski等人（bone，E类=6000 MPa），详见S2图[52,53]. 虽然减少了E类可以预见的是，这导致了较高的应变量级，应变的模式和相对值在不同模型中保持相似。接下来考虑的是使用的边界条件。专注于颅骨生长的有限元分析模型通常会限制枕骨大孔的平移，但这并不是生物学上的现实限制[39]. 带和不带枕骨大孔约束的有限元分析模型的敏感性分析(S3图)描述了两种设置之间的最小差异。考虑到相似性，选择无约束选项以减少过度约束模型的可能性。最后，考虑了咬入点的变化(S4图)但改变咬合点的影响很大程度上局限于牙槽骨、鼻壁和眶底附近区域的应变差异。

结果

了解模型：肌肉特定效应

为了理解咀嚼和吮吸有限元分析模型的结果，了解每个力对模型的单独影响是很重要的。单个肌群和腭部负压力对具有完全通畅的外斜面缝合线（A1）的模型中应变状态的影响如所示图3和表2缝合线轴向压缩和拉伸应变的总结示意图如所示图4颞肌的双侧激活沿着上下轴压迫鳞状缝合线（负εxx个)，将其置于正矢状剪切应变（εxy公司)并使其承受较高的日冕剪切应变（εx赫兹). 颞肌也将所有缝合线置于内侧张力（正εzz（嗡嗡声）)并导致前后压缩应变（负ε年)在前囟门、冠状缝和上睑缝合处。颞肌、咬肌和翼内肌引起负冠状切变（负εx赫兹)鼻额缝合处。咬肌还拉紧了中-外侧轴上的外斜面缝合线、矢状缝合线、鼻额缝合线和前囟门。在平衡（左侧）侧，咬肌挤压鳞状缝合线，同时在工作（右侧）侧拉紧。内侧翼状胬肉受压（负εzz（嗡嗡声）)和时态（正ε年)鼻额缝合线分别沿内侧轴和前后轴方向，并沿内侧轴方向压缩了内斜视缝合线。腭部负压冲击引起的应变幅度低于咀嚼肌激活引起的应变。这导致鳞状缝合线出现上下张力和正矢状切变，鼻额缝合线出现内侧张力，冠状缝合线出现前后张力和正箭头切变。

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模型A1右侧咀嚼期间，通过双侧激活每个主要咀嚼肌群产生的应变状态，具有完全专利的内斜面缝合线。

轴向应变用ε表示xx个（上下），ε年（前-后）和εzz（嗡嗡声）（内侧-外侧）。剪切应变用ε表示xy公司（矢状剪切），εx赫兹（日冕剪切），和εyz公司（横向剪切）。对于轴向应变，暖色表示张力，冷色表示压缩。对于剪切应变，暖色表示正剪切，冷色表示负剪切。内侧翼状胬肉将外斜面缝合线置于内侧-外侧受压状态，冠状缝合线置于前后受压状态，鳞状缝合线置于上下受压状态。颞肌将这些缝合线分别置于张力、压力和压力下。颞骨也对所有颅穹窿缝合线施加了大量剪切应变。咬肌将外斜面缝合线置于内侧张力下，鼻额缝合线置于负横向剪切力下。

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在右侧咀嚼激活单个肌肉群（翼内肌、咬肌、颞肌）、使用中线锁扣点施加腭部负压力、生理性咀嚼和生理性哺乳期间，跨颅穹窿缝合线的轴向应变方向。

右上角的面板中标记了颅盖缝合线，旁边还有拉伸（红色箭头）和压缩（蓝色箭头）应变的图例。注意，箭头仅表示缝合线上轴向应变的方向（即压缩或拉伸），而不是大小。在腭压负模型中，由于这些缝合线的应变幅度较低（<1με），因此没有箭头表示跨上睑缝合线、前囟门和矢状缝合线的轴向应变。

表2

两侧肌肉群激活和施加腭部负压力导致的缝合处平均应变。
模型缝合平均微应变（με）
εxx个ε年εzz（嗡嗡声）εxy公司εx赫兹εyz公司
颞叶 前囟门-7.1-100.2101.270-16.560.2
冠状（L，BS）37.9-322.831.7-63.664.7340.5
日冕（右、西）63-330.250179.6-7.3-185.7
λ（L，BS）-65.0250.2139.521.282.6
Lambdoid（右，右）-90.955.322.457.536.8-84.4
Metopic公司-82.7-104.6375.8-24.1-51.781
Nasofrontal公司-3.2-1.17.77.5-272.0-64.6
后囟门-29.5-3.031.7-20.549.317.8
矢状面-16.0-9.854.33.429.781.5
鳞状（L，BS）-679.45178.3220.2-493.856.9
鳞状（R，WS）-360.916.270.9393.6408.8-102.8
质量计 前囟门-6.0-43.851.927.5-2.310.9
冠状（L，BS）-7.72.8-9.3-132.346.170.3
日冕（右、西）7.7-15.7-4.6-2.4-8.2-31.4
λ（L，BS）1.4-2.87.11214.811.4
λ（R，WS）-8.67.61-6.05.1-7.1
Metopic公司-54.6-75.5274.5-25.6-15.726.4
Nasofrontal公司-15.7-11.661.716.4-259.0-56.8
后囟门-5.4-0.45.5-3.713.14.9
矢状面-5.4-3.617.908.624.1
鳞状（L，BS）-74.3-6.229.2-20.8-23.9-6.1
鳞状（R，WS）19.9-2.1-6.35.6-5.2-5.1
内侧翼状胬肉 前囟门-0.610.9-7.8-8.4-10.632.5
冠状（L，BS）-23.4-32.121.4-171.451.628.9
日冕（右、西）-8.2-68.729.8-51.3-10.73.4
λ（L，BS）23.2-22.3-7.3-19.91.1-44.2
λ（R，WS）17.4-12.5-15.9-52.927.952.4
Metopic公司5.114.1-45.3-1.6-47.530.3
Nasofrontal公司-2.741.2-150.6-21.6-118.8-21.7
后囟门11.80.9-11.88.316.87.9
矢状面2.41.4-7.9-0.25.430
鳞状（L，BS）-126.6-7.456.1-131.8-1.2-58.9
鳞状（R，WS）-85.37.230.8-197.4-30.438.5
腭负压 前囟门0.1-0.1-0.20.30-0.2
冠状（L）1.13.7-1.78.6-3.0-1.6
冠状（R）14.2-1.7821.9
λ（L）-1.21.20.720.73.3
λ（R）-1.31.20.72.4-1.1-3.3
Metopic公司0.2-0.10.20.11.1-0.6
Nasofrontal公司0.4-2.89.61.13.60.7
后囟门-0.800.7-0.6-0.1-0.1
矢状-0.1-0.10.200-0.1
鳞状（L）6.60.3-3.08.7-0.43.7
鳞状（R）9.3-0.5-3.313.51-2.8

缩写：εxx个是上下轴向应变，ε年是前后轴向应变，和εzz（嗡嗡声）为中-横向轴向应变。εxy公司=矢状剪切应变；εx赫兹=日冕剪切应变；εyz公司=横向剪切应变。五十、 R分别表示左侧和右侧。BS和WS分别表示平衡面和工作面。考虑到中线闭锁点，在腭负压模型中，工作侧和平衡侧没有区别。轴向应变用红色（+，拉伸应变）和蓝色（-，压缩应变）编码的值；剪切应变为红色（+，正剪切应变）和蓝色（-，负剪切应变）。

理解模型：中间面的应力和应变状态

咀嚼过程中中间面上的轴向应力和应变如所示图5。无论外斜面缝合线闭合程度如何，所有模型的中面部骨骼中的应力和应变状态都显示出相似的模式，咀嚼和哺乳行为也相似。上下应力（σxx个)主要集中在垂直的颌面支墩上，特别是外侧的上颌支墩[54]. 这导致拉伸（例如正）上下应变（εxx个)沿着上颌骨外侧支墩，从颧骨下侧面穿过眶外侧壁，伴随着压缩（例如负值）εxx个沿着鼻颌支墩从犬牙窝到沿眶内侧壁的上颌额突。内侧侧向应力（σzz（嗡嗡声）)其次是上颌支抗，沿牙槽突的下横向支抗和沿眶下缘的上横向支抗最高。这对应于拉伸中侧向应变（εzz（嗡嗡声）)沿上颌横向支抗和压缩εzz（嗡嗡声）沿着下横向上颌支墩。哺乳期间观察到类似的应力和应变状态，如图所示S5图.

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上下轴向应力和应变（σxx个和εxx个)和内侧（σzz（嗡嗡声）和εzz（嗡嗡声）)右侧咀嚼时每个模型的方向。

左侧和右侧面板分别显示了应力和应变。在所有模型中，上颌骨外侧垂直支墩的上下应力和应变最高，从颧骨沿眶外侧壁。沿眶外侧壁的高水平上下轴向应力对应于该区域的拉伸（正，红色）上下应变，沿眶内侧壁的相应压缩（负，蓝色）上下应力。上颌骨横向支抗的内侧和外侧应力和应变最大，尤其是牙槽突下横向支抗和眶下缘上横向支抗。上颌支墩后的应力和应变提供了支持性证据，证明模型正确地模拟了生理力学景观。

缝合线拉伤

当分析垂直于缝合线的轴向应变时，外斜面缝合线和矢状缝合线在咀嚼和吮吸行为中经历了拉伸应变，而冠状缝合线、人字缝和鳞状缝合线经历了压缩应变(图6). 以下是描述咀嚼和哺乳期间缝合线轴向应变方向（压缩与拉伸）的总结示意图图4当考虑主应变时，外斜面缝合线主要处于张力下，最大主应变（ε1)小于最小主应变（ε三). 平均ε1模型A1在咀嚼和哺乳期间，沿上睑缝合线的ε分别为527με和763με，而ε三分别为-200με和-291με。在模型A2中，平均ε1咀嚼和哺乳期间，沿上睑缝合线的ε分别为332με和333με，而ε三分别为-162με和-167με。在具有完全通畅的外斜面缝合线（A1和A2）的模型中，与除鳞状缝合线外的所有其他颅穹窿缝合线相比，外斜面缝线在咀嚼和吮吸期间经历了更大程度的压缩/拉伸应变。咀嚼期间，完全通畅时，外斜面缝合线的中位应变为300–475με，部分闭合时为100–125με。哺乳期间，完全专利时，其小于375–650με，部分封闭时，其为125–250με。在两个具有完全通畅的外斜面缝合线的模型中，具有较窄外斜面缝线（A2）的模型在缝合线上的轴向应变和剪切应变往往较低，这与缝合线走向闭合时的低应变趋势一致。值得注意的是，鳞状缝合线和冠状缝合线的剪切应变比外斜面缝合线、矢状缝合线以及人字缝的剪切应变大(图7). 在完全专利的模型中，墙面缝线中剪切应变的绝对大小范围在500με以内，但冠状缝线和鳞状缝线中剪切应变的大小分别超过1000με和1500με。在咀嚼或哺乳期间，外斜视缝合线闭合程度（未闭、部分闭合和完全闭合）对剩余未闭颅穹窿缝合线的压缩/拉伸应变没有明显影响。在三头-中位颅骨缝合法模型中，通过未闭颅穹窿缝合线的直接应变与完全闭合生理模型中的应变相似。

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咀嚼（左）和哺乳（右）期间，每个模型的垂直于缝合线的应变，按外斜视缝合线闭合阶段进行颜色编码的箱形槽。绿色图是指具有完全通畅的内眦缝合线的模型，黄色图是指部分闭合的外眦缝合线上的模型，蓝色图是指生理上完全闭合的外倾角缝合线上的模式，红色图是指有内眦颅缝合的模式。正应变和负应变分别表示拉伸和压缩。对于矢状缝合线和外斜面缝合线，垂直于缝合线的轴向应变为中侧向应变；冠状缝=前后应变；人字缝=上下和中侧向应变的最大值；鳞状=上下应变。具有完全通畅的内翻缝合线的模型在内翻和鳞状缝合线上的交叉缝合应变最大。在外斜面缝合线闭合程度增加的模型中，跨外斜面缝线的交叉缝线应变幅度减小，但在其余缝线中未观察到这种趋势。哺乳期间的交叉肌力往往比咀嚼期间的更大。

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平均剪切力标准在哺乳（顶部面板）和咀嚼（底部面板）期间，每个模型中的每条缝合线都会经历雨水。灰色条（εyz公司)表示横向剪力的平均大小，橙色钢筋（εx赫兹)表示日冕切变的平均大小，以及蓝条（εxy公司)表示矢状剪切的平均大小。每个条上的数字表示每个平均震级的总和。鳞状缝合线和冠状缝合线承受的剪切应变最大。在具有完全通畅的外斜面缝合线（A1，A2）的模型和具有部分闭合的外斜线（B1，B2）的模型中，冠状和鳞状缝合线经历的总剪切应变往往高于外斜面缝线经历的剪切应变。

跨颅穹窿中矢状面的应变

在咀嚼和哺乳期间，沿颅穹窿中矢状面缝合的线显示出最大和最小的压缩/拉伸值（例如，内侧-外侧εzz（嗡嗡声）)与临床观察到的缝合线闭合模式相关的应变(图8). 当完全通畅（A1型）时，外斜面缝合线的ε最大zz（嗡嗡声）最下端、鼻根近端的应变，然后沿前囟门方向的缝合线减少。在鼻根和前囟门处，上睑缝合线的两端均出现局部εzz（嗡嗡声）最小值。在中间闭合模型（A2型）中，当外斜面缝合线仍保持通畅但比A1窄时，局部εzz（嗡嗡声）鼻根和前囟门处仍观察到最小值，但εzz（嗡嗡声）沿外斜面缝合线的应变模式在鼻窦近端的下端没有显示出明显的局部最大值。相对于完全专利的A1模型，εzz（嗡嗡声）A2模型沿线的应变幅度往往较低，这与观察到的沿外斜面缝合线和跨外斜面缝线的应变幅度减小趋势一致。在模型B1和B2中，显示了外斜面缝合线的部分闭合，局部εzz（嗡嗡声）前囟门处的最小值仍然存在，并且εzz（嗡嗡声）与模型A1相比，沿上睑缝合线的应变模式呈倒置模式，内侧应变向前囟门方向增加。在具有闭合外斜视缝合线（C1、C2、X1和X2）的模型中，εzz（嗡嗡声）从前囟门到后囟门，矢状缝的应变在50με范围内，但前矢状缝处的应变最小。

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平均内侧应变大小（εzz（嗡嗡声）)在右咀嚼和哺乳期间，沿着中矢状面，分别为标记的上睑缝合线闭合阶段的模型。

Theta计算为一第页ct吨一n个(U型x个U型年)，带Ux个和U年分别表示节点的x和y坐标；沿着每个图形的x轴从左到右移动的是从鼻根开始沿着外斜面缝合线，经过前囟门，沿着矢状缝合线到达后囟门的路径。颜色编码表示所代表的是颅穹窿中线的哪一部分。在两个完全通畅的外斜视模型（A1、A2）中，前囟和鼻根的压缩/拉伸中-外侧应变均存在局部极小值。在A1中，完全通畅的外斜面缝合线模型中，外斜面缝线尚未开始变窄，在外斜面缝的下方观察到最大应变值。在部分闭合模型（B1，B2）中，在前囟门处观察到局部极小值。

在完全无专利的模型（A1、A2）中，咀嚼时，外斜面缝合处的累积剪切应变比哺乳时高1.0x–3.0x。在部分闭合（B1，B2）和完全闭合（C1，C2，X1，X2）模型中，在前囟和前角观察到局部最大剪切应变。在咀嚼和哺乳过程中，沿着颅顶中矢状面的剪切应变幅度在鼻根和前囟门处达到局部最大值(图9). 然而，在具有部分闭合的内眦缝合线（B1、B2）的模型中，前囟的剪切应变大于外眦缝合处的剪切应变。

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累积剪切应变(ε¯x个年+ε¯x个z（z）+ε¯年z（z），其中ε¯表示在右侧咀嚼和哺乳期间，在分别标记的内斜视缝合线闭合阶段的模型中，沿中矢状面各节段应变的平均值。

Theta计算为一第页ct吨一n个(U型x个U型年)，带Ux个和U年分别表示节点的x和y坐标；沿着每个图形的x轴从左到右移动的是从鼻根开始沿着外斜面缝合线，经过前囟门，沿着矢状缝合线到达后囟门的路径。颜色编码表示所代表的是颅穹窿中线的哪一部分。在完全开放的模型（A1，A2）中，咀嚼时的累积剪切应变高于在外斜面缝合处吮吸时的累积剪应变，在A1中，在鼻根处观察到局部最大值。在部分闭合和完全闭合模型（B1、B2、C1、C2、X1、X2）中，在前囟观察到局部最大值。

在三头模型（X1，X2）和全封闭生理模型（C1，C2）之间，沿颅穹隆中线的应变模式没有差异。计算得出的外斜面缝合线的颅内外表面之间的应变值没有差异。

上表面应变

除了检查颅穹窿缝合线的主要假设外，还观察到额骨和眶骨的应变值差异。对于生理模型（如非上睑下垂颅缝），额叶隆起的应变水平随着上睑下裂缝合线闭合程度的增加而增加(图10). 当完全开放时（A1、A2型），在咀嚼和哺乳期间，整个额骨的最大主应变大多<20με。在部分闭合（B1、B2型）和生理闭合的外斜视缝合线（C1、C2型）模型中，大多数额叶隆起经历了20–50με的最大主应变，热点高达70με。在更严重的近中位颅缝合症（X1型）患者中，咀嚼和哺乳期间眶上区和额叶隆起的最大主应变均<20 uE。

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右侧咀嚼（顶部2排）和吮吸（底部2排）时上表面的最大主应变。较暖和的颜色表示应变程度增加。与生理性闭合的外斜视缝合线模型（C1、C2）相比，严重外斜视颅缝骨化模型（X1）的额叶突起、眶上区和眶外侧壁的应变更低。在非上斜视颅缝合模型（A1、A2、B1、B2、C1、C2）中，上斜视缝合线的部分和完全闭合与上述区域的应变增加相关。较轻的近端颅缝合模型（X2）的应变机制与生理性闭合缝合模型的应变机制相同。

咀嚼和哺乳期间的von Mises应激状态也有类似的趋势。与生理性闭合的非近中面颅骨连接模型（C1、C2）相比，严重近中面颅连接模型（X1）中的额叶突起、眶上区和眶外侧壁均承受较低的应力(图11). 较轻的上睑下裂模型（X2）的应变和应力状态与生理上闭合的上睑下睑缝合模型相一致。

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右侧咀嚼（上两排）和哺乳（下两排）时，上面部的压力（von Mises）。暖色表示压力增大，而冷色表示压力较小。与生理性闭合缝合的模型（C1、C2）相比，严重上睑裂孔颅缝骨化模型（X1）的额叶突起、眶上区和眶外侧壁的von Mises应力更低。较轻的近端颅缝合模型（X2）的应力状态与生理性闭合缝合模型的应力状况相一致。

讨论

我们的结果表明，在人类的生理咀嚼和哺乳过程中，未闭的外斜面缝合线经历了可能与其独特的生理命运相关的张力状态，即早期闭合。具体而言，与其他颅顶缝合线相比，未缝合的墙面缝合线在最小剪切应变的情况下，尤其是在最先闭合的墙面缝合线区域，会经历更高程度的轴向内侧-外侧应变（图​（图44到​至7）。7). 在完全通畅的外斜面缝合线内，存在一个局部最大的压缩/拉伸应变，该应变优于鼻窦，在前囟处降至局部最小（图​（图66和​和7）。7). 这与临床观察到的墙面缝线闭合模式相关：以“拉链状”的方式从前到后，从鼻根上方开始，到前囟门结束[29]. 最后两个需要闭合的区域，鼻根和前囟门，经历了压缩/拉伸应变的最小值和局部剪切应变的最大值。随着外斜面缝合线开始闭合，穿过它的轴向应变开始减少，而穿过其余颅穹窿缝合线的轴向应变保持不变。事实上，其他颅穹窿缝合线一直通畅到成年，再加上我们的模型所确定的特定于外斜视区域的独特区域轴向应变，增强了我们分析的有效性。综上所述，这些结果表明，咀嚼和哺乳的生理力导致应变状态，与生理性外斜视缝合线相对于其他颅穹窿缝合线的闭合时间以及沿缝合线观察到的闭合模式密切相关。

动物模型的研究支持了这一假设：在猪咀嚼过程中，与其他颅穹窿缝合线相比，前额间缝合线（即相当于人的外斜视）承受更大的张力[32,55]. 然而，当使用动物模型中的发现来解释人类的情况时，需要谨慎。首先，有证据表明颅穹窿缝合线闭合在进化上是保守的，随着与人类在分类上的差异越来越大[56,57]. 例如，在小鼠中，断奶后不久额叶间缝合线就会闭合，但其他缝合线在其一生中都保持通畅[58]. 此外，人类颅面骨结构与小鼠、牛和猪模型之间存在显著的形态学差异，阻碍了物种间生物力学研究结果的转换。物种间咀嚼期间肌肉激活模式的差异进一步加剧了这种情况。将形态差异与咀嚼产生的不同力矢量和大小相结合，毫不奇怪，咀嚼过程中的颅面应变状态在不同物种之间存在差异[59,60].

我们的结果提出了一些有趣的问题。首先，在咀嚼和哺乳期间，鳞状缝合线的轴向应变幅度超过了上睑缝合线，这就引发了鳞状缝合为什么不能提前闭合的问题。与我们的外斜面缝合线内的应变状态相比，后者显示临床观察到的闭合区域的剪切应变增加，这表明鳞状缝合线可能因其经历的高强度剪切应变而保持通畅。据我们所知，没有数据显示周期性力量与鳞状缝合线闭合之间存在因果关系，正如外斜面缝合线和矢状缝合线一样。然而，基于尸体的证据表明，咀嚼引起的鳞状缝合线应变增加，与我们的模型中所见的情况类似，可能会导致鳞状缝合线上的交错和分形复杂性增加，尽管这种影响直到生命后期才观察到[61]. 因此，剪切可能是缝合线前方成骨的重要调节器，值得进一步关注。

第二，当缝合线开始闭合时，跨中眼缝合线的轴向应变模式发生变化。虽然它最初反映了完全通畅时临床观察到的闭合序列（A1型），但随着缝合线随着中间闭合而变窄（A2型），这种模式变得不那么明显，并最终在闭合开始时消失（B1、B2型）。这可以解释为材料特性随闭合而发生的变化，和/或机械应变作为硬脑膜和颅穹隆之间细胞信号级联的触发因素，最终可能与最初出现的机械应变无关[25,62].

第三，考虑到3岁的相对年龄和更大的颅骨尺寸，人们可能预计C2模型中的应变和应力分布会有更大的差异。然而，与C1（另一个7个月的完全生理闭合的外斜面缝合线模型）相比，发现跨颅穹窿缝合线或颅骨的应变和应力值差异极小。这可能是由于C2中较大的肌肉块被颅穹窿缝合线增加的质量所抵消，或者只是样本量太小而无法确定差异。

第四，虽然先前的研究已经发现外颅和颅内应力之间的差异，暗示了哪一侧先闭合，但我们的模型没有发现这种差异[57,63]. 目前，对于缝合线闭合是从外颅还是从内颅开始，文献中尚无共识。Moss等人的早期大鼠模型表明，软骨样组织桥最初出现在头颅内侧，但Manzanares等人反驳了这一点，他们发现在人类尸体研究中，不同缝合线之间，最初的前中面缝合线融合的头颅内和颅外部位不同[64,65]. Sahni等人表明，人字缝、冠状缝和矢状缝最初在颅内侧开始闭合，但由于他们的研究仅包括成人尸检，他们无法检查上睑缝合线[66]. 在我们的模型中，由于医学CT分辨率和模型中四面体单元大小的驱动，模型的局限性可能导致了颅内外应变之间缺乏差异。

除了生理性缝合线闭合外，我们的工作还提出了关于咀嚼和哺乳在非生理状态下的影响的问题，例如孤立性上睑下垂颅缝合症。我们的模型显示，在具有外斜视颅缝的模型和具有生理性外斜视闭合的模型之间，穿过剩余颅穹窿缝合线的轴向应变没有显著差异。然而，相对于生理性上睑外肌缝合线闭合，我们的下睑外肌颅骨连接（X1）更严重的模型观察到上颌骨、外侧颌骨和外侧额骨的最大主应变和von Mises应力降低（图​（图88和​和9）。9). 值得注意的是，这一区域的应变减少对应于临床上所见的前额和眶上后缩[67]. 鉴于有证据表明周期性力量驱动骨骼生长，这一发现表明，生理性咀嚼和吮吸不仅在墙面缝合线的闭合中发挥作用，而且在墙面颅缝闭合的情况下，它们可能有助于临床观察到的畸形颅面特征的发展[68]. 有趣的是，据报道，早成熟的病理性外斜视缝合线闭合始于妊娠中期，远早于咀嚼和吮吸是主要的生物力学作用力[69,70]. 然而，我们的结果支持物理力在生理闭合中起作用的假设，这也支持了宫内经历的物理力可能在早期病理性外斜视缝合线闭合中起到作用的假设。有证据表明，外斜视颅缝合症不仅仅是遗传的结果[71].

与任何计算实验一样，理想的模型将通过体内测量进行验证。然而，人体婴儿生理性咀嚼和哺乳的体内模型是不道德和不切实际的，因此，为了评估我们模型的有效性，我们求助于其他方法。在我们的研究中，包括基于多个患者扫描的多个有限元模型，使我们能够显示处于类似外斜视缝合闭合阶段的患者之间的一致应变状态和大小。此外，咀嚼和哺乳产生的载荷沿着经典意义上的垂直和横向上颌骨支墩移动。这意味着颅骨在肌肉力向量和边界条件方面的加载方式与当前对生理状态的理解相一致[40,54]. 与先前的动物模型进行直接比较具有挑战性，不仅因为形态学和肌肉激活模式存在显著差异，而且因为咀嚼过程中缝合线的张力数据存在矛盾。一般来说，与人类颅盖形态相似的动物模型显示出与我们的模型对应的缝合线的压缩和张力模式。猪的研究表明，在力量打击期间，横穿额叶间缝合线的张力和鼻额缝合线的压缩，前额间缝合线相对较高的张力[32,55,72]. 正如我们在人体模型中发现的那样，Behrent等人发现猕猴在咀嚼过程中，矢状缝合线处于内侧-外侧方向的张力下，但由于使用了单元件测量仪，因此研究结果有限[33]. 可获得最佳体内数据的非人类灵长类动物是卷尾猴Cebus/Sapajus公司来自Byron等人[73]. 使用玫瑰花应变计在成年卷尾猴矢状缝沿线的三个位置测量体内应变。卷尾猴的数据显示，在咀嚼和哺乳期间，体内的应变幅度与此处模拟的应变幅度相似。他们还表明，矢状缝合线并不像通常假设的那样承受纯侧向张力，而是受到扭转或扭转，可能是由于颞肌的不对称活动。然而，数据显示矢状缝合线前部的拉伸应变大于后部，这与前缝合线的弯曲度大于后缝合线有关[74]. 大鼠模型的数据存在冲突，例如Shibazaki等人报告的数据，他们测量了咀嚼过程中额叶间缝合线的受压情况[31]. 他们的研究表明，额叶间缝合线在闭合前应变较低，而矢状缝合线保持开放状态时应变也较低。因此，他们得出结论，应变模式不会导致额叶间缝合线闭合。尽管这很可能是大鼠颅穹隆发育的情况，但现有文献和我们的结果中，大鼠与其他物种之间的应变机制差异，以及大鼠只有后额间缝合线闭合的事实，所有人都建议在使用他们的结论对人类颅穹窿的发育做出明确的陈述时应谨慎。

我们的结论受到有限元分析和计算实验中常见的一系列因素的限制，例如由于CT扫描分辨率，包括薄结构或小结构的能力有限，以及相对无法从相关性中完全辨别因果关系。与我们的实验装置最相关的是现有文献中对正在发育的颅穹窿和专利缝合线的材料特性描述相对较差，文献中引用的杨氏模量和泊松比变化较大。为了解释广泛的差异，我们借鉴了Jasinoski等人的工作，他们对多个来源的值进行了平均[51]. 此外，我们对材料特性的敏感性分析表明，随着杨氏模量的降低，应变值预计会增加，但在模式或相对分布方面没有明显差异(S3图) [52,53]. 除了材料特性外，我们还掌握了婴儿咀嚼和哺乳期间下颌肌肉如何活动的有限数据。我们纳入咀嚼模型的肌电激活模式基于成年人的咀嚼，但有理由相信婴儿期的咀嚼可能会以不同或不太同步的方式激活咀嚼肌。在哺乳的情况下，肌电图数据主要存在于咬肌和颞肌，但不存在于内侧翼状胬肉。最后，我们还没有建立颅内压和发育中大脑的径向扩张的模型，之前的研究已经将其与颅穹隆发育联系起来[53]. 因此，我们无法评论大脑生长速度减慢是否与咀嚼力一起或加上咀嚼力，进一步导致颅穹窿缝合线闭合。

考虑到上述局限性，据我们所知，这项工作首次表明，在发育中的人类婴儿颅穹窿中，由咀嚼和哺乳的估计生理力引起的应变模式与临床观察到的生理性外斜视缝合线闭合的时间和模式相对应，以及临床上观察到的孤立性上睑下垂颅缝合症患者额骨形态异常。鉴于现有证据表明，力及其产生的张力可以加速缝合线闭合并刺激成骨，我们的工作支持这样一种理论，即咀嚼和哺乳产生的力有助于人类和三头颅的内斜面缝合线的生理闭合，可能与临床观察到的一些畸形颅面特征有关。还有必要进一步研究，以确定生物力学力在生理性外斜视缝合闭合中所起的作用是否也有助于病理性颅缝愈合，或者是否可以在体内操纵这种力来改善手术病例中的颅缝愈合或再愈合。

支持信息

S1表

研究中包含的模型的详细信息。

（XLSX）

S2表

肌肉方向向量、横截面积、肌电激活因子和有限元模型中使用的力向量。

在腭表面施加87mmHg的腭负压，总合力包括在内。

（XLSX）

S1图

中矢状面θ计算方法。

沿颅穹窿中矢状面（包括鼻额部、外斜面、矢状面和前囟门）分离缝合处节点的相关应变值。（面板A）每个节点的坐标转换为二维极坐标系θ定义为一第页ct吨一n个(U型x个U型年)，带Ux个和U年分别表示节点的x和y坐标。注意，我们的坐标系有x个轴作为上下级和年轴为前-后。（面板B）应变值按θ值，范围为θ对应于中矢状面上的每条缝合线。（面板C）。

（畅通节能法）

S2图

不同材料特性的影响，特别是杨氏模量（E）和泊松比（v）对最大主应变状态的影响。

从上到下，材料性能为：（顶部）骨E=418MPa；v=0.27，缝合线E类=50兆帕；v=0.30|（中间）骨骼E类=1300兆帕；v=0.27，缝合E类=50兆帕；v=0.30|（底部）骨骼E类=6000兆帕；v=0.27，缝合线E类=50兆帕；v=0.30。越来越暖和的颜色表明紧张程度更高。如预期，选择硬度较小的材料属性（较低E类)导致较高的应变值，但模式和分布相对不变。例如，在皮质骨上，每个模型中的应变值最高的是右颧弓和右下眶缘，额骨的应变值在额叶隆起附近最高。

（畅通节能法）

S3图

敏感性分析比较了右侧咀嚼时最大主应变和枕大孔沿所有轴（右侧）和非约束（左侧）平移时的最大主应变。越来越暖和的颜色表明紧张程度更高。两种模型的颅骨应变大小和模式几乎相同，唯一显著的差异是约束模型中与枕骨大孔相邻的颅底下缝合线的应变增加。

（畅通节能法）

S4图

敏感性分析比较了右侧咀嚼时的最大主应变和右侧咀嚼期间的不同咬合点。

从上到下，咬合点为（顶部）2第臼齿、（中）侧切牙和（下）1标准摩尔。越来越暖和的颜色表明紧张程度更高。更多的前咬合点（侧切牙和1标准臼齿）显示沿内侧眶底和下鼻缘的应变增加，但其余颅穹隆的应变模式大小基本相似。

（畅通节能法）

S5图

上下轴向应力和应变（σxx个和εxx个)和内侧（σzz（嗡嗡声）和εzz（嗡嗡声）)哺乳期间每个模型的指导。

左侧面板描述应力，右侧面板描述应变。在所有模型中，从颧骨到眶壁的上颌骨外侧垂直支墩的上下应力和应变最高。沿眶外侧壁的高水平上下轴向应力对应于该区域的拉伸（正，红色）上下应变，沿眶内侧壁的相应压缩（负，蓝色）上下应力。沿经典意义上的横向上颌支抗，特别是沿牙槽突的下部横向支抗和沿眶下缘的上部横向支抗，内侧侧向应力和应变最高。经典理解的上颌支墩后的应力和应变提供了支持证据，证明模型正确地模拟了生理力学景观。

（畅通节能法）

资金筹措表

作者没有收到这项工作的具体资金。

数据可用性

有关此项工作的所有数据，请访问https://uchicago.box.com/s/4tvoi71ajowltdefb3jemkpwosp1v0uq.

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2023年6月；19(6)：e101227。
2023年6月22日在线发布。数字对象标识：10.1371/日记.pcbi.1011227.r001

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2023年1月22日

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决定书0

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2023年4月12日

尊敬的Reid博士：，

非常感谢您将您的手稿《婴儿咀嚼和哺乳的生物力学：生理性外斜视缝合线闭合的潜在机制》提交给PLOS计算生物学研究。与该杂志审查的所有论文一样，你的手稿也由编辑委员会成员和几位独立审稿人审查。评论家们很欣赏对一个重要主题的关注。根据审查结果，我们可能会接受这份手稿以供出版，前提是您根据审查建议修改手稿。

请在30天内准备并提交修改后的手稿。如果您预计会有任何延误，请回复此电子邮件，告知我们预计的重新提交日期。

准备好重新提交后，请上传以下内容：

[1] 一封信，其中详细列出了你对所有评论的回应，并描述了你对原稿所做的修改。请注意，在形成您的回复时，如果您的文章被接受，您可能有机会公开同行评审历史。记录将包括编辑决定书（含评论）和您对评论的回复。如果符合条件，我们将联系您选择加入或退出

[2] 修订后的手稿有两个版本：一个版本突出显示或跟踪更改，以指示文本更改的位置；另一个是干净的版本（作为手稿文件上传）。

重要的附加说明如下所示。

再次感谢您提交给我们的杂志。我们希望我们的编辑过程到目前为止是建设性的，欢迎您随时反馈。如果您有任何问题或意见，请随时联系我们。

真诚的，

Mark Alber博士。

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如果有任何附带的审阅附件，则会在下面显示一个链接。如果您认为缺少任何评论，请联系gro.solp@loibpmocsolp公司立即：

审查人对问题的回应

作者评论：

如果评论以附件形式上传，请在此处注明。

1号评论员：作者使用有限元方法量化了8名模拟咀嚼和哺乳的个体颅骨缝合线的机械应变水平。这项研究特别关注外斜视缝合线，以评论该缝合线生理融合的潜在机制（这将是一项挑战，不考虑大脑生长）。尽管如此，据我所知，这确实是该领域第一次对婴儿期颅骨缝合线因咀嚼和吮吸而产生的张力水平进行评论。

总的来说，我觉得这项研究新颖且信息丰富。如果作者能在修改后的手稿中提出以下几点，那就太好了。

1） 您能提供所有八个模型（A1、A2、B1、B2等）的图吗？这样读者可以直观地看到模型上缝合线的整体形态。

2） 请概述用于网格模型的元素的大致数量。

3） 在讨论的限制性段落中，请指出，本研究中未对出生后第一年大脑的径向扩张进行建模。可能是大脑生长速度的降低和咀嚼水平的提高之间的动态变化导致了外斜面缝合线等的融合。

4） 请您评论/查看其中一个模型中的主应变水平，例如A1，以评论外斜面缝合线是否主要处于张力或压缩状态，即比较此缝合线中的第1个主应变与第3个主应变。

具体意见：

L84-94和L111-112关于机械力对颅缝的作用/影响，您可以考虑以下最新研究：

Soh SH，Rafferty K，Herring S.循环负荷对猪颅面应变和缝合线生长的影响。美国口腔颌面矫形外科杂志。2018;154(2):270-282.

Moazen，M.、Hejazi，M.，Savery，D.、Jones，D.、Marghoub，A.、Alazmani，A.和Pauws，E.颅关节的机械负荷使Crouzon综合征的颅面部表型最小化。科学报告，2022年；12(1), 9693.

L141“…和表1。……的概要示意图”

L495“……周期性力量驱动缝合线闭合，……”请编辑此内容。我认为有大量的文献表明，缝合线中应变的净极性可能决定其命运，即通畅或闭合。

L519请评论颅底关节是否在本研究中建模？也就是说，软骨结合症是用软组织属性建模的吗？

L534“使用……估算肌肉力量。”

L561“……从人类单侧咀嚼表面……”根据L142-143得出的结论有点令人困惑，即L137中的结果是由特定肌肉群的双侧收缩还是单侧收缩引起的。

L588请介绍一个单独的部分，并将其称为“材料属性”，其中详细介绍了在基本模型上使用的材料属性，其结果在正文中进行了描述。我很高兴在敏感性分析一节（L606）中对这些进行了概述，但我认为更合适的做法是将两者分开，以避免根据用于生成L138-158中所述结果的材料属性的选择而产生任何混淆。

L598“……缝合线颅内外表面节点的平均节点应变。”您能否进一步澄清这一点，即，是计算缝合线元件整个体积的每条缝合线的平均值，还是仅计算其表面值（颅内外）。

2号评论员：我有幸审阅了这篇提交给PLOS计算生物学的文章。

本文采用有限元模型，对3个月至3岁、不同水平的上睑缝合线融合的儿科受试者在哺乳和咀嚼过程中的缝合线应变进行了估算。

这是一项精心设计的研究，结果表明缝合线闭合与应变水平之间存在良好的相关性。考虑到所传达的信息量，该方法描述得很好，结果也很清楚。

我对一份本来已经很好的手稿几乎没有什么评论。

-作者可能会考虑重新排列段落，并将方法作为第二部分，以使手稿更具可读性（我必须以这种方式阅读才能理解）

-作者应评论患者的选择，并说明正常受试者接受CT检查的原因。

-作者应显示所有8名患者的正面、侧面和俯视图，可能是按比例显示，以了解大小的差异

-轴是如何定向的？我猜想法兰克福的飞机是水平的。原点的选择会影响图7中的结果，您可能需要说明如何选择它。

-作者使用垂直于缝合线主方向的轴向应变简化了缝合线应变分析。虽然这是一个合理的简化，但作者应考虑提供一些由该假设引入的错误指示。

-作者应该对受试者体内的一些变异性进行评论：尽管有明显的趋势，但患者A1和A2的应变水平相对不同，如图5和图6所示。C2患者的年龄对结果有影响吗？

-目前的分析与颅缝合症中下睑缝合线的病理闭合有何关系：据报道，缝合线闭合始于妊娠中期，而三角头早在怀孕20周时就有报道

(https://doi.org/10.1080/14767058.2017.1335706)，你能根据你的结果对此发表评论吗？

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作者是否已将其手稿中发现的所有数据和（如果适用）计算代码全部公开？

这个PLOS数据政策要求作者无限制地提供手稿中所述研究结果的所有数据和代码，极少数例外（请参阅手稿PDF文件中的数据可用性声明）。数据和代码应作为手稿或其支持信息的一部分提供，或存放在公共存储库中。例如，除了汇总统计数据外，还应提供均值、中位数和方差度量值背后的数据点。如果对公开共享数据或代码有限制，例如参与者隐私或第三方数据的使用，则必须指定这些限制。

1号审核人：是

2号评审员：是

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《公共科学图书馆》的作者可以选择发表他们文章的同行评议历史(这意味着什么？). 如果发布，这将包括您的完整同行评审和任何附加文件。

如果您选择“否”，您的身份将保持匿名，但您的评论仍可能被公开。

你想在这次同行评审中公开你的身份吗？有关此选择的信息，包括同意撤回，请参阅我们的隐私政策.

1号审核人：否

2号审核人：是：亚历山德罗·博吉

图文件：

在修改您的提交文件时，请将您的图形文件上传到飞行前分析和转换引擎（PACE）数字诊断工具，https://pacev2.apexcovantage.com.PACE有助于确保数据符合PLOS要求。要使用PACE，您必须首先注册为用户。然后，登录并导航到UPLOAD选项卡，您将在其中找到有关如何使用该工具的详细说明。如果您在使用PACE时遇到任何问题，请发送电子邮件至gro.solp@serugif公司.

数据要求：

请注意，作为出版的一个条件，公共科学图书馆的数据政策要求您提供用于得出您手稿中概述的结论的所有数据。数据必须存放在适当的存储库中，包括在手稿正文中，或作为支持信息上传。这包括用于生成图表、直方图等的所有数值。有关PLOS生物学的示例，请参阅：http://www.plosbiology.org/article/info%3Adoi%2F10.1371%2Fjournal.pbio.1001908#s5.

再现性：

为了提高结果的再现性，我们建议您将实验室协议保存在protocols.io中，在该协议中，可以为协议分配自己的标识符（DOI），以便将来可以独立引用。此外，PLOS ONE还提供了发布同行评审临床研究协议的选项。有关共享协议的更多信息，请访问https://plos.org/protocols？utm_medial=编辑-电子邮件&utm_source=authorletters&utm_campion=协议

参考文献：

检查您的参考列表，确保其完整和正确。如果你引用了已经被撤回的论文，请在手稿文本中包含这样做的理由，或者删除这些参考文献并用相关的当前参考文献替换它们。参考书目的任何更改都应在修改后的手稿附带的反驳信中提及。

如果你需要引用一篇被撤回的文章，请在参考文献列表中注明该文章的被撤回状态，并包括引用和撤回通知的完整参考文献。

2023年6月；19(6)：e101227。
2023年6月22日在线发布。数字对象标识：10.1371/日记.pcbi.1011227.r003

作者对决定书0的回应

版权和许可证信息 PMC免责声明

2023年5月11日

附件

提交的文件名：对编辑的回应_PLOSCompBioRRR编辑.docx

2023年6月；19(6)：e101227。
2023年6月22日在线发布。数字对象标识：10.1371/journal.pcbi.1011227.r004

决定书1

马克·阿尔伯,横断面编辑器
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2023年5月30日

尊敬的Reid博士：，

我们很高兴地通知您，您的手稿《婴儿咀嚼和哺乳的生物力学：生理性外斜视缝合线闭合的潜在机制》已被暂时接受，并将在《PLOS计算生物学》上发表。

在您的手稿被正式接受之前，您需要完成一些格式更改，您将在后续电子邮件中收到这些更改。我们团队的一名成员将与一组请求联系。

请注意，在您完成所需的更改之前，您的手稿将不会被安排出版，因此请尽快回复。

重要提示：编辑审查过程现已完成。从这一点开始，公共科学图书馆只允许更正拼写、格式或重大科学错误。要求进行重大修改，或任何影响对您作品的科学理解的修改，都会导致您手稿的出版日期延迟。

如果您、您所在机构的新闻办公室或期刊办公室选择新闻发布您的论文，您将自动退出早期出版。如果您或您的机构计划发布这篇文章，请立即通知我们。所有媒体都必须与巴勒斯坦解放组织协调。

再次感谢您对开放获取发布的支持；我们期待着在PLOS计算生物学上发表您的工作。 

顺颂商祺，

Mark Alber博士。

横断面编辑器

PLOS计算生物学

马克·阿尔伯

横断面编辑器

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审查人对问题的回应

作者评论：

如果评论以附件形式上传，请在此处注明。

1号评论员：作者已经回复了我的原始评论，我对这篇论文没有进一步的评论，建议接受。这是对未来几年文学的一次很好的研究。

2号评审员：感谢您对评审中提出的所有意见进行回复。这份手稿可以接受目前的形式。

做得好！

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作者是否已将其手稿中发现的所有数据和（如果适用）计算代码全部公开？

这个PLOS数据政策要求作者无限制地提供手稿中所述研究结果的所有数据和代码，极少数例外（请参阅手稿PDF文件中的数据可用性声明）。数据和代码应作为手稿或其支持信息的一部分提供，或存放在公共存储库中。例如，除了汇总统计数据外，还应提供均值、中位数和方差度量值背后的数据点。如果对公开共享数据或代码有限制，例如参与者隐私或第三方数据的使用，则必须指定这些限制。

1号审核人：是

2号评审员：是

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《公共科学图书馆》的作者可以选择发表他们文章的同行评议历史(这意味着什么？). 如果发布，这将包括您的完整同行评审和任何附加文件。

如果您选择“否”，您的身份将保持匿名，但您的评论仍可能被公开。

你想在这次同行评审中公开你的身份吗？有关此选择的信息，包括同意撤回，请参阅我们的隐私政策.

1号审核人：否

2号审核人：是：亚历山德罗·博吉

2023年6月；19(6)：e101227。
2023年6月22日在线发布。数字对象标识：10.1371/日记.pcbi.1011227.r005

中标通知书

马克·阿尔伯,横断面编辑器
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2023年6月19日

PCOMPBIOL-D-23-00102R1

婴儿咀嚼和哺乳的生物力学：一种潜在的生理性外斜视缝合闭合机制

尊敬的Reid博士：，

我很高兴地通知您，您的手稿已被正式接受，将在PLOS计算生物学杂志上发表。您的手稿现在已交给我们的制作部门，我们会在适当的时候通知您出版日期。

通讯作者很快就会收到排版证明以供审查，以确保在生产过程中不会出现错误。请仔细审阅您手稿的PDF校样，因为这是最后一次更正错误的机会。请注意，重大变化，或那些影响科学理解工作的变化，可能会导致您的手稿出版日期延迟。

在你的最终文件上传后不久，除非你选择退出，否则你手稿的早期版本将在网上发布。早期版本的日期将是您文章的出版日期。最后一篇文章将发布到同一个URL，读者可以访问论文的所有版本。

再次感谢您对PLOS计算生物学和开放获取出版的支持。我们期待着出版你的作品！

带着亲切的问候，

Jazmin托斯

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文章来自PLOS计算生物学由以下人员提供多环芳烃