3D打印在下頜骨異常OSA患者中的臨床應用

邱雁君，王亞平

（內蒙古醫(yī)科大學附屬醫(yī)院耳鼻咽喉科，內蒙古 呼和浩特 010050）

阻塞性睡眠呼吸暫停（obstructive sleep apnea，OSA）是指睡眠時上下氣道阻塞引起的呼吸暫停和低通氣，常伴有打鼾、血氧飽和度下降、白天嗜睡等癥狀。其病因復雜、個體性強，發(fā)病機制涉及結構異常、功能紊亂等諸多因素。常見的病因：遺傳因素、肥胖、上氣道及鄰近組織結構性異常等，其中，OSA患者上氣道結構異常包括：鼻腔阻塞；咽喉腔狹窄和阻塞；上、下頜骨骨性結構異常等因素[1]。部分OSA患者雖然行鼻中隔矯正術、腭咽成形術等上氣道軟組織手術，但打鼾憋氣等癥狀無明顯改善，本研究通過3D打印技術對上述術后的OSA患者制作下頜骨模型，并進行測量并紀錄，分別分析下頜骨測量有意義的指標與睡眠呼吸暫停低通氣指數（apnea-hypopnea index，AHI）、與低血氧癥嚴重程度（LSaO2）的Pearson線性相關關系，研究OSA患者的下頜骨異常表現，為術前診斷、手術設計提供理論依據。

1 資料與方法

1.1 臨床資料

OSA組：收集2017-01～2019-01于我院就診患者，多導睡眠監(jiān)測（PSG）檢查睡眠呼吸暫停低通氣指數（apnea hypoventilation index，AHI）≥5次/h，最低血氧飽和度（LSaO2）<0.9[2]，確診為OSA的24例成年患者（男性14例，女性10例）。納入標準：（1）已進行過鼻部手術、腭咽層面手術、舌咽層面手術、懸雍垂腭咽成形術、軟腭遷移術等其中一項或多項手術，并排除上氣道軟組織阻塞；（2）睡眠時打鼾伴憋氣癥狀。排除標準：（1）伴有中樞性呼吸暫停患者；（伴有心、肺疾病，不能耐受手術的患者。

正常對照組：24例正常人（男性14例，女性10例）且行下頜骨薄層CT掃描。納入標準：（1）經他人證實睡眠無打鼾、無憋氣癥狀；（2）無鼻部、咽喉部、下頜骨手術史；（3）無上氣道狹窄史及上氣道其他慢性疾病史；（4）Epworth嗜睡量表（epworth sleep scale，ESS）評分<8分[3]。本研究經內蒙古醫(yī)科大學附屬醫(yī)院醫(yī)學倫理委員會批準通過。

1.2 研究方法

1.2.1 CT影像資料采集 通過西門子128層螺旋CT掃描儀（層厚0.625 mm，螺距為1.0mm）掃描，對OSA患者的下頜骨平掃。將24例OSA組患者及24例正常對照組CT掃描結果以DICOM格式輸出。

1.2.2 下頜骨數字化三維重建 將DICOM格式的下頜骨掃描數據導入Mimics 16.0軟件，設置不同密度組織閾值，構建形態(tài)曲面，進行三維重建，將處理的下頜骨數據轉成STL格式（見圖1，2）。

1.2.3 下頜骨解剖模型的制作 將轉成STL格式的下頜骨數據文件傳輸到Dimension Elite 3D打印機（Stratasys INC），采用1:1比例打印48例下頜骨模型，打印完畢后通過0.1mol/l的氫氧化鈉溶液清理支撐材料，獲得下頜骨實體樹脂模型。

1.2.4 數據測量 數據測量工具使用北京安智盈科技有限公司生產的下頜骨量角器（精確度為0.01°）、直角規(guī)（精確度為0.01mm），采用人體骨骼測量方法測量[4]。每一模型由同一人連續(xù)三次測量并記錄，計算結果由均數±標準差表示，左、右兩側下頜支高度、下頜體長度、下頜角角度數據分別取平均值表示。測量每個下頜骨模型9項指標：（1）下頜頦間寬：左右兩側頦點之間距離；（2）冠突間寬：左右兩側冠突之間距離；（3）頦間孔寬：左右兩側頦孔之間距離；（4）下頜支長度：髁突頂點至下頜角直線距離（測量左右兩側取均值）；（5）下頜體長度：下頜角至頦點之間直線距離（測量左右兩側取均值）；（6）下頜角角度（測量左右兩側取均值）；（7）下頜體夾角：兩側下頜角尖端分別連線至頦隆凸下緣中點形成的夾角；（8）a線：下頜角內側緣之間距離；（9）b線：下頜骨頦部內側緣至a線的垂直距離，并計算a線/b線比值（見圖3，4）。

1.2.5 統(tǒng)計學方法 通過SPSS 20.0對數據進行統(tǒng)計分析，計量資料均以表示，經正態(tài)性和方差齊性檢驗后選用兩獨立樣本的t檢驗或秩和檢驗。測量有意義的指標與AHI、LSaO2相關性采用Pearson直線相關分析法，檢驗水準α=0.05。

2 結果

2.1 OSA組與正常對照組一般資料比較

OSA組平均年齡37.5±7.5歲與正常對照組平均年齡36.9±9.5歲比較差異無統(tǒng)計學意義（P>0.05）。OSA組身體質量指數（body mass index，BMI）平均26.8±3.1kg/m2與正常對照組平均BMI 23.1±2.8kg/m2比較差異有統(tǒng)計學意義（P<0.05）。

2.2 OSA組與正常對照組分別比較

OSA組比正常對照組下頜體夾角角度大（P<0.05）、下頜體長度短（P<0.05）、b線短（P<0.01）、a線/b線比值大（P<0.05）。其余指標的差異均無統(tǒng)計學意義（P>0.05）（見表1）。

表1 男性、女性OSA組與正常對照組各項測量數據比較（）Tab.1 Comparison of measurement data between male and female OSA group and normal control group

表1 男性、女性OSA組與正常對照組各項測量數據比較（）Tab.1 Comparison of measurement data between male and female OSA group and normal control group

＊OSA組與正常對照組比較P<0.05 ＊＊OSA組與正常對照組比較P<0.01*OSA group compared with normal control group P<0.05 **OSA group compared with normal control group P<0.01

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2.3 OSA組有意義指標與AHI、LSaO2相關性分析

a線/b線比值與 AHI呈正相關（r=0.970，P<0.001），與LSaO2呈負相關（r=-0.903，P<0.001）（見圖5，6）。下頜體夾角角度、下頜體長度、b線分別與AHI、LSaO2無關（P>0.05）。

3 討論

OSA患者上氣道結構異常包括上氣道軟組織結構異常、上下頜骨骨性結構異常，其中頜骨骨性結構異常屬于口腔正畸中的骨性Ⅱ類錯合畸形[5]。骨性Ⅱ類錯合畸形是因上下頜骨矢狀向位置關系的不協調造成，典型表現為上頜發(fā)育過度前突、下頜后縮、下頜發(fā)育不足后縮等[6]。骨性Ⅱ類錯合畸形較正常人上氣道狹窄，易引起打鼾、呼吸睡眠暫停等現象[7]。本研究數據顯示OSA組比正常對照組下頜體夾角角度大、下頜體長度短、b線長，這些符合骨性Ⅱ類錯合畸形下頜骨的典型表現。有研究發(fā)現部分嬰幼兒OSA患者下頜骨的a線/b線比值比正常嬰幼兒的大，并且隨著年齡的增長，a線/b線比值相對穩(wěn)定[8，9]。下頜骨a線/b線比值越大，AHI越大、LSaO2越低，即下頜骨骨性平面小，睡眠呼吸暫停癥狀越嚴重。通過本研究發(fā)現下頜骨異常是OSA患者上氣道骨性結構異常的重要影響因素之一，這與紀雪霞等人[10]的研究結果相一致。

OSA可以引起高血壓、糖尿病、心腦血管疾病等，且易導致睡眠結構紊亂、白天嗜睡、注意力不集中，如不及時治療嚴重生活質量、導致患者重要臟器功能受損、增加死亡的風險。因部分OSA患者單純進行上氣道軟組織手術不能改善患者的病情，從而出現各種上氣道骨性結構異常的矯正手術。目前常用的頜骨手術有：雙頜前徒術、下頜前徒術、頦前徒術。雙頜前徒術雖然治療效果好，但手術創(chuàng)傷比較大，并且上頜骨的矯正手術會導致臉型的改變[11，12]。下頜前徒術使下頜骨前移、舌后氣道擴大，但會導致上下牙齒咬合關系發(fā)生改變[13]。頦前徒術相當于間接增加b線長度，改善舌根水平的氣道狹窄，并且保持下頜骨形態(tài)基本正常，但此術式僅適用于下頜后縮、小下頜的患者[14，15]。每種手術方式都有各自的優(yōu)勢和局限性。從醫(yī)學整形角度方面來看，上頜骨矯正手術易導致臉型明顯改變，因此不能被患者接受，而下頜骨矯正手術屬于微整形手術，因此易被患者接受。目前我們正在與多學科合作，運用3D打印技術進行下頜骨矯正，治療OSA患者上氣道骨性結構異常的臨床研究：在3D打印實體樹脂模型上進行設計改造截骨大小或修補材料的形態(tài)，通過逆向工程軟件Mimics16.0，獲得矯正后的下頜骨三維解剖數字模型，打印3D實體樹脂模型后再進行數據測量和評估，必要時定制鈦合金植入體，并通過3D實體樹脂模型確定頦孔的位置及間寬，截骨時減少血管和神經的損傷。3D技術在矯正骨性Ⅱ類錯合畸形的情況下改善通氣，從而提高下頜骨手術的精準性，達到“改善顏面部美觀”與“減輕打鼾缺氧癥狀”兩大目標。

綜上所述，下頜骨結構異常是OSA患者上氣道骨性結構異常的重要影響因素之一。3D打印可以制作個體化的患者下頜骨解剖模型，準確、清晰地還原下頜骨內側面、外側面的結構，為制定手術方案提供直觀的演示，便于術前討論以及更好的與患者溝通，3D打印技術為術前設計截骨大小、移位方向、植入體的形狀提供實物模型，對制定個體化手術方案、降低手術風險有重要意義。