非綜合征唇腭裂患者與骨性Ⅲ類人群的上氣道三維結構分析研究

肖語歡,侯 偉,施佳麗,劉 飛,王震東,周薇娜

上氣道是指從鼻腔到會厭部位長12～14 cm的頜面部生理結構,一般被分為鼻咽段、口咽段、喉咽段這3個部分[1]。上氣道三維結構和功能的異常嚴重影響著人們正常的呼吸和睡眠容易導致阻塞性睡眠,易造成阻塞性睡眠呼吸暫停綜合征(obstructive sleep apnea syndrome,OSAS)的發生[2-3]。

OSAS是一種常見的與睡眠相關的呼吸障礙,表現為患者在睡眠時上氣道反復出現狹窄和塌陷,容易伴發高碳酸血癥、低氧血癥等一系列病理變化,嚴重影響患者的生活質量,甚至造成窒息死亡的風險[4]。研究發現唇腭裂患者常因其異常的顱頜面形態和生理功能而造成上氣道的狹窄:如在形態上存在上頜后縮、面中塌陷、鼻部畸形等問題,即使是在完成上頜牽引或者唇腭裂等相關手術后也會對上氣道的結構造成一定的影響,最終導致OSAS的發生。各項研究表明,目前OSAS發病人群亦逐漸年輕化[5-8]。因此,分析唇腭裂上氣道各段特征以及對比骨性Ⅲ類正常人群有著十分重要的臨床意義。

隨著各種分析軟件的發展,錐形術CT(cone beam computed tomography,CBCT)由于其具有較高的空間分辨率、較快的成像速度、較低的輻射劑量,具有易于區分軟硬組織和上氣道邊界的優勢,常被選擇用于定量測量上氣道的三維結構和評估OSAS[9-12]。

本文采集非綜合征唇腭裂(non-syndromic cleft lip,NSCLP)患者與骨性Ⅲ類人群的CBCT數據,并使用Dolphin 3D 11.9軟件比較二者異同之處,探討NSCLP患者上氣道CBCT三維分析研究。

1 資料與方法

1.1 一般資料

從2014—2018年南京醫科大學附屬口腔醫院正畸科就診的患者中,選擇非綜合征唇腭裂患者(試驗組)51例,男37例,女14例,年齡9～30歲,平均(17.4±5.93)歲;骨性Ⅲ類患者(對照組)50例,男36例,女14例,年齡9～30歲,平均(17.24±5.82)歲。納入患者均得到南京醫科大學倫理委員會的批準(南醫口院倫審PJ2014-083-001)。

試驗組納入標準:有單側或雙側唇腭裂并于18個月齡之前已行唇腭裂修復術;對照組納入標準:①頭影測量指標:ANB<0.7°,SNA<78.2°,SNB<84°;②側貌為上頜后縮且下頜正常者。兩組患者均滿足:①無顳下頜關節病癥狀及病史,無明顯的面部偏斜,未接受過正畸治療;②無慢性鼻炎、咽炎、顱骨-鎖骨發育綜合征等病史;③無頜面部其他疾患,如外傷、腫瘤等;④無遺傳性疾病、認知缺陷、神經肌肉疾病;⑤CBCT拍攝時,頭顱和頸部位置正中,無明顯偏斜。

1.2 方法

1.2.1 CBCT數據采集 采用本院放射科的CBCT機器(New Tom,CT-5G,意大利)進行顱頜面掃描拍攝。圖像均在2.86 mA、110 kV,4.8 s曝光,18 cm×16 cm視野,軸向厚度為0.3 mm和軸向數據為540個圖像的條件下拍攝。

掃描條件:研究對象由同一名技師使用同一臺CBCT機器拍攝。拍攝時,患者處于清醒、仰臥位、平靜呼吸狀態,不能有發聲及吞咽動作,頭顱和頸部處于正中位置,牙尖交錯位咬合,頭照線與聽眥線平行。

1.2.2 測量項目 選取11個上氣道測量指標進行研究,將上呼吸道分為咽部氣道和鼻氣道兩部分,咽部氣道進一步分為鼻咽、腭咽和舌咽3段(圖1、2):①前鼻棘平面:鼻咽段—上界為上氣道穹隆頂至下界;②軟腭尖平面:腭咽段—上界為前鼻棘平面到下界;③會厭頂平面:舌咽段—上界為軟腭尖平面到下界。上氣道的前、后界分別為咽部軟組織前、后壁,在鼻咽段上氣道前界為經過后鼻棘點垂直于眶耳平面的垂線,后界為鼻咽的軟組織后壁。上氣道上界為鼻咽段上氣道穹窿頂,下界為會咽頂平面[13-15]。運用Dophin軟件進行測定研究,測量項目見表1。

圖1 上氣道各段分界Fig.1 Dividing lines used in upper airway segments

圖2 上氣道各段的三維模型Fig.2 Three-dimensional model of the upper airway segments

表1 上氣道測量項目Tab.1 Upper airway measurements

1.2.3 測量方法 所有CBCT圖像存儲格式為醫學數字圖像通訊標準存儲DICOM格式,應用Dolphin 3D 11.9(Dolphin Imaging and Management Solutions,Chatsworth,CA)軟件對掃描數據進行三維圖像多平面重建(圖3),并采用以下方法統一校準定位。①水平向:非裂隙側眶下點下緣和外耳道上緣定義的眶耳平面。②矢狀向:通過鼻根點并垂直于眶耳平面的中軸平面。③垂直向:通過兩側顴弓前頂點連線和垂直于眶耳平面的平行平面。

圖3 圖像三維校準定位Fig.3 Images of 3D calibration and positioning

所有圖像三維校準定位完成后,在Dolphin軟件的Sinus/ Airway Measurement模塊下進行上氣道三維重建和分段結構分析,并設置Sensitivity閾值參數恒定不變(圖4)。

圖4 上氣道三維重建Fig.4 Images of 3D reconstruction of the upper airway

定點由同一名正畸醫師完成,并使用Dolphin軟件的定點校正功能,測量及計算均由Dolphin軟件自動識別和運算。為減少試驗誤差,每張CBCT片間隔 1周重復定點,測量3次,前后測量結果取均值,并通過組內相關系數(ICC)檢驗測量項目與測量者之間的一致性和可靠性。

1.3 統計學分析

通過ICC檢驗測量項目與測量者之間的一致性和可靠性;采用兩獨立樣本t檢驗比較NSCLP患者和骨性Ⅲ類人群上氣道各段的體積、最小橫截面積和高度,運用SPSS 25.0統計軟件進行分析,P<0.05表示差異有統計學意義。

2 結 果

2.1 組內相關系數

測量結果可靠性檢測ICC值為93.4%,均>75%,表示測量項目與測量者之間一致性和可靠性優秀,可重復性好。

2.2 上氣道各段體積對比

試驗組和對照組的上氣道各段體積對比:試驗組患者鼻咽段、舌咽段體積及總體積均大于對照組,無統計學差異(P>0.05);腭咽段小于對照組,無統計學差異(P>0.05)(表2)。

表2 上氣道三維結構NSCLP患者與骨性Ⅲ類人群上氣道的比較Tab.2 Comparison of three-dimensional structure of upper airway volume between NSCLP patients and skeletal Class Ⅲ population

2.3 上氣道各段最小橫截面積對比

試驗組和對照組的上氣道各段最小橫截面積對比:試驗組患者鼻咽段最小橫截面積大于對照組且有統計學意義(P<0.01);腭咽段最小橫截面積大于對照組,但無統計學意義(P>0.05);舌咽段最小橫截面積小于對照組,但結果無統計學意義(P>0.05)(表2)。

2.4 上氣道各段高度對比

試驗組和對照組的上氣道各段高度對比:試驗組患者鼻咽段高度與對照組近似相等(P>0.05);腭咽段高度小于對照組且有統計學意義(P<0.01);舌咽段高度大于對照組,但差異無統計學意義(P>0.05);試驗組總高度小于對照組,且差異有統計學意義(P<0.01)(表2)。

3 討 論

唇腭裂患者因先天畸形影響,常累及鼻骨、上頜骨、軟腭、咽部及上氣道,上頜骨的生長發育往往受到抑制,表現為上頜發育不足[16]。因此,在正畸學中,唇腭裂患者常被診斷為骨性Ⅲ類和/或安氏Ⅲ類,其臨床表現為前牙反牙合、擁擠及上頜后縮而下頜相對正常等,現臨床最主要的治療方法為手術治療。除了唇腭裂患者本身存在的顱頜面結構異常,并伴隨軟硬組織的缺損和裂隙、鼻腔解剖結構異常外,修復手術為關閉異常間隙通常會不同程度縮小鼻咽腔的大小,導致鼻腔通氣分流的減少。最終,先天的結構異常和后天修復所造成的功能欠缺會提高阻塞性睡眠呼吸暫停綜合征的發病率。

目前,國內關于非綜合征唇腭裂患者與骨性Ⅲ類人群的上氣道三維分析對比研究較少,主要包括:骨性Ⅲ類人群與Ⅰ類及Ⅱ類人群的上氣道三維分析[17-18];骨性Ⅲ類人群行正頜手術治療前后的上氣道變化[19-20];骨性Ⅲ類人群經前方牽引裝置治療前后,其上氣道三維分析的變化等[21]。在氣道體積方面,本試驗結果顯示發現NSCLP患者與骨性Ⅲ類人群的氣道各段體積差異無統計學意義(P>0.05),這與Erta等的研究結果[22]相似,但其認為唇腭裂人群的氣道鼻咽段體積大于對照組且有統計學意義(P<0.05)。我們通過分析,發現是測量方法存在差異。Erta等將鼻咽段上氣道前界定義為ANS和鼻骨頂點連線,后界為S點和PNS連線,上界為N點和S點連線,下界為ANS和PNS連線。該方法將整個鼻腔都列入測量范圍,測量范圍變大。同時,由于唇腭裂患者鼻咽部軟組織畸形和組織缺損,測量結果并不穩定和準確。本研究參照國內外試驗測量方法[23],將鼻咽段上氣道前界定義為經過PNS點垂直于眶耳平面的垂線,后界為鼻咽的軟組織后壁,上界為鼻咽段上氣道穹窿頂,下界為ANS平面。因此,測量方法的改進和統一,對于氣道研究極其重要。

在氣道最小橫截面積方面,結果顯示NSCLP患者大于骨性Ⅲ類人群且有統計學意義(P<0.05);氣道的橫截面積可以幫助分析氣道的三維結構,其與呼吸功能更具相關性。這與Chen等的研究[24]相互印證:即最小橫截面積是氣流限制及氣道塌陷的關鍵指標,與OSAS有直接影響。另一方面,Celikoglu等[25]、Karia等[26]認為氣道體積與氣道最小橫截面積呈正相關,氣道體積越大,相應的氣道最小橫截面積也將變大。雖然二者鼻咽段體積并無統計學差異,但NSCLP患者鼻咽段最小橫截面積較大,此與唇腭裂軟腭及咽部的組織結構破壞密切相關,同時也側面印證了Erta等的研究結果[22]。

在氣道高度方面,骨性Ⅲ類人群的腭咽段及總高度均大于NSCLP患者且差異有統計學意義(P<0.01)。主要原因為,唇腭裂破壞了上頜骨、軟、硬腭及咽部的正常解剖結構,功能上存在腭咽閉合不全,這對腭咽段氣道高度產生不利影響[27],從而導致氣道高度變短。

關于本研究對照組的納入標準是上頜后縮且下頜正常的骨性Ⅲ類人群,其原因如下:首先骨性Ⅲ類可表現為三種類型包括上頜后縮和/或下頜正常、上頜正常和/或下頜前突,以及上頜后縮和/或下頜前突等。因此,必須明確選取同一類型的骨性Ⅲ類人群,以確保對照組內樣本的統一性;其次NSCLP患者受先天發育畸形影響,其上頜骨生長發育常受到抑制,而下頜骨生長發育則相對正常,常表現為上頜后縮且下頜正常的骨性Ⅲ類,選取相似的骨性Ⅲ類人群,以確保組間二者樣本的同質性,增加試驗結果的可靠性及穩定性,以便準確分析唇腭裂患者的上氣道三維結構特征。

本文研究結合的軟件為Dophin軟件,它可以較準確的測量出氣道這個三維結構中的二維線段。El等[28]通過軟件研究使用發現Dolphin 3D軟件可以通過軟硬組織與氣道的閾值差異來自動識別氣道范圍,并計算氣道體積,相對于手動分割的人為誤差,自動分割為更為準確。更重要的是,Dophin軟件可以用于多次測量相應位置的多個片段,測量后取平均值,以此減少測量誤差。

綜上,本研究通過測量并對比上氣道各段體積、上氣道最小橫截面積和上氣道各段高度,分析探討上氣道的三維結構的差異。結果顯示NSCLP患者與骨性Ⅲ類人群在鼻咽段及腭咽段有著較為顯著的差異,而在舌咽段兩者結果相似,說明NSCLP患者的氣道結構異常主要集中在鼻咽段及腭咽段。因此,唇腭裂患者呼吸問題與氣道結構異常存在相關性,同時也受其他功能性因素影響,其呼吸問題需要多學科診斷及配合治療。