骨性Ⅲ類患者正頜手術后上氣道變化預測方法的研究現狀

龔依玲,樊 蓉,常 新

骨性Ⅲ類錯牙合畸形是一種常見的錯牙合畸形,其病因被歸因于環境因素和遺傳因素,特征是矢狀向不調,通常伴有上頜發育不足、下頜發育過度或者二者兼有。對于嚴重的骨性Ⅲ類或者對面型要求較高的患者來說,生長改良或掩飾性治療已不能解決問題,此時,選擇正畸-正頜聯合治療是臨床中一種很好的方法。然而,正頜手術不但會對頜骨的位置和形態產生影響,同時也會對舌骨及附著的肌肉組織造成一定影響,進而導致氣道體積減小[1]。在正頜手術中,單純雙側下頜支矢狀劈開術(bilateral sagittal splitting osteotomy,BSSRO)可導致咽氣道間隙(pharyngeal airway space, PAS)縮窄,而如果配合上頜LefortⅠ型截骨術前移,可以有效緩解上氣道總容積的變化,從而減小患者因上氣道容積減小導致阻塞性睡眠呼吸暫停綜合征(obstructive sleep apnea-hypopnea syndrome, OSAHS)發生的風險[2-3]。2021年,Kang等[4]研究發現,在Ⅲ類錯牙合畸形患者中,單純的下頜后退手術比雙頜手術在咽部氣道的減少方面會更明顯,并且雙頜手術在術后氣道的穩定性方面更佳。因此,術前有效地評估氣道,并將其納入手術計劃是非常重要的。

1 骨性Ⅲ類錯牙合畸形患者的上氣道結構特點

1.1 上氣道的概念

上氣道是由鼻腔和口腔向下延續至喉部環狀軟骨的呼吸通道,與顱頜面牙列解剖關系鄰近,使二者之間相互影響。國內外眾多學者把氣道分為四個部分:鼻咽、腭咽、舌咽和喉咽。鼻咽為自上氣道穹窿頂至軟腭平面;腭咽為自軟腭平面至軟腭尖;舌咽為自軟腭尖至會厭上緣平面;喉咽為會厭上緣平面至食管頸部。

1.2 骨性Ⅲ類患者的上氣道結構特點

Iwasaki等[5]對骨性Ⅰ類和Ⅲ類的兒童分別進行了錐形束CT掃描,測量了口咽腔的長度、面積、寬度等參數,通過分析測量得出結論,骨性Ⅲ類兒童口咽腔氣道較其他患者更寬大。而在一項對白種人骨性Ⅲ類患者和正常人鼻腔軟組織的比較研究中,Martin等[6]發現骨性Ⅲ類患者的鼻腔特征存在性別差異,成年男性的腺樣體和上氣道長度明顯大于女性患者。在骨性Ⅲ類患者中,顱底長度和鼻咽形態之間有直接關系。Hong等[7]的研究結果表明骨性Ⅲ類患者咽氣道下部分的橫截面積和咽氣道上部的容積明顯大于骨性Ⅰ類錯牙合畸形患者。與此同時,Bozzini等[8]在2018年的研究中發現,在骨性Ⅲ類錯牙合畸形的患者中,男性的氣道容積增加,而女性患者的氣道容積與Ⅰ類患者的氣道容積相似。有些學者的研究發現ANB角的改變不影響咽部結構的大小,矢狀向頜骨的形態似乎不影響上氣道尺寸的變化,并且男性和女性在咽部結構維度上差異無統計學意義[9]。綜上所述,骨性Ⅲ類錯牙合畸形患者的上氣道更寬大,尤其是男性患者。

對于骨性Ⅲ類高角患者,吳劍豪等[10]研究發現由于矯治復雜、垂直向異常嚴重,患者喉咽橫截面積及體積較正常人小,腭咽橫截面積及體積較大,故在正頜手術過程中應關注上氣道中下段體積,減小醫源性阻塞性睡眠呼吸暫停低通氣綜合征發生的風險。

2 上氣道的測量

X線頭影測量(X-ray cephalometric measure-ment)、MRI、聲反射、錐形束計算機斷層掃描(cone-beam computed tomography,CBCT)以及光纖維喉鏡等技術都可以作為評估氣道的有效手段,然而,有的氣道評估設備費用昂貴、操作繁瑣,并非所有的醫療機構都能使用,所以我們列出2種目前常用的氣道評估方法。

2.1 X線頭影測量

2.1.1 優點

頭影測量分析能夠研究顱頜面部的生長模式、解剖形態、進行硬組織和軟組織分析,以及協助制定正畸治療、正頜外科、正畸-正頜聯合治療計劃[11]。具有放射劑量小、費用低等優點。頭影測量值與下頜角度的增加或減少、上頜骨和下頜骨的矢狀差異以及面部高度的差異有關,同時涉及口腔和鼻腔系統的功能變化以及咬合變化[12-13]。此外,這些形態特征也可以觀察到氣道的變化[14]。與3D技術相比,基于X線頭顱側位片(lateral cephalographic radiographs,LCR)上氣道測量的準確性是一個有爭議的領域。部分學者認為,基于二維層面上的LCR與三維層面上的CBCT對上氣道的長度和矢狀面尺寸的測量具有相當的準確性[15]。同樣的,Ravelo等[16]研究發現二維的頭影測量分析和三維層面上的分析在氣道的診斷方面幾乎無差異;Savoldi等[17]則認為兒童的上氣道和舌骨位置的測量在LCR上非常可靠。所以,X線頭影測量在二維層面的上氣道測量方面的準確率較高,有一定的參考價值。

在正畸醫生廣泛使用錐形束CT之前,他們以頭顱側位片作為上氣道分析的主要手段,積累了很多寶貴的資料,得出了很多結論和成果。然而在現代臨床中,CBCT和專用的三維重建軟件是測量和分析上氣道的最佳工具,本文在后續將對其進行介紹。

2.1.2 缺點

在CBCT用作氣道測量工具之前,研究人員主要使用X線頭顱側位片進行氣道的測量分析,但是其只能提供三維解剖結構的二維圖像。X線頭顱側位片雖然能很好地顯示骨骼結構,但對軟組織成像的敏感性較差,這會影響頭影測量中定點的準確性和測量分析的精確度。正畸醫生只有在正中矢狀面上能測量到氣道的長度和矢狀面尺寸,無從獲得其他平面上的三維數據。頭影測量分析僅能測量氣道的高度以及作為篩選工具來識別氣道的最小矢狀面尺寸,但無法測量和分析氣道的體積以及橫截面積。故頭影測量分析僅能初步判斷患者是否有氣道狹窄等問題,之后還需要進一步結合CBCT圖像來分析結果。

2.2 錐形束計算機斷層掃描

CBCT首次用于上氣道的測量研究,是在2009年由Aboudara等[18]實施。

CBCT作為一種三維診斷工具,由于其與LCR和MRI相比具有顯著的優勢,被越來越多的人使用。CBCT的優點包括輻射劑量較低、患者定位標準化、圖像質量高、無結構疊加以及成本效益比更高[19-20]。使用基于CBCT的三維評估可以更好地實現對氣道特征的綜合評估[21]。研究顯示,患者姿勢位的差異會影響X線頭顱側位片測量上氣道的精確性[22]。與頭顱定位側位X線片相比,三維測量比二維圖像更能精確地評估上氣道的橫截面積和容積。3D層面能夠對橫向和縱向研究中上氣道的形態進行計算,建模及定量分析,并能夠評估生長和治療對上氣道形態、大小的影響。上氣道任何部位的橫斷面僅通過CBCT的橫斷面便能進行計算,軟件可以明確界定氣道最狹窄區域,橫斷面可以明確界定氣道邊界的周長。三維技術獨特的工具之一是能夠進行氣道分割,通過調整閾值,軟硬組織和氣道結構可以被區分與分割。研究者或臨床醫生可以通過使用軟件計算程序,在特定的氣道分割段或總氣道放置增長種子點來分割氣道,測量氣道的體積或面積。因此,CBCT逐漸被用于評價正頜手術引起的氣道容積改變[23]。

3 正頜手術治療前后氣道容積變化

3.1 單頜手術

雙側下頜骨升支矢狀劈開截骨后退術作為治療下頜前突畸形的經典術式,其臨床療效已得到肯定,但會引起上氣道縮小,這一問題已引起廣泛關注。根據2019年On等[24]的研究表明,在骨性Ⅲ類患者中,雙側下頜骨升支矢狀劈開截骨后退術術后可以導致咽氣道間隙(PAS)的相對縮小,手術后睡眠質量有下降的可能。2020年,Yang等[25]對12例無OSAHS癥狀的骨性Ⅲ類患者進行研究,這些患者被進行了平均11.08 mm的下頜骨大幅度后退術,術后上氣道各段的容積及橫截面積均明顯減少,其中4例出現OSAHS發作。并且,當下頜后退15 mm時人工模擬的氣道塌陷會引起氣流動力學上的顯著惡化,可能造成OSAHS的發生[26]。Irani[27]在2018年的研究中也有類似的發現,當進行了單純下頜后退術后,口咽和喉咽部容積有明顯的縮小,舌骨的位置術后出現向后移動的趨勢。

因此,在骨性Ⅲ類患者的正頜手術中,僅通過BSSRO來后退下頜會使上氣道的容積變小,其帶來的影響是無法避免的。

3.2 雙頜手術

當下頜骨后退量較大時,可以考慮改行雙頜手術,使用單純BSSRO的同時,配合上頜LefortⅠ型截骨術前移,必要時行頦成形術,將相對移動量平均在上、下頜骨兩部分,以減少下頜骨后退的幅度,從而盡可能避免術后OSAHS癥狀發生的風險[28]。

有的學者認為,雙頜手術和單頜手術相比,其對上氣道的影響小,預后較好。2019年,Havron等[29]對71例骨性Ⅲ類畸形者行上頜前徙合并下頜后退術,平均前徙上頜骨4.5 mm,后退下頜骨5.6 mm,經CBCT測量發現術后上氣道容積增加5.31 cm3。雖然下頜后退術使上氣道縮小,但同期前徙上頜骨,使腭平面以上的氣道容積增加,在一定程度上減輕甚至抵消了下頜后退術對上氣道的不利影響。2018年Yang等[30]研究發現,單頜手術和雙頜手術后腭咽、舌咽、喉咽的減小都很顯著,單頜手術減小更加明顯,并解釋了腭咽部減小可能是由于下頜后退,為了保持腭咽閉合,軟腭就會向下向后延伸,腭咽隨之變小。AlQahtani等[31]在2021年的研究中認為對18～22歲骨性Ⅲ類錯牙合的患者來說,雙頜手術是更加優越的治療方法,因為它具有減少口咽氣道復發的作用以及糾正和預防骨性Ⅲ類患者阻塞性睡眠呼吸暫停的能力。單頜手術最有可能在短期復發,長期復發的可能性較小,雙頜手術在短期和長期基礎上都表現出相對的穩定性。需要進一步的前瞻性縱向研究來證實這些發現[32]。

另外一些學者認為,雙頜手術與單頜手術在上氣道容積減小方面并無明顯差異。雖然在雙頜手術中上頜骨被向前推進,但上氣道容積的整體減少并沒有明顯改善,正頜術后舌部和喉部氣道容積依然明顯降低[33]。與單獨接受下頜退縮的患者相比,接受雙頜手術的患者術后在氣道容量、最小軸向面積、最小軸向面積的位置或舌后軸向面積方面沒有其他顯著差異[29]。上頜LefortⅠ型截骨術中前移量較少時,在上氣道中鼻咽段的容積在術前術后差異不大[34]。然而,當上頜骨前徙量>2 mm的時候,鼻咽段的氣道容積將會顯著增加13%～21%[35]。

考慮到不同的正頜手術術式對上氣道的影響不同,術前對上氣道的評估對正頜手術術式的選擇有一定的臨床指導意義。

4 現有的正頜手術術前氣道的預測方法

正頜手術的成功離不開良好的手術技術和詳細的手術計劃[36-38]。Riley等認為,上氣道的最窄界面<11 mm,下頜平面到舌骨距離>15.4 mm,這兩個條件已被確定為OSAHS的風險因素[39]。所以,術前有效預測氣道,對防止術后出現OSAHS來說至關重要。現有的預測主要是在二維層面上開展的,而三維層面上的預測還停留在理論階段。

4.1 二維層面的數學模型預測

二維規劃目前被認為是評估和預測正頜手術結果的標準方法[40-41],其主要在頭顱側位片上進行,學者們通過術前術后頭顱側位片上的ANB、Go-Gn和SN-GoGn等值的變化,并結合數學統計方法,得出多元回歸方程來進行預測。本文將列舉兩組學者的具體預測過程,對二維層面的預測進行說明。

Chen等[39]對23名被診斷為骨性Ⅲ類錯牙合畸形的女性成年人進行分析,提出一個數學模型來預測與下頜骨后退手術相關的咽部氣道空間(PAS)的變化。他們分別在術前6個月(T1)和術后12～18個月(T2)對其試驗對象進行了側位頭影檢查,然后根據ANB角、下頜總長度(Go-Gn)和SN-GoGn在術前術后的變化,配合SPSS,得出多元回歸方程,即PAS減少的程度=0.386-0.541ANB(T1-T2)+0.253Co-Gn(T1-T2)-0.098SN-GoGn(T1-T2),最終預測出下頜后退手術后PAS的變化。如果術后PAS的預測值顯示有發生OSAHS的風險,那么外科醫生應考慮原手術計劃以外的其他選擇。

Muto等[42]則是提出另一種預測方法。他們通過C3-Me(第三頸椎前下點到頦下點的距離)的變化來預測術后PAS-TP(舌背和咽后壁之間的最小咽氣道空間)。他們同樣也是以骨性Ⅲ類的成年女性為研究對象,并且以ANB、Go-Gn和SN-GoGn等3個骨骼變量的變化為最重要參數來預測上氣道變化。根據治療前和術后1年的2張X線頭顱側位片中C3-Me的變化來預測,預測公式為PAS-TP=a+0.402(b-c),其中a為術前PAS-TP;b為術后C3-Me;c為術前C3-Me。其得出的預測值和實測值的平均值幾乎相同,兩者之間的差異在±1.5 mm范圍內。

以上兩組預測都是在二維層面上進行的,都有比較可觀的準確性和參考價值,對防止術后OSAHS的發生很有幫助。

4.2 虛擬手術計劃(virtualsurgical planning,VSP)

虛擬手術設計不但可以在二維或三維層面上分析牙弓和周圍骨骼結構,還能利用Dolphin Imaging和Mimics軟件,模擬不同的正頜外科手術項目,并通過使用三維打印的手術導板將虛擬手術項目轉移到真實手術中來預測相應的結果[43]。二維層面上用VSP預測咽氣道間隙是一種可行的臨床工具,對牙頜面畸形患者的手術治療具有良好的預測價值[44]。三維層面上可以將來自CT掃描的DICOM數據和來自牙弓掃描的STL數據擬合,構建精確的顱頜面-牙列模型。在全面三維分析后,運用Dolphin Imaging 11.7和Mimics 10.01軟件進行虛擬手術設計和模擬。來自CT掃描的DICOM數據和來自牙弓掃描的STL數據可以在三維層面上進行調整,以創建顱頜面牙列的精確模型。在進行完整的三維分析后,Dolphin Imaging和Mimics軟件被用于虛擬規劃和模擬手術。上氣道在Mimics軟件上可以先分為鼻咽、腭咽、舌咽和喉咽,然后分別找到每段的最窄截面,用軟件進行測量分析。在軟件上預測術后上氣道的最小值,選擇合適的術式,以防止患者醫源性OSAHS的發生。最后使用三維打印導板轉移,虛擬手術設計被成功轉移至實際手術中,建立讓患者滿意的面型和咬合。VSP不但促進了正畸醫生和正頜外科醫生的自主性,而且還模擬不同的技術,以便為患者獲得最好的治療[23]。

然而,有的學者對VSP的精確性持懷疑態度。2020年,劉燕菲等[45]發現,將軟件中的虛擬設計轉移到實際手術中的方式方法不同可能會影響正頜術后實際效果的精確性,正因如此,我們需要對不同轉移手段進行比較分析,選擇出最佳方法,提高虛擬設計的預測性。盡管目前我們擁有了新的3D技術,仍然沒有絕對可靠的技術來預測正頜手術,也不能完全準確地預測正頜術后阻塞性睡眠呼吸暫停綜合征發生的可能性。因此,正頜手術計劃的準確性還有待進一步研究。

關于骨性Ⅲ類患者正頜手術后氣道的變化的文獻資料,多為報告術前術后氣道各段的差異以及不同術式對氣道的影響,關于上氣道預測方面的文章少之又少,目前大多數研究還僅停留在二維層面。在今后的正畸治療和正畸與頜面外科聯合治療中,研究人員必將更加重視正頜手術前后的上氣道容積變化,并且更加全面、清晰地了解患者的上氣道狀況,上氣道有效的術前預測必將成為新的研究熱點。