非综合征唇腭裂患者与骨性Ⅲ类人群的上气道三维结构分析研究

肖语欢,侯 伟,施佳丽,刘 飞,王震东,周薇娜

上气道是指从鼻腔到会厌部位长12～14 cm的颌面部生理结构,一般被分为鼻咽段、口咽段、喉咽段这3个部分[1]。上气道三维结构和功能的异常严重影响着人们正常的呼吸和睡眠容易导致阻塞性睡眠,易造成阻塞性睡眠呼吸暂停综合征(obstructive sleep apnea syndrome,OSAS)的发生[2-3]。

OSAS是一种常见的与睡眠相关的呼吸障碍,表现为患者在睡眠时上气道反复出现狭窄和塌陷,容易伴发高碳酸血症、低氧血症等一系列病理变化,严重影响患者的生活质量,甚至造成窒息死亡的风险[4]。研究发现唇腭裂患者常因其异常的颅颌面形态和生理功能而造成上气道的狭窄:如在形态上存在上颌后缩、面中塌陷、鼻部畸形等问题,即使是在完成上颌牵引或者唇腭裂等相关手术后也会对上气道的结构造成一定的影响,最终导致OSAS的发生。各项研究表明,目前OSAS发病人群亦逐渐年轻化[5-8]。因此,分析唇腭裂上气道各段特征以及对比骨性Ⅲ类正常人群有着十分重要的临床意义。

随着各种分析软件的发展,锥形术CT(cone beam computed tomography,CBCT)由于其具有较高的空间分辨率、较快的成像速度、较低的辐射剂量,具有易于区分软硬组织和上气道边界的优势,常被选择用于定量测量上气道的三维结构和评估OSAS[9-12]。

本文采集非综合征唇腭裂(non-syndromic cleft lip,NSCLP)患者与骨性Ⅲ类人群的CBCT数据,并使用Dolphin 3D 11.9软件比较二者异同之处,探讨NSCLP患者上气道CBCT三维分析研究。

1 资料与方法

1.1 一般资料

从2014—2018年南京医科大学附属口腔医院正畸科就诊的患者中,选择非综合征唇腭裂患者(试验组)51例,男37例,女14例,年龄9～30岁,平均(17.4±5.93)岁;骨性Ⅲ类患者(对照组)50例,男36例,女14例,年龄9～30岁,平均(17.24±5.82)岁。纳入患者均得到南京医科大学伦理委员会的批准(南医口院伦审PJ2014-083-001)。

试验组纳入标准:有单侧或双侧唇腭裂并于18个月龄之前已行唇腭裂修复术;对照组纳入标准:①头影测量指标:ANB<0.7°,SNA<78.2°,SNB<84°;②侧貌为上颌后缩且下颌正常者。两组患者均满足:①无颞下颌关节病症状及病史,无明显的面部偏斜,未接受过正畸治疗;②无慢性鼻炎、咽炎、颅骨-锁骨发育综合征等病史;③无颌面部其他疾患,如外伤、肿瘤等;④无遗传性疾病、认知缺陷、神经肌肉疾病;⑤CBCT拍摄时,头颅和颈部位置正中,无明显偏斜。

1.2 方法

1.2.1 CBCT数据采集 采用本院放射科的CBCT机器(New Tom,CT-5G,意大利)进行颅颌面扫描拍摄。图像均在2.86 mA、110 kV,4.8 s曝光,18 cm×16 cm视野,轴向厚度为0.3 mm和轴向数据为540个图像的条件下拍摄。

扫描条件:研究对象由同一名技师使用同一台CBCT机器拍摄。拍摄时,患者处于清醒、仰卧位、平静呼吸状态,不能有发声及吞咽动作,头颅和颈部处于正中位置,牙尖交错位咬合,头照线与听眦线平行。

1.2.2 测量项目 选取11个上气道测量指标进行研究,将上呼吸道分为咽部气道和鼻气道两部分,咽部气道进一步分为鼻咽、腭咽和舌咽3段(图1、2):①前鼻棘平面:鼻咽段—上界为上气道穹隆顶至下界;②软腭尖平面:腭咽段—上界为前鼻棘平面到下界;③会厌顶平面:舌咽段—上界为软腭尖平面到下界。上气道的前、后界分别为咽部软组织前、后壁,在鼻咽段上气道前界为经过后鼻棘点垂直于眶耳平面的垂线,后界为鼻咽的软组织后壁。上气道上界为鼻咽段上气道穹窿顶,下界为会咽顶平面[13-15]。运用Dophin软件进行测定研究,测量项目见表1。

图1 上气道各段分界Fig.1 Dividing lines used in upper airway segments

图2 上气道各段的三维模型Fig.2 Three-dimensional model of the upper airway segments

表1 上气道测量项目Tab.1 Upper airway measurements

1.2.3 测量方法 所有CBCT图像存储格式为医学数字图像通讯标准存储DICOM格式,应用Dolphin 3D 11.9(Dolphin Imaging and Management Solutions,Chatsworth,CA)软件对扫描数据进行三维图像多平面重建(图3),并采用以下方法统一校准定位。①水平向:非裂隙侧眶下点下缘和外耳道上缘定义的眶耳平面。②矢状向:通过鼻根点并垂直于眶耳平面的中轴平面。③垂直向:通过两侧颧弓前顶点连线和垂直于眶耳平面的平行平面。

图3 图像三维校准定位Fig.3 Images of 3D calibration and positioning

所有图像三维校准定位完成后,在Dolphin软件的Sinus/ Airway Measurement模块下进行上气道三维重建和分段结构分析,并设置Sensitivity阈值参数恒定不变(图4)。

图4 上气道三维重建Fig.4 Images of 3D reconstruction of the upper airway

定点由同一名正畸医师完成,并使用Dolphin软件的定点校正功能,测量及计算均由Dolphin软件自动识别和运算。为减少试验误差,每张CBCT片间隔 1周重复定点,测量3次,前后测量结果取均值,并通过组内相关系数(ICC)检验测量项目与测量者之间的一致性和可靠性。

1.3 统计学分析

通过ICC检验测量项目与测量者之间的一致性和可靠性;采用两独立样本t检验比较NSCLP患者和骨性Ⅲ类人群上气道各段的体积、最小横截面积和高度,运用SPSS 25.0统计软件进行分析,P<0.05表示差异有统计学意义。

2 结 果

2.1 组内相关系数

测量结果可靠性检测ICC值为93.4%,均>75%,表示测量项目与测量者之间一致性和可靠性优秀,可重复性好。

2.2 上气道各段体积对比

试验组和对照组的上气道各段体积对比:试验组患者鼻咽段、舌咽段体积及总体积均大于对照组,无统计学差异(P>0.05);腭咽段小于对照组,无统计学差异(P>0.05)(表2)。

表2 上气道三维结构NSCLP患者与骨性Ⅲ类人群上气道的比较Tab.2 Comparison of three-dimensional structure of upper airway volume between NSCLP patients and skeletal Class Ⅲ population

2.3 上气道各段最小横截面积对比

试验组和对照组的上气道各段最小横截面积对比:试验组患者鼻咽段最小横截面积大于对照组且有统计学意义(P<0.01);腭咽段最小横截面积大于对照组,但无统计学意义(P>0.05);舌咽段最小横截面积小于对照组,但结果无统计学意义(P>0.05)(表2)。

2.4 上气道各段高度对比

试验组和对照组的上气道各段高度对比:试验组患者鼻咽段高度与对照组近似相等(P>0.05);腭咽段高度小于对照组且有统计学意义(P<0.01);舌咽段高度大于对照组,但差异无统计学意义(P>0.05);试验组总高度小于对照组,且差异有统计学意义(P<0.01)(表2)。

3 讨 论

唇腭裂患者因先天畸形影响,常累及鼻骨、上颌骨、软腭、咽部及上气道,上颌骨的生长发育往往受到抑制,表现为上颌发育不足[16]。因此,在正畸学中,唇腭裂患者常被诊断为骨性Ⅲ类和/或安氏Ⅲ类,其临床表现为前牙反牙合、拥挤及上颌后缩而下颌相对正常等,现临床最主要的治疗方法为手术治疗。除了唇腭裂患者本身存在的颅颌面结构异常,并伴随软硬组织的缺损和裂隙、鼻腔解剖结构异常外,修复手术为关闭异常间隙通常会不同程度缩小鼻咽腔的大小,导致鼻腔通气分流的减少。最终,先天的结构异常和后天修复所造成的功能欠缺会提高阻塞性睡眠呼吸暂停综合征的发病率。

目前,国内关于非综合征唇腭裂患者与骨性Ⅲ类人群的上气道三维分析对比研究较少,主要包括:骨性Ⅲ类人群与Ⅰ类及Ⅱ类人群的上气道三维分析[17-18];骨性Ⅲ类人群行正颌手术治疗前后的上气道变化[19-20];骨性Ⅲ类人群经前方牵引装置治疗前后,其上气道三维分析的变化等[21]。在气道体积方面,本试验结果显示发现NSCLP患者与骨性Ⅲ类人群的气道各段体积差异无统计学意义(P>0.05),这与Erta等的研究结果[22]相似,但其认为唇腭裂人群的气道鼻咽段体积大于对照组且有统计学意义(P<0.05)。我们通过分析,发现是测量方法存在差异。Erta等将鼻咽段上气道前界定义为ANS和鼻骨顶点连线,后界为S点和PNS连线,上界为N点和S点连线,下界为ANS和PNS连线。该方法将整个鼻腔都列入测量范围,测量范围变大。同时,由于唇腭裂患者鼻咽部软组织畸形和组织缺损,测量结果并不稳定和准确。本研究参照国内外试验测量方法[23],将鼻咽段上气道前界定义为经过PNS点垂直于眶耳平面的垂线,后界为鼻咽的软组织后壁,上界为鼻咽段上气道穹窿顶,下界为ANS平面。因此,测量方法的改进和统一,对于气道研究极其重要。

在气道最小横截面积方面,结果显示NSCLP患者大于骨性Ⅲ类人群且有统计学意义(P<0.05);气道的横截面积可以帮助分析气道的三维结构,其与呼吸功能更具相关性。这与Chen等的研究[24]相互印证:即最小横截面积是气流限制及气道塌陷的关键指标,与OSAS有直接影响。另一方面,Celikoglu等[25]、Karia等[26]认为气道体积与气道最小横截面积呈正相关,气道体积越大,相应的气道最小横截面积也将变大。虽然二者鼻咽段体积并无统计学差异,但NSCLP患者鼻咽段最小横截面积较大,此与唇腭裂软腭及咽部的组织结构破坏密切相关,同时也侧面印证了Erta等的研究结果[22]。

在气道高度方面,骨性Ⅲ类人群的腭咽段及总高度均大于NSCLP患者且差异有统计学意义(P<0.01)。主要原因为,唇腭裂破坏了上颌骨、软、硬腭及咽部的正常解剖结构,功能上存在腭咽闭合不全,这对腭咽段气道高度产生不利影响[27],从而导致气道高度变短。

关于本研究对照组的纳入标准是上颌后缩且下颌正常的骨性Ⅲ类人群,其原因如下:首先骨性Ⅲ类可表现为三种类型包括上颌后缩和/或下颌正常、上颌正常和/或下颌前突,以及上颌后缩和/或下颌前突等。因此,必须明确选取同一类型的骨性Ⅲ类人群,以确保对照组内样本的统一性;其次NSCLP患者受先天发育畸形影响,其上颌骨生长发育常受到抑制,而下颌骨生长发育则相对正常,常表现为上颌后缩且下颌正常的骨性Ⅲ类,选取相似的骨性Ⅲ类人群,以确保组间二者样本的同质性,增加试验结果的可靠性及稳定性,以便准确分析唇腭裂患者的上气道三维结构特征。

本文研究结合的软件为Dophin软件,它可以较准确的测量出气道这个三维结构中的二维线段。El等[28]通过软件研究使用发现Dolphin 3D软件可以通过软硬组织与气道的阈值差异来自动识别气道范围,并计算气道体积,相对于手动分割的人为误差,自动分割为更为准确。更重要的是,Dophin软件可以用于多次测量相应位置的多个片段,测量后取平均值,以此减少测量误差。

综上,本研究通过测量并对比上气道各段体积、上气道最小横截面积和上气道各段高度,分析探讨上气道的三维结构的差异。结果显示NSCLP患者与骨性Ⅲ类人群在鼻咽段及腭咽段有着较为显著的差异,而在舌咽段两者结果相似,说明NSCLP患者的气道结构异常主要集中在鼻咽段及腭咽段。因此,唇腭裂患者呼吸问题与气道结构异常存在相关性,同时也受其他功能性因素影响,其呼吸问题需要多学科诊断及配合治疗。