骨性Ⅲ类患者正颌手术后上气道变化预测方法的研究现状

龚依玲,樊 蓉,常 新

骨性Ⅲ类错牙合畸形是一种常见的错牙合畸形,其病因被归因于环境因素和遗传因素,特征是矢状向不调,通常伴有上颌发育不足、下颌发育过度或者二者兼有。对于严重的骨性Ⅲ类或者对面型要求较高的患者来说,生长改良或掩饰性治疗已不能解决问题,此时,选择正畸-正颌联合治疗是临床中一种很好的方法。然而,正颌手术不但会对颌骨的位置和形态产生影响,同时也会对舌骨及附着的肌肉组织造成一定影响,进而导致气道体积减小[1]。在正颌手术中,单纯双侧下颌支矢状劈开术(bilateral sagittal splitting osteotomy,BSSRO)可导致咽气道间隙(pharyngeal airway space, PAS)缩窄,而如果配合上颌LefortⅠ型截骨术前移,可以有效缓解上气道总容积的变化,从而减小患者因上气道容积减小导致阻塞性睡眠呼吸暂停综合征(obstructive sleep apnea-hypopnea syndrome, OSAHS)发生的风险[2-3]。2021年,Kang等[4]研究发现,在Ⅲ类错牙合畸形患者中,单纯的下颌后退手术比双颌手术在咽部气道的减少方面会更明显,并且双颌手术在术后气道的稳定性方面更佳。因此,术前有效地评估气道,并将其纳入手术计划是非常重要的。

1 骨性Ⅲ类错牙合畸形患者的上气道结构特点

1.1 上气道的概念

上气道是由鼻腔和口腔向下延续至喉部环状软骨的呼吸通道,与颅颌面牙列解剖关系邻近,使二者之间相互影响。国内外众多学者把气道分为四个部分:鼻咽、腭咽、舌咽和喉咽。鼻咽为自上气道穹窿顶至软腭平面;腭咽为自软腭平面至软腭尖;舌咽为自软腭尖至会厌上缘平面;喉咽为会厌上缘平面至食管颈部。

1.2 骨性Ⅲ类患者的上气道结构特点

Iwasaki等[5]对骨性Ⅰ类和Ⅲ类的儿童分别进行了锥形束CT扫描,测量了口咽腔的长度、面积、宽度等参数,通过分析测量得出结论,骨性Ⅲ类儿童口咽腔气道较其他患者更宽大。而在一项对白种人骨性Ⅲ类患者和正常人鼻腔软组织的比较研究中,Martin等[6]发现骨性Ⅲ类患者的鼻腔特征存在性别差异,成年男性的腺样体和上气道长度明显大于女性患者。在骨性Ⅲ类患者中,颅底长度和鼻咽形态之间有直接关系。Hong等[7]的研究结果表明骨性Ⅲ类患者咽气道下部分的横截面积和咽气道上部的容积明显大于骨性Ⅰ类错牙合畸形患者。与此同时,Bozzini等[8]在2018年的研究中发现,在骨性Ⅲ类错牙合畸形的患者中,男性的气道容积增加,而女性患者的气道容积与Ⅰ类患者的气道容积相似。有些学者的研究发现ANB角的改变不影响咽部结构的大小,矢状向颌骨的形态似乎不影响上气道尺寸的变化,并且男性和女性在咽部结构维度上差异无统计学意义[9]。综上所述,骨性Ⅲ类错牙合畸形患者的上气道更宽大,尤其是男性患者。

对于骨性Ⅲ类高角患者,吴剑豪等[10]研究发现由于矫治复杂、垂直向异常严重,患者喉咽横截面积及体积较正常人小,腭咽横截面积及体积较大,故在正颌手术过程中应关注上气道中下段体积,减小医源性阻塞性睡眠呼吸暂停低通气综合征发生的风险。

2 上气道的测量

X线头影测量(X-ray cephalometric measure-ment)、MRI、声反射、锥形束计算机断层扫描(cone-beam computed tomography,CBCT)以及光纤维喉镜等技术都可以作为评估气道的有效手段,然而,有的气道评估设备费用昂贵、操作繁琐,并非所有的医疗机构都能使用,所以我们列出2种目前常用的气道评估方法。

2.1 X线头影测量

2.1.1 优点

头影测量分析能够研究颅颌面部的生长模式、解剖形态、进行硬组织和软组织分析,以及协助制定正畸治疗、正颌外科、正畸-正颌联合治疗计划[11]。具有放射剂量小、费用低等优点。头影测量值与下颌角度的增加或减少、上颌骨和下颌骨的矢状差异以及面部高度的差异有关,同时涉及口腔和鼻腔系统的功能变化以及咬合变化[12-13]。此外,这些形态特征也可以观察到气道的变化[14]。与3D技术相比,基于X线头颅侧位片(lateral cephalographic radiographs,LCR)上气道测量的准确性是一个有争议的领域。部分学者认为,基于二维层面上的LCR与三维层面上的CBCT对上气道的长度和矢状面尺寸的测量具有相当的准确性[15]。同样的,Ravelo等[16]研究发现二维的头影测量分析和三维层面上的分析在气道的诊断方面几乎无差异;Savoldi等[17]则认为儿童的上气道和舌骨位置的测量在LCR上非常可靠。所以,X线头影测量在二维层面的上气道测量方面的准确率较高,有一定的参考价值。

在正畸医生广泛使用锥形束CT之前,他们以头颅侧位片作为上气道分析的主要手段,积累了很多宝贵的资料,得出了很多结论和成果。然而在现代临床中,CBCT和专用的三维重建软件是测量和分析上气道的最佳工具,本文在后续将对其进行介绍。

2.1.2 缺点

在CBCT用作气道测量工具之前,研究人员主要使用X线头颅侧位片进行气道的测量分析,但是其只能提供三维解剖结构的二维图像。X线头颅侧位片虽然能很好地显示骨骼结构,但对软组织成像的敏感性较差,这会影响头影测量中定点的准确性和测量分析的精确度。正畸医生只有在正中矢状面上能测量到气道的长度和矢状面尺寸,无从获得其他平面上的三维数据。头影测量分析仅能测量气道的高度以及作为筛选工具来识别气道的最小矢状面尺寸,但无法测量和分析气道的体积以及横截面积。故头影测量分析仅能初步判断患者是否有气道狭窄等问题,之后还需要进一步结合CBCT图像来分析结果。

2.2 锥形束计算机断层扫描

CBCT首次用于上气道的测量研究,是在2009年由Aboudara等[18]实施。

CBCT作为一种三维诊断工具,由于其与LCR和MRI相比具有显著的优势,被越来越多的人使用。CBCT的优点包括辐射剂量较低、患者定位标准化、图像质量高、无结构叠加以及成本效益比更高[19-20]。使用基于CBCT的三维评估可以更好地实现对气道特征的综合评估[21]。研究显示,患者姿势位的差异会影响X线头颅侧位片测量上气道的精确性[22]。与头颅定位侧位X线片相比,三维测量比二维图像更能精确地评估上气道的横截面积和容积。3D层面能够对横向和纵向研究中上气道的形态进行计算,建模及定量分析,并能够评估生长和治疗对上气道形态、大小的影响。上气道任何部位的横断面仅通过CBCT的横断面便能进行计算,软件可以明确界定气道最狭窄区域,横断面可以明确界定气道边界的周长。三维技术独特的工具之一是能够进行气道分割,通过调整阈值,软硬组织和气道结构可以被区分与分割。研究者或临床医生可以通过使用软件计算程序,在特定的气道分割段或总气道放置增长种子点来分割气道,测量气道的体积或面积。因此,CBCT逐渐被用于评价正颌手术引起的气道容积改变[23]。

3 正颌手术治疗前后气道容积变化

3.1 单颌手术

双侧下颌骨升支矢状劈开截骨后退术作为治疗下颌前突畸形的经典术式,其临床疗效已得到肯定,但会引起上气道缩小,这一问题已引起广泛关注。根据2019年On等[24]的研究表明,在骨性Ⅲ类患者中,双侧下颌骨升支矢状劈开截骨后退术术后可以导致咽气道间隙(PAS)的相对缩小,手术后睡眠质量有下降的可能。2020年,Yang等[25]对12例无OSAHS症状的骨性Ⅲ类患者进行研究,这些患者被进行了平均11.08 mm的下颌骨大幅度后退术,术后上气道各段的容积及横截面积均明显减少,其中4例出现OSAHS发作。并且,当下颌后退15 mm时人工模拟的气道塌陷会引起气流动力学上的显著恶化,可能造成OSAHS的发生[26]。Irani[27]在2018年的研究中也有类似的发现,当进行了单纯下颌后退术后,口咽和喉咽部容积有明显的缩小,舌骨的位置术后出现向后移动的趋势。

因此,在骨性Ⅲ类患者的正颌手术中,仅通过BSSRO来后退下颌会使上气道的容积变小,其带来的影响是无法避免的。

3.2 双颌手术

当下颌骨后退量较大时,可以考虑改行双颌手术,使用单纯BSSRO的同时,配合上颌LefortⅠ型截骨术前移,必要时行颏成形术,将相对移动量平均在上、下颌骨两部分,以减少下颌骨后退的幅度,从而尽可能避免术后OSAHS症状发生的风险[28]。

有的学者认为,双颌手术和单颌手术相比,其对上气道的影响小,预后较好。2019年,Havron等[29]对71例骨性Ⅲ类畸形者行上颌前徙合并下颌后退术,平均前徙上颌骨4.5 mm,后退下颌骨5.6 mm,经CBCT测量发现术后上气道容积增加5.31 cm3。虽然下颌后退术使上气道缩小,但同期前徙上颌骨,使腭平面以上的气道容积增加,在一定程度上减轻甚至抵消了下颌后退术对上气道的不利影响。2018年Yang等[30]研究发现,单颌手术和双颌手术后腭咽、舌咽、喉咽的减小都很显著,单颌手术减小更加明显,并解释了腭咽部减小可能是由于下颌后退,为了保持腭咽闭合,软腭就会向下向后延伸,腭咽随之变小。AlQahtani等[31]在2021年的研究中认为对18～22岁骨性Ⅲ类错牙合的患者来说,双颌手术是更加优越的治疗方法,因为它具有减少口咽气道复发的作用以及纠正和预防骨性Ⅲ类患者阻塞性睡眠呼吸暂停的能力。单颌手术最有可能在短期复发,长期复发的可能性较小,双颌手术在短期和长期基础上都表现出相对的稳定性。需要进一步的前瞻性纵向研究来证实这些发现[32]。

另外一些学者认为,双颌手术与单颌手术在上气道容积减小方面并无明显差异。虽然在双颌手术中上颌骨被向前推进,但上气道容积的整体减少并没有明显改善,正颌术后舌部和喉部气道容积依然明显降低[33]。与单独接受下颌退缩的患者相比,接受双颌手术的患者术后在气道容量、最小轴向面积、最小轴向面积的位置或舌后轴向面积方面没有其他显著差异[29]。上颌LefortⅠ型截骨术中前移量较少时,在上气道中鼻咽段的容积在术前术后差异不大[34]。然而,当上颌骨前徙量>2 mm的时候,鼻咽段的气道容积将会显著增加13%～21%[35]。

考虑到不同的正颌手术术式对上气道的影响不同,术前对上气道的评估对正颌手术术式的选择有一定的临床指导意义。

4 现有的正颌手术术前气道的预测方法

正颌手术的成功离不开良好的手术技术和详细的手术计划[36-38]。Riley等认为,上气道的最窄界面<11 mm,下颌平面到舌骨距离>15.4 mm,这两个条件已被确定为OSAHS的风险因素[39]。所以,术前有效预测气道,对防止术后出现OSAHS来说至关重要。现有的预测主要是在二维层面上开展的,而三维层面上的预测还停留在理论阶段。

4.1 二维层面的数学模型预测

二维规划目前被认为是评估和预测正颌手术结果的标准方法[40-41],其主要在头颅侧位片上进行,学者们通过术前术后头颅侧位片上的ANB、Go-Gn和SN-GoGn等值的变化,并结合数学统计方法,得出多元回归方程来进行预测。本文将列举两组学者的具体预测过程,对二维层面的预测进行说明。

Chen等[39]对23名被诊断为骨性Ⅲ类错牙合畸形的女性成年人进行分析,提出一个数学模型来预测与下颌骨后退手术相关的咽部气道空间(PAS)的变化。他们分别在术前6个月(T1)和术后12～18个月(T2)对其试验对象进行了侧位头影检查,然后根据ANB角、下颌总长度(Go-Gn)和SN-GoGn在术前术后的变化,配合SPSS,得出多元回归方程,即PAS减少的程度=0.386-0.541ANB(T1-T2)+0.253Co-Gn(T1-T2)-0.098SN-GoGn(T1-T2),最终预测出下颌后退手术后PAS的变化。如果术后PAS的预测值显示有发生OSAHS的风险,那么外科医生应考虑原手术计划以外的其他选择。

Muto等[42]则是提出另一种预测方法。他们通过C3-Me(第三颈椎前下点到颏下点的距离)的变化来预测术后PAS-TP(舌背和咽后壁之间的最小咽气道空间)。他们同样也是以骨性Ⅲ类的成年女性为研究对象,并且以ANB、Go-Gn和SN-GoGn等3个骨骼变量的变化为最重要参数来预测上气道变化。根据治疗前和术后1年的2张X线头颅侧位片中C3-Me的变化来预测,预测公式为PAS-TP=a+0.402(b-c),其中a为术前PAS-TP;b为术后C3-Me;c为术前C3-Me。其得出的预测值和实测值的平均值几乎相同,两者之间的差异在±1.5 mm范围内。

以上两组预测都是在二维层面上进行的,都有比较可观的准确性和参考价值,对防止术后OSAHS的发生很有帮助。

4.2 虚拟手术计划(virtualsurgical planning,VSP)

虚拟手术设计不但可以在二维或三维层面上分析牙弓和周围骨骼结构,还能利用Dolphin Imaging和Mimics软件,模拟不同的正颌外科手术项目,并通过使用三维打印的手术导板将虚拟手术项目转移到真实手术中来预测相应的结果[43]。二维层面上用VSP预测咽气道间隙是一种可行的临床工具,对牙颌面畸形患者的手术治疗具有良好的预测价值[44]。三维层面上可以将来自CT扫描的DICOM数据和来自牙弓扫描的STL数据拟合,构建精确的颅颌面-牙列模型。在全面三维分析后,运用Dolphin Imaging 11.7和Mimics 10.01软件进行虚拟手术设计和模拟。来自CT扫描的DICOM数据和来自牙弓扫描的STL数据可以在三维层面上进行调整,以创建颅颌面牙列的精确模型。在进行完整的三维分析后,Dolphin Imaging和Mimics软件被用于虚拟规划和模拟手术。上气道在Mimics软件上可以先分为鼻咽、腭咽、舌咽和喉咽,然后分别找到每段的最窄截面,用软件进行测量分析。在软件上预测术后上气道的最小值,选择合适的术式,以防止患者医源性OSAHS的发生。最后使用三维打印导板转移,虚拟手术设计被成功转移至实际手术中,建立让患者满意的面型和咬合。VSP不但促进了正畸医生和正颌外科医生的自主性,而且还模拟不同的技术,以便为患者获得最好的治疗[23]。

然而,有的学者对VSP的精确性持怀疑态度。2020年,刘燕菲等[45]发现,将软件中的虚拟设计转移到实际手术中的方式方法不同可能会影响正颌术后实际效果的精确性,正因如此,我们需要对不同转移手段进行比较分析,选择出最佳方法,提高虚拟设计的预测性。尽管目前我们拥有了新的3D技术,仍然没有绝对可靠的技术来预测正颌手术,也不能完全准确地预测正颌术后阻塞性睡眠呼吸暂停综合征发生的可能性。因此,正颌手术计划的准确性还有待进一步研究。

关于骨性Ⅲ类患者正颌手术后气道的变化的文献资料,多为报告术前术后气道各段的差异以及不同术式对气道的影响,关于上气道预测方面的文章少之又少,目前大多数研究还仅停留在二维层面。在今后的正畸治疗和正畸与颌面外科联合治疗中,研究人员必将更加重视正颌手术前后的上气道容积变化,并且更加全面、清晰地了解患者的上气道状况,上气道有效的术前预测必将成为新的研究热点。