锥形束CT评价上颌快速扩弓后鼻上颌复合体及上气道的三维形态改变

doi:10.3969/j.issn.2095-4344.2017.36.008

摘要/Abstract

摘要：

文章快速阅读：

文题释义：
上颌快速扩弓：临床矫治上颌横向发育不足的常用方法。其原理是在短期内对上颌骨施加较大的矫形力，即在牙周支持组织来不及发生改建时，这种应力在腭中缝迅速堆积，导致骨缝处的纤维连接被拉开甚至部分断裂，骨缝扩开，从而使上颌宽度得到扩展。
鼻上颌复合体：是由上颌骨、颧骨、鼻骨、鼻甲组骨、上牙列及部分颅骨组成的骨性结合体，各个骨块间以骨缝连接，存在上颌窦、鼻腔、筛窦等空腔结构。

摘要
背景：以往常利用二维平片、石膏模型等方法测量上颌快速扩弓矫治后颌骨及气道的变化，但存在失真、片面、重叠等缺陷，锥体束CT的出现实现了颌骨及气道的三维重建及测量并有效避免了以上问题。
目的：利用锥体束CT和Dolphin软件观察生长发育期上颌宽度不足患者经上颌快速扩弓治疗后鼻上颌骨复合体及上气道形态的改变。
方法：选择上颌宽度发育不足生长发育期错畸形患者30例，采用上颌快速扩弓治疗，所有患者矫治前后均拍摄锥体束CT，用Dolphin软件进行图像处理、三维重建、定点及测量分析，评价矫治前后患者鼻牙颌及上气道形态的变化。
结果与结论：①治疗后鼻腔宽度增加(2.13±1.80) mm，上颌骨宽度增加(4.12±2.15) mm，矫治前后差异有显著性意义(P < 0.05)；②治疗后硬腭平面气道冠状径增加(3.30±2.56) mm，面积增加(75.37±53.92) mm，矫治前后差异有显著性意义(P < 0.05)，而矢状径无明显变化；③治疗后鼻咽部气道表面积增加(33.57±57.10) mm2，体积增加(1 009.59±1 350.91) mm3，矫治前后差异具有显著性意义(P < 0.05)；④腭咽及舌咽气道表面积及体积无明显变化，各段气道高度无明显变化；⑤说明生长发育期上颌牙弓狭窄患者经上颌快速扩弓治疗后，鼻上颌复合体增宽，鼻咽体积及表面积增大，口咽段及喉咽段气道无明显变化。

中国组织工程研究杂志出版内容重点：组织构建；骨细胞；软骨细胞；细胞培养；成纤维细胞；血管内皮细胞；骨质疏松；组织工程
ORCID: 0000-0001-6598-490X(罗春花)

关键词: 组织构建, 组织工程, 上气道, 上颌宽度不足, 上颌快速扩弓, 三维重建, 锥体束CT

Abstract:

BACKGROUND: Two-dimensional radiographs and plaster models are used to evaluate the changes in the maxillary bone and airway after rapid maxillary expansion, but the shortcomings like distortion, one-sidedness, and overlapping appear. Cone-beam CT can effectively solve the above problems and achieve the three-dimensional reconstruction and measurement of the maxillary bone and airway.
OBJECTIVE: To investigate the morphological changes of nasomaxillary complex and upper airway in adolescent patients with malocclusion after rapid maxillary expansion by cone-beam CT and Dolphin software.
METHODS: Thirty adolescent patients with malocclusion were enrolled to receive rapid maxillary expansion.
All patients underwent cone-beam CT examination before and after treatment, and Dolphin software was used for image processing, three-dimensional reconstruction, fixed point and measurement, to evaluate the morphological changes of the nasomaxillary complex and upper airway.
RESULTS AND CONCLUSION: After treatment, the nasal cavity and maxillary width was increased by (2.13±1.80) and (4.12±2.15) mm, respectively (P < 0.05); the coronal diameter and area of the airway on the hard plate was increased by (3.30±2056) mm and (75.37±53.92) mm2, respectively (P < 0.05), and all above indexes showed significant difference compared with baseline. While the sagittal diameter of the airway on the hard plate showed no significant changes. After treatment, the upper airway showed a significant increase in the area and volume at the nasopharynx, which was increase by (33.57±57.10) mm2 and (1 009.59±1 350.91) mm3, respectively (P < 0.05). The upper airway showed no significant changes in the area and volume at the velopharynx and glossopharynx, as well as the height at each part. To conclude, in the growing patients with malocclusion after rapid maxillary expansion, the nasomaxillary complex and area and volume of upper airway at the nasopharynx showed a significant increase, but the airway at the velopharynx and glossopharynx reveal no significant changes.

中国组织工程研究杂志出版内容重点：组织构建；骨细胞；软骨细胞；细胞培养；成纤维细胞；血管内皮细胞；骨质疏松；组织工程

Key words: Maxillary Diseases, Pyramidal Tracts, Tissue Engineering

中图分类号:

R318

罗春花，郑之峻，徐卫华，王青云. 锥形束CT评价上颌快速扩弓后鼻上颌复合体及上气道的三维形态改变[J]. 中国组织工程研究, 2017, 21(36): 5781-5786.

Luo Chun-hua1, Zheng Zhi-jun2, Xu Wei-hua1, Wang Qing-yun2. Three-dimensional reconstruction of the nasomaxillary complex and upper airway following rapid maxillary expansion by cone-beam CT[J]. Chinese Journal of Tissue Engineering Research, 2017, 21(36): 5781-5786.

图/表（结果） 2

参考文献

[1] Zeng J, Gao X. A prospective CBCT study of upper airway changes after rapid maxillary expansion. Int J Pediatr Otorhinolaryngol. 2013;77(11):1805-1810.

[2] Machadojúnior AJ, Zancanella E, Crespo A. Rapid maxillary expansion and obstructive sleep apnea: A review and meta-analysis. Medicina Oral Patologia Oral Y Cirugia Bucal. 2016;21(4):e465-e469.

[3] 郭婧,邹淑娟.上颌快速扩弓的生物力学研究进展[J]. 国际口腔科学杂志, 2008, 35(s1):311-314.

[4] 彭易坤.鼻腔扩容术在OSAHS治疗中的应用及临床疗效评估[J]. 山东大学耳鼻喉眼学报, 2017, 31(1):13-17.

[5] Hass AJ.The treatment of maxillary deficiency by opening the midpalatal suture. Angle Orthod.1965;35:200-217.

[6] Hass AJ.Rapid expansion of the maxillary dental arch and nasal cavity by opening the midpalatal suture. Angle Orthod. 1961; 31(2):73-90.

[7] 邱严力,杜凤芝,Kapika Faustin,等. 上颌快速扩弓联合前牵引对安氏Ⅲ类患者上气道和舌位置的影响[J]. 实用口腔医学杂志, 2011, 27(3):365-368.

[8] 赵健,张宗德,赵昊,等. 上颌快速扩弓在伴有上颌狭窄的儿童OSAHS治疗中的应用[J]. 中国医学创新, 2014, 11(17):41-44.

[9] Angell EC.Treatment of irregularities of the permanent or adult teeth.Dental Cosmos.1860;1:540-544.

[10] Almuzian M, Ju X, Almukhtar A, et al. Does rapid maxillary expansion affect nasopharyngeal airway? A prospective Cone Beam Computerised Tomography (CBCT) based study. Surgeon. 2016. pii: S1479-666X(15)00125-0.

[11] Baccetti T, Franchi L Jr. The Cervical Vertebral Maturation (CVM) Method for the Assessment of Optimal Treatment Timing in Dentofacial Orthopedics. Semin Orthod. 2005;11(3):119-129.

[12] El H, Palomo JM. Three-dimensional evaluation of upper airway following rapid maxillary expansion: a CBCT study. Angle Orthod. 2014;84(2):265-273.

[13] 骆英.上颌铸造式Hyrax快扩后鼻上颌复合体三维形态变化的锥体束CT观察[J]. 中华口腔正畸学杂志, 2014, 21(3):128-131.

[14] 冯妍,张良,陈文静,等. 快速扩弓前方牵引矫治替牙期骨性反合效果的CT观察[J]. 现代生物医学进展,2015,15(31):6074-6077.

[15] Park JJ, Park YC, Lee KJ, et al. Skeletal and dentoalveolar changes after miniscrew-assisted rapid palatal expansion in young adults: A cone-beam computed tomography study. Korean J Orthod. 2017;47(2):77-86.

[16] Weissheimer A,de Menezes LM,Mezomo M,et al.Immediate effects of rapid maxillary expansion with Hass-type and hyrax-type expanders:a randomized clinical trial.Am J Orthod Dentofacial Orthop.2011;140:366-367.

[17] Ghoneima A,Abdel-Fattah E,Eraso F, et al. Skeletal and dental changes after rapid maxillary expansion:a computed tomography study. Aust Orthod J. 2010;26(2):141-148.

[18] 张茜,李洪发,刘俊玲,等.快速扩弓后牙齿及牙槽骨变化的锥体束CT研究[J]. 天津医科大学学报, 2014, 20(1):57-60.

[19] Majourau A, Nanda R. Biomechanical basis of vertical dimension control during rapid palatal expansion therapy. Am J Orthod Dentofacial Orthop. 1994;106(3):322-328.

[20] de Almeida AM, Ozawa TO, Alves AC, et al. Slow versus rapid maxillary expansion in bilateral cleft lip and palate: a CBCT randomized clinical trial. Clin Oral Investig. 2016. [Epub ahead of print]

[21] Doruk C,Sokucu O,Sezer H,et al.Evaluation of nasal airway resistance during rapid maxillary expansion using acoustic rhinometry. Eur J Orthod. 2004;26(4):397-401.

[22] Ghoneima A, Albarakati S, Jiang F, et al. Computational fluid dynamics analysis of the upper airway after rapid maxillary expansion: a case report. Prog Orthod. 2015;16(1):85.

[23] Starchjensen T, Blaehr TL. Transverse Expansion and Stability after Segmental Le FortⅠOsteotomy versus Surgically Assisted Rapid Maxillary Expansion:a Systematic Review. J Oral Maxillofac Res. 2016;7(4):e1.

[24] Matsushita K, Inoue N, Kobori Y, et al. New device for palatal expansion in conjunction with the Le Fort I osteotomy. British J Oral Maxillofac Surg. 2015;53(10):1038-1039.

[25] Stokbro K, Aagaard E, Torkov P, et al. Surgical accuracy of three-dimensional virtual planning: a pilot study of bimaxillary orthognathic procedures including maxillary segmentation. Int J Oral Maxillofac Surg. 2016;45(1):8-18.

[26] Guilleminault C, Monteyrol PJ, Huynh NT, et al. Adeno- tonsillectomy and rapid maxillary distraction in pre-pubertal children, a pilot study. Sleep Breath. 2011;15(2): 173-177.

[27] Cistulli PA,Sullivan CE.Influence of maxillary morphology on nasal airway resistance in Marfan’s syndrome. Acta Otolaryngol.2000;120:410-413.

[28] Zhao Y, Nguyen M, Gohl E, et al. Oropharyngeal airway changes after rapid palatal expansion evaluated with cone-beam computed tomography. Am J Orthod Dentofacial Orthop. 2010;137: S71-S78.

[29] Ozbek MM, Memikoglu UT,Altug-Atac AT, et al. Stability of maxillary expansion and tongue posture. Angle Orthod. 2009; 79(2):214-220.

[30] Izuka EN, Feres MF, Pignatari SS. Immediate impact of rapid maxillary expansion on upper airway dimensions and on the quality of life of mouth breathers. Dent Press J Orthod. 2015; 20(3):43-49.

[31] 李磊,齐素青,王宏伟,等. 上颌快速扩弓对颅颌面骨及上气道影响的锥形束CT分析[J]. 中华口腔医学杂志, 2015, 50(7):403-407.

[32] 易红良,焦晓. 体位相关性OSAHS的临床特征与治疗策略[J]. 山东大学耳鼻喉眼学报, 2017, 31(1):8-12.

[33] 孙念,叶京英,倪鑫,等. 体位相关性阻塞性睡眠呼吸暂停低通气综合征患者临床特征分析[J]. 中华耳鼻咽喉头颈外科杂志, 2016, 51(11):801-805.

[34] Hong JS, Park YH, Kim YJ, et al. Three-dimensional changes in pharyngeal airway in skeletal class III patients undergoing orthognathic surgery. J Oral Maxillofac Surg. 2011;69(11): e401-e408.

[35] 唐倩,方志欣,周嫣,等. Ⅰ类和Ⅱ类矢状骨面型青年男性上气道形态差异的X线头影测量研究[J]. 中国临床新医学, 2016, 9(11): 975-978.

[36] Morin O,Gillis A,Chen J,et al.Megavoltage cone-beam CT: System description and clinical applications. Med Dosim. 2006; 31(1):51-61.

[37] 王国杰,刘春丽,杨晓瑞,等. 锥形束CT在反牙合正畸治疗中的应用[J]. 中国医疗设备, 2016, 31(3):118-120.

[38] 付鼎,厉松,马玉洁,等.上颌快速扩弓对小型猪后牙颊侧骨板改建影响的锥体束CT研究[J].中华口腔正畸学杂志,2013,20(1):8-12.

[39] 唐顼晶,李晅.锥束CT在正畸治疗中上气道研究的应用[J]. 生物医学工程学进展,2012,33(2):97-100.

引言

材料方法

1 对象和方法 Subjects and methods

1.1 设计对比观察试验。

1.2 时间及地点于2014年9月至2016年9月在贵阳市口腔医院正畸科完成。

1.3 对象纳入2014年6月至2016年6月在贵阳市口腔医院正畸科就诊的上颌宽度发育不足青少年30例，男8例，女22例；年龄11-15岁，平均(13.13±1.45)岁。

纳入标准：①上颌骨横向发育不足，单侧或双侧后牙反或对刃；②根据头颅侧位片颈椎形态确定患者处于生长发育期^[11]；③RME矫治前后锥体束CT影像资料完整、清晰。

排除标准：①颅面部外伤史、颞下颌关节创伤史；②颌面部肿瘤、唇腭裂及其他颌面部骨性畸形；③存在腺样体或扁桃体疾病，或有腺样体切除术或扁桃体摘除术史；④有其他正畸治疗史。

剔除标准：①不符合纳入标准，或符合排除标准者；②临床记录不完整者。

脱落标准：①受试者依从性差；②受试者因自身原因不愿意继续进行临床试验，向主管医生提出退出者。

1.4 材料 Hyrax螺旋支架式不锈钢快速扩弓器，由中国东莞定远陶瓷制品有限公司加工制作。

1.5 方法

1.5.1 矫治方法所有患者均使用Hyrax螺旋式快速扩弓器(图1)，每天加力2次，每次90°(0.025 mm)，根据牙弓宽度的情况加力14-28 d后，当后牙达到深覆盖，停止扩弓。所有患者均按医嘱定期随访，配合完成治疗，无中途失访。

1.5.2 数据收集 30例患者于扩弓前后均于贵阳市口腔医院放射科进行锥体束CT影像扫描(美国与意大利合资生产的NEWTOM 3G锥形束CT QR-DVT 9000，持续曝光时间26.9 s)。拍摄时，患者处于仰卧位，Frankfort平面与地面垂直，保持放松状态，牙尖交错咬合，唇舌肌及面部肌肉放松，平静鼻呼吸，在整个扫描过程中患者不吞咽、不说话。获取治疗前后的锥体束CT数据后，以DICOM格式导出。

1.5.3 数据处理将所有收集的锥体束CT数据导入Dolphin Imaging 11.9软件(Dolphin，美国)读取图像，进行三维重建及测量。全部数据资料均由作者一人在一段时间处理并完成，各项指标测量3次，取均值进行统计分析。

1.5.4 测量项目根据研究需要及参考以往研究^[12-14]，调

整患者三维重建图像(图2)，设眶耳平面为水平面，确定通过C₂棘突中心线的矢状面为正中矢状面(图3)，调整冠状面，测量上颌骨牙性及骨性指标^[15](图4)。在正中面上确定上气道研究范围：鼻咽段(鼻咽顶至硬腭平面)、口咽段(硬腭平面至C₂前下缘)、喉咽段(上段)(C₂前下缘至C₃前下缘)。测量项目及定义见表1。

1.6 主要观察指标 ①RME治疗后鼻上颌体变化：上颌尖牙、第一前磨牙、第一磨牙牙冠及牙根间宽度变化；鼻腔宽度；上颌骨宽度；②RME治疗后上气道变化：各段气道高度、体积、表面积、横截面面积、最大矢状径及最大冠状径。

1.7 统计学分析利用SPSS 19.0统计软件进行数据处理，数据以x(_)±s表示，各项数据均符合正态分布，对矫治前及矫治后进行配对t 检验，检验水准均定为α=0.05，P < 0.05为差异有显著性意义。

中国组织工程研究杂志出版内容重点：组织构建；骨细胞；软骨细胞；细胞培养；成纤维细胞；血管内皮细胞；骨质疏松；组织工程

讨论

3.1 RME对鼻上颌复合体的影响 RME主要利用患者生长发育的潜力，通过矫形力分离上颌腭中缝以增加上颌骨的宽度。本研究中，上颌尖牙、第一前磨牙及第一磨牙的牙冠和牙根间宽度均有明显增加，提示RME可有效地扩大上颌牙弓宽度，解决上颌牙弓宽度不调，这与以往研究一致^[16]。相应牙冠间宽度增加量较牙根间宽度增加量大，提示相应牙齿颊向整体移动同时也发生倾斜移动，这与以往研究结果一致^[17-18]。扩弓结束时，前部鼻腔增宽(2.52±2.94) mm，前部

鼻底颌骨增大(3.23±5.08) mm；后部鼻腔宽度增宽(1.64±1.22) mm，后部鼻底颌骨宽度增大(3.03±3.28)mm，以上数据表明RME治疗后，鼻上颌复合体表现为上窄下宽、前宽后窄的楔形增宽，这与以往研究一致^[13^，^19]，说明RME对鼻上颌复合体有整体扩大的作用。De Almeida等^[20]研究认为，RME对青少年唇腭裂患者鼻上颌复合体有明显的横向扩宽作用，有效增加上颌骨量，为后期治疗提供有利条件。Doruk等^[21]研究认为RME扩大了尖牙间宽度的增加，其位于鼻底的下方，导致鼻腔阻力减小^[22]。研究显示，阻塞性睡眠呼吸暂停低通气综合征患者伴有上颌狭窄的比例较高，RME作为最常用的解除上颌缩窄的方法，可作为一种治疗伴有上颌缩窄的阻塞性睡眠呼吸暂停低通气综合征患者的方法^[21]。但对于无生长发育潜力的成年患者，只能通过手术方式减轻症状^[23-25]。

3.2 RME对上气道的影响有研究显示，上颌牙弓狭窄患者往往存在较高的鼻通气阻力^[26]，软腭后气道处也存在明显狭窄^[27]。研究发现^[12^，^28]，RME可扩大上气道的宽度，使舌体上升，改善鼻通气和鼻咽腔的功能。本研究结果显示，RME后硬腭平面气道冠状径及面积显著增加，而矢状径及鼻咽部高度无明显变化，RME后鼻咽部分气道表面积及气道容积也显著增加，提示RME治疗后气道变化可能是由于气道冠状径的增大。第二、三颈椎前下缘处气道形态均无明显变化，与以往研究结果一致^[29-30]。本研究结果显示，RME治疗前后气道最小横截面积处各项测量参数无明显变化，与Zhao等^[28]研究结果一致。但李磊等^[31]研究发现，RME矫治后上气道最小横截面积处冠状径和面积较矫治前显著增大。作者认为，结论的不同可能是因为样本差异、拍摄头位、拍摄时患者呼吸或吞咽等行为等多因素导致。本研究锥体束CT为卧位拍摄，而李磊研究的锥体束CT采取坐位拍摄。有研究认为，气道大小与患者体位有关^[32-33]。从仰卧体位到直立体位时，上气道的横截面积会增大^[34]。本研究增加了气道高度的测量，结果显示，RME前后气道高度无明显变化，说明RME对气道垂直方向的改变不大。口咽段、喉咽段气道参数改变均不明显，提示RME治疗主要扩大气道上段的容积，对气道中下段改变不明显。

3.3 测量方法的选择与传统的二维平片(包括头颅侧位片和头颅)相比，锥体束CT可完全规避体位、放射、变形、影像重叠等误差，且头侧位片只局限于测量矢状方向的改变，不能反映气道的三维结构^[35]；能很好的反映骨组织结构，对软组织的灵敏度欠佳。MRI和螺旋CT等三维重建技术由于费用高、扫描时间长、辐射较大难以广泛应用于上气道研究。锥体束CT空间分辨率高，能获得最低0.1 mm的真实数据设定^[31]；能清楚地观察颌骨及牙齿等硬组织的微小结构，有益于精确测量扩弓前后牙及颌骨的各种细微变化^[36-37]。由于气道和周围组织密度反差很大，可获得清晰的三维影像，还可重建各组织真实解剖形态和相互位置关系，能准确界定气道边界，可以得到上气道的三维立体影像^[38]。患者呼吸是动态过程，虽然锥体束CT扫描时间短，但也不能将呼吸停止在某个时相，且不同呼吸时相气道软组织(软腭、会厌顶、会厌底等)的位置也有所不同，这在一定程度上影响了气道测量的准确度^[39]。

本研究参考以往文献对气道分段的方法^[12-14]，并进行改良：以硬腭、C₂、C₃前下缘点等硬组织作为标记平面，原因为可重复性较好，一定程度上保证三维重建和测量的准确度，降低了因软组织位置变化引起的不必要误差，并没有违背广泛认可的上气道的分段方式。

3.4 特殊说明本文中因扩弓疗程较短，均在1个月内完成RME，故可不考虑生长因素对试验结果的影响。本研究是即刻研究，避免了从拆除扩弓器到锥体束CT复查所造成复发对研究结果的干扰，故没有设立对照组。虽然扫描时间极短，但对扫描时呼吸的控制不够，可能存在呼吸时段对气道测量的影响；因运用锥形束CT，该影像设备应用不久，故病例数较少，所得结论有待丰富资料后继续研究。

综上所述，RME可以有效地扩大鼻上颌复合体的冠状径，显著增大鼻咽气道容积，但对气道下段影响较小。本研究仅仅是在形态方面分析RME对鼻上颌复合体及上气道的影响，但是形态与功能的相关性尚需要更深入的研究。

中国组织工程研究杂志出版内容重点：组织构建；骨细胞；软骨细胞；细胞培养；成纤维细胞；血管内皮细胞；骨质疏松；组织工程