3D打印在下颌骨异常OSA患者中的临床应用

邱雁君，王亚平

（内蒙古医科大学附属医院耳鼻咽喉科，内蒙古 呼和浩特 010050）

阻塞性睡眠呼吸暂停（obstructive sleep apnea，OSA）是指睡眠时上下气道阻塞引起的呼吸暂停和低通气，常伴有打鼾、血氧饱和度下降、白天嗜睡等症状。其病因复杂、个体性强，发病机制涉及结构异常、功能紊乱等诸多因素。常见的病因：遗传因素、肥胖、上气道及邻近组织结构性异常等，其中，OSA患者上气道结构异常包括：鼻腔阻塞；咽喉腔狭窄和阻塞；上、下颌骨骨性结构异常等因素[1]。部分OSA患者虽然行鼻中隔矫正术、腭咽成形术等上气道软组织手术，但打鼾憋气等症状无明显改善，本研究通过3D打印技术对上述术后的OSA患者制作下颌骨模型，并进行测量并纪录，分别分析下颌骨测量有意义的指标与睡眠呼吸暂停低通气指数（apnea-hypopnea index，AHI）、与低血氧症严重程度（LSaO2）的Pearson线性相关关系，研究OSA患者的下颌骨异常表现，为术前诊断、手术设计提供理论依据。

1 资料与方法

1.1 临床资料

OSA组：收集2017-01～2019-01于我院就诊患者，多导睡眠监测（PSG）检查睡眠呼吸暂停低通气指数（apnea hypoventilation index，AHI）≥5次/h，最低血氧饱和度（LSaO2）<0.9[2]，确诊为OSA的24例成年患者（男性14例，女性10例）。纳入标准：（1）已进行过鼻部手术、腭咽层面手术、舌咽层面手术、悬雍垂腭咽成形术、软腭迁移术等其中一项或多项手术，并排除上气道软组织阻塞；（2）睡眠时打鼾伴憋气症状。排除标准：（1）伴有中枢性呼吸暂停患者；（伴有心、肺疾病，不能耐受手术的患者。

正常对照组：24例正常人（男性14例，女性10例）且行下颌骨薄层CT扫描。纳入标准：（1）经他人证实睡眠无打鼾、无憋气症状；（2）无鼻部、咽喉部、下颌骨手术史；（3）无上气道狭窄史及上气道其他慢性疾病史；（4）Epworth嗜睡量表（epworth sleep scale，ESS）评分<8分[3]。本研究经内蒙古医科大学附属医院医学伦理委员会批准通过。

1.2 研究方法

1.2.1 CT影像资料采集 通过西门子128层螺旋CT扫描仪（层厚0.625 mm，螺距为1.0mm）扫描，对OSA患者的下颌骨平扫。将24例OSA组患者及24例正常对照组CT扫描结果以DICOM格式输出。

1.2.2 下颌骨数字化三维重建 将DICOM格式的下颌骨扫描数据导入Mimics 16.0软件，设置不同密度组织阈值，构建形态曲面，进行三维重建，将处理的下颌骨数据转成STL格式（见图1，2）。

1.2.3 下颌骨解剖模型的制作 将转成STL格式的下颌骨数据文件传输到Dimension Elite 3D打印机（Stratasys INC），采用1:1比例打印48例下颌骨模型，打印完毕后通过0.1mol/l的氢氧化钠溶液清理支撑材料，获得下颌骨实体树脂模型。

1.2.4 数据测量 数据测量工具使用北京安智盈科技有限公司生产的下颌骨量角器（精确度为0.01°）、直角规（精确度为0.01mm），采用人体骨骼测量方法测量[4]。每一模型由同一人连续三次测量并记录，计算结果由均数±标准差表示，左、右两侧下颌支高度、下颌体长度、下颌角角度数据分别取平均值表示。测量每个下颌骨模型9项指标：（1）下颌颏间宽：左右两侧颏点之间距离；（2）冠突间宽：左右两侧冠突之间距离；（3）颏间孔宽：左右两侧颏孔之间距离；（4）下颌支长度：髁突顶点至下颌角直线距离（测量左右两侧取均值）；（5）下颌体长度：下颌角至颏点之间直线距离（测量左右两侧取均值）；（6）下颌角角度（测量左右两侧取均值）；（7）下颌体夹角：两侧下颌角尖端分别连线至颏隆凸下缘中点形成的夹角；（8）a线：下颌角内侧缘之间距离；（9）b线：下颌骨颏部内侧缘至a线的垂直距离，并计算a线/b线比值（见图3，4）。

1.2.5 统计学方法 通过SPSS 20.0对数据进行统计分析，计量资料均以表示，经正态性和方差齐性检验后选用两独立样本的t检验或秩和检验。测量有意义的指标与AHI、LSaO2相关性采用Pearson直线相关分析法，检验水准α=0.05。

2 结果

2.1 OSA组与正常对照组一般资料比较

OSA组平均年龄37.5±7.5岁与正常对照组平均年龄36.9±9.5岁比较差异无统计学意义（P>0.05）。OSA组身体质量指数（body mass index，BMI）平均26.8±3.1kg/m2与正常对照组平均BMI 23.1±2.8kg/m2比较差异有统计学意义（P<0.05）。

2.2 OSA组与正常对照组分别比较

OSA组比正常对照组下颌体夹角角度大（P<0.05）、下颌体长度短（P<0.05）、b线短（P<0.01）、a线/b线比值大（P<0.05）。其余指标的差异均无统计学意义（P>0.05）（见表1）。

表1 男性、女性OSA组与正常对照组各项测量数据比较（）Tab.1 Comparison of measurement data between male and female OSA group and normal control group

表1 男性、女性OSA组与正常对照组各项测量数据比较（）Tab.1 Comparison of measurement data between male and female OSA group and normal control group

＊OSA组与正常对照组比较P<0.05 ＊＊OSA组与正常对照组比较P<0.01*OSA group compared with normal control group P<0.05 **OSA group compared with normal control group P<0.01

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2.3 OSA组有意义指标与AHI、LSaO2相关性分析

a线/b线比值与 AHI呈正相关（r=0.970，P<0.001），与LSaO2呈负相关（r=-0.903，P<0.001）（见图5，6）。下颌体夹角角度、下颌体长度、b线分别与AHI、LSaO2无关（P>0.05）。

3 讨论

OSA患者上气道结构异常包括上气道软组织结构异常、上下颌骨骨性结构异常，其中颌骨骨性结构异常属于口腔正畸中的骨性Ⅱ类错合畸形[5]。骨性Ⅱ类错合畸形是因上下颌骨矢状向位置关系的不协调造成，典型表现为上颌发育过度前突、下颌后缩、下颌发育不足后缩等[6]。骨性Ⅱ类错合畸形较正常人上气道狭窄，易引起打鼾、呼吸睡眠暂停等现象[7]。本研究数据显示OSA组比正常对照组下颌体夹角角度大、下颌体长度短、b线长，这些符合骨性Ⅱ类错合畸形下颌骨的典型表现。有研究发现部分婴幼儿OSA患者下颌骨的a线/b线比值比正常婴幼儿的大，并且随着年龄的增长，a线/b线比值相对稳定[8，9]。下颌骨a线/b线比值越大，AHI越大、LSaO2越低，即下颌骨骨性平面小，睡眠呼吸暂停症状越严重。通过本研究发现下颌骨异常是OSA患者上气道骨性结构异常的重要影响因素之一，这与纪雪霞等人[10]的研究结果相一致。

OSA可以引起高血压、糖尿病、心脑血管疾病等，且易导致睡眠结构紊乱、白天嗜睡、注意力不集中，如不及时治疗严重生活质量、导致患者重要脏器功能受损、增加死亡的风险。因部分OSA患者单纯进行上气道软组织手术不能改善患者的病情，从而出现各种上气道骨性结构异常的矫正手术。目前常用的颌骨手术有：双颌前徒术、下颌前徒术、颏前徒术。双颌前徒术虽然治疗效果好，但手术创伤比较大，并且上颌骨的矫正手术会导致脸型的改变[11，12]。下颌前徒术使下颌骨前移、舌后气道扩大，但会导致上下牙齿咬合关系发生改变[13]。颏前徒术相当于间接增加b线长度，改善舌根水平的气道狭窄，并且保持下颌骨形态基本正常，但此术式仅适用于下颌后缩、小下颌的患者[14，15]。每种手术方式都有各自的优势和局限性。从医学整形角度方面来看，上颌骨矫正手术易导致脸型明显改变，因此不能被患者接受，而下颌骨矫正手术属于微整形手术，因此易被患者接受。目前我们正在与多学科合作，运用3D打印技术进行下颌骨矫正，治疗OSA患者上气道骨性结构异常的临床研究：在3D打印实体树脂模型上进行设计改造截骨大小或修补材料的形态，通过逆向工程软件Mimics16.0，获得矫正后的下颌骨三维解剖数字模型，打印3D实体树脂模型后再进行数据测量和评估，必要时定制钛合金植入体，并通过3D实体树脂模型确定颏孔的位置及间宽，截骨时减少血管和神经的损伤。3D技术在矫正骨性Ⅱ类错合畸形的情况下改善通气，从而提高下颌骨手术的精准性，达到“改善颜面部美观”与“减轻打鼾缺氧症状”两大目标。

综上所述，下颌骨结构异常是OSA患者上气道骨性结构异常的重要影响因素之一。3D打印可以制作个体化的患者下颌骨解剖模型，准确、清晰地还原下颌骨内侧面、外侧面的结构，为制定手术方案提供直观的演示，便于术前讨论以及更好的与患者沟通，3D打印技术为术前设计截骨大小、移位方向、植入体的形状提供实物模型，对制定个体化手术方案、降低手术风险有重要意义。