锥形束CT研究上颌反复扩缩前方牵引后上颌骨缝的三维变化

刘伟涛，王怡然，王雪东，周彦恒

(北京大学口腔医学院·口腔医院正畸科，国家口腔医学中心，国家口腔疾病临床医学研究中心，口腔生物材料和数字诊疗装备国家工程研究中心，口腔数字医学北京市重点实验室，北京 100081)

Wang等[13]通过动物实验推测，上颌反复快速扩缩前方牵引能获得更多上颌骨前移的生物力学机制可能是，上颌骨及其周围骨缝经过反复快速扩缩，被更充分地松解激活，从而促进骨改建和生长发育。颅颌面骨缝对颅颌面正常发育和功能具有重要作用，不同骨缝具有相似的成熟过程：随着年龄增加，骨缝短暂打开，之后骨缝交错度和复杂度增加，直到成年骨缝完全骨性闭合。矫形力治疗可以将外力沿骨缝传递到上颌骨，对抗生理融合造成的阻碍，对上颌骨生长发育进行改良[14-15]。Angelieri等[16-17]提出了一种基于锥形束CT (cone-beam computed tomography，CBCT)影像分析的颧颌缝成熟度分级，发现作为上颌骨周围的重要骨缝之一，颧颌缝的成熟度越低，前牵后上颌前移效果越好。对于上颌骨及其周围骨缝进一步的研究可能有助于正畸医生针对不同患者选择不同治疗方法,并合理预测治疗结果。

目前尚未见对上颌反复扩缩前方牵引患者相关骨缝变化的研究，也未见结合骨缝成熟度分析上颌反复快速扩缩前方牵引治疗效果和机制的相关报道。本研究选取符合条件的上颌发育不足的患者进行随机对照研究，基于CBCT影像比较上颌反复快速扩缩前方牵引和上颌单次快速扩弓前方牵引的治疗效果，测量分析上颌及周围骨缝在三维方向上的变化，探讨该变化与颧颌缝成熟度之间的关系，分析上颌反复快速扩缩前方牵引前移上颌骨的影响因素和机制，为治疗决策和未来研究提供支持。

1 资料与方法

1.1 研究对象

本研究获得北京大学生物医学伦理委员会批准(批准号：IRB00001052-10092)，临床试验注册号：ChiCTR2000034909。研究选取2010年12月至2012年11月就诊于北京大学口腔医院正畸科的36例患者。

1.2 分组方法

使用随机化区组设计进行分组，区组长度为6，将患者按就诊顺序编号，从随机数字表中取随机数字与患者编号匹配，区组内患者按随机数字大小顺序依次纳入两组，分别为单次扩弓组和反复扩缩组，每组18例。由于两组治疗方案差别较大，本研究未采用盲法。

1.3 治疗方法

扩弓装置均采用带环粘接式Hyrax螺旋扩弓器，分别粘接于上颌第一恒磨牙和第一或第二乳磨牙或第一前磨牙，上颌腭侧前部焊接钢丝臂，延伸至前牙区腭侧。牵引钩臂焊接于带环颊侧，牵引钩位于尖牙颊侧，由北京大学口腔医院正畸科同一位主管技师制作。

单次扩弓组：上颌快速扩弓2周，0.5 mm/d，结束后锁住螺旋扩弓器。反复扩缩组：上颌快速扩弓2周，0.5 mm/d，回缩2周，0.5 mm/d；重复再扩弓2周，0.5 mm/d，回缩2周，0.5 mm/d；再重复扩弓2周，0.5 mm/d，不回缩；10周后上颌处于扩弓后状态，锁住螺旋扩弓器。

1.4 拍摄方法

所有患者分别于T0、T1拍摄头颅CBCT，使用北京大学口腔医院放射科配备的DCTPRO口腔颌面CBCT系统(VATECH公司，韩国)，扫描参数：90 kV、7 mA，曝光时间15 s，体素0.4 mm3，窗口大小20 cm×19 cm。拍摄时嘱患者端坐，目视前方，使眶耳平面及两瞳孔连线与地面平行，正中矢状面与机器正中参考面重合，牙列保持牙尖交错位，平静呼吸，勿吞咽。

1.5 测量方法

隐藏患者姓名及分组信息，以每个患者T0和T1的CBCT为一组，编号后打乱顺序开展测量分析。

为保证头位一致，首先将CBCT拍摄所得的Dicom格式数据导入Dolphin 11.7软件(Dolphin Imaging & Management Solutions, 美国)， 在软件三维视窗下反复调整，校正头位，并同时设定参考系[19-20]：(1)参考原点：双侧耳点的中点；(2)水平参考平面 (horizontal reference plane，HRP)：与地面平行、同时经过双侧耳点及右侧眶下点的眶耳平面；(3)冠状参考平面 (coronal reference plane, CRP)：过双侧耳点、与水平参考平面垂直的参考平面；(4)垂直参考平面 (vertical reference plane，VRP)：过参考原点、同时垂直于水平参考平面和冠状参考平面的正中矢状平面。具体操作步骤为：在不同视窗下来回顺时针或逆时针旋转和检查头位，最后达到冠状位视窗下双侧耳点、右侧眶下点位于同一水平线；水平位视窗下双侧耳点位于同一水平线；矢状位视窗下右侧耳点和右侧眶下点位于同一水平线，调整完毕后保存位置。

将调整后的CBCT数据导入Mimics 10.01软件(Materialize Interactive Medical Image Control Systems, 比利时)进行三维重建，确定标志点并获得上颌及其周围骨缝标志点在软件内的三维坐标值(图1)[6,19,21]：(1)颧颞缝上缘点(upper point of zygoma-ticotemporal suture, ZTU)：冠状位视窗下颧颞缝最上边缘点，且矢状位视窗下颧颞缝最前边缘点；(2)颧颞缝下缘点(lower point of zygomaticotemporal suture, ZTL)：冠状位视窗下颧颞缝最下边缘点，且矢状位视窗下颧颞缝最后边缘点；(3)颧颌缝上缘点(upper point of zygomaticomaxillary suture, ZMU)：冠状位视窗下颧颌缝最上边缘点；(4)颧颌缝下缘点(lower point of zygomaticomaxillary suture, ZML)：冠状位视窗下颧颌缝最下边缘点；(5)颧额缝前缘点(anterior point of zygomaticofrontal suture, ZFA)：矢状位视窗下颧额缝最前边缘点；(6)颧额缝后缘点(posterior point of zygomaticofrontal suture, ZFP)：矢状位视窗下颧额缝最后边缘点。

将标志点三维坐标值减去对应参考原点三维坐标值得到标志点在参考系内的三维坐标值，再通过求平均数的方法计算得到以下骨缝中点三维数值：(1)颧颞缝中点(middle point of zygomaticotemporal suture, ZTM)：颧颞缝上缘点和下缘点平均数，左右再平均的中点；(2)颧颌缝中点(middle point of zygomaticomaxillary suture, ZMM)：颧颌缝上缘点和下缘点平均数，左右再平均的中点；(3)颧额缝中点(middle point of zygomaticofrontal suture, ZFM)：颧额缝前缘点和后缘点平均数，左右再平均的中点。

最后将各骨缝中点T1、T0数值相减，计算治疗前后变化值，比较分析矢状向、垂直向和水平向变化。矢状向变化为垂直于冠状参考平面的变化，正值为向前；垂直向变化为垂直于水平参考平面的变化，正值为向上；水平向变化为双侧标志点在垂直于垂直参考平面方向上的间距变化，正值为增宽[6,21]。

由同一名医生两次对所有CBCT数据进行头位校正、参考系建立、定点和测量计算(间隔1个月)。使用组内相关系数(intraclass correlation coefficients，ICC)来评价测量一致性，如ICC≥0.75，则计算两次测量结果的均值作为最终测量值；如ICC<0.75则重新测量[6,19]。

使用RadiAnt DICOM viewer软件(Medixant, 波兰)对全部患者治疗前颧颌缝(zygomaticomaxillary suture, ZMS)CBCT影像进行骨缝成熟度分级[16-17]。根据骨缝边缘的曲折复杂程度和骨缝旁骨密度的高低将颧颌缝成熟度由低到高分为A～E 5个级别：A级：具有一致的高密度骨缝边缘线，没有或较少交错融合，骨缝旁区域骨密度较低；B级：具有扇贝状、较粗的高密度骨缝边缘线，部分区域可出现平行且紧密相邻、扇贝状、较细的两条高密度骨缝边缘线，骨缝旁和平行线中间区域骨密度较低；C级：具有平行且紧密相邻、扇贝状、较细的两条高密度骨缝边缘线，骨缝旁和平行线中间区域骨密度较低；D级：骨缝常在后部出现骨性闭合，骨缝旁区域骨密度增加；E级：骨缝完全闭合。对分级情况进行记录。

A and B are frontal and lateral view of craniofacial landmarks in Mimics 10.01. ZTU, the upper border of zygomaticotemporal suture; ZTL, the lower border of zygomaticotemporal suture; ZMU, the upper border of zygomaticomaxillary suture; ZML, the lower border of zygomaticomaxillary suture; ZFA, the anterior border of zygomaticofrontal suture; ZFP, the posterior border of zygomaticofrontal suture.图1 影像测量标志点Figure 1 Landmarks of measurements

1.6 统计学分析

使用SPSS 17.0软件(SPSS Inc, Chicago, IL, USA)进行数据统计分析。对两组患者性别、治疗前颧颌缝成熟度分级进行卡方检验，比较组间性别、骨缝成熟度的一致性；对两组患者治疗前年龄、标志点数据以及疗程进行组间独立样本t检验，比较组间基线资料的一致性和治疗时间的差异；对两组患者骨缝标志点治疗后三维方向变化量进行组间独立样本t检验，比较两种治疗方法的差异；将全部患者按照颧颌缝骨缝成熟度分级重新分组，进行骨缝标志点三维方向变化量的组间独立样本t检验，比较不同组间的差异；对上颌及其周围骨缝标志点三维方向变化的影响因素进行双因素方差分析，设定影响因素为不同扩弓方案和不同颧颌缝成熟度；对反复扩缩组标志点的矢状向变化量进行Pearson相关性分析，同时使用回归分析评估各骨缝标志点和A点矢状向前移量的关系。检验水准α=0.05，双侧检验。

2 结果

除反复扩缩组2例患者失访，其余34例患者均完成全部治疗(图2)。两组测量项目治疗前基线数据和治疗前后变化值均呈正态分布，按颧颌缝成熟度分级重新分组后，两组治疗前后变化值均呈正态分布。

2.1 两组患者基本情况比较

两组患者基本情况和基线资料见表1。全部患者颧颌缝成熟度分布在B和C级，组间差异无统计学意义(P>0.05)，年龄和基线标志点数据差异无统计学意义(P>0.05)，基线数据一致性较好。两组患者前牵时间及治疗总时间的组间对比差异无统计学意义(P>0.05)。

2.2 不同治疗组患者骨缝标志点三维向变化的比较

表2显示，反复扩缩组与单次扩弓组上颌骨及其周围骨缝标志点矢状向和水平向变化总趋势相似，且和上颌骨主要标志点A变化趋势一致，表现为矢状向前移和水平向间距增大；单次扩弓组在垂直向上总体变化趋势向上，反复扩缩组基本表现为向下。

在矢状向上，反复扩缩组上颌骨及其周围骨缝标志点较单次扩弓组前移显著，颧颌缝中点前移量最大。反复扩缩组颧颞缝中点、颧颌缝中点和颧额缝中点矢状向前移量分别为1.21 mm、2.20 mm和1.43 mm，单次扩弓组分别为0.52 mm、1.53 mm和0.36 mm，差异有统计学意义(P<0.05)。

在垂直向和水平向上，反复扩缩组上颌骨及其周围骨缝标志点与单次扩弓组相比组间差异无统计学意义(P>0.05)。

2.3 不同颧颌缝成熟度患者骨缝标志点三维向变化的比较

按照颧颌缝成熟度分级将34例患者重新分组，分为B级组和C级组，组间对比结果显示，上颌骨及其周围骨缝标志点三维方向变化总趋势相似，除颧额缝标志点垂直向变化不一致外，其余标志点和上颌骨主要标志点A变化趋势一致，表现为矢状向前移、垂直向向下和水平向间距增大，且仅在矢状向测量指标中差异有统计学意义(表3)。

RPE, rapid palatal expansion group; RPE/C, alternating rapid palatal expansion and constriction group; CONSORT, consolidated standards of reporting trials.图2 CONSORT流程图Figure 2 CONSORT flow chart of the clinical trial

表1 单次扩弓组和反复扩缩组患者基本情况和基线资料比较Table 1 Comparisons of the demographic data and baseline data between the RPE and RPE/C group at T0

表2 单次扩弓组和反复扩缩组患者治疗前后三维方向变化的比较Table 2 Comparisons of three-dimensional T1-T0 changes between the RPE and PRE/C group

表3 颧颌缝成熟度B级和C级治疗前后三维方向变化的比较Table 3 Comparisons of three-dimensional T1-T0 changes between the zygomaticomaxillary suture maturational stage B and C

组间独立样本t检验结果显示，在矢状向上，B级组颧颞缝中点矢状向前移1.16 mm，与C级组前移0.53 mm相比差异有统计学意义(P<0.05)。在所测量骨缝中，颧颌缝中点矢状向变化量在两组内均大于其他骨缝，但两组间颧颌缝中点矢状向前移量差异无统计学意义(P>0.05)。

2.4 治疗方法和颧颌缝成熟度两因素对骨缝标志点三维向变化的影响

对上颌及其周围骨缝标志点三维方向变化的影响因素(扩弓方法和颧颌缝成熟度)进行双因素方差分析(表4)，结果显示扩弓方法和颧颌缝成熟度两因素在对颧颞缝中点矢状向前移影响上无交互作用[F(1,30)=3.22,P=0.083]，尽管扩弓方法[F(1,30)=6.30,P=0.018]和颧颌缝成熟度[F(1,30)=4.68,P=0.039]对颧颞缝中点矢状向前移均有明显作用，其余上颌骨及其周围骨缝标志点未同时在两因素上的差异有统计学意义，更无交互作用(P>0.05)。

表4 不同治疗方法和颧颌缝成熟度对于标志点三维向变化影响的双因素方差分析Table 4 The effect of treatment protocol and ZMS stage on three dimensional T1-T0 changes by the two-way ANOVA

2.5 反复扩缩组A点与上颌骨及其周围骨缝标志点矢状向前移变化量之间的相关性

因为反复扩缩组在全部上颌骨及其周围骨缝标志点矢状向前移量上大于单次扩弓组，为进一步分析反复扩缩组A点与骨缝标志点矢状向前移变化量之间的相关性，对A点和骨缝标志点间矢状向变化量进行了Pearson相关性分析。如表5所示，反复扩缩组颧颌缝中点和A点治疗前后矢状向前移变化量的相关性较强(P<0.01)，R2=42.5%，回归方程为A点=0.511+1.159×ZMM。

表5 反复扩缩组骨缝标志点和A点治疗前后矢状向变化量的相关性分析Table 5 Correlation analysis of sagittal changes between circummaxillary sutures and point A in RPE/C group

3 讨论

3.1 颅颌面骨缝形态的生理特征和临床参考意义

颅颌面骨缝具有交错融合的生理特征，随着年龄增长，骨缝不断成熟，边缘交错复杂程度增加，骨性结合也变得更加稳定，对于来自内部压力、肌肉活动和矫形力正畸治疗的骨性形变压力的抵抗性更强[22]。除了常规的早期矫形力治疗，近10年来新的矫形力较强的治疗手段不断涌现，包括微螺钉种植体辅助的上颌快速扩弓、手术辅助上颌快速扩弓和骨锚式上颌前牵引[23-24]。这些治疗方式在增加正畸矫形力的作用、激活打开已闭合的骨缝、促进生长改良、扩大适应证范围的同时，也伴随着费用增加、创伤性增加和患者不易配合等缺点[25-26]，因此，合理评估骨缝成熟度，对于适应证的选择，治疗计划的确定，特别是临界病例治疗方案的选择可能具有一定的参考意义。

3.2 上颌骨缝成熟度与生长发育的相关性

早期矫治的诊断重点之一是了解个体生长发育的真实情况，准确评估其处于生长发育的具体阶段，进而选择矫治时机和预测生长发育潜力，因此，除了年龄外，需要通过其他生理龄指标(包括骨龄、牙龄、第二性征及形态学年龄等)对患者的生长发育阶段进行综合判断。骨龄指标通常使用颈椎骨龄或手腕骨龄，但都存在不能提供更多信息以及额外放射线摄入的缺点。随着当代正畸技术的进步，适应证范围不断扩大，治疗精细程度不断提高，医生需要通过更全面的检查(如颞下颌关节形态位置、牙根位置形态、牙槽骨厚度、气道容积等)对患者整体情况进行综合判断，因此，信息全面、较低射线量的CBCT逐渐成为口腔正畸治疗的重要辅助手段[27]。由于CBCT视野的限制或拍摄时患者佩戴铅领或铅衣防护，颈椎骨段的图像清晰度常受到影响，降低了颈椎骨龄指标的准确度。

上颌周围骨缝的CBCT影像学形态分期和颈椎骨龄分期有较高相关性，且颅颌面各骨缝成熟过程中形态变化相似[28]。Angelieri等[16-17]提出使用颧颌缝的CBCT影像学形态对骨缝成熟度进行分级，发现颧颌缝成熟度越低的患者，前牵后上颌前移效果越好。本研究也采用了上述分级方法来评价骨缝成熟度，但两组患者治疗前颧颌缝成熟度分级仅分布在B和C级，没有涉及更多级别，且本身两个级别的形态、生长潜力差距较小，除颧颞缝中点矢状向前移外，其他指标的差异均无统计学意义(P>0.05)，今后的研究如果扩大年龄范围可能有助于观察不同颧颌缝成熟度对上颌矫形力治疗效果的影响。

3.3 不同上颌快速扩缩前方牵引方法的骨矫形效果比较

针对非唇腭裂患者，反复快速扩缩前方牵引的方法是否更加有利于前移上颌骨，目前观点尚未统一。本研究对上颌反复快速扩缩前方牵引治疗方法进行了一定改良，快速扩弓和缩弓的速度与以往研究相比降低至每天0.5 mm，一轮完整的扩弓和缩弓时间延长至4周，以期产生更柔和的矫形力，扩弓和缩弓反复2.5轮共10周，比以往研究的3.5轮减少了一轮扩缩[3,7]。上颌反复快速扩缩前方牵引后，上颌及其周围骨缝整体变化的趋势为向前、向下和增宽。与单次扩弓相比，反复扩缩前方牵引后，上颌相关标志点的矢状向前移显著，包括骨缝标志点和上齿槽座点，与以往多数研究结果一致[4-12]。近年来也有研究认为，两种不同的治疗方法并不会影响上颌骨前移量[29-30]。Onem等[29]的研究发现，上颌反复快速扩缩及单次扩弓后，除前鼻嵴点垂直向位置及腭平面倾斜角变化存在组间差异外，其他骨性指标变化组间差异均无统计学意义(P>0.05)。上述研究结果的差异可能与研究对象筛选标准、矫治装置类型及加力方式等不同有关。

从前方牵引的时机上来说，本研究选择在扩弓或扩缩结束后开始前方牵引，是希望在充分激活上颌周围骨缝之后再开始牵引，以获得更大的上颌骨前移效果。但是，Canturk等[31]认为，上颌扩缩完成与否并不影响前方牵引效果，二者应同时进行。还有研究认为，为避免支抗牙周围骨高度及密度发生降低，建议尽可能早期开始上颌骨前方牵引[32]。

3.4 颧颌缝和颧颞缝是上颌前方牵引治疗中的主要作用骨缝

上颌及其周围骨缝形态、分布各异，其中颧颌缝和颧颞缝是两条紧邻上颌扩弓、前方牵引装置，且形态较大的主要骨缝。Gautam等[33]通过三维有限元分析对比快速扩弓前方牵引和直接前方牵引时的上颌受力情况，发现快速扩弓前方牵引时上颌受力更大，且最大的von Mises力分布在颧颌缝和颧颞缝。Han等[34]对试验猴的Ⅲ类矫治结果显示，与其他骨缝相比，颧颌缝在治疗过程中一直保持活跃、较高水平的骨改建，成骨、破骨和成纤维细胞大量增生堆积。

本研究中，不同治疗组及不同骨缝成熟度患者颧颌缝标志点三维向变化量比其他骨缝标志点的变化量大，特别是上颌快速扩缩前方牵引治疗后，A点与颧颌缝标志点矢状向前移量相关性较高。虽然骨缝成熟度和治疗方法这两项影响因素间不存在交互作用，但颧颞缝标志点在两因素各组内均表现了较多的矢状向前移，明显区别于其他骨缝标志点，以上结果都支持了之前的研究结论[14,33]。

本研究的不足：在治疗结束时拍摄CBCT，虽然直接反映了治疗效果，但缺少对上颌快速扩缩前方牵引治疗长期效果及稳定性的研究；入组病例缺乏骨缝发育成熟度高的患者，此类患者骨缝嵌合度高、接近闭合，接受上颌快速扩缩前方牵引治疗后能否取得良好效果有待探讨；尽管在骨缝矢状向变化数据上，上颌反复快速扩缩前方牵引与上颌单次快速扩弓的差异有统计学意义，但统计得出的假设和规律只能作为指导方向，其可靠性还需要结合临床实际情况来验证和判断。

综上所述，与上颌单次快速扩弓相比，上颌反复快速扩缩前方牵引可使上颌骨及周围骨缝在矢状向上获得更多的前移量，对于早期治疗上颌后缩患者可能效果更佳；上颌反复快速扩缩前方牵引后，颧颌缝作为上颌矫形力作用的主要骨缝之一，其矢状向前移量与上齿槽座点的前移量相关性较强；使用基于CBCT的颧颌缝成熟度分级在早期矫治方案选择和治疗效果预测时可能有参考意义。