计算机辅助测量唇腭裂继发颌骨畸形患者手术前后口腔及气道容积的变化

吴涤清，李志萍，孟 箭，陈 彬

唇腭裂畸形是最常见的先天性口腔颌面部发育畸形，严重影响患者的口腔功能和面部容貌。唇腭裂序列治疗[1]即在患者的各个生长发育阶段，治疗其相应的形态、功能和心理缺陷。部分唇腭裂患者唇腭裂修复术后出现明显继发性的颌骨三维方向的畸形：多表现为上颌骨发育不足并伴有下颌真性或假性前突，前牙或全牙列反牙合，面中部凹陷，牙弓狭窄，咬合关系紊乱，故正颌手术为序列治疗的重要部分。数字外科技术的飞速发展，为此类患者的正颌正畸联合治疗提供了更精准更个性化的辅助手段。相较常见的错牙合畸形，唇腭裂继发颌骨畸形患者手术的预演、实施及术后效果还会受唇腭部瘢痕、颌骨不连续、气道通畅性及发音等多种特殊因素的影响。我们设想通过口腔及上气道容积建模，分析其手术前后的变化来评价患者双颌手术前后的功能变化，以寻求在数字外科技术中能更好地融入唇腭裂继发颌骨畸形患者的软硬组织畸形特点，去精确地评价包括面型、发音及术后气道等内容。

1 资料与方法

1.1 研究对象

2015年7月至2019年12月徐州市中心医院口腔科收治5例单侧完全性唇腭裂继发颌骨畸形患者。其中男2例，女3例；年龄18～26岁；左侧2例，右侧3例。所有患者前期均按序列治疗计划接受过唇腭裂修复手术及牙槽突裂植骨成形术。经正颌正畸联合会诊明确为：继发骨性上颌骨发育不足，下颌前突错牙合畸形。制定治疗计划：①术前正畸(去除牙齿代偿，竖直牙轴，整平曲线并适当前牵与扩宽上颌骨)；②正颌外科手术(均为双颌手术，即上颌骨 LeFortⅠ型截骨术和下颌支矢状劈开截骨术(bilateral sagittal split ramus osteotomy, BSSRO))；③术后正畸；④心理辅导及语音训练；⑤随访与疗效评估。

1.2 治疗流程

患者完成术前正畸后按期接受数字外科引导下的正颌手术，随后接受精细化的术后正畸，精细调整牙合功能。手术方法如下：5例患者接受双颌手术，包括上颌骨LefortⅠ型截骨(上颌骨整体迁移2～5 mm，下降1～2 mm，患侧上颌骨后份下降2 mm，找平牙合平面)，下颌骨BSSRO旋转后退约5～8 mm。3例结合了颏成形手术。术后1个月及3个月随访，比较手术前后患者面型、咬合关系、颞下颌关节及患者气道通气、发音改变等。

获取所有患者术前术后正侧面像、牙合像及影像学资料、头影测量分析结果。本研究已通过院伦理委员会审批，经患者本人知情同意后进入数字化三维建模流程。

1.3 数字外科研究内容

1.3.1 数字化三维重建 将患者正颌术前1周、术后1个月、术后3个月接受CBCT(KAVO，德国，电压120 kV，层厚0.125 mm，扫描时间20 s)的DICOM数据及3Shape 口扫STL数据导入Mimics 20.0软件(Materialises公司，比利时)，重建颌面部三维模型，需将FH平面与水平面平行放置并与正中矢状面垂直并校准方向。在三维模型上利用不同轴面视角进行精确定点标记。为减小测量误差，每个样本由同一位专业的正畸医生定点并手动分割固有口腔与上气道的数据图像，测量三次结果取平均值，每次测量间隔两周。

1.3.2 三维固有口腔容积模型构建与数据测量 固有口腔是指上下颌牙列和牙槽突的内侧面部分、顶部硬腭、底部舌和口底、后界通过咽门与口咽腔相通[2]，由此我们界定，硬腭构成固有口腔上界，牙列及上下颌骨的舌侧面构成前界和左右边界，下界为下颌平面，后界(冠状面)为过双侧翼突前缘中点且垂直于FH平面构成的平面，该点位于蝶骨上，不受正颌手术影响。术前正畸后患者上下前牙在牙尖交错位无接触，且反覆盖较大，我们将牙合平面作为分割固有口腔上下部分容积的分界，自此完成固有口腔容积模型的构建，再行容积的测量(图1、2)。按照上述分界，在三维模型上划分固有口腔及相关标志点，并计算出固有口腔容积大小。

1.3.3 三维上气道容积模型构建与测量 上气道大致分为鼻咽段、腭咽段及舌咽段，因双颌手术前后影响上下颌骨的位置，继而影响上气道不同节段的容积，因此采取了分段测量的方法见图3，具体测量项目见表1。

A：三维数据重建(minics中)；B：术前三维效果图；C 模拟双颌术后效果图

A：术前固有口腔模型构建；B：术前固有口腔底面观；C：术前固有口腔模型矢状观；D：术后固有口腔模型构建；E：术后固有口腔底面观；F：术后固有口腔模型矢状观；L、H、W分别为固有口腔长度、高度、宽度；ML为下颌骨长度

A：术前口腔及气道模型构建；B：术前上气道容积； C：术后上气道容积

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

1.4 统计学方法

2 结 果

2.1 临床复查

5例患者正颌手术均未发生严重并发症，术后面型改善满意度较高，双侧颞颌关节运动良好，开口度及开口型基本正常。1例患者术后3个月下颌骨略有前移，前牙呈对刃状态，并在术后出现轻微打鼾。5例均无发音异常，未闻及腭裂语音。

2.2 固有口腔及上气道容积三维数字化测量

5例单侧完全性唇腭裂继发颌骨畸形患者双颌手术术前、术后1个月及术后3个月的固有口腔总容积、上气道容积的测量数值均无显著差别。上颌骨LefortⅠ型截骨后上颌骨下降、旋转及前移导致固有口腔上部容积增加，下颌骨BSSRO旋转后退后下部容积缩小，术前与术后1个月、3个月均有差异(P<0.05)，术后结合正畸治疗后颌骨三维空间位置稳定，故1个月及3个月数值无差别。在三维长度方向上结果同容积数值，宽度及长度数值均有减少，高度稍有增加(表2)。术后3个月与术后1个月的固有口腔长度无明显变化，统计学差异可能是由测量误差引起。术后3个月复查1例患者出现下颌骨复前移，前牙对刃，固有口腔容积较1个月时略增加。

5例患者上颌骨手术后下降、旋转及前移致使鼻咽段与腭咽段体积增加，下颌骨旋转后退后引起舌咽段体积及最小横截面积减小，术前与术后1个月、3个月均有差异(P<0.05)。随着术后结合正畸治疗后上下颌骨三维空间位置稳定、口腔肌链平衡的完善，手术术前、术后1个月及术后3个月的上气道总容积的测量数值均无显著差别(表3)。

表2 固有口腔各测量值的比较Tab.2 Comparison of measurement values of oral cavity proper

表3 上气道测量各测量值的比较Tab.3 Comparison of upper airway measurement values

3 讨 论

单侧完全性唇腭裂修复术后继发颌骨畸形不仅严重影响患者容貌、咀嚼、发音等功能，而且给患者的身心健康造成巨大的困扰。患者及家属对于美观及功能的要求使得正颌正畸联合治疗唇腭裂继发错牙合畸形成为综合序列治疗的重要部分。虽然正畸-外科联合矫治已然成为解决错牙合畸形患者美观和功能问题有效的方法，但骨骼变化会影响周边软组织、舌、软腭、舌骨和肌肉的位置和张力，影响口腔和鼻腔的尺寸以及气道空间，这一点在完全性唇腭裂颌骨异常的矫正计划中是很重要的考虑因素。

数字化正颌外科的发展为正颌外科的手术计划制定、手术操作以及手术效果评价带来了更加精确、安全的技术革新，为正颌外科提供了一种全新的发展方向。传统模型外科方案制作的手术中间及终末牙合板因精准度较差难以完整真实再现牙合关系，而利用计算机辅助设计的方法制作导板，通过手术导板的导向作用达到和虚拟设计方案一致的手术效果。数字化牙合导板制作技术可以大大缩短牙合导板制作时间及减少医务人员的精力消耗，并极大地降低误差率，提供更加精确的成品，建立了规范且精准的正颌手术流程[3]。不同于常规骨性Ⅲ类错牙合，腭裂患者的腭部瘢痕，颌骨不连续，牙槽突裂植骨吸收，牙齿移位、缺失等异常均影响到了其正颌手术的理想实施,尤其是上颌骨的移动。常规正颌手术数字化重建参考标准包括平面、点等三维数据，但针对唇腭裂继发颌骨畸形的复杂性，常规参数是否能全面体现该类患者功能及形态的特殊化以及寻求更精准化的数字外科设计标准与参照数据是学者们探讨的重点内容。通过查阅文献，我们拟将固有口腔及上气道容积引入正颌手术设计及术后数字化评价的内容中。

固有口腔是颌面部的重要腔隙，不仅与呼吸、咀嚼、吞咽、言语构音等功能关系密切，同时还与牙颌畸形的发生发展及治疗转归有一定的相关性。根据Moss等[4]提出的“功能基质假说”理论，颌骨的生长有赖于软组织的功能需要，口腔间隙与功能需要相适应。固有口腔容纳舌体，与上气道毗邻，固有口腔容积变化也影响着上气道体积。唇腭裂继发颌骨畸形患者在前移上颌骨时因软组织瘢痕、上颌骨块不连续限制，前移量较小，为获得稳定平衡的咬合关系，一般在下颌骨后退距离上进行补偿。然而，下颌骨后退距离过大可能造成口咽部气道缩窄，舌体过分后坠，继而增加患者发生术后阻塞性睡眠呼吸暂停低通气综合征(obstructive sleep apnea-hypopnea syndrome, OSAHS)的风险[5]。回顾文献[6-8]，在术前设计考虑到唇腭裂上颌复发率高的因素，尽量控制上颌骨前移幅度在6 mm内，主要为减少术后上颌骨软组织瘢痕牵拉导致复发倾向，尽量避免过度损害腭咽闭合功能。

随着CT和CBCT等影像学技术和计算机技术的发展，上气道与周围组织之间存在密度差异，上气道的三维形态得以重建，即通过软件三维重建后鼻棘点到第二颈椎下缘之间的上气道形态及周围组织，可精确描绘和测量上气道不同层面的横截面积、容积，以及舌体的厚度、宽度，舌骨的形态、位置。该方法可用于OSAHS诊断、治疗，评价正颌手术对上气道的影响和治疗效果。Foltán等[9]认为下颌骨后退显著会导致术后气道过度狭窄，上颌 LefortⅠ型截骨前徙术可防止上气道减小，术后上气道宽度增大。有研究表明短时间内大幅度移动下颌骨会对周围软硬组织如软腭、舌、舌骨以及肌肉的位置和张力产生影响，进而导致上气道的形态和功能改变[10]。虽没有任何直接证据证实双颌手术或下颌正颌手术会导致术后OSAHS[11],但上气道容积仍是其影响因素之一，与OSAHS的存在与严重程度相关[12]。

本研究中5例唇腭裂继发颌骨畸形患者接受数字外科引导下的正颌手术，模拟手术设计包括：上颌骨平均前移量为3.4 mm,下降患侧上颌骨，找平牙合平面，下颌骨行BBSRO旋转后退，平均后退量为5.9 mm。我们将患者术前及术后1个月及3个月的CBCT和口扫数据导入数字软件中，通过固有口腔及气道容积建模，并开创性划分上部口腔容积及下部口腔容积、鼻咽气道和舌咽气道，来分别评价上颌骨LefortⅠ型前移及下颌骨BSSRO后退后的数值变化对评价患者术后面型、发音及畸形复发的意义。本研究中上颌骨LeFortⅠ型截骨术增加了患者术后口腔上部容积与鼻咽段与腭咽段气道的体积，下颌骨BSSRO后退使得术后的口腔功能间隙与口咽气道容积均较小，尤其舌咽段气道减小、术后的总口腔容积与上气道容积较术前变化不显著(P>0.05),与Ooi、苏咏宽及Souza Pinto等[13-15]的研究相符合。研究表明三维方向术后固有口腔的正中矢状面积、长度、宽度、下颌骨长度较术前明显减小，因其下颌骨的后退较上颌骨前移显著所致；固有口腔高度较术前明显增加则是与LeFortⅠ型截骨术下降上颌骨时引起的上、下颌骨旋转与咬合关系改变使后牙区增高有关。经头影测量分析，常规接受双颌手术患者的下颌平面角变化在2°以内，上、下颌骨顺旋或逆旋对固有口腔及上气道容积改变并不明显[16]。我们研究中5例患者术后上气道最小横截面积减小约10%，且最小横截面积手术前后变化明显者均位于舌咽段，其术后上气道总体积较术前无明显减少，下颌平面角改变平均为2.5°。

在手术实施中，我们发现部分唇腭裂继发颌骨畸形患者上颌骨下降、旋转或前移达不到术前数字外科预设的目标，下颌骨需要调整后退程度，数字牙合板也需要细节调改。因上颌骨移动受瘢痕、颌骨连续性缺陷等多因素影响，达不到有效的移动时，需增加下颌骨后退的程度，则固有口腔容积，尤其是下部分口腔容积及舌咽气道容积变小，使得舌体体积相对增加，在术后短时期内引起舌骨和舌体的后下移位，也可能引起下颌骨的顺时针旋转、开牙合及面下部长度增加等，所以正畸和正颌外科医师应当对患者术前、术后口腔容积气道改变及远期疗效进行评估，防止上气道过度狭窄，避免发生医源性 OSAHS。研究中1例患者因下颌后退较多(8 mm)，术后固有口腔及气道容积缩小较明显，口腔下部的容积减少超过5%，出现了轻度打鼾症状，并且该患者在术后3个月出现下颌骨复发前移，前牙对刃。分析可能是舌体在明显减小的固有口腔中活动受限，导致下颌位置的改变和下前牙的轻度唇倾。而其余4例患者的固有口腔及上气道总容积变化较小，其口腔下部容积减少均在3%左右，在术后治疗及随访中无明显打鼾症状，咬合关系改善良好，说明在该范围内固有口腔及上气道容积的改变是可接受的。这也提示我们，这些数值的改变与颌骨、肌肉、牙牙合的解剖形态改变是相一致的，在应用计算机外科技术在术前的方案设计、模拟上下颌骨移动时，同时模拟重建固有口腔和气道的三维模型，预测出手术前后的变化范围，可以更好地评价我们的手术方案实施后是否会引起语音及气道通气功能的变化，是否需要调整手术方案。

Alaluusua等[17]研究发现上颌骨的前移能够改善唇腭裂患者齿槽辅音的发音，且口腔上部容积的增大可以增加口内气流量，对于腭裂术后舌面音[18]的训练与改善也有一定的帮助。我们应用汉语拼音语音量表，对该5例单侧完全性唇腭裂继发颌骨畸形患者正颌术前术后的拼音发音情况进行记录，发现其语音未有明显变化。

我们认为，引入计算机辅助精准测量唇腭裂继发颌骨畸形患者双颌手术前后固有口腔及上气道容积参数，可对术后的口腔及上气道容积进行预测，评价其对发音、气道通气、术后复发等影响。同时也可指导手术方案的精细调整，如上颌骨发育过度不足或者存在整体前移困难、难以达到理想咬合状态，可以考虑调整手术方案为LeFort Ⅱ型截骨术或者在术前行牵张成骨术。

有研究报道舌体积与固有口腔容积需要维持一定的比例，才能维持咬合关系的稳定以减少术后的复发[19]。本文为回顾性研究，未能将舌体积也引入评价内容，今后将在扩大样本容量的基础上进行进一步的研究。

综上所述，唇腭裂继发颌骨畸形的患者接受正颌手术前颌骨拟移动的位置参考内容不仅包括良好的覆牙合覆盖、咬合稳定位等，针对这类特殊患者还要考虑其发音、上颌骨移动受限性以及上气道容积的改变，故在计算机软件辅助下通过准确地构建固有容积和上气道容积的三维模型，评价外科手术设计是否最优化，也体现了数字外科个性化精准化的优势。