基于三维重建的成人上颌窦形态不对称性研究

殷钰喆,谭伊,张宇格,范博,姚植正,郭航,杜抱朴（.首都医科大学第六临床医学院,北京 00069；.首都医科大学第三临床医学院,北京 0000;3.首都医科大学基础医学院,北京 00069；4.首都医科大学肿瘤与代谢性疾病研究室,北京 00069）

上颌窦是位于上颌骨体内的含气空腔，左右各一，呈不规则的三角锥形，尖端朝向颧突，底部朝向鼻腔，可分为上、下、前、后及内侧壁，平均容积约12.82ml[1]。上颌窦在妊娠12周时开始形成，出生后体积迅速扩张，尺寸于成年早期趋于稳定[2]。上颌窦形态受人种、年龄、性别和疾病等多因素影响[3-5]。Chaiyasate[6]等人通过对比25对双胞胎的上颌窦形态后，发现双胞胎个体间上颌窦形态存在差别，且这种差异随年龄递增而逐渐增大，表明环境因素同样对上颌窦发育产生影响。

现代人各器官形态结构并非完全左右对称，如右侧上肢骨骼比左侧上肢骨骼相对更长且更加粗壮[7]，这一差异反映了左、右侧肢体骨骼在生长发育或重建过程对不同负荷环境的适应性，而两侧骨骼间的差异性负荷环境主要由单侧优势肢体频繁应用或习惯性偏侧行为所引发[8]。某些研究发现现代人群上颌窦存在不对称的特征：高筱萌[9]等人发现169例汉族人中有14.79%存在上颌窦不对称；Shahbazian[10]等人发现101例患者中有17%上颌窦不对称；马著彬[11]等人研究显示142例正常人的上颌窦中存在27%不完全对称。偏侧咀嚼作为一种较为常见的咀嚼习惯，会影响上、下颌骨的正常生长，导致颅面部的不对称发育[12-13]。因此，了解现代人群上颌窦形态的不对称性，将为解读上颌窦乃至上颌骨发育过程提供更多有价值的信息。

1 材料和方法

1.1 研究材料 本文选取30例中国成年男性头骨，标本分别保存于首都医科大学人体解剖形态实验室和中国科学院古脊椎动物与古人类研究所标本室。在选取标本过程中排除病理异常及未成年个体标本。

1.2 研究方法

1.2.1 使用高分辨率工业CT机对标本进行扫描，扫描参数为：电压450kV，空间分辨率160um。使用Mimics 20.0对二维断层扫描数据进行阈值划分，同时依据颅骨解剖学位置，建立颅骨三维立体坐标系，分别重建颅骨及上颌窦的三维结构模型。上颌窦边界和窦口进行手动编辑，以进一步提高模型精确度，其中上颌窦口进行封闭处理。对三维模型进行三次表面光滑处理，迭代次数是3，光滑因子是0.4。

1.2.2 将三维模型导入3-matic软件，测量同一标本的两侧上颌窦前后径、上下径、内外径、表面积和体积：上颌窦前后径（AP）是上颌窦最前点和最后点所在冠状面的垂直距离，单位为mm；上颌窦上下径（SI）是上颌窦最高点和最低点所在水平面的垂直距离，单位为mm；上颌窦内外径（ML）是上颌窦内点和最外点所在矢状面的垂直距离；上颌窦表面积（SA）是上颌窦模型表面像素点的总和，根据分辨率将像素面积转化为实际面积，单位为mm2；上颌窦体积（V）是上颌窦模型像素点的总和，根据分辨率可将像素体积转化为实际体积，单位为mm3。为避免观察者误差，选取三位研究者的重建结果测量一次，取其均值并录入Excel表格。上颌窦三维重建模型如图1所示。

图1 上颌窦三维重建模型

1.2.3 首先应用SPSS18.0软件对左侧和右侧上颌窦测量指标进行独立样本t检验，观察两组指标是否存在显著性差异；其次选取Auerbach[14]等人研究中的偏向不对称指数（Percentage directional asymmetry，%DA)和绝对不对称指数（Percentage absolute asymmetry，%AA）这两项指标用以对比不同尺寸骨骼间的不对称程度，前者反映定向或单侧不对称性，后者反映随机不对称性，具体计算公式如下：

R为右侧上颌窦测量指标，L为左侧上颌窦测量指标。最后应用SPSS18.0软件对%DA和%AA进行单样本t检验，观察是否显著区别于0。

2 结果

由表1可知中国现代男性上颌窦尺寸的分布情况。左侧上颌窦上下径、前后径和内外径均值分别是34.0mm、34.0mm和25.0mm，右侧上颌窦上下径、前后径和内外径均值分别是33.4mm、33.3mm和24.1mm。左侧上颌窦表面积和体积均值分别是3242.5mm2和11963.5mm3，右侧上颌窦表面积和体积均值分别是3182.3mm2和11608.6mm3。独立样本t检验分析结果显示上下径、前后径、内外径、表面积和体积的P值均大于0.05，这表明左侧和右侧上颌窦尺寸并不存在显著差异。

表1 男性上颌窦测量指标分布

由表2可知，上颌窦上下径、前后径、内外径、表面积和体积的%DA均值与0之间无显著性差异，反映现代男性上颌窦偏向不对称性未达到显著水平；而上述指标的%AA均值与0之间的差异显著，反映两侧上颌窦存在明显的波动不对称性。此外，上颌窦体积、内外径和表面积的%AA均值明显高于上下径和前后径。

表2 男性上颌窦测量指标的%DA和%AA分布

3 讨论

现存多数研究采用的上颌窦上下径、前后径、内外径定义与本文不同，且缺少对表面积的测量。对比体积测量数据，安凤杨[4]等人通过分析67名男性上颌窦，得出上颌窦容积变异范围为2.16-32.97ml，本文数据处于该范围内；多数国人上颌窦测量研究中，体积均值的变异范围为14.46-18.50ml[4,15-17]，略大于本文数据，可能与人群分布区域和样本量有关。上文显示成年男性上颌窦的上下径、前后径、内外径、表面积和体积在左、右侧之间不存在统计学差异（P均＞0.05）。王伟[15]等人对比200例成人上颌窦后，发现两侧上颌窦的左右径、前后径、上下径和容积均无统计学差异；张兴[16]等人测量30例男性与30例女性上颌窦，得出左、右侧上颌窦前后径、上下径、左右径和容积无显著差异。Bornstein[18]等人对87例健康成人的研究亦得出，左右侧上颌窦容积无统计学差异；安凤杨[4]等人对比67名男性和31名女性，发现双侧上颌窦容积无统计学差异。这些研究与本文结果相一致。%DA均值反映了研究群体上颌窦对特定侧的偏向程度。本文研究显示成年男性上颌窦上下径、前后径、内外径、表面积和体积的%DA均值与0之间无显著性差异，进一步证实了左右上颌窦之间不存在明显的侧别差异。

骨骼雏形的构建主要由遗传信息调控，同时骨骼在个体生长发育阶段可依据功能性需求对自身结构进行重塑和调整。这意味着骨骼形态结构的不对称性与遗传和激素因素相关，也可能和肢体的非对称运动或习惯性偏侧行为所产生的不对称载荷环境存在紧密联系。现代人上肢骨多展现为右侧优势[7]，而下肢骨因受行走限制，其不对称性程度明显低于上肢骨，仅略倾向左侧[14]。优势肢体在行走过程和行为姿势中的频繁使用会产生典型和非典型的高张力，刺激骨骼内软骨细胞代谢，进而影响骨骼生长和重塑过程，最终导致两侧骨骼形态结构的不对称[19]，如增加骨密度和横截面面积提升骨骼强度、通过调整骨骼外表形态提高机械效率，增加韧带和肌肉的骨骼表面的附着面积以对抗撕裂[7]。因此，骨骼的不对称性可反映肢体在运动过程和习惯性行为中的非对称性使用。

上颌骨作为上列牙齿的附着部位，与咀嚼活动密切相关，特别是上颌窦底壁与上颌第一、第二臼齿之间仅有一层薄骨相邻[20]。上臼齿在研磨食物过程中，其咬合力可通过牙根传导至上颌。上颌牙齿缺失患者咬合负荷降低，导致牙槽骨重塑、吸收，进而引起上颌窦扩张重塑，造成形态改变[21]。偏侧咀嚼作为一种常见的咀嚼习惯，会引起双侧牙颌张力不对称分配，导致面部双侧对称性改变甚至引发颞颌关节疾病，如颞下颌关节紊乱综合征的发生[12-13]。余道信[22]等人研究发现，偏侧咀嚼患者的非咀嚼侧牙槽骨密度及牙周膜宽度均显著低于偏侧咀嚼的咀嚼侧及双侧咀嚼患者，这提示偏侧咀嚼对上颌骨结构的影响。但存在偏侧咀嚼习惯的人群中，咀嚼活动更偏向于哪一侧仍缺乏确凿的结论。Christensen[23]等人发现偏侧咀嚼在左侧与右侧之间不存在显著性差异；Tiwari[13]等人观察到75例偏侧咀嚼者中，38例右偏，37例左偏。上文表明左、右侧上颌窦尺寸无明显的偏侧性不对称，这应与人群咀嚼行为缺乏固定的侧别偏好密切相关。

波动性不对称常被认为出现于生物单侧躯体发育速度明显快于另一侧躯体导致的形态不对称中，且随机出现于某侧躯体[19]。%AA均值反映了研究群体左右侧上颌窦的差异程度。本文研究发现成年男性上颌窦上下径、前后径、内外径、表面积和体积的%AA均值与0之间存在显著差异，反映两侧上颌窦存在明显的波动不对称性。单一个体偏侧咀嚼行为的随机性可能是导致人群上颌窦尺寸出现明显的波动性不对称的主要原因。其他影响双侧上颌骨不对称生长发育的因素，如偏侧缺齿[21]、非对称咬合接触面积和偏侧用力，以及睡眠姿势偏好、语言特点和饮食习惯等行为也可能会导致青少年上颌窦出现不对称。即使对于发育成熟的个体，对环境压力的抵抗需求亦可使上颌骨处于旧骨吸收和新骨形成的动态平衡过程，导致上颌窦形态的变化与重构，从而出现不对称性。此外，Guatelli-Steinberg[24]等人指出雄性组织器官在生长发育过程中对环境压力更为敏感，这意味着男性上颌窦尺寸出现波动不对称性的概率要高于女性。本文受限于标本数量无法进一步分析不同年龄组间的不对称分布特征，希冀后续研究会对这一问题做补充分析。