单侧上颌窦真菌球患者上颌窦解剖参数的CT研究

周威邦,刘小涵,杨佩宣,孔江维,李雨琦,张小兵

(1.兰州大学第一临床医学院,甘肃 兰州 730030;2.兰州大学第一医院 耳鼻咽喉头颈外科,甘肃 兰州 730030)

真菌球是非侵袭性真菌性鼻窦炎中最常见的类型,多见于中老年女性,近20年在我国的发病率呈逐年上升趋势[1]。真菌球的发病机制较为复杂,目前关于真菌球与鼻腔、鼻窦解剖结构变异的联系具有较大争议[2-3]。上颌窦是真菌球最常累及的部位,且多为单侧,本研究拟选取单侧上颌窦真菌球(unilateral maxillary sinus fungus ball,UMFB)患者的鼻窦CT进行三维重建,并将纳入病例的患侧与健侧上颌窦容积、表面积、气化系数、骨壁厚度及密度等解剖参数进行对比分析,进一步探讨UMFB与上颌窦解剖参数的关系以及UMFB的发病特点,为临床诊断和治疗提供思路。

1 资料与方法

1.1 一般资料

收集2017年1月—2022年6月在兰州大学第一医院住院并行手术治疗的55例UMFB患者,其中男20例,女35例;年龄18～87岁,平均年龄(55.53±14.27)岁,中位年龄55岁。患者就诊时主要临床症状伴有鼻塞31例,流涕24例,头痛19例,颜面部疼痛9例,眼球胀痛3例,鼻腔异味3例,2例就诊时无特殊症状。纳入病例的术前影像学表现、术中所见均符合真菌球的特征,术后病理标本中可见大量真菌菌丝及孢子,且该病变仅局限于单侧上颌窦。排除标准:①既往有鼻面部外伤史或手术史;②合并有鼻息肉、鼻腔鼻窦占位性病变等其他鼻部疾病;③先天性上颌窦发育不全;④近1个月有鼻部不适的患者。

1.2 研究方法

1.2.1 鼻窦CT扫描 所有纳入患者术前均采用64排128层螺旋CT进行鼻窦扫描,扫描参数:层厚、层间距均为1 mm;骨窗窗宽1 500 HU,窗位450 HU;软组织窗宽300 HU,窗位40 HU。将得到的CT原始数据拷贝到个人电脑中,并导入到Mimics 21.0软件中。同时应用鼻窦CT Lund-Mackay评分系统[4]对纳入病例的病情严重程度进行评估,由于本研究纳入的病例均为单侧上颌窦受累,故只需对患侧上颌窦及窦口鼻道复合体进行评分(鼻窦:0分=无异常,1分=部分浑浊,2分=全部浑浊;OMC:0分=无阻塞;2分=阻塞),评分由两位本专业经验丰富的医师共同完成。

1.2.2 上颌窦的三维重建 运用Mimics 21.0软件中的阈值分割工具,选择-1 024～225 HU的阈值范围将上颌窦骨壁与窦腔一部分自动分割开来,当组织界限不清时使用手动编辑蒙版,逐层精确分割。再用不同颜色的蒙版标记患侧与健侧上颌窦,最终完整得到双侧上颌窦的二维图像,将二维数据生成三维立体形态并进行光滑处理,最终得到优化后的双侧上颌窦三维模型(图1)。

图1 上颌窦的三维重建 a:Mimics软件三维重建后的双侧上颌窦,其中红色部分为患侧上颌窦,蓝色部分为健侧上颌窦;b:软件运算得到的上颌窦解剖参数

1.2.3 上颌窦解剖参数的测量与运算 本研究可通过软件运算可自动得到双侧上颌窦的容积、表面积、左右径(x)、上下径(y)和前后径(z)(图1b)。x为上颌窦在三维空间中最左点和最右点所在的2个矢状面间距离,y为最上点和最下点所在的2个横截面间距离,z为最前点和最后点所在的2个冠状面间距离。将软件运算得到的上颌窦的容积除以x、y、z的乘积即为气化系数[5]。即气化系数=上颌窦实测容积/估算容积。尚红坤等[6]根据上颌窦气化系数的大小,将上颌窦的三维立体形态分为凹陷型、适中型和饱满型,3种类型的气化系数分别为<0.300、0.300～0.420、>0.420。

参考Jun等[7]的测量方案,上颌窦骨壁厚度及密度的测量均在横断面上进行,选取下鼻甲前段骨质与上颌窦内侧骨壁连接的平面(下鼻甲最完整的平面)为测量平面,在上颌窦后壁的中点作垂直于上颌窦骨壁的直线,将图像放大后在直线上测量上颌窦骨壁厚度(图2a),单位为毫米,测量3次后取平均值。同时通过软件得到该直线对应的CT值曲线(图2b),取CT值最大的一点视为上颌窦骨壁密度,以HU为单位。

图2 上颌窦骨壁的厚度及密度测量 a:测量的平面; b:应用软件测得上颌窦骨壁密度

1.3 统计学分析

2 结果

2.1 鼻窦CT评分结果

根据鼻窦CT Lund-Mackay评分系统将纳入病例的患侧上颌窦及窦口鼻道复合体分为1、2、3分及4分组,其中1分组 17侧,2分组 9侧,3分组 4侧,4分组 25侧,平均(2.67+1.33)分。

2.2 患侧与健侧上颌窦解剖参数的比较

将纳入病例的患侧与健侧上颌窦解剖参数进行配对样本t检验,结果显示与健侧相比,患侧上颌窦的容积、表面积、上下径和气化系数明显较小,而上颌窦的骨壁厚度及密度则明显较大,差异均具有统计学意义(P<0.05)。患侧与健侧左右径及前后径的差异无统计学意义(P>0.05),见表1。此外,本研究中患侧上颌窦有24例凹陷型、30例适中型、1例饱满型,而健侧上颌窦中有11例凹陷型、43例适中型、1例饱满型。

表1 患侧与健侧上颌窦解剖参数的比较

2.3 患侧上颌窦解剖参数与Lund-Mackay评分的相关性

对患侧上颌窦解剖参数和Lund-Mackay评分的相关性采用Spearman秩相关检验,结果显示患侧上颌窦骨壁厚度及密度、容积、表面积、气化系数与Lund-Mackay评分均无相关性(P>0.05),见表2。

表2 患侧上颌窦解剖参数与Lund-Mackay评分的相关性 (n=55)

3 讨论

真菌球是一种由真菌感染引起的慢性炎性疾病,是非侵袭性真菌性鼻窦炎中最常见的类型,通常发生在免疫功能正常的个体[8]。真菌球的内科治疗效果不佳,手术治疗是首选方案,尤其是内镜手术[9]。而鼻窦CT则是术前诊断真菌球最有价值的检查,其中窦内高密度钙化影是其最具特征性的CT表现[10]。真菌球主要累及单侧上颌窦,罕见双侧发病,这则表明研究患侧与健侧上颌窦解剖参数及三维立体形态的差异具有重要意义。本文回顾性分析55例UMFB患者的鼻窦CT资料,应用软件尽可能精确地重建出了双侧上颌窦的三维立体影像,并将测量得到的数据进一步对比分析,以探讨UMFB与上颌窦解剖参数的关系。

以往关于UMFB与鼻腔、鼻窦解剖关系的研究中,Hwang等[11]发现UMFB好发于中鼻道容积较大的一侧,而与鼻腔总容积并无联系。本研究中我们发现UMFB患者双侧上颌窦容积大小的差异具有统计学意义(P<0.05),真菌球似乎更好发于上颌窦容积较小的一侧,这可能涉及宿主与真菌之间复杂的相互作用,同时该结论能够部分解释为何真菌球在鼻窦容积较男性小的女性患者中更常见[12]。此外,研究表明在最大生长期过后,男女上颌窦的容积都会因为骨质结构中矿物质的丢失而缓慢缩小[13],UMFB多见于中老年人则可能与其上颌窦的容积减小有关。此外,人体其他鼻窦容积虽较上颌窦小,但真菌球的发病率却远小于上颌窦,这可能是由于上颌窦具有重要的加温、加湿功能[14],更适宜真菌生长,也可能与上颌窦的自然开口更易受到周围病变而发生阻塞有关。

单纯比较患侧与健侧上颌窦容积的大小无法体现UMFB与上颌窦三维形态的联系,且上颌窦容积在不同个体之间差异较大,因此我们引入了上颌窦气化系数的概念[5]。上颌窦的气化系数代表了上颌窦在三维空间的伸展情况,也能够体现周围结构对上颌窦形态的影响,气化系数越大,说明上颌窦形态越饱满。本研究发现UMFB患者患侧与健侧上颌窦气化系数的差异具有统计学意义(P<0.05),且患侧上颌窦中凹陷型有24例,而健侧上颌窦中凹陷型仅有11例,所以我们认为真菌球更好发于上颌窦气化不良的一侧,凹陷型的上颌窦似乎更适宜真菌生长,而这可能是因为真菌孢子在凹陷型的上颌窦中更容易发生沉积。同时我们提出疑问,是否真菌感染能够促使上颌窦的三维形态有不同程度的凹陷,使上颌窦容积及气化系数进一步降低,即真菌感染与上颌窦容积及气化系数之间是否存在相互影响、相互促进的关系。

此外,本研究发现真菌球好发于内表面积较小的一侧,这可能与一氧化氮的产量减少有关。研究表明鼻腔中测量到的大部分一氧化氮来自于鼻窦黏膜,一氧化氮可以刺激上颌窦黏膜的黏液纤毛运动以及调节鼻腔气流阻力,抵御细菌、病毒和真菌感染[15]。因此我们有以下推测:患侧上颌窦的表面积较小,则黏膜的总面积较小,产生的一氧化氮总量也相对较少,对真菌孢子的清除率下降,从而促进了真菌在上颌窦内的生长。除了容积、气化系数和表面积之外,本研究发现三维空间中患侧与健侧上颌窦上下径的差异同样具有统计学意义(P<0.05),而左右径和前后径的差异则无统计学意义(P>0.05)。同时本研究发现上颌窦容积、气化系数和表面积与Lund-Mackay评分无相关性(P>0.05),表明这些解剖参数并不能成为预测UMFB病情严重程度的指标。

上颌窦骨壁并非静止结构,而是处于动态变化的状态,它会对炎症、机械应力等外界刺激做出反应,包括骨膜增生反应、骨重塑以及新骨形成等过程,我们把这种骨组织的病理性改变称为骨炎[7]。本研究将上颌窦骨壁厚度及密度作为衡量骨炎严重程度的指标,结果发现UMFB患者患侧上颌窦骨壁厚度及密度均较健侧大,且差异具有统计学意义(P<0.05),提示骨壁厚度及密度可作为一种筛查指标,对于有一侧上颌窦骨壁厚度和密度明显较大的患者应怀疑真菌球的可能,这对于诊断上颌窦真菌球具有一定价值[16]。但本研究纳入病例的年龄跨度较大,且中位年龄达55岁,表明纳入病例的整体年龄结构偏大,而中老年人可因骨质疏松导致骨密度下降,可能对上颌窦骨壁密度的测量结果有一定影响。此外,患侧上颌窦骨壁厚度和密度与Lund-Mackay评分并无相关性(P>0.05),这表明骨壁厚度及密度并不能作为预测UMFB患者病情严重程度的指标。

综上所述,UMFB的发病特点有很多,而本文则将重点放在对上颌窦三维立体形态及解剖参数的研究,最终发现UMFB与上颌窦解剖参数密切相关。同时患侧与健侧上颌窦解剖结构的差异如骨壁厚度与密度等,能够为UMFB的术前诊断提供新思路,并有助于手术方案的设计。但上颌窦并非一个孤立存在的结构,其发育及气化程度会受到周围结构的影响,且当真菌球体积足够大时,其病变本身会压迫周围结构而影响上颌窦容积、气化系数等参数的大小,且本研究还存在病例数不足及难以避免的测量误差,这些因素均会对研究结果产生影响。因此对于UMFB与鼻腔、鼻窦解剖参数的关系,仍需要我们更加全面、深入的研究。