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健康成人咽部气道的三维分析

Daniela Machado Ferreira

DDS,硕士,常驻口腔颌面外科,法轮县医院,瑞典

电子邮件:bhuvaneswari.bibleraaj@uhsm.nhs.uk

垫Sjostrom

DDS,博士,副教授,口腔颌面外科医生,瑞典尤梅夫大学医学院口腔颌面外科

DOI: 10.15761 / DOMR.1000397

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图表及数据

摘要

上呼吸道狭窄的解剖因素易导致阻塞性睡眠呼吸暂停(OSA)。正颌手术引起咽气道的改变,成功的长期治疗需要了解所有的变量。本文旨在描述咽解剖结构,影响其尺寸和结构的因素,讨论咽成像,重点是计算机断层扫描以及健康成人的三维(3D)分析的标准体积数据。

在PubMed中进行文献检索,检索词为:“pharynx”、“diagnostic imaging”、“tomography, x-ray computed”、“imaging,三维”、“adult”以及“upper airway”和“咽部气道”。评估上呼吸道与外科手术或特定疾病的关系的文章被排除在外。共纳入并分析了46篇文章。

咽作为纤维肌肉管,其大小和形状与咽的力学特性、周围解剖结构和呼吸、重力、体位变化等患者动态依赖因素有关,也与影像采集、软件处理和分析等技术方面有关。尽管3D成像允许横断面和体积测量,但目前的文献不能提供咽气道一致的规范尺寸参考。

在计划正颌手术时应考虑气道大小,以尽量减少不良副作用。3D成像可以提供有关咽部大小和形状的一系列信息,可用于分析优化治疗所需的手术运动类型和扩展。咽部气道三维评估的标准方案尚缺乏,需要高质量、标准化标准的临床研究。

关键字

咽部气道,影像学,计算机断层扫描,锥束计算机断层扫描,阻塞性睡眠呼吸暂停,正颌手术

介绍

上呼吸道是一个具有呼吸、吞咽和发声等复杂功能的解剖结构。几十年来,正畸医师一直在研究上呼吸道、呼吸方式与牙面发育之间的关系[1]。由于上呼吸道的大小和形状与颅面形态和OSA的关系,评估上呼吸道的大小和形状一直是一个越来越受关注的问题[2,3]。

颅面发育分析的金标准方法是头测术,在侧位脑电图上进行线性和角度测量。然而,在二维中表示三维(3D)结构可能会忽略许多解剖信息[4,5]。现在,随着3D成像技术的提高,即传统的计算机断层扫描(“多层”CT)或数字体积断层扫描(“锥束计算机断层扫描”,CBCT)的轴向横截面积和总体积数据可以确定,并始终有助于更好地了解上呼吸道解剖和生理[1,4-7]。

最近,一些研究对上气道进行了三维分析,并评估了其与手术干预或与特定疾病的关系。在颌面专科领域,正颌外科旨在通过纠正颅面畸形和错颌来重建面部和谐[3]。除了美学上的好处,上颌骨和/或下颌骨的手术运动也会导致周围软组织和肌肉的改变,从而导致咽气道尺寸的积极或消极变化[3,8-11]。上呼吸道狭窄的解剖学因素易导致阻塞性睡眠呼吸暂停(OSA),这些因素可能包括下颌或双颌后颌症[8]。阻塞性睡眠呼吸暂停(OSA)患者的外科上颌下颚推进已被证明是一种有效的治疗方法,通过扩大咽空域,特别是在最狭窄的区域[8-11]。另一方面,通过下颌或上颌后退治疗前倾会使咽气道变窄,因此在一生中容易发生呼吸性睡眠障碍[3,10]。

目前,只有少数研究描述了没有疑似呼吸病理的个体上呼吸道的规范容积数据。随着技术的发展和3D成像的可用性,上呼吸道尺寸和构型的评估变得越来越重要,与正颌手术计划和随访、OSA或其他可能导致气流减少的疾病的诊断和治疗越来越相关。颌面和正畸专业的成功长期治疗需要了解包括上气道在内的所有功能变量[12]。

本文的目的是描述咽的解剖结构,各种成像方法,并描述咽气道的测量过程,重点是计算机断层扫描。进一步的目的是讨论影响咽部大小和形状的因素,最后概述对上气道进行3D分析的科学研究,以便为健康成人提供规范的体积数据。

材料与方法

在PubMed数据库中搜索单词“pharynx”,“upper airway”,咽部气道”和“diagnostic imaging”,可以单独搜索,也可以组合搜索,得到大量的文章。然后使用MeSH术语,为了文献研究的目的,选择了“pharynx”、“diagnostic imaging”、“tomography, x-ray computed”、“imaging, three-dimensional”和“adult”。这些MeSH术语首先与“上呼吸道”和“咽气道”一起单独搜索,然后成功组合。添加了过滤器,与人类相关的文章用英语写。PubMed数据库检索于2018年1月7日进行并更新。

在所有文章中,那些评价与外科手术或特定疾病相关的上呼吸道的文章被标题或摘要排除在外。然后用全文审查的文章中提到的其他文章来补充搜索,因为它们似乎与更好地理解该主题有关。最后,还以书面和电子形式的书籍作为搜索的补充。文献检索流程图如图1所示。

图1所示。文献检索流程图。

结果

咽:定义、解剖边界和功能

咽部是连接鼻腔和口腔直至喉部和食道的连接处[17]。因此,它参与维持生命的功能,呼吸和吞咽,属于呼吸和消化器官[14,17]。空气和食物必须分开通过咽,以避免空气进入胃,更重要的是,避免食物进入气道。咽部在说话、咳嗽、呕吐和呕吐时都是活跃的,具有复杂的功能,需要多种肌肉和神经的协调[17]。

咽,形成一个垂直的,12-15厘米长,漏斗状的纤维肌管。它从颅底向前方延伸至环状软骨水平,向后方延伸至第六颈椎下限[14,15,18,19]。咽部是软组织的堆积:最里面是粘膜,外面是肌肉膜,最外面是结缔组织层[16,17,20]。它位于鼻腔,口腔和喉部入口的前方。在侧面和后部,被结缔组织潜在空间(咽旁空间和咽后空间)包围,使得咽部很容易因吞咽而上下移位[20]。咽部的宽度随着肌肉张力的变化而不断变化。睡眠时,肌肉紧张度较低,尺寸明显减小。其后果可能是打鼾和睡眠呼吸暂停[19]。肌肉可分为两层,外层的三条圆形收缩肌(m.咽上、中、下收缩肌)在前部形成一个不完整的环,内部的三条垂直定向肌肉(m.茎突咽肌、m. salping咽肌和m.腭咽肌)[16,21,22]。咽分为鼻咽(又称上咽)、口咽和下咽(又称喉咽)[13-19],图2。

图2。矢状面显示咽的区域。

鼻咽部主要有呼吸功能。它的前部受双髋部(后鼻孔)和鼻中隔后缘的限制,上部受颅底(枕骨和蝶骨)的限制,后部受颈椎的限制,下部受软腭的限制,吞咽时,软腭向咽后壁抬起并闭合[14,20,23,24]。鼻咽部非常坚硬(除底、软腭外),因此不会因肌肉活动而塌陷,这与上咽部和下咽不同[19]。

口咽部参与吞咽,它从软腭延伸到会厌的上边缘。前部是口咽,在扁桃体前柱水平通过峡口口与口腔相通[16,20,22-24]。

下咽有消化和呼吸功能。它位于顶部,与口咽相连,向前与喉入口相连,延伸到环状软骨的下缘(在第六颈椎的水平处),在那里变窄并与食道相连[15,16,20,22-24]。

咽的成像方式

许多不同的成像方法已被用于评估咽气道及其周围解剖结构[25-27]。以下是Schwab等人[25]和Sittitavornwong等人[26]所描述的常用和现有成像技术的总结。

声反射

声反射,也被称为超声波,是一种声波沿气道向下投射并反射回来的技术,通过这种方式,软件可以分析和量化上呼吸道横截面积与口腔距离的变化。该技术已被用于打鼾者、非打鼾者和OSA患者咽部大小的比较评估[25-29]。

透视

透视是医学成像的一种方式,由一系列x射线组成。该技术能够识别固定气道障碍,如狭窄或狭窄,并将其与动态气道障碍区分开来[30]。

带有腔内对比度的动作捕捉技术可以通过x线摄影(以低帧率获得高分辨率图像)和视频捕捉(以高帧率获得低分辨率图像)来评估咽的功能动态[31]。

在睡眠期间进行动态透视检查作为内镜检查的辅助来评估OSA。它可以提供呼吸周期中上呼吸道的动态变化和睡眠时阻塞程度的信息[25,26,32],但也需要患者处于睡眠状态。不可能获得足够的上气道和周围软组织结构的横断面测量或三维分析[25,33]。透视已被低辐射动态计算机断层扫描(CT)所取代,后者能够更精确地确定气道异常的位置和扩展范围,并提供其他胸内结构的额外信息[30]。

鼻咽内窥镜检查

鼻咽内镜是耳鼻喉科检查从鼻腔前部向下至喉部和整个咽的上气道的常规方法[25,26,34]。表面麻醉后,将内窥镜插入鼻腔中鼻通道,位于下鼻甲上方[17]。该技术可以直接观察咽部,并已被用于评估OSA患者清醒和睡眠时咽部的生理变化,以及不同治疗方法对气道尺寸的影响,包括下颌推进装置(MAD)、减肥和腭咽成形术(uvulopalato pharyngoplasty, UPPP)[25]。

头部测量法

头测术主要用于颅面发育和错颌畸形的分析,是一种暴露在侧位视图下的患者面部骨骼和软组织轮廓的二维图像。与上气道相关的软组织和颅面结构也可以进行分析。在二维透视中可以精确测量上气道颅面结构的大小,也可以识别这些颅面结构之间的角度。在进行头测术时使用标准化成像技术。患者坐着,头部固定以稳定体位,呼气结束时应进行暴露以测量咽部[25,33]。

颅测量研究已被用于研究牙颌面形态与阻塞性睡眠呼吸暂停风险之间的关系,并评估口腔内器具对气道的影响。它也可用于评估正颌手术前和手术后的骨骼结构[25,33]。

计算机断层扫描

目前,计算机断层扫描(CT)被广泛用于颌面部区域的成像。传统的CT扫描通常在医学放射科进行。一种相对较新的技术“锥束计算机断层扫描”(CBCT)被用于牙科检查,并使颌面区域的3D成像成为可能[27,35]。与传统CT相比,该技术的优点是辐射剂量较低,电位降低约为50%至70%[31,35]。传统的CT“多层计算机断层扫描”用于检查更大的区域,有助于诊断,例如面部异常,广泛的创伤,肿瘤以及需要软组织的详细信息[35]。它可以对从鼻咽部到喉部的气道、骨骼和软组织进行出色的成像。该技术广泛应用,扫描时采用仰卧位[25]。

常规CT采用扇形光束在轴向面获取多片图像,可进行体积重建(即皮肤、颅骨、面部结构、下颌骨、舌骨、脊柱和气道的三维重建图像)。CBCT使用锥形光束在单次旋转中提供直接的体积采集图像。CBCT提供上呼吸道的动态成像,具有优异的时间和空间分辨率[25,27]。与传统CT相比,CBCT无法清晰区分各种软组织结构,但由于CBCT显示了软组织与空气的界面,具有较高的空间分辨率,因此可以用于咽部气道的评估[27]。CBCT通常在坐位进行。CBCT和常规CT都可以精确测量上气道的横截面[25,27]。

与头颅测量术相比,CT更昂贵,但与磁共振成像相比成本更低。与磁共振成像相比,它发射电离辐射,脂肪组织分辨率有限[25,35]。抛开辐射暴露不考虑,一些研究已经在正常患者和睡眠呼吸障碍患者中使用常规CT,从而更好地了解阻塞性睡眠呼吸暂停的发病机制[25]。

磁共振成像

与依靠电离辐射成像的CT不同,磁共振成像(MRI)使用强大的磁场和射频脉冲来检查组织。对于颅底、口腔和喉部肿瘤的评估尤其有用[31]。由于其对上呼吸道和软组织(包括脂肪组织)的良好分辨率,并且可以在清醒和睡眠期间进行无辐射成像,因此对阻塞性睡眠呼吸暂停患者的成像也很有用[25,33]。由于没有电离辐射,MRI成为评估睡眠呼吸障碍儿童的首选成像技术[26]。

表1总结了不同上气道成像方法的优缺点。

表1。总结不同上气道成像方法的优缺点。

优势

缺点

声反射[25-29]

价格低廉,无创,快速,易于重复
无电离辐射
测量与口腔距离有关的上呼吸道横截面积
动态成像

不能提供上呼吸道或软组织结构的解剖表现
张嘴改变了身体结构
不能在睡觉时使用
通常以坐姿表演

透视(30-33 25、26日)

动态成像

发出电离辐射
二维显像,通常为侧位或正位
不能提供足够的横断面测量或上呼吸道及周围软组织结构的三维分析

鼻咽内窥镜检查[25-27,33]

内窥镜直接可视化
广泛使用,操作简单,并发症少
可以仰卧或坐着
动态成像
无电离辐射
状态依赖成像(清醒与睡眠)

侵入性的
有时病人很难忍受
仅能显示咽腔,不能显示周围的软硬组织结构
如果软组织在梗阻期间覆盖了内窥镜的尖端,则称为“烧坏”

头部测量法(25日27日,33)

比CT和MRI更容易使用,更容易操作,更便宜
允许量化与线性和角度测量的骨骼结构
适用于颅面发育及错颌畸形的分析

无法提供横截面、3D或体积数据
提供有限的前后位结构信息,没有关于侧位软组织结构的信息
个体必须处于一个标准的位置,坐直,头部固定
提供放大和定位错误,和重叠的双边结构
无法执行动态或与状态相关的成像
不能在睡眠时执行

CT扫描[25,27,31,35]

广泛使用
可能在仰卧位(CT)或坐姿(CBCT通常是坐姿)
对咽部气道、软组织和骨骼结构有良好的分辨力
充分的截面测量,三维重建和体积数据
CBCT具有良好的时间和空间分辨率和低辐射剂量的上呼吸道成像
比MRI便宜

相对昂贵(与头测术相比)
发出电离辐射
与MRT相比,脂肪组织的分辨率较差
不能在睡眠时执行

磁共振成像[15,25,31,33]

对咽部气道、软组织和脂肪组织有良好的分辨力
充分的截面测量,三维重建和体积数据
仰卧位
无电离辐射
动态成像可能与超快MRI

没有广泛使用
最昂贵的成像方式
在嘈杂的MRI扫描仪下,个体难以启动和维持睡眠
排除一些有金属植入物(如起搏器)和可能有幽闭恐惧症的个体
与所有其他检查方式相比,扫描时间更长

表2。牙科成像技术的有效剂量范围(mSv),改编自sedentext Ec 2012中的表格[66]。

有效剂量(μSv)

全景x光照片

2.7 - 24.3

人头测量法的x光照片

< 6

牙槽-牙槽CBCT(视场高度< 10 cm)
颅面CBCT(视场高度> 10 cm)

11 - 674
30 - 1073

常规CT

280 - 1410

分析方法和测量过程,重点是计算机断层扫描

利用CT或CBCT对上气道进行三维成像和评估,由于其广泛的可用性以及改进的成像处理方法和使用软件程序的分析,已经在医学和牙科领域流行起来[38]。扫描后,所有相关信息被存储、管理和分析,使用医学数字成像和通信(DICOM)文件。将CBCT/CT原始数据重新格式化,导出为DICOM格式,再导入图像处理软件,进一步处理后合成各种图像[5]。

Guijarro-Martínez等[2]对CBCT上气道分析的文献进行了系统回顾,这些论文中用于观察、测量和分析上气道的软件存在较大差异。报道了17个特定的DICOM观看器,但根据Guijarro-Martínez等人[2],只有4个被正确验证(Dolphin3D, In Vivo Dental, OnDemand3D和3dMD Vultus)[2]。Schendel等人[38]测试了3dMD Vultus软件在3个不同方向上以气道模体为测试标准计算线性和体积测量的准确性和精度,发现该软件准确、可靠、快速[38]。El等[39]研究了Dolphin 3D、Ondemand3D和In Vivo Dental 3种图像处理软件计算口咽区和鼻道上气道体积的可靠性和准确性。他们使用了来自30名患者的CBCT数据,并将结果与使用另一种被认为是金标准的软件Ortho Segment (OS)获得的体积进行了比较。他们发现这三种软件的可靠性都很高,但准确性较差,它们之间存在差异,并与操作系统程序进行比较,表明存在系统错误[39]。

最近,Weissheimer等人的研究[40]调查了测量口咽部体积的六个软件程序的精度和准确性:Dolphin 3D, Ondemand 3D和in Vivo Dental,在美国正畸和颌面专业中很流行;常用于生物医学工程的模拟物;OsiriX和ITK-Snap是免费的,经常用于医学的开源软件。他们的研究样本包括来自33名上颌横向缺陷且无先天性畸形的生长患者的预处理CBCT数据,以及来自口咽丙烯酸体的金标准CBCT数据。他们发现所有六个方案都是可靠的,但与口咽评估的金标准相比存在显著差异。然而,Dolphin 3D、Mimics、OsiriX和ITK-Snap的准确性更高[40]。

上呼吸道的体积和结构的评估从分割开始,这是通过描绘和分离气道与所有周围解剖结构来选择感兴趣的区域。这允许在3D模型中清晰地可视化和分析上呼吸道[3,39,40]。上呼吸道分割可采用人工分割或半自动分割。在手工分割方法中,由用户逐片进行分割,每个感兴趣的区域必须单独选择,然后软件创建一个3D模型。在半自动分割中,该软件根据不同的密度值(Hounsfield Units, HU)区分不同的解剖结构(例如气道和周围软组织),使该方法明显更快,随后在临床应用中也更有趣[3,39,40]。如Weissheimer等[40]所述,在一些软件中,半自动分割包括在3个平面切片中放置初始种子区域,并选择初始阈值[40]。随后,由用户勾勒出上呼吸道和感兴趣区域的界限,软件计算气道总容积(mm)3.)和最小横截面积(mm)2)[6]。

阈值或间隔由密度值(灰度)代表感兴趣区域的所有体素的选择组成,并且可以由用户手动修改,例如包含3D体积中包含空气的所有体素[2,40]。对于气道,较低的阈值水平约为- 1000 HU[41]。Nakano等[41]利用一个幻影模型和10名患者确定气道评估的最佳和最合适的上阈值水平,并得出结论,其范围应为-460 HU至-470 HU[41]。阈值区间在不同的研究中有所不同,有些研究还包括脂肪组织(-30 HU至-70 HU),延长了阈值上限水平[41]。Guijarro-Martínez等人[2]和Weissheimer等人[40]都认为阈值选择是分割精度的关键问题,因此也影响了上呼吸道形态和维度的评估。

图3给出了分析方法和测量过程的示意图,重点是计算机断层扫描。

图3。以计算机断层扫描为重点的分析方法和测量过程-示意图图像。

影响大小和形状的因素

咽是由骨骼和软组织支撑的纤维肌肉管。它的形态和尺寸与周围的解剖结构有关,但也与患者的动态依赖因素有关。正确评估上呼吸道应包括所有变量[42]。

Schendel等[12]利用CBCT数据对大量研究人群进行的研究表明,随着气道的生长,气道的总容积、长度、面积和容积/长度指数在20岁前均呈增加趋势,之后保持相对稳定,50岁后开始大幅下降[12]。Abramson等[42]利用3D-CT发现,上呼吸道的生长主要发生在牙列的初级和永久性阶段,与躯体生长的显著时期相对应。此外,他们发现气道形状也会发生变化,成年人的气道更大、更椭圆[42]。

Castro-Silva等[43]使用骨骼I类、II类和III类错颌患者的术前cbct对咽空域(PAS)进行3D评估。他们得出结论,III类错颌的平均体积和面积在统计学上更大。此外,I类个体的体积比II类个体大[43]。Hong等[44]利用CBCT研究了骨骼I类和III类错颌患者的咽气道容积和横截面积。他们得出结论,与I类错颌相比,III类患者的上咽气道体积更大,这与下颌骨的前位有关。此外,与I类错颌相比,III类错颌患者咽气道下部的横截面积更大[44]。Dalmau等[45]利用CBCT数据评估了不同矢状面(骨骼I、II、II类)和垂直(近面、中面、多面)颅面形态的上呼吸道测量。与I类和II类患者相比,III类患者舌骨上缘的测量值更大。对于垂直型,与近面型和中面型相比,长面型在硬腭和舌骨上缘的水平上呈现出较低的线性测量和较小的面积测量的趋势[45]。Brasil等[46]利用CBCT成像研究了面部轮廓、垂直模式(近面、中面、多面)和矢状(II类和III类)骨骼类型与上呼吸道尺寸的关系。 They found that the cross-sectional area at the soft palate was larger in patients with class III and that the facial profile based on proportions of the upper/medial/lower thirds allowed inferences on the pharyngeal airway volume. However, no association could be made between upper airway volume and the sagittal skeletal type and vertical pattern [46]. Grauer et al [47] assessed the differences in airway volume and configuration among patients with different facial morphologies using CBCT. They concluded that the anteroposterior skeletal type (Class I, II or III) is related to variation in upper airway size and shape and that vertical skeletal patterns only influences the upper airway shape [47]. Celikoglu et al [4] studied pharyngeal airway volumes among adult patients with different vertical skeletal patterns and a clinically normal sagittal skeletal pattern (dental and skeletal class I relation) using CBCT. They concluded that significant differences exist: nasopharyngeal, oropharyngeal, and total airway volumes were lowest in the high-angle group; oropharyngeal and total airway volumes were the highest in the low angle group [4]. Wang et al [48] aimed to study skeletal class II patients with different vertical patterns (low, normal and high angle) and its relation with upper airway dimensions. Using CBCT imaging, they concluded that the upper airway dimension was smaller in high angle patients comparing to the other vertical skeletal patterns [48].

gonales等[49]认为上颌下颌骨畸形会影响咽气道间隙,也会影响正颌手术对这些畸形的治疗[49]。作者使用了接受正颌手术的患者的术前和术后CBCT数据(分为4组:仅上颌前移;仅下颌骨前移;maxillomandibular进步;上颌前进和下颌后退)评估咽气道,并得出其大小随手术上颌下颌骨运动而变化,双颌前进增加了矢状面和外侧上、中咽气道[49]。最近,Lee等[50]使用CBCT和睡眠参数进行了一项前瞻性临床研究,以获取接受双颌手术的骨骼III类错颌患者咽部气道的变化(以同时发生上颌下颌退行的形式),并将打鼾和OSA的患病率作为骨骼运动程度联系起来。他们发现,上颌下颚运动使口咽部咽气道变窄,特别是在腭后和舌后水平,降低了总容积,并导致一些既往健康的III类错颌患者打鼾或睡眠呼吸暂停[50]。Kim等[51]利用双颌手术(上颌顺时针前进,下颌骨后退)下颌前突患者的CBCT数据,研究舌骨在术前、术后2、6个月不同时间的位置变化,评估咽气道。他们发现术后6个月,手术使舌骨的位置更靠后,咽气道总容积减少。复位量与腭平面倾斜度和舌骨位置的变化有关[51]。

舌骨是头颈部许多肌肉和软组织结构的高度可移动且坚固的骨锚[52]。由于舌骨不与其他骨骼相连,其位置随头部姿势、体位等生理状态的变化而变化,并在各种口腔功能中与舌头活动密切相关而移动[53]。下舌骨是舌头形状、位置和音调的指示,可导致上气道阻塞[54]。舌骨的垂直位置被认为是OSA的一个预测指标[53]。

一般来说,鼻塞、上颚长、下颌微突和后突、舌头大、咽侧壁厚和/或咽脂肪等因素都易导致睡眠时上呼吸道塌陷[55]。呼吸道狭窄或口咽部或舌根处塌陷性增加在OSA患者中最为常见[50]。此外,OSA患者的上气道形态也有所不同,与正常人相比,上气道横向变窄[55]。与原本在前后方向呈圆形或拉长的气道相比,侧椭圆形的咽部在肌肉作用下向前拉时体积增加[56]。咽侧壁缺乏肌肉,需要气道的内部压力来维持通畅。窒息患者的后壁和侧壁塌陷[56]。

上呼吸道的通畅是由清醒和睡眠期间的几个因素决定的,但在睡眠期间,这些因素受到损害,导致上呼吸道功能的改变,可能导致与睡眠有关的呼吸障碍。主要因素是神经肌肉活动、颅面形态、周围组织和气道的内在特性[54]。影响气道尺寸的力学因素包括鼻腔和咽部上游阻力、组织顺应性和咽肌活动等动力学因素。此外,咽部气道通畅受到颈部和下颌位置以及重力等静态因素的强烈影响[57]。

Sutthiprapaporn等[58]的研究旨在分析重力对口咽形态与体位变化的影响。人群样本在直立位置使用CBCT进行评估,在仰卧位置使用常规CT显示重力产生口咽结构的运动。作者还发现,直立时口咽部的最小面积更大[58]。不同个体的自然头位(NHP)不同,不同时间点的生理姿势也不同[3,59]。Muto等[59]研究了同一受试者不同头部姿势时颅颈倾角与咽空域的关系,发现两者之间存在相关性[59]。Glupker等[60]的研究利用CBCT三维成像评估了开放和关闭颌骨之间上呼吸道的容积变化。他们发现口咽部体积和软腭面积随着下颚的打开而减小,而鼻咽部体积则增加[60]。Guijarro-Martínez等[6]认为在数据采集过程中指导患者避免吞咽和运动,保持下颌骨处于可重复位置,轻呼吸[6]。

讨论

上呼吸道具有呼吸和消化功能,有鼻腔和口腔两个入口,并在咽部汇合[14,17,60]。使用CT/CBCT的上气道成像可以通过允许3D体积重建的软件程序进行可视化和分析。它允许评估改变上气道形态的解剖和病理变化,并推断气道阻力增加和潜在的气道阻塞或塌陷[57]。与头测术相比,其主要优势是3D成像,而与MRI相比,其成本更低,可用性更广泛。在CBCT中,与头位测量一样,数据采集通常是在患者处于直立姿势时进行的[3],根据Guijarro-Martínez等[2],由于该姿势更接近NHP,因此应用于标准评估上气道的大小和形状[2]。另一方面,在常规CT中,与MRI一样,患者均为仰卧位[3],这与Guijarro-Martínez等[2]一致,更适合OSA研究。

这一见解表明,只有少数最近发表的研究[6,12,42,61]试图利用常规CT或CBCT的3D成像技术建立健康成人咽气道的规范体积数据。Schendel等[12]的研究旨在利用CBCT数据研究上呼吸道生长发育过程中的变化,为其提供规范性参考。研究人群为1300人,年龄在6至90岁之间,无阻塞性呼吸问题病史,体重指数正常,不需要因牙齿错合而进行正颌手术。他们使用3dMD Vultus软件检查气道总容积、气道最小横截面积、从PNS到C3顶部的气道长度和气道指数(体积/长度)。他们发现,气道的大小和长度在中年时减小,开始时减小得更慢,50岁以后减小得更快。同时,气道总容积与最小气道面积的相关性较高,与气道长度的相关性较弱,因此我们认为不同气道段的气道面积更为重要[12]。

Abramson等[42]进行了一项回顾性研究,目的是建立气道大小和形状的规范数据,并使用常规CT数据评估与年龄和性别相关的变化。人群样本为46例患者(67%为男性),年龄范围为4个月至46岁,无上呼吸道病理证据,未报告睡眠相关症状/ OSA诊断。研究样本被分为4个不同的年龄组,其中成年人的定义是16岁以上。他们使用了一个内部软件,3d切片机,来测量气道的大小和形状(从硬腭到会囊底部),并获得骨骼关系。他们没有发现气道参数的显著性别差异,他们的结论是成年人的气道尺寸更大,形状更椭圆。这在一定程度上与Schendel等人[12]的观点一致,他们发现45岁的人的气道体积略大于15岁的人,但他们也发现,在中年后期,气道体积急剧下降[12]。Abramson等人[42]使用了一个有限的研究样本,其中46岁是最大的年龄,超过16岁的成年人的定义存在争议。

Tso等[61]的随机回顾性研究旨在利用CBCT数据定义和测量人类气道。人群样本包括10名成年人,男女各占50%,I类闭塞正常,无颅面异常,无睡眠呼吸暂停和其他气道异常史。他们使用CB Works软件分析横截面积并确定上呼吸道最狭窄的部位,结论是它最常位于口咽水平且变化很大(90-360 mm)2).没有对性别差异进行分析,使用的研究样本也很小。

Guijarro-Martínez等[6]的研究旨在建立咽亚区(鼻咽部、口咽部和下咽)的临床三维解剖边界,并将其转化为CBCT中精确、可重复的头颅测量标志,验证测量方法[6]。40名健康受试者(20名女性和20名男性)为白种人,年龄在23至35岁之间,牙齿和骨骼为I级,面部无不对称,体重指数(BMI)正常,头颈部未做过手术。排除有睡眠呼吸障碍风险、先天性或后天性颅面畸形的个体。使用Dolphin软件对数据进行处理,在确定咽分区技术边界后计算咽分区的总体积和最小横截面积。与Abramson等[42]发现的性别差异不同,男性的口咽、下咽体积明显更大,口咽水平的横截面积最小。令人惊讶的是,上气道收缩最严重的部位位于鼻咽部,这与Tso等人[61]相矛盾。这可能是由于不同的人群样本,不同咽亚区不同的解剖和技术边界,不同的CBCT机器和设置,患者体位,不同的软件和成像处理方法。Schendel等[12]分析了整个咽气道,而不是分区域,因此他们不能使这个问题更加清晰。Abramson等[42]也不能,本研究只考虑口咽和部分下咽。Guijarro-Martínez等[6]报道了对健康高加索青年咽部亚区体积数据的初步规范参考,认为提出的解剖标志和技术限制合理、方便、可靠[6]。 The study is based on their previous work in a systematic review [2] where they summarized different anatomical limits of the upper airway (in the sagittal plane) reported in the literature. In the context of evaluating the pharyngeal airway after orthognathic surgery raises the question if their superior and anterior limit of the nasopharynx, and by consequence superior limit of the pharyngeal airway as a whole, is the most appropriate considering that the posterior nasal spine (PNS) can change significantly with maxillary surgical movements. Large anterior movements of the maxilla might implicate a representation of part of the nasal cavity in the total volume and nasopharyngeal volume in particular. Chang et al [62] studied the volume changes of the upper airway related to maxillomandibular movements using CBCT data and established as superior limit the line connecting the sella and PNS in agreement with the study of Sears et al [63]. Guijarro-Martínez et al [6] argued that the exact 3D definition of the anatomical limits of the pharyngeal airway subregions is a critical issue for upper airway analysis and that their standardization should homogenize upper airway assessment and allow comparisons between scientific studies [6].

在科学文献中发现用于观察、测量和分析上呼吸道的软件有很大的变化[2],但据我所知,只有少数软件在以前的研究中得到了验证[38-40]:Dolphin3D、InVivo Dental、OnDemand3D、3dMD Vultus、Mimics、OsiriX和ITK-Snap。Guijarro-Martínez等[6]和Schendel等[12]两项研究均使用经过适当验证的软件,采用半自动方法实现上气道分割。与人工分割相比,这种方法被认为是最适合临床使用的,而人工分割非常耗时[38-40]。Guijarro-Martínez等[6]采用单一的预定义阈值水平作为参考,在进行二维和三维计算之前,通过软件手动调整,试图将不同阈值区间相关的潜在误差最小化。Lenza等[5]认为固定阈值比动态阈值更具可重复性,但可能会在气道形态和体积分析中产生误差。Weissheimer等人[40]认为,固定阈值可以最大限度地减少研究者在边界选择方面的主观性,而动态阈值则基于人类勾画气道界限的视觉能力,并受到多种因素的影响。Schendel等[12]没有提及所使用的阈值。Abramson等人[42]使用了内部软件3-D Slicer,但没有提到该软件的验证,也没有提到分割时使用的协议。Tso等[61]使用的是CB Works软件,也没有对其验证进行参考,分割过程也没有明确说明。根据Weissheimer等人[40],上气道的最终线性和体积测量受软件的成像处理方法和分割技术的影响,市场上不同的软件之间存在差异,没有标准的协议[40]。

一些研究[4,43-48]主要使用CBCT数据评估与不同矢状和垂直骨骼模式相关的上呼吸道尺寸。尽管所有这些研究都没有显示出统计学上显著的结果,但一个共同的发现是,与骨骼I类和II类相比,骨骼III类错咬合(下颌骨位于前位)的PAS尺寸更大,且依次递减[43,44]。此外,垂直骨骼模式似乎会影响气道的尺寸和形状,低角度受试者的体积更大,即水平生长模式[4,48,45]。

由于上颌下颌骨畸形影响PAS,正颌手术治疗这些畸形也有望影响PAS[49]。对于仅靠正畸治疗无法获得良好咬合和面部美观的患者,可进行正颌手术[50,63]。最常见的需要正畸-外科联合治疗的畸形是严重的II级和III级错咬合和垂直骨骼差异[50]。几项研究使用2D成像和最近的3D成像评估了正颌手术背景下的咽气道,并得出结论:咽的大小随手术上颌下颌运动而变化,双颌前移增加了PAS,而下颌后移缩小了咽气道[49,50,63]。最近,Lee等[50]在治疗骨骼III类错颌时同时进行上颌下颌骨退缩,发现该手术使口咽部咽气道变窄,特别是在腭后和舌后水平,降低了总容积,导致一些原本健康的患者打鼾或睡眠呼吸暂停。总体样本为22例患者(77%为女性),平均年龄22岁,体重指数(BMI)正常,无睡眠相关症状,术前睡眠研究正常[50]。Kim等人[51]强调了腭平面角度(上颌的旋转运动)和舌骨的垂直运动在颌骨手术中的重要性,以及它们如何改变咽气道。Lee等人[50]认为,包括OSA在内的睡眠呼吸障碍可被视为正颌手术的晚期并发症,它会导致支撑咽部的周围骨骼、肌肉和软组织的结构改变。OSA的特征是上呼吸道塌陷,在睡眠时吸气时产生呼吸减少或停止发作[48,50,62]。多导睡眠图的诊断是客观的。 OSA is a common medical disorder that can be life-threatening, causing adverse cardiovascular and metabolic outcomes, neurocognitive dysfunction and poor quality of life [9,11,50]. It is associated with increased morbidity and mortality without proper treatment [9]. Beside conservative treatments, like lifestyle modifications in case of high BMI and high alcohol consumption, positional therapy, positive airway pressure therapy, oral appliances providing an anterior position of the mandible, the treatment can also include surgical procedures [9,11], among them orthognathic surgery. Li et al [64] studied the relation between pharyngeal cross-sectional measurements and polysomnography data of patients with sleep-disordered breathing using conventional CT. They found that a cross-sectional area smaller than 55 mm2在腭后水平意味着高呼吸障碍指数(超过30次总呼吸暂停和低呼吸发作/小时)和横断面积大于110毫米2与低呼吸障碍指数有关[64,43]。双颌向前推进通过将附着在上颌骨、下颌骨和舌骨上的所有组织向前拉,导致咽气道扩大,并增强咽壁的神经肌肉张力,防止咽壁塌陷或减少事件发生的次数[8,11,62]。传统上,双颌推进术被认为是治疗OSA的最终途径,但在某些患有严重疾病和颅面畸形的患者中,当保守治疗无效或不能耐受时,双颌推进术可能被认为是首选或唯一的手术途径[8-11]。正如Prinsell等人所认为的[11],如果熟练掌握技术技能并正确规划以解决梗阻部位,手术可以提供长期成功的明确治疗。因此,评估咽部气道被认为是OSA患者诊断的关键步骤[6]。明确的治疗意味着减少osa相关的健康风险,这将为整个医疗保健系统带来经济效益[11]。

3D成像对于咽气道的精确可视化和复杂解剖特征的表征是非常宝贵的技术[48]。科学文献显示,在正畸和颌面研究中,越来越多的出版物使用CBCT来评估上气道,因为它易于获取和低辐射剂量,并且保持高空间分辨率,可以将充满空气的PAS与周围解剖结构区分开来[62,43]。CBCT成像与不断发展的软件技术相结合,为颅面畸形的正畸-外科联合治疗提供了前所未有的虚拟规划工具,可以探索和可视化不同的上颌骨运动,并了解其在相关解剖结构和面部美学中的含义。在计划正颌手术时应考虑气道大小[44],Castro-Silva等人[43]认为,对于打算通过截骨术改变颌面的外科医生来说,状态PAS是一个重要的解剖特征[43]。CBCT可能提供一系列关于咽部大小和形状的信息,可用于分析优化治疗所需的手术运动类型和扩展[8,65]。CBCT成像在上气道表征方面的局限性在于,它是一种静态检查,代表了动态结构[49],其大小和形状不断受到呼吸、重力和姿势变化的影响。另一个重要的限制是电离辐射的使用,即使是小剂量。所有的电离辐射都会对DNA造成永久性损伤,从而导致一生中肿瘤的发展。年轻患者的组织对放射更敏感,寿命长意味着更大的损伤风险[66]。辐射剂量取决于设备类型和照射参数,特别是视场。 Table 2 presents the reported effective doses for CBCT in comparison with other dental imaging techniques. Like any X-ray, CBCT involves a risk to the patients so it must be used with responsibility, only with justified potential benefits to the patient and using the minimum radiation dose that is reasonably achievable [66].

结论

本文献研究的主要局限性在于它不是一个系统的综述,它只提供了一个复杂的主题,即上呼吸道作为一个动态结构的三维分析。评估咽部气道的一种方法是计算其横截面积和体积,这些根据患者和头部定位、呼吸相和颅面形态而有很大差异[5]。在数据采集、软件处理和分析方法等技术方面,对所得结果有重大影响。许多作者没有报告这些信息,当他们这样做时,发现了很大的差异。这支持Guijarro-Martínez等人[6]的观点,他们认为科学研究之间的系统比较往往是不可能的,并且结合数据来获得咽气道的规范体积参考是非常困难的[6]。了解咽部气道是很重要的,在计划和监测正畸-外科联合治疗时应考虑到这一点。识别风险患者并考虑不同的手术选择是很重要的,目的是在短期或长期内防止咽空域受限可能导致打鼾和呼吸暂停。此外,需要强调的是,在评估OSA患者双颌进展治疗的结果时,过夜睡眠呼吸暂停登记(如多导睡眠图)是客观评估OSA的金标准方法。临床常规中尚缺乏系统的咽部气道三维评估方案[6],需要开展有意义的高质量、标准化标准的临床研究。

宣言

资助:于默奥大学

利益冲突/利益竞争所有作者声明无利益冲突。

作者的贡献:概念化:测向;研究方法:硕士、博士;调查:DF;资源:硕士;数据管理:D.F.;写作-初稿准备:硕士、博士;项目管理:M.S.所有作者已阅读并同意稿件的出版版本。

临床相关性陈述

在计划正颌手术时应考虑气道大小。睡眠呼吸障碍包括OSA可被视为健康患者正颌手术的晚期并发症。如果计划正确,上颌下颌推进可以提供明确的治疗阻塞性睡眠呼吸暂停的方法。

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编辑信息

创始主编

渡边茂
日本明治大学

主编

莫斯科罗德里格斯
米纳斯吉拉斯州联邦大学

文章类型

研究

出版的历史

收稿日期:2022年2月12日
录用日期:2022年2月25日
发布日期:2022年3月4日

版权

©2022 Ferreira DM.这是一篇根据知识共享署名许可条款发布的开放获取文章,该许可允许在任何媒体上不受限制地使用、分发和复制,前提是要注明原作者和来源。

引用

Ferreira DM, Sjostrom M(2022)健康成人咽部气道的三维分析。口腔颌面,8:DOI: 10.15761/DOMR.1000397

相应的作者

丹妮拉·马查多·费雷拉,DDS

法轮县医院,S-79182法轮,瑞典

电子邮件:bhuvaneswari.bibleraaj@uhsm.nhs.uk

表1。总结不同上气道成像方法的优缺点。

优势

缺点

声反射[25-29]

价格低廉,无创,快速,易于重复
无电离辐射
测量与口腔距离有关的上呼吸道横截面积
动态成像

不能提供上呼吸道或软组织结构的解剖表现
张嘴改变了身体结构
不能在睡觉时使用
通常以坐姿表演

透视(30-33 25、26日)

动态成像

发出电离辐射
二维显像,通常为侧位或正位
不能提供足够的横断面测量或上呼吸道及周围软组织结构的三维分析

鼻咽内窥镜检查[25-27,33]

内窥镜直接可视化
广泛使用,操作简单,并发症少
可以仰卧或坐着
动态成像
无电离辐射
状态依赖成像(清醒与睡眠)

侵入性的
有时病人很难忍受
仅能显示咽腔,不能显示周围的软硬组织结构
如果软组织在梗阻期间覆盖了内窥镜的尖端,则称为“烧坏”

头部测量法(25日27日,33)

比CT和MRI更容易使用,更容易操作,更便宜
允许量化与线性和角度测量的骨骼结构
适用于颅面发育及错颌畸形的分析

无法提供横截面、3D或体积数据
提供有限的前后位结构信息,没有关于侧位软组织结构的信息
个体必须处于一个标准的位置,坐直,头部固定
提供放大和定位错误,和重叠的双边结构
无法执行动态或与状态相关的成像
不能在睡眠时执行

CT扫描[25,27,31,35]

广泛使用
可能在仰卧位(CT)或坐姿(CBCT通常是坐姿)
对咽部气道、软组织和骨骼结构有良好的分辨力
充分的截面测量,三维重建和体积数据
CBCT具有良好的时间和空间分辨率和低辐射剂量的上呼吸道成像
比MRI便宜

相对昂贵(与头测术相比)
发出电离辐射
与MRT相比,脂肪组织的分辨率较差
不能在睡眠时执行

磁共振成像[15,25,31,33]

对咽部气道、软组织和脂肪组织有良好的分辨力
充分的截面测量,三维重建和体积数据
仰卧位
无电离辐射
动态成像可能与超快MRI

没有广泛使用
最昂贵的成像方式
在嘈杂的MRI扫描仪下,个体难以启动和维持睡眠
排除一些有金属植入物(如起搏器)和可能有幽闭恐惧症的个体
与所有其他检查方式相比,扫描时间更长

表2。牙科成像技术的有效剂量范围(mSv),改编自sedentext Ec 2012中的表格[66]。

有效剂量(μSv)

全景x光照片

2.7 - 24.3

人头测量法的x光照片

< 6

牙槽-牙槽CBCT(视场高度< 10 cm)
颅面CBCT(视场高度> 10 cm)

11 - 674
30 - 1073

常规CT

280 - 1410

图1所示。文献检索流程图。

图2。矢状面显示咽的区域。

图3。以计算机断层扫描为重点的分析方法和测量过程-示意图图像。