本研究已获北京大学生物医学伦理委员会审查批准(批准号:IRB00001052-10092), 所有患者均由家长签署知情同意书。

选取36例2010年12月至2012年11月于北京大学口腔医院正畸科就诊的患者。纳入标准:(1)7~13岁; (2)上颌第一恒磨牙已萌出, 安氏Ⅲ 类错牙合, 前牙反牙合; (3)面中部软组织凹陷; (4)头影测量显示ANB角< 0° , Wits值< -2 mm, A-Np[上齿槽座点(A点)至过鼻根点(N点)的眼耳平面垂线的距离]< 0 mm, 若下颌可后退至切牙对刃, 则需先对下颌后退位头颅侧位X线片进行校正再行测量^[17]。排除标准:(1)有唇腭裂等其他颌面部畸形、有呼吸系统疾病或其他全身系统性疾病; (2)有正畸治疗史; (3)上颌牙列条件不适合安装扩弓器。

使用随机化区组设计的方法进行分组, 区组长度为6, 查随机数字表, 选取6种可能的排序方式, 并同时将6小组排序, 新顺序下的分组即为最终随机分组方案。按患者接诊顺序依次纳入单次快速扩弓组(A组)和反复快速扩缩组(B组), 每组18例。

两组均使用带环粘接式Hyrax螺旋扩弓器, 4个带环分别粘接于上颌第一恒磨牙和第一或第二乳磨牙(第一前磨牙已萌出者粘接于第一恒磨牙和第一前磨牙), 上颌腭侧前部两侧各焊接一个钢丝臂, 延伸至前牙区腭侧。所有矫治器均由北京大学口腔医院正畸科同一技师制作完成。A组仅进行单次快速扩弓2周, 0.5 mm/d, 扩弓结束后锁住扩弓器螺旋, 防止发生倒旋。B组进行反复快速扩弓回缩, 快速扩弓2周, 0.5 mm/d; 回缩2周, 0.5 mm/d; 重复以上步骤1次; 再扩弓2周, 0.5 mm/d; 至第10周末上颌处于扩弓后状态, 不再回缩, 锁住扩弓器螺旋。

所有患者于治疗前、上颌单次快速扩弓或反复快速扩缩后分别拍摄头颅CBCT。使用DCTPRO口腔颌面CBCT系统(VATECH, 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。患者坐位, 两眼平视前方, 两瞳孔连线及眶耳平面与地面平行, 正中矢状面与机器正中参考面重合, 嘱患者上、下牙列处于牙尖交错位, 平静呼吸, 勿做吞咽动作。

将所有患者的CBCT编号后随机打乱顺序, 由本文第一作者集中一段时间采用Dolphin软件进行定点及测量。用同样的方法对所有CBCT测量两次, 两次测量时间间隔1个月, 使用组内相关系数(intraclass correlation coefficient, ICC)评价测量的准确性, 如果ICC≥ 0.75则计算两次测量的均值作为测量值, 如果ICC< 0.75则需重新测量。

在矢状面、冠状面、水平面上分别划定上气道各部分的边界, 并设定统一的阈值, 用Dolphin软件根据图像灰度值以及划定的边界和阈值自动进行三维重建和体积测量。测量项目包括:(1)上颌第一磨牙釉牙骨质界间距离(molar-to-molar width, MW):上颌第一磨牙腭侧釉牙骨质界之间距离; (2)上颌第一磨牙腭根根尖间距离(molar root-to-root width, MRW); (3)鼻腔体积(nasal volume, NV):前界为前鼻棘点(anterior nasal spine, ANS)、鼻骨下点和鼻根点(nasion, N)连线, 后界为蝶鞍点(sella, S)与枢椎顶点连线的中点与后鼻棘点(posterior nasal spine, PNS)连线, 上界为S点与枢椎顶点连线的中点与N点连线, 下界为ANS点与PNS点连线(图1、2); (4)鼻腔底部前/中/后段宽度(nasal floor width, NFW):与鼻腔内界底部相切的切线在鼻腔内界两个切点之间的距离, 将ANS至PNS连线三等分, 取中点位置处的NFW即为前、中、后段的NFW, 分别记为NFW1、NFW2、NFW3(图3); (5)鼻腔外缘前/中/后段宽度(nasal lateral width, NLW):鼻腔内界最外侧点之间的距离, 将ANS至PNS连线三等分, 取中点位置处的NLW即为前、中、后段的NLW, 分别记为NLW1、NLW2、NLW3(图3); (6)鼻咽体积(nasopharyngeal volume, NPV):前界为S点与枢椎顶点连线的中点与PNS点连线, 后界为S点与枢椎顶点连线的中点与枢椎顶点连线, 下界为枢椎顶点与PNS点连线(图1、2); (7)鼻咽部最大横截面积(maximum nasopharyngeal cross-section area, NPA):鼻咽部横截面积的最大值; (8)口咽体积(oropharyngeal volume, OPV):前界为PNS与会厌谷底连线, 后界为枢椎顶点与第4颈椎体后上顶点连线, 上界为PNS与枢椎顶点连线, 下界为会厌谷底与第4颈椎体后上顶点连线(图1、2); (9)口咽横截面积均值(average oropharyngeal cross-section area, OPA):在口咽部分连续均匀选取10个横截面, 计算10个横截面面积的均值; (10)口咽横截面积最小值(minimum oropharyngeal cross-section area, MOPA):口咽部横截面积最小值; (11)口咽横截面矢状径均值/冠状径均值(average oropharyngeal sagittal dimension/average oropharyngeal transverse dimension, OPS/OPT):口咽横截面矢状径均值(连续均匀的10个平面)与冠状径均值(连续均匀的10个平面)的比值(图4); (12)下咽腔体积(hypopharyngeal volume, HPV):前界为会厌谷底与下颌骨正中联合下界连线, 后界为第4颈椎体后上顶点与后下顶点连线, 上界为第4颈椎体后上顶点与会厌谷底连线, 下界为第4颈椎体后下顶点与正中联合下界连线(图1、2)。所有关于体积的测量均采用同一阈值。

图1

Figure 1

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	图1 矢状面上气道各部分边界 a, nasal cavity; b, nasopharynx; c, oropharynx; d, hypopharynx.Figure 1 Boundaries of divisions of the upper airway

图2

Figure 2

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	图2 上气道三维重建(2A, 侧位图; 2B, 正位图) a, nasal cavity; b, nasopharynx; c, oropharynx; d, hypopharynx.Figure 2 Three dimensional reconstruction of upper airway (2A, sagittal view; 2B, frontal view)

图3

Figure 3

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	图3 鼻腔底部宽度与鼻腔外侧缘宽度的测量 3A, line between anterior nasal spine (ANS) and posterior nasal spine (PNS) was divided into three equal parts, and nasal lateral width (NLW)/nasal floor width (NFW) was measured at the midpoint of each part; 3B, NLW/NFW was measured. OPS, oropharyngeal sagittal; OPT, oropharyngeal transverse.Figure 3 Measurement of NLW and NFW

图4

Figure 4

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	图4 口咽横截面矢状径与冠状径 3A, line between anterior nasal spine (ANS) and posterior nasal spine (PNS) was divided into three equal parts, and nasal lateral width (NLW)/nasal floor width (NFW) was measured at the midpoint of each part; 3B, NLW/NFW was measured. OPS, oropharyngeal sagittal; OPT, oropharyngeal transverse.Figure 4 Sagittal and transverse dimension of oropharynx

使用PASW 18.0软件对数据进行统计分析, 计量资料结果以均数± 标准差表示。检验样本的正态性及方差齐性, 根据数据正态性和方差齐性对两组患者性别分布进行确切概率法检验, 对两组患者治疗前年龄、治疗前各测量项目进行组间独立样本t检验, 比较两组资料的一致性; 对两组患者治疗前后测量结果进行配对t检验或秩和检验, 分析两种治疗方法的有效性; 对两组患者鼻腔前、中、后三部分宽度测量结果变化量分别进行单因素方差分析, 以分析两种治疗方法鼻腔各部分扩大是否均匀; 对两组间治疗前后测量值的差值进行组间独立样本t检验或秩和检验, 比较两种治疗方法的差异。均为双侧检验, 检验水平α =0.05。

除B组2例患者失访外, 其余患者(A组18例、B组16例)均完成扩弓或扩缩治疗。34例患者性别分布(A组男7例、女11例, B组男6例、女10例, P=0.935)、年龄[A组(9.8± 1.3)岁、B组(10.3± 1.6)岁, P=0.342]及治疗前各测量项目在两组间差异均无统计学意义(P> 0.05, 表1)。

表1

Table 1

表1(Table 1)

表1 两组患者治疗前、后测量值和变化值的组内及组间比较( x̅± s) Table 1 Changes and comparisons of pre-treatment and post-treatment values between and within the groups ( x̅± s) Group MW/mm MRW/mm Pre-treatment Post-treatment Difference P Pre-treatment Post-treatment Difference P A (n=18) 36.23± 2.54 0.51± 2.42 4.28± 1.06 < 0.001 34.48± 2.15 36.86± 2.02 2.38± 0.86 < 0.001 B (n=16) 35.83± 2.83 40.12± 2.43 4.29± 1.94 < 0.001 33.57± 2.65 36.78± 2.46 3.20± 1.74 < 0.001 t 0.431 -0.008 1.103 -1.723 P 0.670 0.994 0.278 0.099 Group NV/mm3 NFW1/mm Pre-treatment Post-treatment Difference P Pre-treatment Post-treatment Difference P A (n=18) 10 795.95± 3 674.35 12 676.01± 3 742.69 1 880.06± 2 394.03 0.005 14.35± 3.04 16.31± 3.66 1.96± 1.67 < 0.001 B (n=16) 10 845.48± 2 897.86 13 656.00± 4 202.63 2 810.53± 2 749.74 0.001 13.99± 2.29 16.31± 3.33 2.33± 1.90 < 0.001 t -0.043 -1.055 0.389 -0.595 P 0.966 0.299 0.700 0.556 Group NFW2/mm NFW3/mm Pre-treatment Post-treatment Difference P Pre-treatment Post-treatment Difference P A (n=18) 23.69± 4.53 25.37± 4.48 1.68± 1.43 0.001 20.96± 1.67 22.79± 1.47 1.84± 0.94 < 0.001 B (n=16) 25.83± 3.61 28.26± 4.07 2.43± 1.14 < 0.001 20.84± 2.16 22.58± 2.09 1.74± 1.21 < 0.001 t -1.512 -1.654 0.179 0.275 P 0.140 0.108 0.859 0.785 Group NLW1/mm NLW2/mm Pre-treatment Post-treatment Difference P Pre-treatment Post-treatment Difference P A (n=18) 24.48± 2.12 26.28± 2.12 1.79± 1.34 < 0.001 30.24± 2.20 31.80± 1.95 1.56± 0.83 < 0.001 B (n=16) 23.99± 2.34 26.26± 2.35 2.26± 0.81 < 0.001 30.41± 2.40 32.43± 2.71 2.03± 0.75 < 0.001 t 0.641 -1.214 -0.205 -1.720 P 0.526 0.234 0.839 0.095 Group NLW3/mm NPV/mm3 Pre-treatment Post-treatment Difference P Pre-treatment Post-treatment Difference P A (n=18) 29.19± 1.60 30.68± 1.31 1.49± 1.06 < 0.001 2 753.90± 1 168.70 3 422.53± 1 209.79 668.63± 877.21 0.005 B (n=16) 28.53± 2.34 30.44± 2.35 1.91± 0.87 < 0.001 2 843.81± 1 917.21 3 451.10± 2 333.43 607.29± 753.18 0.006 t 0.966 -1.247 -0.167 0.217 P 0.341 0.221 0.868 0.829 Group NPA/mm2 OPV/mm3 Pre-treatment Post-treatment Difference P Pre-treatment Post-treatment Difference P A (n=18) 420.86± 117.07 492.02± 93.47 71.16± 95.55 0.006 10 205.62± 4 810.22 11 380.37± 4 140.32 1 174.74± 4 314.22 0.264 B (n=16) 421.58± 183.31 483.05± 192.69 61.47± 64.91 0.002 12 206.76± 5 011.06 12 307.11± 5 635.04 100.35± 2 852.28 0.890 t -0.014 -0.587 -1.187 -1.691 P 0.989 0.574 0.244 0.095 Group OPA/mm2 MOPA/mm2 Pre-treatment Post-treatment Difference P Pre-treatment Post-treatment Difference P A (n=18) 221.85± 84.78 245.43± 75.67 23.58± 76.70 0.209 143.74± 76.25 153.62± 59.59 9.87± 73.11 0.574 B (n=16) 249.32± 86.85 247.65± 95.27 -1.66± 61.34 0.877 175.39± 75.01 152.90± 78.94 -22.49± 58.51 0.187 t -0.532 1.051 -1.217 1.413 P 0.598 0.301 0.232 0.167 Group OPS/OPT HPV/mm3 Pre-treatment Post-treatment Difference P Pre-treatment Post-treatment Difference P A (n=18) 0.45± 0.09 0.43± 0.08 -0.02± 0.07 0.267 2 038.47± 859.21 2 154.45± 700.48 115.98± 517.62 0.500 B (n=16) 0.46± 0.09 0.45± 0.11 -0.01± 0.05 0.349 2 295.69± 1 116.43 2 449.23± 941.75 153.54± 434.11 0.178 t 0.484 1.428 -0.880 -0.228 P 0.632 0.163 0.386 0.821 MW, molar-to-molar width; MRW, molar root-to-root width; NV, nasal volume; NFW, nasal floor width; NLW, nasal lateral width; NPV, nasopharyngeal volume; NPA, maximum nasopharyngeal cross-section area; OPV, oropharyngeal volume; OPA, average oropharyngeal cross-section area; MOPA, minimum oropharyngeal cross-section area; OPS/OPT, average oropharyngeal sagittal dimension/average oropharyngeal transverse dimension; HPV, hypopharyngeal volume.

表1 两组患者治疗前、后测量值和变化值的组内及组间比较( x̅± s) Table 1 Changes and comparisons of pre-treatment and post-treatment values between and within the groups ( x̅± s)

A、B两组扩弓/扩缩后较治疗前上颌第一磨牙釉牙骨质界间距离、腭根根尖距离、鼻腔体积、鼻腔底部前/中/后段宽度、鼻腔外缘前/中/后段宽度、鼻咽体积及鼻咽最大横截面积均有增大, 且有统计学意义(P< 0.05)。口咽体积、口咽横截面积均值、口咽横截面积最小值、口咽横截面矢状径均值/冠状径均值、下咽腔体积变化无统计学意义(P> 0.05)。A、B两组鼻腔底部及外缘前/中/后段宽度变化量的组内单因素方差分析差异均无统计学意义(P> 0.05)。

本研究中全部测量项目在A、B组间差异均无统计学意义(P> 0.05)。两组上颌第一磨牙距离及鼻腔、鼻咽部扩大程度相同。

与传统的头颅侧位片不同, CBCT可以通过测量软件直接重建整个气道的三维模型, 并便捷地对三维模型各个区域的体积、面积以及三维线距做出直观而准确的测量, 同时避免了影像的重叠, 可对一些对称结构分别进行测量。三维测量的难点在于阈值的界定以及标志点的选择^[18], 本研究对于所有患者均选择同一阈值, 同时标志点尽量选择骨性标志点^[19], 从而保证了测量的准确性以及可重复性。

根据测量结果, 与治疗前相比, 上颌单次快速扩弓可使鼻腔体积明显增大(17.4%), 这一结论与既往众多研究结果一致^{[8, 20, 21]}。本研究中采用的上颌反复快速扩缩同样可使鼻腔体积增大(25.9%)。两组扩弓或扩缩后, 鼻腔底部宽度和鼻腔外侧缘宽度均有增加, 此二者可能是鼻腔体积增加的主要原因。鼻腔底部以及外侧缘宽度在前段、中段、后段增加量无统计学差异, 提示两种治疗方法对于上颌骨宽度的扩大在矢状向是均匀的^[8]。两组鼻咽体积以及鼻咽部最大横截面积增加明显^[7], 提示上颌扩弓可能通过增大鼻咽部横截面的面积增加鼻咽体积。

关于上颌扩弓对于口咽的影响, 目前尚未形成统一的结论, 多数研究认为上颌扩弓后口咽体积不发生明显改变^{[22, 23]}。本研究结果显示, 上颌单次快速扩弓和反复快速扩缩治疗前后口咽体积、平均横截面积、最小横截面积、冠状径与矢状径的比值均无统计学差异, 表明两种治疗方式对于口咽部的体积以及形态均无影响, 与既往研究结果一致。

关于上颌反复快速扩缩对上气道的影响尚无临床对照研究作为参考, 本研究通过与上颌单次快速扩弓同期对比, 证明两种方法对于鼻腔和咽腔的改变没有显著差异, 这可能与两种方法最终对上颌骨的扩大程度相同有关。已有临床研究表明, 上颌反复快速扩缩可以使上颌骨在前方牵引过程中产生更大的前移量^{[10, 11, 12]}, 由此我们推测, 上颌反复快速扩缩前方牵引治疗后, 由于上颌骨矢状向长度的增量较大, 鼻腔体积增量可能比上颌单次快速扩弓前方牵引的方法更大。关于这一推测将在后续研究中进一步探讨。

虽然三维测量可以更直观地对上气道进行研究, 然而由于变量的增加, 测量出现误差的可能性也随之增加。目前关于上气道研究的测量项目以及标记点的选取尚未形成统一的标准, 本研究在锥形束CT拍摄过程中尽量控制标准一致, 并在后续测量时选取稳定且可重复性好的头位以及测量边界和标记点, 尽管如此, 仍无法保证患者上气道均处于同一状态, 无法完全排除测量的主观因素。同时本研究未对两组治疗效果的稳定性进行长期观察, 关于准确的三维测量方法以及治疗效果的长期稳定性还需在未来研究中进一步探索。