基于锥形束CT的上颌窦解剖形态三维分析

朱婷婷,冷迪雅,王晶艳,顾培玉,周广超,张 娟,吴大明,

上颌窦(maxillary sinus,MS)是上颌骨的重要解剖结构,左右侧各一个,是最大和最早发育的鼻旁窦[1]。随着年龄的增长,MS发育为不规则金字塔形,在面部轮廓的形成中起着重要作用[2]。MS底壁由部分硬腭和上颌牙槽突构成,与上颌磨牙和前磨牙牙根关系密切。这些牙的拔除、根尖周病变以及正畸治疗都会引起MS黏膜增厚、骨间隔的存在、窦内钙化和气化[3-4],从而改变MS形态。此外,通过MS提升术来解决上颌骨骨量不足及解剖形态变异的患者的种植需求日渐普及[5-6]。

口腔锥形束CT(cone-beam computed tomography,CBCT)具有辐射剂量低、分辨率高和扫描时间短等优点[7-8],其提供的三维图像帮助医生精确诊断、有效预估操作风险、制定与实施治疗方案,并跟踪治疗效果。CBCT已被推荐为在手术前评估MS的健康或疾病状态的首选诊断方法[9]。上颌快速扩张法、种植体成骨材料的植入、种植体的放置都会对MS的体积及表面积产生影响[10-11],同时MS骨性分隔的存在也会增加种植术后并发症及种植失败的风险[12]。因此,临床上CBCT结合3D医学成像软件分析MS的解剖,对于预防牙槽外科并发症、种植术前评估、窦底提升所需移植物的评估以及正畸治疗都有重要意义。本研究通过CBCT分析正常MS的影像,并评价MS的体积、表面积及窦底形态与年龄和性别之间的关系,从而为临床治疗提供参考。

1 资料与方法

1.1 研究对象

选择2021年9月—2022年9月因正畸、种植、外伤、根管治疗、颞下颌关节紊乱等原因于南京医科大学附属口腔医院影像科拍摄的CBCT数据,纳入标准:(1)双侧上颌牙列完整,未接受过牙髓治疗,无固定修复体、种植义齿或金属充填物;(2)双侧上颌骨未接受过手术,无阻生牙、根尖周炎、牙周炎或颌骨病变;(3)双侧MS窦清壁整,无黏膜增厚,无异物或其他异常;(4)CBCT影像清晰,无金属及运动伪影。共纳入480例CBCT,按年龄分为4组:18～24岁组、25～39岁组,40～54岁组和≥55岁组。每组各120例,男女各60例。

1.2 数据获取

采用NewTom 5G或VGi(QR srl,Verona,意大利)CBCT扫描,参数:110 kV,3～4.5 mA,扫描视野(field of view,FOV)8 cm×12 cm～16 cm×18 cm,体素0.30 mm。所有CBCT拍摄均由一位经验丰富的放射医师完成,CBCT数据以DICOM 3.0格式存储。

1.3 MS三维重建及形态分析

(1)将CBCT数据导入Mimics 21.0软件(Mate-rialise HQ Technologielaan,Leuven,比利时),调节窗宽及窗位,选择合适的分割阈值(-1024～-435)进行分割,结果保存为“green”蒙板。(2)对“green”蒙板进行区域增长生成“yellow”蒙板,此时MS大部分已被分割出来。通过布尔操作得到“cyan”蒙板。(3)对“cyan”蒙板进行逐层查看及空腔填充,得到最终的MS蒙板。(4)使用软件的“Calculate part”工具重建MS的三维模型,并通过光顺处理对模型进行优化。(5)点击“Properties”显示三维模型的MS容积(maxillary sinus volume,MSV)及MS底(maxillary sinus floor,MSF)(图1)。

A:冠状位;B:轴位;C:矢状位;D:三维重建

参照Velloso等[13]和Niu等[14]的方法对MS进行形态分类。若MS底壁形态为规则的弧形,则根据A角(MS内、外侧骨壁切线的交角)的大小将其分为四型。A型:窄锥型(060°);D型:平坦型(内、外侧骨壁在窦底处形成一较平坦的平面);若MS底壁形态不规则,则为E型,即不规则型(MS底存在骨性分隔,窦底形态不规则)。调整图像位置,使用校准线同时在冠状面、矢状面及横断面图像上定位窦底最低点,通过该位点获得的冠状图像来读取和记录MS轮廓的类型(图2)。

A:窄锥型;B:锥型;C:卵型;D:平坦型;E:不规则型;F:示意图

所有三维重建和测量均由一名医师完成,该测量者经研究前建立的标准进行校正,组内相关系数均>0.9,表明测量方法具有可重复性。

1.4 统计学分析

使用SPSS 23.0软件(Version 23;IBM Corp.,Armonk,NY,美国)进行统计学分析。双侧MSV和表面积差异采用配对t检验、男女之间差异采用独立样本t检验、各年龄组之间的MSV和表面积比较采用单因素方差(ANOVA)分析。采用Spearman相关性检验分析MSF与性别和年龄的相关性。P<0.05为差异有统计学意义。

2 结 果

2.1 左、右侧之间MS的比较

左侧MS平均体积为(15.53±6.71)cm3,表面积为(49.86±17.98)cm2,右侧MS的平均体积为(15.45±6.41)cm3,表面积为(50.73±33.68)cm2,双侧MS平均体积及表面积差异无统计学意义(P>0.05)(表1)。

表1 左右侧MS体积及表面积比较

2.2 男、女之间MS的比较

男性MS平均体积及表面积分别为(16.49±7.04)cm3和(55.40±44.06)cm2,均高于女性的(14.41±5.54)cm3和(46.06±15.38)cm2(P<0.05)(表2)。

表2 男女MS体积及表面积比较

2.3 不同年龄组间的MS比较

18～24岁组和25～39岁组MS的体积均显著大于其他两组(P<0.05),且18～24岁组MS的表面积显著>40～54岁组和≥55岁组(P<0.05)(表3)。

表3 不同年龄组间MS体积及表面积比较

2.4 不同年龄组MS窦底壁形态分型的占比情况

18～24岁组最常见的MSF类型是B型和C型,占比分别为30.83%、42.50%;25～39岁组最常见的MSF类型是B型和C型,占比分别为46.67%、25.83%;40～54岁组和≥55岁组最常见的MSF类型是B型的,占比分别为55%和49.17%。从各分型的占比来看,A型占比最少,仅为4.34%;然后依次为D型、E型、C型和B型,占比分别为9.37%、11.94%、12.5%和45.42%(表4)。

表4 不同年龄段人群的MS底壁形态分型

2.5 性别、年龄与MS底壁形态分型的相关性分析

Spearman相关性分析性显示性别与MSF的形态类型的相关系数为0.08,呈正相关但无统计学意义(P>0.05),而年龄与MSF的形态类型的相关系数为-0.20,呈显著负相关性(P<0.05)。

3 讨 论

MS发育始于胎儿期的第3个月,生长快速期是0～3岁及7～12岁,基本发育完成大约18岁。通常MSF的位置随年龄增长逐年降低,成年后才趋于稳定[15]。MS的大小、窦底形态以及与上颌后牙根尖的位置关系与这些牙的正畸、根管治疗、根尖手术、外科拔牙、种植术、正颌外科手术,或涉及MS和(或)上颌骨的占位性病变的外科干预密切相关,因此相关研究一直受到口腔各临床学科的关注[16-18]。以往的研究对MS的线性尺寸进行测量[19],但体积的定量研究较少。本实验通过CBCT影像测量MS的体积及表面积,分析左右两侧的形态差异以及与性别和年龄的相关性。

本研究发现,左右两侧MS的平均体积和表面积之间的差异无统计学意义,说明双侧MS形态基本对称,这与以往的研究结果相似[20-21],提示可通过比较对侧的MS来判断治疗侧MS窦腔内的变化。但应注意,唇腭裂[22]、鼻中隔偏曲、鼻窦炎[23]以及上颌后牙区牙齿缺失[24]等疾病变化会引起MS的容积变化。

本研究发现,男性MS的体积及表面积平均值均比女性的高,表明性别影响MSV及表面积,这与Möhlhenrich等[25]和Tassoker等[26]的研究结果相似,即不同牙列的类型影响MS腔解剖形态,通常具有相同牙列状态的男性的MSV明显大于女性。但Urooge等[27]利用CBCT扫描100例印度患者(男∶女=1∶1)双侧MS,测量并评价不同参数(宽度、长度、高度、面积、周长、体积),其结果未见显著差异。这可能是因为人种的差异所造成,也可能是该研究的样本量较小,平均年龄值较低((24.3±6.5)岁),尚未达到MSV的最大扩张时期。

通常男性和女性分别在30岁和20岁时完成MS的发育,随后MS出现与年龄相关的体积下降[16]。本研究也发现,18～24岁组和25～39岁组MS的体积和表面积显著高于其他年龄组,提示不管男性还是女性,MS的体积及表面积在40岁前达到顶峰,并随年龄增加而逐渐降低。40～54岁组和≥55岁组的测量值差异无统计学意义,说明40岁之后MS的体积变化是细微的。与无牙患者和部分缺牙患者相比,有牙患者的MSV更大。这可能是由于上颌后牙的缺失,导致对MS的机械刺激减少[28]。因此年龄较大且无牙列的患者应尽快接受修复治疗,以最大限度地减少不利于治疗的窦腔解剖变化。在一项针对正常上颌第一磨牙与MS关系的研究显示,上颌第一磨牙牙根与MS接触的比例较高,特别是腭根与MS存在较大的接触概率[29],这也影响MS表面积大小。此外,当牙根伸入MS时,如牙齿的水平移动穿过窦底,则可能会发生根尖吸收和倾斜[30]。本研究结果明确MS体积及表面积的变化,有助于对不同年龄和性别患者的经窦底开窗或侧开窗行MS底提升术(sinus floor elevation,SFE)的制定和结果的评估,帮助医生明确诊断鼻窦炎、牙源性MS炎、MS发育不良等疾病的存在。

MS的解剖学评价在选择手术入路中起着重要作用,目前关于MSF形态的研究较少。本研究以CBCT图像的冠状面作为观察截面进行MS角度的分型,该分型方法对上领窦底提升术的术式选择有临床指导意义。研究显示各年龄组中B型和C型占比较多,A型、D型和E型占比较少,总的占比仅为26.24%,≥55岁组A型有增加趋势,且D型有减少趋势。值得注意的是,E型在各组分布较均匀,窦底间隔是影响窦底提升手术的重要结构,因为在MS提升手术中,骨性间隔会增加MS膜穿孔的风险,植入物细菌污染或移植物进入窦腔而导致术后MS炎[31]。另有研究表明A角越小,窦腔越狭窄,窦壁越陡峭,这将直接影响窦底黏膜剥离和提升过程的操作便利性[13]。同时,A角与种植体根端骨吸收量之间存在显著的正相关关系,对种植术后窦内预期成骨效果也有一定的参考作用[32]。本研究发现性别与MSF的分型无相关性,但年龄与其呈负相关性,这说明行MS底提升术时发生窦底黏膜穿孔的风险会随年龄的增加而升高。研究结果提示了临床种植上颌后牙区术前的CBCT评估的必要性,通过图像三维重建的方法可以有效地反映复杂的形态变化,这与窦底提升术的术式选择、手术操作的难易程度密切相关。精确的MS形态学知识有助于术者在手术过程中采取成功的策略,并减少潜在的并发症。

4 结 论

正常MS的体积、表面积在左、右侧之间差异无统计学意义,但男性的MS体积和表面积均大于女性。18～24岁和25～39岁组的测量显著高于40～54岁和≥55岁组。MS底形态差异较大,其与性别无明显相关性,但与年龄呈显著负相关性。利用CBCT可以有效地评估MS的解剖结构,为确立正常人群MS体积和表面积参考值提供有价值的参考。