文摘
C-expander的使用是一种有效的治疗方式上颌骨骨缺陷会导致疾病和显著降低预期寿命在青少年和年轻人。然而,对鼻气道形态学和动态影响尚未报道。本研究的主要目的是评估实现C-expander后鼻气道的变化。样品9例(8女性,1男,年龄从15岁到29岁)是包括在内。形态学参数和鼻气道测量通风参数的预处理和后处理。所有的研究数据是正态分布。一个配对 - - - - - -测试是用来评估治疗前后的变化。扩张后,平均值和标准偏差值intercanine上颌宽度(小王)和intermolar上颌宽度(毫米波)增加 毫米, mm 毫米( )和 毫米( ),分别。鼻腔体积增加 毫米3来 毫米3( )。鼻压降降低 Pa Pa ( ),而最大速度的值降低 米/秒, 米/秒( )。鼻阻力明显下降 Pa /毫升/ s Pa /毫升/秒( )。C-expander的使用可以有效地扩大鼻气道的面积和体积,产生了积极的影响在减少鼻阻力和改善鼻气道通风。对患有上颌宽度不足和呼吸障碍,C-expander可能是另一种方法来治疗这种疾病。
1。介绍
上颌横向缺陷(MTD)是一种常见的矫正问题[1,2]。上颌横向缺陷的人容易拥挤的牙齿,狭窄的上牙弓,高腭弓,后牙上排(3,4]。这可能导致鼻腔缩窄,导致鼻腔气流阻力的增加可能导致患阻塞性睡眠呼吸暂停综合症的风险更高(群)5- - - - - -7]。群与系统性疾病,如心肌梗塞,动脉高血压和2型糖尿病(8,9]。因此,有必要特别注意上呼吸道的形态和动力学,以及上颌横向缺陷。
快速上颌扩展,主要用于纠正横向上颌骨缺乏在儿童和青少年中,可以有效地分离midpalatal缝合,扩大鼻腔(10]。手术辅助RPE (SARPE)和miniscrew-assisted RPE (MARPE)推荐的治疗方法为成年患者上颌横向缺陷。然而,当比较手术侵袭性的程度,成本,和保存期SARPE MARPE,人们认为MARPE更适合年轻人的治疗计划(11,12]。C-expander是一种组织bone-borne上颌扩张器由四个骨钉和丙烯酸的身体。大量的研究已经证实,C-expander,没有手术的帮助,但仍被认为是一种有效的治疗方式上颌骨骨骼缺乏青少年和年轻的成年人(年末13- - - - - -16]。然而,C-expander的先前的研究仅限于打开midpalatal面积的影响,但形态和动态C-expander对鼻气道的影响没有被报道。
计算流体动力学(CFD)是一种精确测量和验证方法有效地计算出气道的流动特性。这种方法为我们提供了一个更好的方法了解气道形态学和生理学17- - - - - -19]。CFD也广泛应用于冠状动脉狭窄的预测和分析,心肌梗塞,salivolithiasis,输尿管疾病,以及一些其他条件(20.- - - - - -23]。越来越多的CFD研究鼻腔导致更好地了解鼻气道。Iwasaki等人用计算流体动力学分析的变化鼻气道通气后快速上颌扩展(RME)的一个年轻的学科,其结论RME不仅缓解鼻塞,也能提高舌姿势(儿童24]。电脑断层扫描4 post-EEA患者使用CFD技术收集和分析。实验结果提供了一个理论依据CFD作为存在的潜在的客观诊断工具(25]。因此,在本研究中采用CFD方法。
,回顾性研究的目的是评估鼻腔气道变化后的实现C-expander与横向上颌骨年轻人缺乏基于CFD方法。进一步详细的研究是必要的,以确定是否使用C-expander可以显著改变鼻气道的年轻人。
2。材料和方法
2.1。研究人群
这项研究是湘雅口腔医院的机构审查委员会批准,中南大学(排名20190060)。知情同意是收到病人或他们的父母/法定监护人。回顾性研究包括9从15 - 29岁的病人(8女性,1男性的平均年龄 年),他们对待C-expander由于横向上颌骨缺乏从2015年12月到2019年7月。所有的病人包括必须满足以下入选标准:(我)大于15岁(2)有效midpalatal缝合扩张(3)一套完整的CBCT射线照片前三个月内(T1)和扩张后(T2)(IV)没有其他设备或拔牙治疗扩张时期
排除标准列出如下:(我)下颌唇腭裂等缺陷(2)失败的分离midpalatal缝合(3)缺牙弓横向上颌骨
共有9个病人登记,符合入选标准和排除标准。由于伦理性考量,在这个研究没有设置对照组。
这项研究的流程图如下:CBCT扫描→模型重建(模仿)→网格生成(ICEM CFD)→数据采集(流利)17,26,27]。
2.2。上颌扩大设计和CBCT协议
C-expander是由四个参考(ORMCO助教,美国1.4毫米直径8毫米),是位于中途从牙龈乳头状突起midpalatal缝合(图1)。两个参考被犬和上颌第一前磨牙的每一侧的拱门,和其他两个位于第二前磨牙与第一磨牙之间。骨钉植入后一个星期,C-expander连着骨钉,树脂复合材料,通过四个孔。该设备被激活(一个的两倍 毫米)每天直到7毫米激活完成了。前牙之间的差距表明成功拱扩张。如数据所示2(一个)和2 (b),箭头指向中间腭缝合。
(一)
(b)
病人被要求填写鼻塞症状评估(鼻子)收集信息主观症状治疗前后扩张。它包括五项尺度:(1)鼻塞或自负,(2)鼻堵塞或阻塞,(3)通过鼻子呼吸困难,(4)失眠,和(5)能够获得足够的空气通过鼻子在锻炼或运动,和分数范围从0 =没有问题,1 =非常轻微的问题,2 =中等问题,3 =相当不好的问题,4 =严重的问题。这些数字是总结和乘以5给的分数范围从0(无症状)到100(严重的症状)。
CBCT(电子产品品牌3 d, PLANMECA Romexis,赫尔辛基芬兰、扫描时间:8.9秒;切片厚度:0.2毫米,96 kV、10 mA)图像被收购而病人自然头部位置与静止的嘴唇和牙齿intercuspal位置与光咬合的接触。患者要求操作机器时不要吞下。法兰克福水平(FH)平面平行于地面,头部位置和并行或轻微的偏差被认为是合适的。CBCT图像都导出为“医学数字成像和通信”(DICOM)文件格式。
2.3。模型重建
DICOM文件读取使用模拟21.0(唯物主义的交互式医学图像控制系统)软件和模型在三种不同的飞机(图使重定向3)。在矢状面、矢状线是平行于腭平面。在轴向视图中,矢状线是定位在病人的矢平面,即从前鼻棘(ANS)后鼻棘(pn)和冠状线位置是垂直于矢状线。在冠状视图中,水平线是切向两国鼻底(图的边缘3)。空气分段通过设置阈值-1024 Hounsfield单位(胡)和-480之间。这个气道空间从鼻孔到硬腭水平是我们的研究领域。手动鼻旁窦被疏散,因为几乎没有清除鼻腔气流。图像分割和区域增长后,针对病人的鼻气道三维模型获得(图4)。然后将三维模型转移到3-matic建模软件(实现),通过附加的处理模型就可以完成。
(一)
(b)
(c)
2.4。测量鼻气道通风
三维重建后,鼻气道几何STL格式的加载到ANSYS ICEM CFD (ANSYS 17.0)。鼻孔创建作为入口的一部分,而鼻咽的底部是作为出口的一部分创建的。四个不同的元素大小(040万B: 120万年,C: 3.5米隆,D: 450万)被选中进行网格独立性实验。建议将变得微不足道的变化如果网格B被使用。最大的比例因子设置为0.88毫米,最大元素是0.68毫米,导致计算网格组成的预处理和后处理 百万, 百万元素,分别。流使用Reynolds-Averaged n - s CFD模拟进行解算器(17.0流利,流利Inc .)。空气被认为是牛顿,不可压缩均质流体。标准大气压力(表压是0 Pa)设置入口,和压力−15 Pa是应用于出口。墙的表面几何是假定为固定和中性边界。的影响,温度、湿度、重力、模拟和鼻毛因素被忽略。为了减少所需的计算资源,稳态条件用于这项研究。的可实现的湍流模型选择模型鼻气道气流。剩余的计算被设定为10−3和迭代人数1000步。二阶离散化方案被使用,和压力速度耦合是通过简单的解决方案。
2.5。结果参数
体积( )和表面积(SA)的鼻气道形态学量化。midpalatal缝合在犬的宽度(MPWC)和在第一个摩尔midpalatal缝的宽度测量(MPWM),以及翼状肌外侧板之间的距离。牙科横向测量了狗的日冕部分,第一磨牙,鼻宽(数字5(一个)和5 (b))。
(一)
(b)
在模拟的气流,所有横截面从鼻孔鼻咽。最大压力( ),最大速度( ),和压降( )被测量。鼻气道阻力( )通过以下公式: (鼻入口体积流率)。所有形态参数和动态参数如表所示1。
2.6。统计分析
参数测量每隔一周两次同样的研究,应用研究,平均价值。Intraexaminer可靠性计算的组内相关系数(ICC)测量获得的考官。
所有统计分析使用SPSS 21.0软件包(IBM,阿蒙克,纽约)。描述统计,包括均值和标准差(SD),计算每个变量。正态分布的数据使用Shapiro-Wilk测试测试。对于正态分布的变量,变量之间的差异之前和之后使用paired-sampled水平进行了分析 - - - - - -测试。不是正态分布的变量,变量之间的差异与Wilcoxon之前和之后的水平进行了分析测试。结果评估的重要性水平 。
我们进行了样本容量的计算基于治疗的差异的变化由C-expander鼻气道通气。计算错误,使用权力分析G3.1.9.2进行( , ,双尾检验);足够的样本大小是8个主题。
3所示。结果
组内相关系数大于0.772的所有变量。第一个之间没有显著差异,进一步重复观察测量,这证明了可靠性之间的第一和第二测量从0.772到0.993 (ICC)。
如表所示2,我们可以很容易发现的平均宽度鼻腔治疗犬类地区增加 毫米的 毫米( )扩张治疗后立即测量获得。的平均宽度鼻腔治疗前在第一磨牙 毫米,上升到 mm C-expander使用后,这种差异具有统计学意义( )。小王和毫米波的原来的平均距离 毫米, 分别为毫米。MPWC MPWM扩大从0到 毫米, 分别为毫米。
与此同时,总面积和总量显著增加使用C-expander后( 和 )。鼻气道流体动力学的结果如下所示(表2)。鼻腔气流的压力和速度分布表示为一个病人在我们的研究中,如图6(一)- - - - - -6 (d)。从图中可以看出,速度和压力的变化从前鼻孔下鼻咽是一致的,和入口处的气流压力和速度的鼻腔更大之前和之后的扩张拱门,这表明入口处的气流压力比较大。定量数据的最大负压降低 Pa Pa ( ),和最大速度变化的定量值 米/秒, 米/秒( )。如表所示2,鼻气道压降减少的值 Pa Pa上颌扩张治疗后( )。鼻阻力是通风能力最直观的指标之一。在这项研究中,鼻阻力明显下降 Pa /毫升/ s Pa /毫升/ s,两组数据证明是统计学意义( )。
(一)
(b)
(c)
(d)
鼻子分数显示使用C-expander后没有改变,从0-0-0-0-0到0-0-0-0-0 6个患者得分,3例患者得分从1-0-0-0-0到0-0-0-0-0。
4所示。讨论
本研究的目的是评估鼻腔上颌扩张治疗后气道变化在年轻人中使用C-expander基于计算流体动力学的方法。midpalatal缝合的融合的程度是关键元素来确定上颌扩张的成功,这是一种常见的治疗挑战在青少年和年轻的成年人。Korbmacher等人,Angelieri等人得出结论,实足年龄不是绝对相关的融合程度的缝合线midpalate [28,29日]。在这个研究中,我们选择研究人口与实足年龄超过15年,这样的增长潜力和大型的影响可以忽略。midpalatal缝合部分或完全融合,但结构可以清楚地识别。
在这项研究中,登记患者执行两个CBCT扫描。一是早期诊断的时候,,另一个是三个月后完成扩张。已经证明CBCT辐射剂量较低,精度高30.]。由于道德原因,许多研究人员把3个月间隔再次把它(2,31日]。研究表明,完全骨化midpalate缝合观察快速腭扩展(8 - 9个月后32]。由于这一事实,我们选择了3个月的时间点。这个时间点符合要求的伦理问题,以及对骨的影响。
多导睡眠图(PSG)已经被用来作为黄金标准的诊断和评估群,它可以测量呼吸指标如呼吸暂停指数(AHI),呼吸暂停指数(AI),呼吸浅慢指数(AHI),和血氧饱和度(圣2)[33,34]。计算流体动力学是一个验证方法来计算上呼吸道气流的特征(17,18,35]。隔夜实验室PSG被用来验证CFD分析航空公司的准确性,发现负气道压力之间有很强的相关性和AHI措施(36]。最常用的主观评价鼻气道功能的鼻子,这是一个简单而快速的工具。几乎没有变化,根据前后鼻气道功能扩张的鼻子。这可能是由于自身没有鼻塞症状的患者(37,38]。赵et al。39)报道,一个体外气道模型是由快速成型技术,与实验结果非常类似CFD结果。这些结果进一步验证了CFD模拟。上颌窦扩张治疗后,鼻气道的形态变化表明,鼻腔显著扩大。硬腭由两个上颌两腭骨,这都是密切相关的鼻子(40]。犬的midpalatal宽度(MPWC)的摩尔比midpalatal宽度略宽(MPWM)在这项研究中,和整个腭缝合接近平行。结果类似于林等。12和相反Zandi et al。41]。林等人插入四个在口感和两个骨钉骨钉在狗和第一前磨牙之间,剩下的是位于第二前磨牙与第一磨牙。赞迪等人的研究使用只有两个参考解决横向上颌骨缺损的问题,产生集中应力和非平行midpalatal缝合。midpalatal缝合口形状背后的主要原因可能是由于分布的四个骨钉好,应力分布,是平行于midpalatal缝合。我们可以假设四个骨钉的应力分布更均匀,平行于midpalatal比两个骨钉缝合。
在目前的研究中,我们应用CFD分析方法来分析鼻气道的变化使用C-expander后通风。鼻气道的面积和体积都显著增加。同时,动态参数如速度和压力在鼻气道明显减少。形态学和动态之间的关系与其他研究的趋势是一致的(32,42,43]。一个初步的结论可以从之前的信息:鼻气道的大小和形状会影响鼻气流压力和速度。收缩鼻气道往往伴随着高压力和高速度。一旦有效的扩张发生在鼻气道,有一个显着减少的压力和速度的鼻气道。的鼻阻力值低于后处理阶段的预处理阶段,确认鼻腔通气功能提高了上颌扩张。从收集的信息,我们建议年轻人患有呼吸系统疾病与上颌横向差异使用C-expander来治疗这种疾病。随着3 d打印技术的普及,我们也可以考虑这种技术生产的C-expander未来(44]。
有一些限制,存在在这个研究。首先,CFD模型假定鼻气道的墙壁一样硬组织,而鼻气道周围的软组织,如鼻粘膜。其次,病人清醒CBCT机器在操作,因此,准确的呼吸状态不能被捕获的图像。第三,CBCT的后处理时间被推迟三个月平均而言,这可能导致新形成的骨沉积和骨钙化。在某种程度上,有一个错误在腭缝合的测量。最后,没有进行长期随访,所以我们不能得出一个长期结论C-expander永久的治疗效果。因此,我们需要进一步评估的长期有效性和稳定性C-expander鼻气道的未来。
5。结论
在青少年和年轻成人晚期病人,C-expander可以有效地扩大和显著增加鼻气道的面积和体积。这证明C-expander表现出一个积极的影响在减少鼻阻力和改善鼻气道通气状况在短期内。对患有上颌横向缺陷和呼吸障碍,C-expander可能是另一种治疗这种疾病的方法。的长期影响的C-expander鼻气道气流是我们研究的下一步。
数据可用性
使用的数据来支持本研究的发现可以从相应的作者。
伦理批准
本研究按照道德标准机构和国家研究委员会1964年赫尔辛基宣言。这项研究是湘雅口腔医院伦理委员会的批准和湘雅学校口腔学(20200002)。
的利益冲突
作者宣称没有利益冲突。
作者的贡献
所有作者的研究理念和设计。小王在执行实验作出了重要贡献,数据采集,数据分析,草案,关键的修订手稿。陆Yanqin和Lei Lei通过提供样本,收集,和组装的实验。刘宁,沈,他散热是用于数据分析和数据的组织。刘航行和刘Ousheng导致了概念、设计、数据分析,起草、修订手稿和至关重要的。所有作者最终批准和同意负责所有方面的工作。小王是第一作者。
确认
这项工作得到了国家自然科学基金的资助中国的地方(81970905),主要研究和发展项目的湖南(2020 sk2056的地方),和湖南省自然科学基金(2020 jj4123的地方)。