ミニインプラントによる急速上顎拡大術前後の上気道の空力的・解剖学的特性の比較分析

A comparative analysis of aerodynamic and anatomic characteristics of upper airway before and after mini-implant-assisted rapid maxillary expansion.

抄録

はじめに:

本研究の目的は、若年成人を対象に、ミニインプラントによる上顎急速拡大術後の上気道の空気力学的・解剖学的特性の変化を観察し、上気道の2つの変化の相関を評価することである。

INTRODUCTION: The objective of this research was to observe changes in aerodynamics and anatomic characteristics of the upper airway after mini-implants assisted rapid maxillary expansion and to evaluate the correlation between the 2 changes of the upper airway in young adults.

方法:

30人の連続した患者（平均年齢23.82±3.90歳、中央値24.5歳、男性9人、女性21人）が対象であった。起動前と3ヶ月間にわたってコーンビームCTが撮影された。上気道の3次元モデルは、コーンビームCTを基に再構成された。上気道の解剖学的特性（体積、面積、横径、矢状径を含む）を測定した。上気道の空気力学的特性は、数値流体力学を用いた3次元モデルに基づいて計算された。上気道の解剖学的特徴と空気力学の変化との相関を調べたところ、上気道の解剖学的特徴が変化していることがわかった。

METHODS: Thirty consecutive patients (mean age, 23.82 ± 3.90 years; median, 24.5 years; 9 males, 21 females) were involved. Cone-beam computed tomography was taken before activation and over 3 months. Three-dimensional models of the upper airway were reconstructed on the basis of cone-beam computed tomography. The anatomic characteristics of the upper airway, including volume, area, transverse, and sagittal diameter, were measured. The aerodynamic characteristics of the upper airway were calculated on the basis of 3-dimensional models using computational fluid dynamics. The correlation between the changes in aerodynamics and anatomic characteristics of the upper airway was explored.

結果:

咽頭、上咽頭、中咽頭の体積の拡大が認められた（それぞれ9.99％、20.7％、8.84％）。最小断面積は有意に増加した（13.6％）。気道抵抗（R）および最大速度（V）は、吸気期および呼気期ともに有意に減少した（吸気：R, -26.8%, V, -15.7%, 呼気：R, -24.7%, V, -16.5%）．最小壁せん断応力は吸気期のみ有意に減少した（-26.3％）。また、Rの低下と体積および最小断面積の増加との間に相関が認められた。

RESULTS: The enlargements of the volume of the total pharynx, nasopharynx, and oropharynx were found (9.99%, 20.7%, and 8.84%, respectively). The minimum cross-sectional area increased significantly (13.6%). The airway resistance (R) and maximum velocity (V) decreased significantly in both the inspiration and expiration phase (inspiration: R, -26.8%, V, -15.7%; expiration: R, -24.7%, V, -16.5%). The minimum wall shear stress reduced significantly only in the inspiration phase (-26.3%). The correlations between decreased R and increased volume and minimum cross-sectional area were observed.

結論:

ミニインプラントによる上顎の急速拡大術は、上気道の総容量と最小断面積に代表される解剖学的特性を改善する有効な装置であり、抵抗、速度、最小壁せん断応力などの空気力学的特性の好ましい変化により呼吸機能に寄与している。

CONCLUSIONS: Mini-implants assisted rapid maxillary expansion is an effective device for improving anatomic characteristics represented by the total volume of the upper airway and minimum cross-sectional area, which contributed to the respiratory function depending on the favorable changes of aerodynamic characteristics including resistance, velocity, and minimum wall shear stress.