魏 薇 黃施偉 裘毅敏 陳蓮華 李士通

(上海交通大學(xué)附屬第一人民醫(yī)院麻醉科 上海 200080)

3種氣管插管頭位上氣道CT三維圖像的比較分析

魏 薇 黃施偉 裘毅敏 陳蓮華△李士通

(上海交通大學(xué)附屬第一人民醫(yī)院麻醉科 上海 200080)

目的 對(duì)3種不同頭位的上氣道CT圖像進(jìn)行三維重建,從經(jīng)典三軸線理論和氣管插管的立體空間兩個(gè)角度比較分析,為優(yōu)化氣管插管頭位提供解剖依據(jù)。方法 1例健康女性志愿者在平臥位、后仰位、嗅物位下分別行上氣道CT平掃,并三維重建上氣道模型。在CT影像上標(biāo)記口軸(the axis of the mouth,MA)、咽軸(the pharyngeal axis,PA)、喉軸(the laryngeal axis,LA)的軸線位置并測(cè)量口-咽軸(M-P)、口-喉軸(M-L)、喉-咽軸(L-P)之間的交角。標(biāo)記通過寰椎平面的直線(A),通過枕骨下緣平面的直線(O),測(cè)量A-O線相交的銳角。根據(jù)CT圖像重建上氣道三維模型,選取口腔和口咽腔區(qū)域,計(jì)算口腔和口咽腔體積(Vo和Vp)。結(jié)果 3種體位下口-咽-喉三軸線交角總和(L-P+M-P+M-L)在平臥位>后仰位>嗅物位;喉-咽軸交角在平臥位≈嗅物位<后仰位;口-咽軸交角在嗅物位<后仰位<平臥位;口-喉軸交角在后仰位<嗅物位<平臥位。A-O角在嗅物位≈后仰位<平臥位?？诤涂谘是惑w積均在平臥位<嗅物位<后仰位,其中嗅物位約為平臥位的1.57倍;后仰位約為平臥位的2倍。結(jié)論 嗅物位時(shí)口-咽-喉三軸線最接近于重疊,最有利于喉鏡顯露聲門;后仰位時(shí)口和口咽腔體積最大,有更多的氣管插管操作空間。

三維重建; 上氣道; CT; 頭位; 氣管插管

使用直接喉鏡氣管插管時(shí),為了達(dá)到最佳視野,頭頸的位置是很重要的。不恰當(dāng)?shù)念^位會(huì)使喉部結(jié)構(gòu)暴露不清,導(dǎo)致插管時(shí)間延長(zhǎng)甚至插管失敗[1]。氣道有3個(gè)視軸:口軸、咽軸和喉軸,這3個(gè)視軸越接近重疊,越有利于直接喉鏡下聲門顯露[2]。早在1930年,MaGill[3]指出,將頭擺放成類似于“站立時(shí)聞空氣”的體位可使鼻至聲門段的氣流最“自由”地通過。1944年,Bannister等[4]闡述了嗅物位可以使三軸盡量重疊,較其他體位更具解剖學(xué)優(yōu)勢(shì)。此后,麻醉醫(yī)師普遍選擇嗅物位作為插管標(biāo)準(zhǔn)頭位,長(zhǎng)期以來的臨床實(shí)踐及一些臨床實(shí)驗(yàn)也支持這個(gè)觀點(diǎn)。Prakash等[5]將546名全麻患者隨機(jī)分成嗅物位和單純頭后仰位行麻醉誘導(dǎo),認(rèn)為嗅物位更利于氣管插管。然而,一些學(xué)者用影像學(xué)技術(shù)來分析嗅物位解剖結(jié)構(gòu)上的優(yōu)勢(shì),卻得到了不同的結(jié)果。Adnet等[6]用MRI影像比較口、咽、喉三軸線的位置關(guān)系,嗅物位并不能使三軸線重疊。而Greenland等[7]對(duì)MRI影像進(jìn)行分析后認(rèn)為嗅物位是直接喉鏡插管的最佳選擇。Takenaka等[8]通過X片分析,認(rèn)為嗅物位更利于直接喉鏡暴露聲門。本研究擬采用1例志愿者3種不同頭位的上氣道CT資料,將口、咽、喉三軸線與寰枕關(guān)節(jié)、頸部的屈曲和伸展綜合分析;同時(shí)行上氣道三維重建,計(jì)算口、咽腔體積。二維及三維圖像分析相結(jié)合,為氣管插管時(shí)最佳頭位的選擇提供較為全面的解剖學(xué)依據(jù)。

資 料 和 方 法

研究對(duì)象 健康成年女性志愿者1例,年齡25歲,身高173 cm,體重62 kg,體重指數(shù)(BMI) 20.7 kg/m2,ASA I級(jí)。Mallampati評(píng)級(jí)Ⅰ級(jí)(Ⅰ級(jí):張口可見懸雍垂、腭咽弓、軟腭;Ⅱ級(jí):懸雍垂被舌面遮蓋,只可見腭咽弓、軟腭;Ⅲ級(jí):只可見軟腭;Ⅳ級(jí):僅見硬腭[9])。

設(shè)備和方法 本項(xiàng)目經(jīng)上海交通大學(xué)附屬第一人民醫(yī)院倫理委員會(huì)批準(zhǔn)。志愿者在清醒狀態(tài)下行頭頸部CT掃描,共掃描3種頭位(圖1):(1)平臥位:自然平臥于CT掃描臺(tái),口鼻同時(shí)平靜呼吸;(2)后仰位:平臥,肩部墊高約7 cm,頭后仰,頸部最大伸展,口鼻同時(shí)平靜呼吸;(3)嗅物位:平臥,頭部墊高約10 cm,做嗅聞空氣動(dòng)作(頸部屈曲,與軀干約呈35°,頭部寰枕關(guān)節(jié)盡量伸展,使面部與水平面約呈15°[1])。CT平掃采用GE Hispeed CT/I機(jī),掃描層厚5 mm,間距5 mm,120 kV,230 mAs。掃描范圍自眶下至第1胸椎。掃描后獲得的圖像以DICOM格式存儲(chǔ),刻制光盤保存。

將DICOM格式CT影像數(shù)據(jù)導(dǎo)入Mimics 15.0醫(yī)學(xué)圖像軟件(比利時(shí)Materialise公司),選擇呼吸道閾值,選取整個(gè)上氣道,建立蒙罩,對(duì)其進(jìn)行區(qū)域增長(zhǎng)、編輯、光滑處理后,建立上呼吸道三維模型。

分別在CT圖像上標(biāo)記口軸(MA,平行于硬腭的直線)、咽軸(PA,經(jīng)過C1和C2頸椎前緣的直線)和喉軸(LA,經(jīng)過環(huán)狀軟骨平面和會(huì)厭基底平面中心的直線)的軸線[6](圖2),通過測(cè)量3條軸線的交角,比較不同頭位下這3條線的位置,同時(shí)與既往文獻(xiàn)結(jié)果作比較。在CT圖像上標(biāo)記通過寰椎平面的直線,記為A線;通過枕骨下緣平面的直線,記為O線,測(cè)量A線與O線的相交而成的銳角A-O,代表寰枕關(guān)節(jié)角度,A-O值越小,寰枕關(guān)節(jié)伸展度越大(圖3)。

在Mimics軟件中,分別選取口腔和口咽腔區(qū)域(定義口腔體積為Vo,從上下切牙至軟腭懸雍垂;咽腔體積為Vp,從軟腭懸雍垂至?xí)捪戮?。自動(dòng)計(jì)算口腔、口咽腔的體積(圖4)。

圖2 平臥位、后仰位、嗅物位CT圖像的口、咽、喉三軸線Fig 2 Three upper airway axes in neutral,extension and sniffing positions

圖3 平臥位、后仰位、嗅物位的寰枕關(guān)節(jié)的角度Fig 3 The angle of occipito-alanto joint in neutral,extension and sniffing position

圖4 平臥位、后仰位、嗅物位CT重建的上氣道三維模型Fig 4 The 3D reconstructed model of upper airway in neutral,extension and sniffing position

結(jié) 果

口軸、咽軸、喉軸3條軸線夾角及其與寰枕關(guān)節(jié)角度(A-O)的關(guān)系 各種頭位下,三軸線交角見表1;3條軸線重疊程度見圖2,各交角的值越小,相應(yīng)的兩條軸線重疊程度越高。喉-咽軸交角L-P在平臥和嗅物位時(shí)接近,分別為8°和10°;當(dāng)變成后仰位時(shí),增加近1倍,為20°。口-咽軸交角M-P在嗅物位時(shí)最小,為58°;在后仰時(shí)增加了0.2倍,為70°;在平臥位增加了0.6倍,為93°?？?喉軸交角M-L,在后仰時(shí)最小,為50°;嗅物位增加了0.36倍,為68°;在平臥位增加了0.7倍,為85°。三軸線交角的總和M-L-P在平臥位最大,為186°;在后仰和嗅物位時(shí)接近,分別為140°和136°。寰枕關(guān)節(jié)角度A-O在平臥位最大,為27°;在后仰和嗅物位時(shí)相近,分別為20°和18°(圖3)。A-O值大時(shí),其對(duì)應(yīng)的M-P、M-L值也大(表1)。

表1 3種頭位下3條軸線的交角(°)及寰枕關(guān)節(jié)角度(A-O)Tab 1 Angles of 3 axes and A-O in 3 head positions

3種頭位下口腔和口咽腔的體積 平臥位、后仰位、嗅物位CT重建的上氣道三維模型見圖4,不同頭位口腔和口咽腔體積見表2。平臥位時(shí),口腔和口咽腔體積都是最小的;當(dāng)變成后仰位時(shí),口腔和口咽腔體積是平臥位的2倍;而嗅物位時(shí),口腔體積是平臥位的近1.5倍,口咽腔體積是平臥位的近1.67倍?？谇缓涂谘是惑w積總和在后仰位約為平臥位的2倍,在嗅物位約為平臥位的1.57倍,即后仰位>嗅物位>平臥位。

表2 3種頭位下口腔和口咽腔體積Tab 2 The volume of oral and oropharyngeal cavity in 3 head positions (mm3)

Vo:The volume of oral;Vp:The volume of oropharyngeal.

討 論

從20世紀(jì)20年代起,麻醉醫(yī)師就氣管插管頭位的擺放進(jìn)行了各種臨床觀察研究。MaGill[3]指出外科醫(yī)師行氣管鏡檢查時(shí)所用的極度后仰位,在氣管插管時(shí)非但不必要,還常常使喉鏡暴露聲門困難而增加插管難度。隨著直接喉鏡暴露聲門三軸線重疊理論的提出[4],嗅物位作為標(biāo)準(zhǔn)插管體位被廣泛接受,在幾乎所有的麻醉學(xué)著作中均被提及。

近年來,隨著各種影像學(xué)技術(shù)的發(fā)展,很多報(bào)道從不同角度客觀地闡述不同麻醉頭位的解剖結(jié)構(gòu)特點(diǎn)。Adnet等[6]在MRI影像上標(biāo)記MA、LA和PA,測(cè)量并比較分析三軸線的夾角,結(jié)果在清醒、氣道解剖正常的人群中,3種頭位均不能使三軸線重疊;而且后仰位和嗅物位口、咽、喉三軸線的位置關(guān)系并無顯著差異,因而認(rèn)為將嗅物位作為氣管插管的最佳頭位并無明顯解剖學(xué)上的優(yōu)勢(shì)。Takenaka等[8]對(duì)比X片中口軸、咽軸與枕骨底部、第2頸椎平面的位置關(guān)系,來比較不同頭位寰枕關(guān)節(jié)伸展度,以及寰枕關(guān)節(jié)伸展度對(duì)喉鏡暴露視野的影響,這比單純分析三視軸的位置關(guān)系更全面,但X片軟組織顯影不理想,無法將喉軸線一并討論。Greenland等[7]在MRI影像上標(biāo)出氣流從口至聲門的通路,分析不同頭位這條氣流通路的改變,并測(cè)算了氣流通路曲線與視線軸圍成區(qū)域的面積,用來反映氣道的暢通程度。這標(biāo)志著關(guān)于氣管插管頭位的研究從線到面,變得“立體化”。三軸線理論研究中三軸線的位置均有明確的解剖定位標(biāo)記,具有客觀性、可重復(fù)性;而Greenland等[7]研究中標(biāo)記的氣流通路是一條曲線,無明確的解剖定位,曲線位置形態(tài)受標(biāo)記者主觀影響較大,結(jié)果的準(zhǔn)確性值得商榷。

本研究通過采集CT影像學(xué)數(shù)據(jù),進(jìn)行了上氣道模型的三維立體重建。3種不同體位下口軸、咽軸、喉的軸線夾角數(shù)值與Adnet等[6]的測(cè)量結(jié)果相符,證明了影像學(xué)研究的可重復(fù)性。經(jīng)典三軸線理論認(rèn)為,嗅物位包含兩個(gè)動(dòng)作:頸部的屈曲和寰枕部的伸展。頸部屈曲可使咽軸和喉軸接近于重疊;寰枕部伸展可使口軸接近其他兩軸,這樣三軸接近重疊,插管者可更清晰地看到喉部結(jié)構(gòu)[2]。本例中,喉-咽軸交角平臥位和嗅物位接近,而后仰位增大了約1倍。平臥位頸部自然中立狀態(tài)與嗅物位頸部屈曲狀態(tài)比較,咽軸-喉軸位置幾乎無變化,不能證明頸部屈曲更有利于咽軸和喉軸的重疊,而后仰位頸部伸展使咽-喉軸交角明顯增大,因而頸部過分伸展不利于咽軸和喉軸重疊?？?咽軸交角在嗅物位最小,在后仰位增大了0.2倍;在平臥位最大,約為嗅物位的1.6倍?？?喉軸交角后在仰位最小,在嗅物位增加了0.36倍,在平臥增加了0.7倍?？?咽軸交角和口-喉軸交角在平臥位的值均明顯大于后仰位和嗅物位,說明嗅物位和后仰位均利于口軸向咽軸、喉軸兩軸線重疊。三軸線交角的總和在嗅物位與后仰位相近,分別為136°和140°;在平臥位為186°,明顯大于另兩個(gè)頭位,說明平臥位口-咽-喉三軸線重疊程度最差,是最不利于喉鏡顯露的頭位。本研究測(cè)量所得寰枕關(guān)節(jié)角度在后仰位和嗅物位相近且小于平臥位。由于該角度越大,寰枕關(guān)節(jié)伸展程度就越小,平臥位寰枕關(guān)節(jié)角度最大,其口-咽和口-喉交角值也最大,進(jìn)一步證明了平臥位寰枕關(guān)節(jié)伸展度小,不利于口軸向咽軸、喉軸兩軸線重疊,因而是最不利于喉鏡顯露的體位。嗅物位和后仰位的寰枕關(guān)節(jié)伸展度相近,其口軸與咽軸、喉軸交角也相近。嗅物位時(shí)頸部屈曲,寰枕關(guān)節(jié)伸展;后仰位頸部伸展,寰枕關(guān)節(jié)也伸展;嗅物位和后仰位最大的差異是頸部屈伸的不同。我們的結(jié)果雖無法證明嗅物位頸部屈曲更有利于咽軸-喉軸重疊,但可以證明后仰位頸部伸展不利于咽軸-喉軸重疊;寰枕關(guān)節(jié)伸展有利于口軸向咽軸、喉軸這兩條軸線重疊,而嗅物位和后仰位寰枕的關(guān)節(jié)伸展程度均優(yōu)于平臥位。將口-咽-喉三軸線關(guān)系和寰枕關(guān)節(jié)伸展度結(jié)合考慮,我們推測(cè)直接喉鏡氣管插管時(shí),嗅物位是最有利于喉鏡顯露的體位,后仰位其次,平臥位最差。這個(gè)推論與Greenland等[7]和Takenaka等[8]的結(jié)論相同。與Takenaka等[8]有區(qū)別的是,未見本例嗅物位寰枕關(guān)節(jié)伸展度明顯大于后仰位;推測(cè)嗅物位優(yōu)于后仰位的原因是嗅物位時(shí)頸部屈曲比后仰位時(shí)頸部伸展,更利于咽軸-喉軸的重疊。

本研究根據(jù)CT圖像三維重建上氣道模型,分別測(cè)得3種體位下口咽腔和口腔的體積。平臥位時(shí)口腔和口咽腔體積都是最小的;嗅物位時(shí)口腔體積約為平臥位的1.5倍,口咽腔體積約為平臥位的1.67倍;而后仰位時(shí),口腔和口咽腔體積約為平臥位的2倍。因此,無論是頸部屈曲、寰枕關(guān)節(jié)伸展的嗅物位,還是頸部伸展、寰枕關(guān)節(jié)伸展的后仰位,均使口腔和口咽腔體積增大,其中后仰位時(shí)口腔和口咽腔體積的增加程度最大?？谇恢械纳嗍羌⌒云鞴?咽也是一個(gè)肌性管道,軟腭部分的口咽結(jié)構(gòu)缺少骨性支架的支撐,因此氣道的開放程度取決于口咽部肌肉的相對(duì)位置和活動(dòng)度。頭頸部位置的改變可使相應(yīng)肌群的相對(duì)位置和體積發(fā)生變化,從而使口咽腔體積發(fā)生變化。盡管后仰位時(shí)三視軸線的重疊度不及嗅物位,但口腔和口咽腔體積卻增加最多,可能意味著有更大的氣管插管操作空間,從而更有利于氣管插管。Adnet等[10]在一項(xiàng)對(duì)456名患者的研究中指出,常規(guī)情況氣管插管在嗅物位與單純頭后仰位相比并無優(yōu)勢(shì);而在肥胖和頭后仰受限的患者中嗅物位有優(yōu)勢(shì)。根據(jù)本研究結(jié)果分析,嗅物位較后仰位更利于三軸線重疊,即嗅物位有利于喉鏡暴露聲門;而后仰位時(shí)口腔、咽腔體積大于嗅物位,即后仰位有更大的氣管插管操作空間。氣管插管的操作有兩個(gè)關(guān)鍵動(dòng)作:喉鏡暴露聲門和將氣管導(dǎo)管通過聲門送入氣管。研究者傾向于嗅物位氣管插管是因?yàn)樾嵛镂焕诤礴R暴露聲門[5]。然而,若能增大口、咽腔這塊狹小的操作空間,將喉鏡片置入口腔以及將氣管導(dǎo)管送入氣管內(nèi)會(huì)變得容易許多。Kim等[11]在一項(xiàng)臨床試驗(yàn)中發(fā)現(xiàn),氣管插管時(shí)使患者維持頭后仰姿勢(shì)會(huì)減少牙齒與喉鏡片的碰擦,同時(shí)不影響喉鏡視野暴露。因此,在不存在肥胖和頭后仰受限的患者中,嗅物位能提供更好的喉鏡顯露視野,而后仰位能提供更大的操作空間,哪種頭位更具有優(yōu)勢(shì)需要取決于操作者的經(jīng)驗(yàn)。

文獻(xiàn)報(bào)道關(guān)于氣管插管頭位的研究均局限在二維平面,側(cè)重點(diǎn)在于頭位對(duì)喉鏡顯露聲門的影響,本研究的不同之處在于同時(shí)考慮不同頭位對(duì)喉鏡顯露聲門和氣管插管操作空間的影響。從二維到三維的進(jìn)展能更立體化地分析上氣道解剖學(xué)信息,研究上氣道空間對(duì)氣管插管操作的影響有更大的臨床使用價(jià)值。本研究是在清醒狀態(tài)下獲取志愿者的上氣道CT影像,而在麻醉肌松狀態(tài)下,口、口咽腔的軟組織解剖結(jié)構(gòu)會(huì)受到麻醉深度和肌松程度的影像,因而本研究結(jié)果不能完全反映麻醉肌松狀態(tài)下的上氣道空間情況,結(jié)果僅能為臨床提供一定的參考。本研究另一個(gè)不足之處是依據(jù)健康志愿者的個(gè)案數(shù)據(jù)提出一個(gè)推測(cè),是否能代表國(guó)人人群特征尚需大樣本統(tǒng)計(jì)研究。然而,本研究從三維空間角度來分析氣管插管體位,結(jié)果依然能為麻醉氣道管理的研究提供一個(gè)新的視角和方法。

綜上所述,本研究通過1例志愿者3種不同氣管插管的頭位CT圖像采集,重建三維氣道,結(jié)合經(jīng)典三軸線理論和氣管插管操作的立體空間進(jìn)行綜合分析,由此推測(cè):嗅物位時(shí)口-咽-喉三軸線趨于重疊,最有利于喉鏡顯露聲門;后仰位時(shí)口、口咽腔體積最大,有更大的氣管插管操作空間。

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The comparative analysis for 3D CT images of upper airway in 3 different head positions for tracheal intubation

WEI Wei, HUANG Shi-wei, QIU Yi-min, CHEN Lian-hua△, LI Shi-tong

(DepartmentofAnesthesiology,theFirstPeople′sHospital,ShanghaiJiaotongUniversity,Shanghai200080,China)

Objective To evaluate the effect of different head positions on both the alignment of three upper airway axes and the space for the procedure of tracheal intubation by 3D CT imaging to build on anatomic evidence for optimizing tracheal intubation position. Methods One female volunteer underwent CT scanning in 3 anatomic supine positions:neutral,head extension and sniffing.The axis of the mouth (MA),the pharyngeal axis (PA) and the laryngeal axis (LA) were made on each scan to measure the various angles between these axes,which were marked as M-P,L-P and M-L.The reference lines for the occiput (O) and the atlas (A) were marked to measure the acute angle between them (A-O).Three-dimensional models of the upper airway were reconstructed from the CT scan images.The area of mouth and oropharynx were selected to calculate the volume of oral cavity (Vo) and oropharyngeal cavity (Vp). Results The comparison for the total values of the 3 angles (L-P+M-P+M-L) was:neutral > extension > sniffing position.The comparison for the L-P angle:neutral≈sniffing < extension; The M-P angle:sniffing

3D reconstruction; upper airway; CT; head position; tracheal intubation

R 614.2

A

10.3969/j.issn.1672-8467.2015.02.017

2014-10-11;編輯:王蔚)

上海市第一人民醫(yī)院教育研究課題重點(diǎn)項(xiàng)目(201405)

△Corresponding author E-mail:chenlianhua1991@aliyun.com

*This work was supported by the Key Project of the Educational Research Foundation from the First People’s Hospital,Shanghai Jiaotong University (201405).