磨牙症与健康个体咬肌厚度及超声分形维度的评估研究

《Diagnostics》：Ultrasonographic Evaluation of Masseter Muscle Thickness and Fractal Dimension in Bruxist and Healthy Individuals

　　

背景/目的：本研究旨在确定磨牙症患者与健康对照者之间咬肌厚度及超声衍生分形维度（FD）是否存在差异。方法：纳入30例经临床评估的磨牙症患者和30名健康志愿者（每组各15名女性、15名男性）。磨牙症的判定要求至少有1年磨牙或紧咬史，并具备三项附加发现中的至少一项（牙齿磨损、咬肌触诊压痛、晨起颌部疼痛或头痛）；对照者不具备上述任何发现。在标准化设置下，于静息状态和最大紧咬状态下采集双侧B模式扫描图像。使用卡尺测量厚度，并由ImageJ（版本1.54f）通过盒计数法从每幅图像三个100×100像素感兴趣区计算FD。观察者内信度厚度为优（ICC = 0.967–0.980），FD为良（ICC = 0.850–0.929）。结果：磨牙症患者双侧及两种状态下厚度均较大（p < 0.001；双侧静息均值12.95 ± 1.47 vs. 9.72 ± 1.78 mm）。紧咬时磨牙症患者双侧平均FD较高（1.202 ± 0.027 vs. 1.182 ± 0.028；p = 0.008），且该差异在六项FD比较的Holm校正后仍显著。静息差异（1.188 ± 0.026 vs. 1.171 ± 0.031；p = 0.029）在多重性校正后或排除两例感兴趣区超出肌肉范围的对照者后并不稳健。结论：在本样本中，临床评估的磨牙症与较大的咬肌厚度相关。紧咬时双侧平均FD轻度升高；静息FD差异不稳健。这些纹理测量的可重复性和临床相关性需进一步研究。

研究背景方面，磨牙症（bruxism）是指在睡眠或清醒状态下发生的节律性或非节律性咀嚼肌活动，导致牙齿紧咬和颌部肌肉收缩。睡眠磨牙症影响约10%的成年人，清醒型磨牙症约30%人群报告存在，且女性在两类别中患病率均较高。其临床后果包括牙齿磨损、颈部牙本质过敏、牙齿敏感、修复体折裂、肌肉疼痛、颞下颌关节（TMJ）疼痛及关节音等。病因涉及酒精、烟草、咖啡因、多种药物，以及营养状况差、睡眠呼吸障碍、生活方式因素、心理应激、焦虑、抑郁和遗传易感性等多因素。由于该病具有多因素性质——生物学、外部和心理社会成分均有贡献——管理通常需要多学科方法，可能包括药物治疗、咬合垫、物理治疗和行为或心理社会干预。诊断依赖患者报告信息、临床检查发现和多导睡眠图数据。近年来开发的磨牙症评估标准化工具（STAB）整合了病史、临床体征和补充检查，已成为磨牙症准确分类的核心。治疗决策由对口腔和牙齿组织、颞下颌关节功能以及相关神经或睡眠相关症状（包括头痛和肌肉压痛）的影响驱动，目标是限制损害和缓解症状。骨-肌机械和生化相互作用可能导致磨牙症患者骨改建，过度负荷不仅引起骨改建，还通过释放生长调节因子影响肌肉质量。肌肉组织可通过超声（USG）、磁共振成像（MRI）和计算机断层扫描（CT）等影像方式评估，而肌电图（EMG）提供独立的电生理学肌肉活动评估。由于超声具有动态和实时成像能力、高分辨率、易于应用、低成本及可重复性，已被报道为肌肉在体评估的可靠方法。图像中某些细微细节可能无法被人眼察觉，这些细微细节可能隐藏潜在病理病变、变性、炎症甚至肿瘤。分形几何为描述复杂、自相似的生物结构提供了数学框架；分形维度（FD）作为图像衍生的空间模式复杂性和不规则性的定量描述符。在生物系统中，分形特性的改变反映组织组织的潜在变化。通过超声获得的组织医学图像的细微几何特征可通过分形分析等复杂参数表征。牙科文献中已有使用全景、根尖、咬翼放射摄影、锥形束CT、微型CT、涎管造影和超声的分形分析研究。在牙科文献中，FD已在颞下颌关节疾病背景下的咬肌超声、可能磨牙症、肉毒毒素注射后以及磨牙症患者下颌骨放射分析中进行了探索。然而，关于咬肌超声图像分形分析的研究非常少。超越牙科放射学，FD也已应用于软组织MRI应用，如心肌纹理分析和脑肿瘤表征。本研究使用超声对磨牙症患者和健康对照者的双侧咬肌进行成像，然后比较两组间的肌肉厚度和FD值。目前存在的问题是：磨牙症的临床诊断主要依赖患者报告和临床检查，缺乏客观的影像学生物标志物；咬肌厚度在磨牙症中的变化已有报道，但超声纹理特征尤其是分形维度在磨牙症评估中的应用研究十分有限；此外，FD测量在咬肌超声中的可重复性和临床相关性尚不明确。因此，开展这项研究旨在确定磨牙症患者与健康对照者之间咬肌厚度和超声衍生FD是否存在差异，并评估FD测量的观察者内信度，为磨牙症的客观影像学评估提供初步依据。

研究人员开展了横断面研究，在Ad?yaman大学牙科学院进行，经伦理委员会批准。连续招募30例经临床评估的磨牙症患者（15名女性、15名男性；平均年龄28.9 ± 8.7岁）和30名健康对照者（15名女性、15名男性；平均年龄29.5 ± 8.2岁）。磨牙症诊断基于结构化临床访谈和检查，符合STAB框架，要求至少满足四项标准中的两项，其中一项为强制性：（1）患者报告至少1年磨牙或紧咬史（强制标准）；（2）临床观察到与磨牙症一致的牙齿磨损；（3）咬肌疼痛或触诊压痛；（4）患者报告晨起颌部疼痛或头痛。对照者接受相同结构化访谈和临床检查，无上述任何发现者纳入对照组。排除标准包括：神经肌肉疾病、类风湿关节炎、纤维肌痛、未控制的糖尿病或甲状腺功能障碍；使用肌肉松弛剂、肉毒毒素或皮质类固醇；颞下颌关节疾病（关节相关TMD发现者从两组排除）；后牙缺失；既往咬肌区域手术；妊娠。临床评估和分组由一名检查者完成，所有超声检查和FD分析由第二名检查者完成，该检查者在图像采集或分析期间不知晓参与者的分组。使用GE Versana Premier设备（GE Healthcare，芝加哥，IL，USA）和12L探头。标准化设备设置：频率10.0 MHz、增益51 dB、深度4.0 cm、动态范围66 dB、空间平均3/4、灰度图F/0、Whizz关闭（Small Parts预设）。探头垂直于皮肤表面，以最小且一致的压力使用足量耦合剂以避免组织压缩。参与者坐直，法兰克福水平面平行于地面。检查左右两侧咬肌。B模式厚度测量在静息和最大自愿紧咬时进行。静息条件下，参与者嘴唇微开、牙齿不接触、舌被动置于口底。紧咬条件下，参与者尽可能用力咬住自身后牙5秒，在此期间采集图像；所有参与者使用标准化口头指令。探头水平放置，平行于下颌骨下缘，因此横向（垂直）于咬肌纤维，位于颧弓和下颌骨下缘之间的中点。每侧和每种条件采集两幅图像，间隔30秒休息。肌肉厚度每幅图像使用CALIPER功能测量一次，垂直于下颌支表面，在浅筋膜和深筋膜边界之间，卡尺置于肌肉-筋膜界面。两次测量的均值作为最终参与者水平值。FD值使用ImageJ版本1.54f（NIH，贝塞斯达，MD，USA）及其内置Fractal Box Count功能从B模式图像提取。图像从超声设备以标准（压缩）JPEG文件按原始像素分辨率导出（深度4.0 cm；像素间距约0.068 mm），不调整大小。每幅图像中，三个100×100像素感兴趣区（ROI）置于肌肉内，在浅筋膜和深筋膜边界之间，分别位于可见肌腹的前、中、后三分之一处，在颧弓和下颌骨下缘之间的中点识别。所有图像使用相同ROI大小。在两例对照者的静息图像中，肌肉薄于ROI高度（6.8 mm），因此这些图像中所有ROI（六幅图像中18个ROI）必然延伸超出肌肉并包括相邻非肌肉组织。在所有其他图像中，包括所有紧咬图像，ROI完全位于肌肉内。对每个ROI应用以下处理流程：（1）图像转换为8位灰度；（2）裁剪ROI；（3）创建重复图像并应用sigma = 35像素的高斯模糊；（4）使用ImageJ图像计算器从原始图像减去模糊图像；由于两幅图像均为8位且未请求32位结果，负值在减法过程中被截断为零；（5）向每个像素添加常数值128以移动直方图；（6）图像转换为8位并使用固定阈值0–128二值化；（7）应用一次腐蚀和一次膨胀步骤以减少噪声；（8）反转二值图像；（9）使用ImageJ的Skeletonize功能骨架化图像。然后使用ImageJ内置Fractal Box Count功能计算分形维度，盒大小为2、3、4、6、8、12、16、32和64像素。三个ROI的FD值平均得出每幅图像单一FD值。每侧和每种条件计算两幅图像的FD，两幅图像水平FD值平均获得每侧和每种条件的参与者水平值。静息和紧咬图像均处理。左右侧独立分析；每名参与者也计算双侧均值。样本量每组30名参与者基于可行性预先设定，使用G*Power计算固定样本量的统计功效，假设大效应量（Cohen's d = 0.80）、双尾α为0.05、每组30名参与者，达到功效为0.861。分析在IBM SPSS 20.0中运行。主要结局为双侧平均咬肌厚度（静息和紧咬时）。FD分析预先指定为探索性次要结局。FD分析中，双侧参与者水平均值（静息和紧咬）指定为主要比较，侧别特异性比较为次要。报告的p值为未调整；作为敏感性分析，对两项双侧FD比较和分别对所有六项FD比较应用Holm校正。进一步敏感性分析在排除两例静息ROI超出肌肉的参与者后重复静息FD比较。Shapiro-Wilk检验分布正态性；独立样本t检验用于正态分布变量，Mann-Whitney U用于非正态变量。效应量报告为参数比较的Cohen's d和Mann-Whitney U比较的秩双列相关（r）。报告组间差异的95%置信区间。卡方比较性别分布。Spearman相关用于检查每组内FD与肌肉厚度之间以及年龄与各测量值之间的关系。显著性阈值p < 0.05。厚度测量的观察者内信度使用每侧和每种条件采集的两幅独立图像获得的两次测量评估，在所有60名参与者中，ICC按每侧和每种条件分别计算。FD观察者内信度在随机选择的10名参与者子集（6例磨牙症、4例对照）中评估，通过在相同存储图像上重复完整分析（每侧和每种条件两幅图像的ROI放置和处理），约在原始分析四周后，观察者不知晓原始结果；FD值在每幅图像三个ROI和每侧每种条件两幅图像间平均。

研究结果方面，磨牙症组包括30例患者（15名女性、15名男性），平均年龄28.9 ± 8.7岁（范围18–47）；对照组30名参与者（15名女性、15名男性），平均年龄29.5 ± 8.2岁（范围18–46）。两组间年龄（p = 0.539）和性别（p = 1.000）均无差异。左侧静息FD在磨牙症患者为1.181 ± 0.032，对照者为1.166 ± 0.031，差异未达显著性（p = 0.068）。紧咬时，左侧FD在磨牙症组显著较高（1.201 ± 0.033 vs. 1.178 ± 0.029；p = 0.006）。右侧比较静息时p = 0.078，紧咬时p = 0.055，均不显著。使用双侧均值时，静息（1.188 ± 0.026 vs. 1.171 ± 0.031；p = 0.029）和紧咬（1.202 ± 0.027 vs. 1.182 ± 0.028；p = 0.008）FD值在磨牙症患者中均显著升高。在多重性敏感性分析中，两项双侧FD差异在两项主要比较的Holm校正后仍显著（静息：p = 0.029；紧咬：p = 0.016）。当Holm校正应用于所有六项FD比较时，紧咬差异仍显著（左侧：p = 0.036；双侧：p = 0.041），而双侧静息差异不显著（p = 0.114）。所有六项肌肉厚度比较在Holm校正后仍显著（所有校正p < 0.001）。在两例对照者中，静息肌肉薄于ROI高度（6.8 mm），因此ROI必然包括相邻非肌肉组织。由于分析单位为双侧均值，这两名参与者完全从静息比较中排除，包括其中一名未受影响左侧。当这两名参与者从静息比较中排除后（磨牙症n = 30，对照n = 28），双侧静息FD差异减弱（1.188 ± 0.026 vs. 1.174 ± 0.029；差异0.014，95% CI ?0.001至0.028；独立样本t检验，t(56) = 1.85，p = 0.069；Cohen's d = 0.49）。紧咬比较未重新分析，因为所有紧咬ROI完全位于肌肉内；所有60名参与者保留在这些比较中。肌肉厚度在磨牙症患者双侧和两种条件下均显著较大（所有p < 0.001）。左侧静息值：12.72 ± 1.53 mm（磨牙症）和9.87 ± 1.89 mm（对照）；左侧紧咬值：15.34 ± 2.03 mm和12.47 ± 2.05 mm。右侧数据：静息13.18 ± 1.60 mm vs. 9.57 ± 1.78 mm，紧咬15.56 ± 1.96 mm vs. 12.15 ± 2.25 mm。双侧均值显示相同模式（静息：12.95 ± 1.47 mm vs. 9.72 ± 1.78 mm；紧咬：15.45 ± 1.89 mm vs. 12.31 ± 2.09 mm；p < 0.001）。在磨牙症组内，FD在女性和男性患者间无差异（所有p > 0.05）。紧咬期肌肉厚度是唯一例外：男性16.24 ± 1.96 mm vs. 女性14.67 ± 1.49 mm（p = 0.018）。在对照组中，FD无性别效应（p > 0.05）。肌肉厚度在男性静息（10.98 ± 1.17 mm vs. 8.46 ± 1.35 mm）和紧咬（13.96 ± 1.30 mm vs. 10.66 ± 1.22 mm）时均显著较大，两项比较p < 0.001。双侧平均FD与双侧平均肌肉厚度之间的Spearman相关性在两组中均弱且不显著，静息时（磨牙症：ρ = ?0.11，95% CI ?0.45至0.26；对照：ρ = 0.17，95% CI ?0.21至0.50）和紧咬时（磨牙症：ρ = ?0.30，95% CI ?0.60至0.08；对照：ρ = ?0.04，95% CI ?0.40至0.32）。置信区间宽，兼容可忽略和中度关联。本样本中未检测到FD与年龄的统计学显著关联（Spearman ρ = ?0.26至0.23；所有p ≥ 0.159）。

作者为开展研究用到的主要关键技术方法包括：结构化临床访谈和检查依据STAB框架进行磨牙症诊断和分组；使用GE Versana Premier超声设备及12L探头在标准化设置下采集双侧咬肌B模式图像（静息和最大紧咬状态）；使用ImageJ版本1.54f进行图像处理，包括8位灰度转换、高斯模糊、图像减法、二值化、腐蚀膨胀、骨架化和盒计数法计算分形维度；以及使用SPSS进行统计学分析，包括t检验、Mann-Whitney U检验、ICC信度分析、Holm校正和Spearman相关分析。样本队列来源为Ad?yaman大学牙科学院口腔颌面放射科就诊个体及同一学院其他牙科操作就诊者和无磨牙症相关主诉的健康志愿者。

讨论部分总结：研究人员讨论了B模式咬肌超声图中肌肉厚度和FD值在磨牙症患者中均高于健康对照者，但两个参数的显著性模式不同。厚度在所有条件下均超过对照值——静息和紧咬、右侧和左侧。双侧组间差异在静息时（3.23 mm）和紧咬时（3.14 mm）相似。与慢性副功能负荷相关的咬肌肥大是这一差异的可能解释；然而，由于未系统记录磨牙症的确切持续时间、客观负荷、体重指数和面部形态，无法从这些横断面数据建立因果关系。Najm早期关于磨牙症个体紧咬期厚度显著较大的报告在此得到重复。Arslan和Ya?ar在全女性样本中得出相同结论，Lee等人表明磨牙症状态独立于TMJ病理预测肌肉体积。这些发现与长期认识的咀嚼肌活动过度后果——肥大——一致。Atlihan和Bayrak同样报告了TMJ内紊乱患者咬肌特征的显著超声差异，进一步支持B模式超声检测与副功能负荷相关的肌肉水平变化的效用。当使用双侧均值时，FD在磨牙症患者静息（p = 0.029）和紧咬（p = 0.008）时均显著较高。侧别特异性比较仅在紧咬时左侧达到显著性。双侧平均FD差异静息时为0.017，紧咬时为0.020。然而，两种条件的稳健性不同。紧咬差异在所有六项FD比较的Holm校正后仍显著，且不受ROI相关排除的影响。静息差异在六项比较的Holm校正后（p = 0.114）或排除两例静息ROI超出肌肉的对照参与者后（p = 0.069）不再显著。这并不表明静息时无差异，但表明静息结果取决于分析选择和包括受非肌肉组织影响的测量。因此，FD发现应视为初步和探索性的，静息FD发现尤其不应解释为已确立的差异。盒计数算法量化分析ROI内图像纹理的复杂性和异质性。FD应理解为从处理后的超声图像衍生的定量图像纹理描述符，而非肌肉组织学的直接测量。磨牙症组中观察到的FD值升高可能反映与慢性副功能负荷相关的图像纹理差异，但潜在组织变化的性质无法从这项横断面研究确定。Tekin等人发现B模式形态、弹性成像和静息FD各自捕获TMJ/磨牙症患者的不同表型维度。?ner Talma?和Balkanl?o?lu观察到肉毒毒素注射减少咬肌体积但在90天内FD不变；在本研究中，FD-厚度相关性弱且估计不精确。Polat Balkan等人报告磨牙症患者全景片上颌骨角FD值升高，提示副功能负荷可能改变咀嚼系统中可测量的分形特性；然而，骨和肌肉代表不同组织和成像背景。在此类研究基础上，本研究比较了临床评估的磨牙症患者与健康对照者，分析了静息和紧咬条件下双侧FD，并报告了FD测量的观察者内信度。本样本中未检测到FD与性别的统计学显著关联。然而，每组15名参与者，研究不足以得出结论性别独立性，此解释应谨慎对待。两组中男性肌肉厚度均显著较大，与已发表参考数据一致。本样本中未检测到年龄与任何测量的统计学显著关联。这不排除年龄效应；相对年轻且年龄范围窄的队列限制了检测逐渐年龄相关变化的能力。局限性方面：磨牙症使用符合STAB框架的结构化标准临床诊断，而非多导睡眠图——确定性睡眠磨牙症确认的标准。尽管临床访谈中询问了睡眠和清醒磨牙症，但亚型未系统记录，因此无法进行亚型特异性分析。统计功效针对主要结局（肌肉厚度）在固定样本量计算；FD结局未单独计算，因为研究设计时无参考值；因此FD发现应视为假设生成性。最大自愿紧咬力未客观测量，参与者间可能不同。体重指数、面部形态、咀嚼习惯和既往治疗史未系统记录，代表潜在残余混杂来源。除纳入所需至少1年病史外，磨牙症确切持续时间未记录，限制了检查疾病持续时间与超声发现之间关联的能力。双侧FD差异（静息0.017，紧咬0.020）相对较小，小于个体参与者的最小可检测变化（MDC95 = 0.022–0.024）；这不使组间比较无效，但表明个体患者内小FD变化无法可靠检测，且该阈值和显著性水平均未确立临床相关性。观察者内信度肌肉厚度为优（ICC = 0.967–0.980），FD为良（ICC = 0.850–0.929）；然而，FD信度在10名参与者子集中通过重新分析存储图像评估，因此FD采集相关变异性未评估。此外，在两例对照者中静息肌肉薄于ROI高度（6.8 mm），因此其静息ROI包括非肌肉组织，排除这些参与者后静息FD差异不再显著；因此静息FD发现应特别谨慎解释。对照参与者要求无四项诊断发现，创建了特别无症状的比较组；因此观察到的差异可能不能推广到磨牙症与其他表现为牙齿磨损、肌肉压痛或颌部疼痛的疾病之间更具挑战性的临床区分。研究结论翻译：B模式超声图中咬肌厚度和FD值在磨牙症患者中均高于健康对照者，尽管它们在不同条件和亚组中表现不同。厚度在静息和紧咬时双侧均显著升高（所有p < 0.001）。这一发现与先前文献一致；与慢性副功能负荷相关的咬肌肥大是可能但未经证实的解释。双侧平均FD在紧咬时磨牙症患者中轻度较高。静息FD差异在更广泛的多重性校正或排除ROI超出肌肉边界的参与者后不稳健。需要进一步研究以确立这些纹理测量的可重复性和临床相关性。本样本中未检测到FD与性别的统计学显著关联，而肌肉厚度在男性中显著较大。鉴于每组15名参与者的亚组大小，这些发现是初步的。FD与肌肉厚度在各组内显示弱、非显著相关性。需要更大规模的前瞻性研究，结合多导睡眠图确认、客观力测量和纵向设计，以确立超声FD在磨牙症评估中的临床效用。