數字化下頜運動記錄及咀嚼肌肌電圖在下頜骨腫瘤患者口頜功能評價中的應用

王 晶，陳俊鵬，王 洋，許向亮，郭傳瑸

(北京大學口腔醫學院·口腔醫院，口腔頜面外科 國家口腔疾病臨床醫學研究中心 口腔數字化醫療技術和材料國家工程實驗室 口腔數字醫學北京市重點實驗室，北京 100081)

下頜良、惡性腫瘤累及下頜骨、髁突，可以造成大范圍下頜骨病變，需要手術切除。腫瘤及手術所造成的頜骨缺損，不僅嚴重影響面部外形，還因累及咀嚼肌群、感覺和運動神經導致下頜運動、咀嚼等生理功能障礙，嚴重影響患者的生活質量和社會功能。發生在下頜骨的腫瘤尤其是髁突腫瘤患者可有張口受限、下頜偏斜、下頜運動困難、語言和咀嚼障礙、顳下頜關節紊亂等下頜運動功能異常表現[1-4]。有47%的頜面部腫瘤患者會出現張口受限(<35 mm)[5]。目前文獻報道中，僅累及升支和體部的下頜骨的腫瘤對下頜運動影響尚不明確，文獻報道以病例報告為主，測量指標多數僅關注張口度，更細致的測量非常有限。自 1989 年 Hidalgo[6]將游離腓骨瓣應用于頜骨缺損的修復重建以來，以腓骨瓣為代表的血管化骨組織瓣已成為下頜骨缺損修復的最主要方法。重建后的患者在總體幸福感、美觀、咀嚼吞咽能力等方面，比非重建患者均具有明顯優勢[7]。下頜骨切除重建患者較正常人下頜運動功能下降，目前研究較少，測量指標主要仍集中于張口度及對顳下頜關節的臨床定性描述[8-10]，缺少對于下頜運動的精確跟蹤記錄以及定量指標。頜面腫瘤重建術后患者的最大咬合力及對應的肌電活動均低于正常受試者[11]，但目前尚未檢索到下頜運動與肌電活動的對應關系的報道，對于腫瘤及術后患者咀嚼肌系統變化對下頜運動功能的影響機制未見研究報道。

對患者開展術前、術后的下頜運動及咀嚼肌功能監測，系統、詳盡地評價其功能，了解個體下頜運動特征，將下頜運動功能測量融入到重建手術的術前設計、術中實現和術后康復全過程中，用以指導和評價頜骨腫瘤重建手術改進和治療效果，這些對下頜腫瘤患者個性化術后康復、生活質量的提高都具有重要的意義。本研究將數字化下頜運動描記與肌電圖相結合，建立下頜腫瘤患者術前、術后下頜運動功能及咀嚼肌功能檢查的流程方法和監測評價指標，初步總結此類患者的下頜運動和咀嚼肌功能特點，以探索腫瘤及術后患者咀嚼肌系統變化對下頜運動功能的影響機制。

1 資料與方法

1.1 研究對象的選取

選取2018年9月至2019年2月在北京大學口腔醫院口腔頜面外科就診患者，納入標準：(1)下頜骨單側病變需要節段性切除的患者；(2)下頜骨單側病變已經節段性切除并行頜骨重建的患者。排除標準：(1)溝通不暢或無法按照指令完成動作者;(2)下頜牙列缺失或多牙松動者；(3)下頜骨病理性骨折者。本研究獲得北京大學口腔醫院醫學倫理委員會的批準(批準號：PKUSSIRB-201942015)，所有研究對象均簽署知情同意書。

1.2 臨床資料收集

收集患者資料，包括性別、年齡、診斷、臨床檢查、CT影像、手術切除范圍及修復重建方式。術前患者腫瘤范圍指下頜骨受到腫瘤波及的范圍，由2位有經驗的口腔頜面外科醫生獨立根據術前CT影像進行評估，受到影響的肌肉根據臨床檢查及CT影像綜合判斷。術后患者下頜骨切除范圍、受到影響的肌肉均按照手術記錄及CT影像確定。

1.3 下頜運動及咀嚼肌肌電活動記錄

采用Zebris頜運動記錄系統(Zebris Medical GmbH公司，德國)采集患者下頜邊緣運動、咀嚼運動的運動軌跡，同時記錄雙側咬肌、顳肌表面肌電圖，采集患者靜息(relax)、最大力咬合(maximal voluntary clenching, MVC)時雙側咬肌、顳肌表面肌電圖。

1.3.1安裝方法 患者取坐位，將下頜牙合叉臨時粘接于下牙唇頰面，以鼻根、雙側耳孔為基準，安裝運動記錄系統的面弓部分；固定后，將下頜牙合叉與下頜記錄架相連接；顳肌前份、咬肌中份皮膚去除油脂，將表面電極片固定于對應位置皮膚上，負極固定于遠離咀嚼肌的頸前或頸后(圖1)。安裝完成后，系統將根據頭架的安裝位置確定初始髁突位置，再根據牙合叉固定后的下頜運動來確定髁突及下切牙點的功能位置。

圖1 Zebris頜運動記錄系統的安裝Figure 1 Installation of Zebris jaw movement record system

1.3.2下頜運動及咀嚼肌肌電活動采集流程 根據文獻[12-14]的方法，設計下頜運動及肌電活動的采集流程如下：(1)記錄3次最大開口、閉口咬合的全軌跡；(2)記錄3次下頜左側最大邊緣運動至恢復正中咬合的全軌跡；(3)記錄3次下頜右側最大邊緣運動至恢復正中咬合的全軌跡；(4)記錄10次自由空咀嚼的軌跡和肌電活動(0.9 s/次，聲音指導)；(5)記錄10次左側嚼口香糖的軌跡和肌電活動(0.9 s/次，聲音指導)；(6)記錄10次右側嚼口香糖的軌跡和肌電活動(0.9 s/次，聲音指導)；(7)記錄靜息肌電活動和持續最大力咬合5 s的肌電活動。

1.3.3下頜運動坐標系的建立和虛擬可視化模型 以正中關系位下頜切牙點為坐標系原點，X軸平行于左右髁突連線，Y軸垂直于雙側髁突與鼻根點所組成的平面，Z軸經過原點垂直于X軸和Y軸形成的平面。下頜運動軌跡帶入虛擬可視化模型(Zebris Medical GmbH公司，德國)，觀察下頜運動趨勢和特點。如圖2所示，該模型可以調整觀察方向，在正視圖、側視圖、頂視圖幾個不同方向動態觀測下頜邊緣運動、咀嚼運動，并可以動態觀測雙側髁突的三維運動。

1.4 下頜運動數據和肌電活動數據分析

下頜運動軌跡數據采用文獻[12-15]的方法進行分析及計算。測量下頜邊緣運動時的下切牙點的運動幅度及偏斜方向。表面肌電活動數據僅測量雙側咬肌和顳肌在靜息、最大力咬合、咀嚼食物運動時的平均電壓。根據靜息、最大力咬合狀態時的表面肌電活動平均電壓計算出不對稱指數以及活動指數，計算公式為：總不對稱指數=(健側咬肌+健側顳肌-患側咬肌-患側顳肌)/(健側咬肌+健側顳肌+患側咬肌+患側顳肌)，其正值越大代表健側肌肉相對患側肌肉越強；咬肌不對稱指數=(健側咬肌-患側咬肌)/(健側咬肌+患側咬肌)，其正值越大代表健側咬肌越強；顳肌的不對稱指數與咬肌計算方法及含義一致；活動指數=(健側咬肌+患側咬肌-健側顳肌-患側顳肌)/(健側咬肌+患側咬肌+健側顳肌+患側顳肌)，其正值越大代表咬肌相對顳肌越強。

1.5 統計學分析

采用Microsoft office Excel軟件進行實驗數據的錄入和管理， SPSS 22.0軟件進行統計分析。術前患者計量資料中符合正態分布總體的數據采用配對t檢驗，不符合正態分布總體的數據采用非參數檢驗。術后患者樣本量過小，未采用統計推斷分析。

圖2 下頜運動虛擬可視化模型Figure 2 The virtual visualization model of mandibular movement

2 結果

2.1 患者臨床資料

本研究納入9例臨床病例，其中男性患者4例，女性患者5例；良性病變7例，惡性病變2例；重建術前6例，重建術后3例。所有腫瘤位于下頜骨體部及升支，并未累及髁突。惡性病變均為牙齦癌侵犯局部骨質，并未大范圍累及頰部、咬肌區、翼下頜區。表1、2列出了所有患者臨床資料。

表1 下頜腫瘤患者術前臨床資料Table 1 Demographic data of preoperative mandibular tumor patients

F, female; M, male;SCC, squamous cell carcinoma; AME, ameloblastoma; B, benign; M, malignant.

表2 下頜腫瘤重建術后患者臨床資料Table 2 Demographic data of reconstructed mandibular tumor patients

M, male; AME, ameloblastoma.

2.2 下頜運動特點

2.2.1開閉口運動特點 術前6位患者最大開口度均值為(35.20±6.87) mm，3人輕度張口受限，均為良性腫瘤，3人正常。所有術前患者張口型均偏向患側。患者2和6閉口中期有彈響。術后患者最大開口度均值為(30.65±17.32) mm，患者8張口度只有18.40 mm，而患者9張口度正常，達到42.90 mm。同樣的，所有術后患者張口型均偏向患側。圖3顯示一例典型術前患者最大張口運動軌跡，該患者右側下頜骨腫瘤，張口軌跡偏向右側。

A,coronal view; B, sagittal view; C, axial view; H, head; F, foot; R, right; L, left; Po, posterior; An, anterior; O, initiation point.圖3 最大張口運動時的切點運動軌跡Figure 3 Trajectory of the incisal point during maximum opening

2.2.2邊緣運動特點 術前患者前伸運動平均幅度為(8.35±3.37) mm，前伸運動除1位患者不規則運動外，均偏向患側。側向運動向患側運動平均幅度為(10.34±1.27) mm，向健側運動平均幅度為(6.94±2.41) mm，差異有統計學意義(P=0.08)。術前僅患者5向健側側方運動受限明顯，其他患者均無明顯側方運動受限。術后患者前伸運動平均幅度為(9.40±8.87) mm，前伸運動也偏向患側。側方運動向患側運動平均幅度(7.23±5.90) mm，向健側運動平均幅度(5.97±3.29) mm，也呈現向患側運動幅度較大的趨勢，因患者數量少，未做統計檢驗。術后患者8前伸及側方運動均明顯受限，患者7和9前伸側方運動良好。

2.3 肌電活動特點

不對稱指數結果顯示，術前患者在靜息狀態下，除患者5外，均為患側肌肉活動高于健側。最大力咬合狀態下，除患者5，其余患者患側咬肌的肌電活動均低于健側；除患者2和4，其余患者患側顳肌的肌電活動均低于健側。總不對稱指數在靜息和最大力咬合之間差異顯著(t=-2.34，P=0.07)，靜息時不對稱指數平均值-0.17，代表患側肌電活動高于健側，最大力咬合時顳肌不對稱指數平均值 0.11，代表患側肌電活動低于健側。顳肌不對稱指數在靜息和最大力咬合之間差異顯著(t=-2.61，P=0.05)， 靜息時顳肌不對稱指數平均值-0.21，代表患側顳肌肌電活動高于健側，最大力咬合時顳肌不對稱指數平均值0.12，代表患側顳肌肌電活動低于健側。活動指數結果顯示，術前患者靜息狀態測得的咬肌活動低于顳肌活動，最大力咬合時，除患者6外，余患者活動指數正向改變，即咬肌活動度增強大于顳肌，患者6負向改變(圖4)。咀嚼時肌電圖顯示，患側和健側咀嚼時均為工作側肌電活動高于非工作側。

EMG,electromyography; MVC, maximal voluntary clenching.圖4 活動指數在靜息和最大力咬合狀態下的變化趨勢Figure 4 Activity index change from relax to maximal voluntary clenching

術后患者靜息狀態下患側咬肌肌肉活動略低于健側，患側顳肌活動略高于健側，但相差均不大。最大力咬合時，患者7和8健側電活動高，咬肌活動高于顳肌；患者9患側電活動高，顳肌活動高于咬肌。咀嚼時肌電圖顯示，健側咀嚼時，兩側升頜肌群均有主動規律的肌電活動，工作側肌電活動并未高于非工作側,而在患側咀嚼(牙齦咀嚼)時，患者8雙側均無主動規律的肌電活動(圖5)，但患者9工作側顳肌活動高于非工作側，咬肌活動雙側一致。

表3顯示了術前、術后患者咬肌和顳肌肌電活動的均值，表4顯示了術前、術后患者不對稱指數。

Right mandibular bone of the patient was the affected side. A, EMG of TL; B, EMG of ML; C, EMG of MR; D, EMG of TR; TL, left temporalis; ML, left masseter; MR, right masseter; TR, right temporalis; L, chewing on left side; R, chewing on right side; EMG, electromyography.圖5 術后患者8健側、患側分別咀嚼口香糖時兩側咬肌及顳肌的肌電圖Figure 5 Electromyography of both masseter muscle and temporalis muscle during chewing gum on the healthy side and the affected side in postoperative patient no. 8

表3 咀嚼肌肌電活動的數據分析Table 3 Analysis of electromyogram of masticatory muscles

Muscle and kineticsPreoperative/μV, median (min, max)Postoperative/μV, median (min, max)Relax UM3.90 (2.30, 7.60)8.00 (5.60, 11.00) AM4.50 (2.00, 5.70)5.20 (4.90, 6.00) UT8.15 (4.10, 21.80)5.60 (3.20, 7.80) AT9.85 (5.80, 59.20)5.90 (5.90, 7.00)MVC UM45.60 (7.50, 235.40)77.80 (53.50, 95.00) AM44.20 (5.70, 197.90)65.20 (13.70, 103.90) UT63.30 (44.10, 126.70)34.90 (28.80, 165.60) AT42.15 (22.90, 155.00)19.90 (13.90, 371.80)

MVC, maximal voluntary clenching;UM, unaffected masseter; AM, affected masseter; UT, unaffected temporalis; AT, affected temporalis.

3 討論

本研究結果顯示3例下頜腫瘤患者術前有輕度張口受限，與文獻[5]報道一致，證實下頜體部、升支腫瘤對開口功能有影響。本研究中張口受限患者均為良性腫瘤，張口受限并不是腫瘤直接侵犯咀嚼肌所導致，部分患者如患者2可能與升支腫瘤阻擋有關，患者6曾行開窗術，翼下頜韌帶顳肌附著止點可能受首次開窗術影響。無論腫瘤良、惡性以及腫瘤大小范圍，術前患者張口型均偏向患側，前伸運動偏向患側，側向運動患側運動幅度較健側大。機制可能與術前患側長期廢用、閉口肌群肌肉力量減弱、健側肌群功能亢進、開口肌群牽拉不平衡有關，而這一可能的機制在同時監測的肌電活動中得到了證實，術前患者均有最大力咬合時患側閉口肌群肌電活動較健側弱的現象。肌電活動特點中，腫瘤術前患者在靜息狀態下，患側肌肉活動較高，但靜息時肌電活動弱，數值很小(3～20 μV)，雙側差別并不大，受到表面電極片位置、粘貼牢固程度、距離肌肉的距離影響，筆者認為不具有顯著臨床意義。在最大力咬合時，不同患者呈現了不同的咀嚼肌優勢特點。患者1、2、3、4、5均為咬肌優勢型，最大力咬合時咬肌肌電活動增強較顳肌明顯，而患者6為顳肌優勢型，提示手術時可以考慮患者咀嚼肌優勢，恢復優勢肌群與重建后頜骨的附著和咀嚼功能，最大程度獲得術后功能恢復。

表4 肌肉活動不對稱指數Table 4 Index table of asymmetric muscle activity

Positive values of asymmetry indexes indicate higher muscle activity on unaffected side, while negative values indicate higher muscle activity on affected side; positive value of activity index indicates that masseter activity is higher than temporalis activity, while negative value of activity index indicates higher activity on temporalis; MVC, maximal voluntary clenching.

研究中觀察到，術后患者的咀嚼肌肌電活動與下頜運動特征并不對應，術后3位患者張口均偏向患側，患側側方運動幅度較大,但患者7、8患側肌電活動減弱，患者9患側肌電活動亢進,說明除咀嚼肌本身收縮活動之外，可能還有其他因素影響咀嚼肌對下頜運動的控制，例如咀嚼肌在重建后骨移植物上是否再附著以及附著的位置,進一步研究中應關注咀嚼肌的附著和對下頜運動的控制機制。研究中3名術后患者檢查時間均在術后半年以上，軟組織愈合及肌肉附著已經完成，由于無口腔內牙列修復體的刺激，咀嚼功能明顯減退。健側咀嚼時，部分患者兩側升頜肌群可以有主動規律的肌電活動，說明雖然術后咀嚼肌在下頜骨的附著點喪失，咀嚼肌功能仍可保留，但與術前患者的工作側肌電明顯高于非工作側的狀態不同。同時在運動軌跡的觀察中也發現，術后患者健側咀嚼時側移幅度較小,提示單側下頜骨切除及重建手術，對健側咀嚼功能也有影響,而在患側咀嚼(牙齦咀嚼)時，患者8患側所有牙齒缺失，向檢查者表示無法咀嚼，做患側咀嚼動作，雙側也沒有觀察到主動規律的肌電活動。上述術后患者的觀測提示，盡管患側肌電活動存在甚至亢進，術后患者下頜運動仍然存在異常，部分患者咀嚼功能明顯受損，患側完全缺牙患者更為明顯，提示術后盡早修復缺失牙的重要性。

數字化的下頜運動記錄系統除了能夠記錄下頜運動軌跡、顯示和分析下頜運動特點之外，還能夠給出運動全過程的跟蹤點坐標，與醫學影像相結合，可以進行個性化的數字虛擬建模。本課題組前期研究中，通過光學跟蹤的下頜運動裝置，結合解剖結構，構建了正常人的髁突功能面三維運動的虛擬模型[16]。同時在研究中發現，患者的下頜運動及咀嚼肌活動的個體特征豐富，差異較大，并受到患者顳下頜關節紊亂等疾病的影響，通用模型可能無法適用于所有患者，因此建立患者個性化的模型則更為必要。

本研究初步應用數字化下頜運動記錄并同步記錄咀嚼肌肌電活動的方法，探索了單側下頜體部、升支良、惡性腫瘤患者下頜運動、咀嚼活動及咀嚼肌肌電活動的臨床特點，結果顯示在下頜骨良、惡性腫瘤患者中，無論術前還是術后，均有部分患者存在張口受限，全部患者張口運動均偏向患側，向患側方運動幅度較健側大，提示良、惡性腫瘤及手術均可造成下頜運動的異常。同時測定的雙側咬肌和顳肌的肌電活動，則提示了下頜運動異常的發生機制。術前患者最大咬合狀態下，患側咬肌和顳肌的肌電活動均值略低于健側，提示了患側咀嚼肌功能受損，而咀嚼時未見異常，代償功能良好。術后患者患側肌電活動可以減弱或亢進，但咀嚼功能受損，提示下頜腫瘤患者骨重建后，咀嚼肌活動與下頜運動存在不一致性，需要進一步研究。本研究中下頜運動記錄和同步肌電記錄的方法在下頜骨腫瘤患者的術前、術后功能監測中具有一定的意義，能夠反映患者的功能預后，并在一定程度上反映患者咀嚼功能減退的機制，可望為功能性修復重建提供方法探索和驗證手段。本研究為探索性研究，患者例數較少，在以后的研究中增加患者例數，結合同一患者術前、術后對比,牙列修復后對比以及與正常人的對比，結合患者主觀問卷調查，將會更進一步驗證本文中的相關機制和結論。將數字化下頜運動記錄中的動態運動軌跡數據與靜態CT解剖圖像相結合，可以建立個性化的虛擬手術設計模型，有望指導功能導向的手術設計和實施，實現更加個性化和精準的功能修復重建。