Жевательные мышцы играют важную роль в развитии и функционировании зубочелюстно-лицевой системы, что подтверждено многочисленными исследованиями [1—4]. Немецкий анатом Ю. Вольф утверждал, что при изменении внешних сил, в том числе тонуса мышц, действующих на кость, происходит изменение формы костей. Это положение принято называть законом Вольфа [3, 5, 6]. Согласно теории функциональной матрицы М. Мосса, на рост костей лицевого скелета и челюстей существенное влияние оказывают «функциональные потребности» окружающих мягких тканей [1, 2]. Жевательная нагрузка является важным фактором в формировании зубов, архитектонике костей лицевого скелета, стимулирует обменные процессы в кости [7]. Челюстные кости и кости лицевого скелета имеют выраженную резистентность к кратковременным силовым нагрузкам, однако они могут изменяться при долгосрочных воздействиях слабых сил, которые оказывают жевательные и мимические мышцы [4].
Современный подход при планировании стоматологического лечения предполагает комплексную диагностику, включающую морфофункциональную оценку состояния жевательных мышц. Для этого используются методы лучевой диагностики — ультразвуковое исследование (УЗИ), компьютерная томография, магнитно-резонансная томография) и методы функциональной диагностики (электромиография, миотонометрия).
Следует отметить, что УЗИ позволяет получить информацию о толщине и структуре жевательных мышц не только в покое, но и при напряжении (например, при изометрическом напряжении — сокращении), то есть позволяет оценить функциональное состояние мышц в режиме реального времени [8—14].
Оптимизация методов анализа ультразвуковых изображений жевательных мышц является важной задачей, поскольку позволит более углубленно изучить связь между состоянием мышц, а также будет способствовать повышению качества диагностики и лечения пациентов с различными стоматологическими заболеваниями.
Цель исследования — описать ультразвуковую анатомию жевательных мышц на основании сопоставления результатов макроскопического и ультразвукового исследований жевательных мышц in vitro с применением авторских методов анализа эхограмм.
Материал и методы
В экспериментальной части исследовали макропрепарат жевательной мышцы (m. masseter) нежвачного парнокопытного млекопитающего вида «Свинья домашняя» — Sus scrofa domestica (рис. 1).
Рис. 1. Фотография нативного препарата жевательной мышцы экспериментального животного.
Для проведения макроскопического исследования выполнили макросъемку препарата зеркальным фотоаппаратом Nikon D90 с макрообъективом и биполярной вспышкой. Ультразвуковое исследование проводили с помощью ультразвукового аппарата Logic Scan 128 двумя линейными датчиками: HL 10.0/25/96 Z и HL 9.0/40/128 Z (рис. 2).
Рис. 2. Проведение УЗИ препарата жевательной мышцы при помощи линейного датчика HL 10.0/25/96 Z.
Ультразвуковое исследование изучаемых объектов базируется на принципе эхолокации [8, 15, 16]. Ткани организма имеют различную акустическую плотность, поэтому они отображаются на мониторе в виде различных оттенков серого цвета соответственно шкале, которая предусматривает 5 градаций эхогенности: высокую, повышенную, среднюю, пониженную и низкую [17]. При этом структуры высокой эхогенности иногда называют гиперэхогенными, пониженной эхогенности — гипоэхогенными, низкой — анэхогенными (рис. 3).
Рис. 3. Эхограмма жевательной мышцы.
1 — высокая эхогенность; 2 —повышенная эхогенность; 3 — средняя эхогенность; 4 — пониженная эхогенность; 5 — низкая эхогенность.
После получения ультразвуковых изображений жевательной мышцы проводилась их качественная и количественная оценка. Качественная оценка выполнялась за счет визуального сопоставления макроскопической и ультразвуковой картин жевательных мышц на основании полученных фотографий и ультразвуковых изображений. Количественная оценка включала в себя анализ эхоструктуры (совокупность участков различной эхогенности, составляющих картину жевательной мышцы на ультразвуковом изображении) и толщины мышц. Оценивали площадь изображения мышцы и определяли процентное соотношение в ней гипер/гипо/анэхогенных участков.
По методике количественной оценки, описанной в патенте №2765775, ультразвуковое изображение сохранялось и загружалось в программу Adobe Photoshop, где выделяли участки различной эхогенности жевательных мышц на эхограмме по серой шкале (рис. 4, а). С помощью гистограммы определялась площадь выделенной области (рис. 4, б). Подобный алгоритм повторялся для каждого значения серой шкалы. Полученные результаты вносились в таблицу для последующего сравнения площади участков различной эхогенности.
Рис. 4. Выделение гиперэхогенных участков на ультрасонограмме (а) и гистограмме (б).
Измерение толщины мышцы проводилось от наружной до внутренней фасции в четырех и более областях ультразвукового изображения мышцы. В окончательных расчетах использовалось среднее значение (рис. 5).
Рис. 5. Измерение толщины мышцы на ультразвуковом изображении в 4 областях в программе Echo Wave II.
Предложенная методика компьютерной количественной оценки ультразвуковых изображений жевательных мышц осуществлялась в разработанной нами программе ProMVision (свидетельство на регистрацию программы для ЭВМ №2023612589). В программе производилось автоматическое сегментирование изображения жевательной мышцы по 5 спектрам эхогенности серой шкалы, преобразованной в цветную шкалу методом колорирования, расчет их площадей (в мм2) и процентного соотношения (в %) каждого спектра эхогенности в выделенной зоне интереса изображения жевательной мышцы, а также расчет линейных параметров изображения (поперечная толщина жевательной мышцы (в мм) (табл. 1).
Таблица 1. Распределение зон эхогенности на УЗ изображении жевательной мышцы
| Зона | Цветное изображение | Преобразование и соответствие цвета | % и (мм2) исследуемой зоны | |
| Анэхогенная зона |
|
|
| 17,84 и (114,63) |
| Гипоэхогенная зона |
|
|
| 42,56 и (273,48) |
| Изоэхогенная зона |
|
|
| 26,86 и (172,6) |
| Зона повышенной эхогенности |
|
|
| 10,94 и (70,29) |
| Гиперэхогенная зона |
|
|
| 1,75% 11,23 мм2 |
Для каждой выделяемой зоны в автоматическом режиме генерировался график пиксельного спектрального распределения, где по шкале X указаны пиксели, а по шкале Y обозначается процент пикселей в этой области исследуемой зоны (рис. 6).
Рис. 6. Пример графика пиксельного спектрального распределения в анэхогенной зоне, который отражает процент выраженности изучаемой зоны на пиксельном фоне изображения.
На обобщенном итоговом УЗ изображении жевательной мышцы автоматически выделялись все зоны эхогенности (100%), производился расчет общей площади (мм2) и максимальная, минимальная и среднестатистическая толщина (мм) исследуемой мышцы.
Результаты и обсуждение
В результате качественной оценки кадаверного материала было выявлено, что жевательная мышца на ультразвуковом изображении имеет исчерченную структуру. На фоне гипоэхогенной мышечной ткани определяются гиперэхогенные участки соединительнотканных структур (эндо- и перимизия), а также кортикального слоя кости ветви нижней челюсти, наружной и внутренней фасций мышцы (рис. 7, а, б).
Рис. 7. Сопоставление макроскопического препарата (фотография) (а) и ультразвукового изображения (б) жевательной мышцы экспериментального животного.
1 — гипоэхогенная мышечная ткань; 2 — гиперэхогенные участки соединительно-тканных септ внутри мышцы; 3 — гиперэхогенный слой кортикальной пластинки ветви нижней челюсти; 4 — акустическая тень от поверхности кости; 5 — наружняя фасция; 6 — внутренняя фасция.
Клинический пример
Обследование пациента с нормальной окклюзией, подписавшего информированное добровольное согласие на проведение УЗИ жевательных мышц, показало следующие результаты (табл. 2).
Таблица 2. Результаты оценки эхоструктуры УЗ-изображений жевательных мышц у пациента с нормальной окклюзией
| Сторона | Проба | Общая площадь, мм2 , зона, % | Толщина, мм |
| Физиологический покой | 558,72 Превалирует гипоэхогенная зона — 43,76 | 14 | |
| Правая | Максимальное волевое смыкание зубных рядов | 668,8 Превалирует гипоэхогенная зона — 45 | 17 |
| Левая | Физиологический покой | 525,61 Превалирует гипоэхогенная зона — 44,81 | 13 |
| Максимальное волевое смыкание зубных рядов | 686,57 Превалирует гипоэхогенная зона — 45,27 | 18 |
У обследованного пациента с нормальной окклюзией в покое и при максимальном волевом смыкании зубных рядов (сокращенном состоянии мышцы) толщина жевательных мышц справа и слева отличалась на 1 мм. При сокращении толщина мышцы справа увеличилась на 5 мм, слева — на 3 мм. В изученных жевательных мышцах как в покое, так и в сокращенном состоянии превалировали гипоэхогенные участки, в то время как площадь анэхогенных участков была в два раза меньше. Наименьший процент от общей площади занимала гиперэхогенная зона (рис. 8).
Рис. 8. Процентное соотношение зон эхогенности.
а — правая сторона, физиологический покой; б — правая сторона, максимальное волевое смыкание зубных рядов; в — левая сторона, физиологический покой; г — левая сторона, максимальное волевое смыкание зубных рядов. Примечание: анэхогенная зона — красный цвет, гипоэхогенная зона — желтый цвет, зона средней эхогенности — зеленый цвет, зона повышенной эхогенности — синий цвет, гиперэхогенная зона— фиолетовый цвет.
Заключение
Результаты экспериментального исследования позволили определить эхоанатомию жевательной мышцы на ультразвуковом изображении. С помощью разработанных методов количественной оценки ультразвуковых изображений нами выявлены особенности эхоструктуры жевательных мышц.
УЗИ позволяет с высокой степенью достоверности визуализировать мышцы и судить об особенностях их строения. Неинвазивность и безвредность УЗИ дает возможность проводить обследование с применением данного метода многократно для мониторинга изменений, происходящих в челюстно-лицевой области при стоматологическом лечении, а также оценивать эффективность его результатов. УЗИ позволяет выявить индивидуальные структурные особенности жевательных мышц, а также более рационально подойти к применению таких исследований, как компьютерная и магнитно-резонансная томография, что особенно актуально при обследовании детей.
Описание нормированных показателей в отношении ультразвуковой анатомии жевательных мышц позволит применять их в качестве отправных при обследовании пациентов с различными стоматологическими заболеваниями, тем самым изучая особенности их семиотики.
Предлагаемые авторами методы компьютерного анализа эхограмм с интеграцией элементов технологий искусственного интеллекта предназначены для улучшения визуальной оценки, а также автоматического вычисления линейных параметров и эхоструктуры УЗ изображений жевательных мышцы. Это, в свою очередь, объективизирует анализ эхограмм мышц и оптимизирует интерпретацию получаемых результатов.
Последующие исследования необходимы для выявления особенностей структуры жевательных мышц у пациентов с патологическими состояниями жевательных мышц и дисфункцией ВНЧС, а также для определения их связи с формированием зубочелюстных аномалий.
Планируется дальнейшее изучение возможностей использования УЗИ мышц челюстно-лицевой области в практике врача-стоматолога для повышения качества диагностики пациентов с различными стоматологическими заболеваниями, в том числе донозологической.
Авторы заявляют об отсутствии конфликта интересов.