Clinical Anatomy of the Ultrasonography-Guided Injections for the Masticatory Muscles

Abstract

The masticatory muscles have been the target structure of the minimally invasive procedure, as the subject of botulinum toxin injection for both cosmetic and clinical purposes, and as a safe space for filler injections. A sound understanding of the three-dimensional anatomy of the masticatory muscles is very important while performing various clinical procedures, including minimally invasive and surgical procedures. Ultrasonography (US) analysis has the advantage of being able to observe the dynamic changes in anatomical structures in real-time, and to intuitively understand the adjacent structures. Therefore, it has been utilized in guided injections as well as examinations in musculoskeletal areas to visualize the adjacent structures. Anatomical understanding and guided injection through US are expected to be a novel breakthrough to perform the minimally invasive procedures on the masticatory muscles safely. This study aimed to 1) identify the clinical anatomy of the masticatory muscles and surrounding structures through US, 2) compare the conventional blind and a novel US-guided injection techniques in a clinical trial, and 3) clarify the anatomical features of deep temporal arteries (DTAs) through ultrasonographic and cadaveric analyses, therefore proposing safe guidelines for minimally invasive procedures for the masticatory muscles. This study has three parts, defined as follows. Part I included the identification of the anatomy of the masticatory muscles for the US-guided injection; part II included the comparison between the conventional blind injections and US-guided injections of botulinum toxin into the masseter; and Part III included identification of the clinical anatomy of the DTAs. In Part I, the temporalis, masseter, and lateral pterygoid muscle (LPM) and their surrounding structures from 160 hemifaces of 80 healthy young Korean volunteers (33 males and 47 females; mean age, 36.7 years) were analyzed using US. Since the LPM and infratemporal fossa can be observed through the space formed by zygomatic arch and mandibular notch, the location of the coronoid process (CorP), condylar process (ConP), and their midpoint (MP) were recorded and measured. In addition, the depth of the anatomical structures and LPM at the point MP were measured. In Part II, the 40 masseters from 20 healthy young Korean volunteers (10 males and 10 females with a mean age, 25.6 years) were included in the prospective clinical trial. BoNT-A (24 U) was injected into the masseter of each volunteer using the conventional blind and US-guided injection techniques on the left and right sides, respectively and analyzed using US and three-dimensional facial scanning. In Part III, 42 adult hemifaces from 15 Korean and 6 Thai cadavers (12 males, 9 females; mean age, 79.6 years) with no history of trauma or surgical procedure on the temple area were used for anatomical study. A detailed dissection was performed to identify the locations of the anterior and posterior deep temporal arteries (ADTA and PDTA) with reference to the vertical plane passing through the zygomatic tubercle. Fifty-eight healthy young Korean participants (31 males and 27 females; mean age, 24.7 years) were included in the ultrasonographic study. The distance from the bone to the DTAs was measured at the level of the zygomatic tubercle (HZt) and the eyebrow (HEb). In Part I, the normal anatomy of the temporalis muscle, masseter muscle, LPM, and their surrounding structures were analyzed using US. These structures were observed through the mandibular notch in all cases and located in the order from the most superficial to the deepest. The mean thicknesses of the skin and subcutaneous layer, masseter muscle, temporalis muscle, and depth of the LPM were 9.7±1.0 mm, 10.3±1.3 mm, 10.9±1.6 mm, and 30.9±1.9 mm at MP, respectively. The CorP was located 54.0±3.9 mm anterior to the tragus and 10.7±2.8 inferior to the ala-tragus line; the corresponding location for the MP and ConP were 39.6±3.3 mm and 7.8±1.6, and 25.2±3.0 mm and 4.9±1.9 mm, respectively. In Part II, one case of paradoxical masseteric bulging was observed on the side where a conventional blind injection was performed, which disappeared after the compensational injection. The reduction in the thickness of the masseter in the resting state differed significantly at one month after the injection between the conventional blind injection group and the US-guided injection group: by 12.4±7.6% and 18.0±9.7%, respectively [t(19)=3.059, p=0.007]. The reduction in the facial contour also differed significantly at one month after the injection between the conventional blind injection group and the US-guided injection group: by 2.0±0.7 mm and 2.2±0.8 mm, respectively [t(19)=2.908, p=0.009]. In Part III, the DTAs were not found within 7.2–12.6 mm posterior to the zygomatic tubercle; instead, the locations varied widely at the HEb. The distances between the bone and the ADTA were 1.3±0.8 mm and 1.7±1.2 mm, and those between the bone and the PDTA were 2.0±1.4 mm and 2.1±1.2 mm at HZt and HEb, respectively. Based on the above results, this study showed the clinical anatomy and suggested the guidelines for US-guided minimally invasive procedures. A comprehensive understanding of the content will help clinicians implement safe and efficient minimally invasive procedures on the masticatory muscles. 씹기근육(Masticatory muscle)은 다양한 얼굴 부위의 최소침습적 시술의 목표 부위가 된다. 씹기근육 내의 최소침습적 시술은 깨물근 내 보툴리눔 독소 주사 부위가 국한되어 나타나는 국소적 활성 정도 불균형으로 인한 보상성비대(paradoxical masseteric bulging), 관자근 내 혈관 속에 필러가 주입되어 나타나는 혈관 폐색과 이로 인한 실명, 뇌경색 등 여러 부작용을 초래할 수 있다. 이를 방지하기 위해서는 씹기근육에 대한 해부학적인 이해가 필수적이다. 초음파 진단법은 실시간으로 해부학적 구조의 동적인 변화를 관찰할 수 있고, 대상구조와 인접한 해부학적 구조물을 직관적으로 이해할 수 있는 장점이 있다. 이에 따라 시술 중 해부학적 구조와 주사점의 위치를 확인할 수 있는 최소침습적 초음파유도 시술의 활용 가능성이 대두되고 있고, 씹기근육에의 최소침습적 시술을 안전하게 시행할 수 있는 새로운 방법이 될 수 있을 것으로 기대된다. 이에 본 연구에서는 1) 초음파 측정을 통한 씹기근육과 주위 구조의 해부학적 정보를 구명하고, 2) 깨물근에 대한 보툴리눔 독소 주사의 초음파 유도 주사법과 기존의 암맹 주사법(blind injection)을 비교하고, 3) 관자근 내 깊은관자동맥(deep temporal artery)의 주행과 3차원적 위치정보를 밝혀내어 씹기근육을 대상으로 한 최소침습적 시술의 안전한 가이드라인을 제시하고자 한다. 본 연구는 파트I: 씹기근육의 초음파 정상해부학, 파트II: 깨물근에 대한 보툴리눔독소 주사의 초음파유도주사법과 암맹주사법의 비교, 그리고 파트III: 깊은관자동맥의 임상해부학으로 이루어졌다. 파트I에서는 총 80명의 피험자의 160쪽의 반쪽얼굴을 대상으로 깨물근, 관자근과 턱뼈패임을 통한 씹기근육과 그 주변 구조물의 정상해부학에 대한 분석을 진행하였다. 가쪽날개근과 그 주위 구조는 턱뼈패임과 광대활로 이루어진 공간을 통해서 관찰되기 때문에, 근육돌기(CorP), 관절돌기(ConP), 그리고 그 중간점(MP)의 위치를 기록하고 측정하였다. 또한 MP에서 관찰되는 각 구조들과 가쪽날개근의 깊이를 측정하였다. 파트 II에서는 20명의 대상자의 깨물근을 대상으로 왼쪽과 오른쪽에 각각 암맹주사법과 초음파유도 주사법으로 24U의 보툴리눔 독소(BoNT-A)를 주사하고, 주사 전과 직후, 한 달 후 근육의 두께와 얼굴 윤곽의 변화에 대해 초음파기기와 3D 스캐너를 통해 분석하였다. 파트 III에서는 깊은관자동맥의 주행을 확인하기 위해 15구의 한국 시신과 6구의 태국 시신으로부터 42쪽의 반쪽머리를 해부하였다. 또한 초음파의 도플러모드를 사용하여 깊은관자동맥의 관자부위의 뼈 표면으로부터의 거리를 측정하였다. 파트 I에서, 관자근과 깨물근, 가쪽날개근과 그 주위 구조들을 초음파를 통해 분석하였다. 입을 2 cm 벌린 상태에서 턱뼈패임부위를 초음파로 분석한 결과 모든 경우에서 깨물근, 관자근, 가쪽날개근이 얕은 곳에서 깊은 곳 순서로 관찰되었다 (n=120). MP에서 측정한 피부와 피부밑조직의 두께, 깨물근의 두께, 관자근의 두께, 피부로부터 가쪽날개근까지의 거리는 각각 9.7±1.0 mm, 10.3±1.3 mm, 10.9±1.6 mm, 30.9±1.9 mm로 나타났다. 입을 2 cm 벌린 상태에서 CorP, MP, ConP의 위치는 귀구슬에서 각각 54.0±3.9 mm, 39.6±3.3 mm, 25.2±3.0 mm 앞쪽, 10.7±2.8 mm, 7.8±1.6 mm, 4.9±1.9 mm 아래쪽에 위치하였다. 파트 II에서 암맹주사법과 초음파유도 주사법의 비교 결과, 깨물근보상성비대가 암맹주사법 실험군에서 한 사례 발생하였다. 종속표본 t 검증 결과, 주사 한달 후 깨물근의 두께 감소량은 각각 12.4±7.8%와 18.0±9.7%로 유의한 차이를 보였다 (p = 0.007). 깨물근 풍융 부위의 윤곽 감소 또한 각각 2.0±0.7 mm, 2.2±0.8 mm로 유의한 차이를 보였다 (p=0.009). 파트 III에서 깊은관자동맥의 경우 광대결절(zygomatic tubercle)로부터 뒤쪽 7.2-12.6 mm 내에는 주행하지 않았으나, 눈썹 높이에서는 모든 범위에 분포하였다. 앞깊은관자동맥과 뼈 표면과의 거리는 광대결절과 눈썹 높이에서 각각 1.3±0.8 mm, 1.7±1.2 mm로 나타났으며 뒤깊은관자동맥의 경우는 2.0±1.4 mm, 2.1±1.2 mm로 나타났다. 본 연구에서는 위의 결과들의 바탕으로, 각 씹기근육의 초음파유도 주사법에 있어 필요한 정상해부학적 구조를 구명함과 더불어 효율적이고 안전한 초음파유도 최소침습적 시술에 대한 가이드라인을 제시하였다.