基于生理指標的兒童牙科恐懼與焦慮的評估模型

張 鵬，張宇陽，王 非，李西營

1.國家兒童醫(yī)學中心 首都醫(yī)科大學附屬北京兒童醫(yī)院 口腔科，北京 100045；2.清華大學 社會科學學院心理學系，北京 100084；3.陜西師范大學 現(xiàn)代教學技術(shù)教育部重點實驗室，陜西 西安 710119

口腔健康是人類身心健康的重要組成部分。牙科恐懼與焦慮(dental fear/anxiety, DFA)是指患者在口腔治療相關(guān)環(huán)境中出現(xiàn)的恐懼、焦慮情緒[1],這種恐懼情緒伴隨口腔治療全過程[2],它會使患者回避治療而錯過最佳治療期,導(dǎo)致口腔健康的持續(xù)惡化[3-5]。

緩解兒童的DFA,對改善其口腔健康意義重大。準確地識別兒童的DFA是進行適當且有效干預(yù)的前提。在相關(guān)的研究中,自我報告、父母代替評估、行為觀察方式常被用來評估兒童的DFA[6-7]。但這3種評估方式均具有主觀性。生理評估是一種較為客觀的評估兒童DFA的方法。本研究探索治療過程中兒童患者的恐懼、焦慮情緒所伴隨的神經(jīng)生理表征,并構(gòu)建一種基于生理指標的兒童DFA的評估模型。

1 材料與方法

1.1 對象與工具

1.1.1 對象:選取在首都醫(yī)科大學附屬北京兒童醫(yī)院口腔科就診的兒童患者參與本研究。本研究共收集166例參與者的生理數(shù)據(jù),剔除CFSS-DS缺失的參與者、生理數(shù)據(jù)缺失率>50%的參與者后,余下有效參與者106例,其中男生49例,女生57例,平均年齡(10.7±3.0)歲。入選標準如下:1)14周歲以下;2)無口腔疾病之外的其它全身性疾病或心臟疾患;3)無精神疾病史或遺傳病史;4)兒童以及監(jiān)護人知情同意。

所有參與者均自愿參與本研究,理解、同意并經(jīng)由法定監(jiān)護人簽署知情同意書。本研究通過了首都醫(yī)科大學附屬北京兒童醫(yī)院倫理委員會的倫理審查(審批號:2019-k-352)。

1.1.2 工具

1.1.2.1 自我報告量表:考慮到學齡前兒童的認知水平,本研究采用中文版兒童畏懼調(diào)查表—牙科分量表(Children′s Fear Survey Schedule-Dental Subscale, CFSS-DS)與面部圖像量表(Facial Image Scale, FIS)的結(jié)合方式,通過面部表情的變化與分值對應(yīng)的方式,讓兒童通過表情選擇對各個項目的恐懼程度評分,即1分對應(yīng)很高興的表情,5分對應(yīng)很不高興的表情。該量表由15個與牙科醫(yī)療相關(guān)的問題組成,每個題目從1～5分對恐懼程度評分,總分范圍在15～75分之間[8]。

1.1.2.2 可穿戴生理采集設(shè)備:本研究使用腕式生理數(shù)據(jù)采集設(shè)備(北京匯心聯(lián)科技有限公司),該腕表為可穿戴設(shè)計,形似手表,可盡量減少因測量設(shè)備帶給兒童的額外恐懼程度。該腕表配有脈搏波傳感器、加速度傳感器和皮膚電傳感器,可輸出最高20 Hz心率(heart rate, HR)和40 Hz皮膚電反應(yīng)(galvanic skin reaction, GSR)。本研究采用1 Hz的數(shù)據(jù)進行分析。

1.2 方法

1.2.1 流程:首先,在兒童候診期間,研究人員與患兒的陪同監(jiān)護人溝通研究事宜、解釋知情同意權(quán),在征得監(jiān)護人的同意后,將該患兒納入研究范圍,并請監(jiān)護人簽署知情同意書。在取得監(jiān)護人的簽字同意后,給患兒佩戴生理采集設(shè)備,全程采集患兒候診期間、治療期間、治療后(至少3 min)的生理數(shù)據(jù)。同時,由一名研究助理記錄事件與時間。最后,在治療結(jié)束后,請患者對CFSS-DS作答,同期采集治療后的生理數(shù)據(jù)。對于學齡前兒童,由研究人員協(xié)助,為兒童講述題目的含義,由兒童指出代表自己的表情,以完成量表作答。

1.2.2 使用可穿戴生理采集設(shè)備對參與者就診全程的生理數(shù)據(jù)進行測量:HR是指健康人安靜狀態(tài)下每分鐘心跳的次數(shù),一般為60～120 beats/min,心率變異性(heart rate variability, HRV)是指逐次心跳周期差異的變化情況;GSR是指汗腺活動或交感神經(jīng)系統(tǒng)的變化導(dǎo)致的皮膚電阻波動[9],GSR可分離為皮膚電導(dǎo)水平(skin conductance level, SCL)和皮膚電導(dǎo)反應(yīng)(skin conductance response, SCR),SCL 是無任何刺激下的皮膚電導(dǎo)基線,SCR 由特定的情緒刺激事件誘發(fā)。

1.2.3 測量量表:本研究采用CFSS-DS與FIS相結(jié)合的量表,對兒童患者的恐懼與焦慮程度評分。

1.3 統(tǒng)計學分析

1.3.1 數(shù)據(jù)預(yù)處理:將HR<60 BPM的心率數(shù)據(jù)標記為無效數(shù)據(jù),并做刪除處理。將GSR<0.007 μS[10]的GSR數(shù)據(jù)標記為無效數(shù)據(jù),并做刪除處理;然后通過Ledalab(Matlab工具包),對有效的GSR進行分離,分別得到SCL與SCR。根據(jù)實驗過程中記錄的治療時間,以上牙椅和下牙椅的時間為界,分別將上牙椅前3 min、治療過程、下牙椅后3 min 作為治療前、中和后的階段劃分。據(jù)此,將HR、HRV、SCR、SCL數(shù)據(jù)進行治療前、中和后的切分,提取每個參與者每個階段的上述指標均值作為生理特征值進行分析。

1.3.2 數(shù)據(jù)分析:使用SPSS25.0進行數(shù)據(jù)分析。首先,通過重復(fù)測量方差分析進一步對治療前、中和后的HR、HRV、SCR和SCL的差異進行檢驗。其次,將治療前、中和后的HR、HRV、SCR、SCL的均值、差值與CFSS-DS進行皮爾遜相關(guān)分析。最后,建立最小絕對收縮和選擇算法(Least Absolute Shrinkage and Selection Operator, LASSO)回歸模型,并采用留一法(Leave-One-Out, LOO)進行交叉驗證。

2 結(jié)果

2.1 治療前、中、后的生理數(shù)據(jù)變化

HR、SCR與SCL在治療過程中均有不同程度的上升,治療結(jié)束后下降(P<0.05)。而HRV相反,在治療過程中有所下降,治療結(jié)束后回升(P<0.05)(表1)。HRV一般用來表示個體當下可以承受壓力的冗余度,HRV的下降也直接體現(xiàn)了患者在治療過程中的緊張感。

表1 在治療過程中生理指標的變化

2.2 生理特征與牙科恐懼評分的相關(guān)性

HR總體均值、HR中均值、HR后均值、HR中前差值、HR中后差值與CFSS-DS得分顯著正相關(guān)(P<0.05);HRV前均值、HRV前中差值與CFSS-DS得分顯著正相關(guān)(P<0.05);SCR所有變量與CFSS-DS得分相關(guān)不顯著;SCL總體均值、SCL前均值、SCL中均值與CFSS-DS得分顯著負相關(guān)(P<0.05)。

2.3 兒童牙科恐懼評估模型

采用LASSO回歸模型對兒童的DFA進行預(yù)測。LASSO是一種正則化的方法。它以回歸系數(shù)的絕對值之和作為懲罰函數(shù)來壓縮回歸系數(shù)。它將冗余預(yù)測變量的回歸系數(shù)壓縮到0,發(fā)揮變量選擇的作用, 可以有效地規(guī)避因過擬合導(dǎo)致的模型概念化能力不足的問題,獲得精簡且更有效率的預(yù)測變量集,同時也可以減少對重要回歸系數(shù)的過度壓縮。

本研究評估模型涉及的生理特征值包括HR總體均值、HR前、中和后均值、HRV總體均值、HRV前、中和后均值、SCR總體均值、SCR前、中和后均值、SCL總體均值、SCL前、中和后均值,共計16個特征值。為提高本模型的穩(wěn)健性,采用LOO進行交叉驗證。

訓練后LASSO模型預(yù)測值與CFSS-DS原始分數(shù)之間皮爾遜相關(guān)系數(shù)r=0.30,P<0.05,提示本模型有較好的預(yù)測準確性。

3 討論

口腔健康是整體健康、幸福與生活質(zhì)量的關(guān)鍵指標。特別是對于兒童青少年而言,口腔健康對其頜骨正常發(fā)育具有重要影響。

但是,患有DFA的兒童往往會極力逃避或者拖延就診,貽誤最佳治療期,導(dǎo)致病情惡化。在全球范圍內(nèi),平均大約11%的兒童與青少年患有DFA[11-12]。準確地評估兒童的DFA并及時干預(yù)十分關(guān)鍵。已有的自我報告、父母代替評估、行為觀察3種方式均有具有主觀性,生理評估是一種較為客觀地評估兒童DFA的方法。

本研究首先對口腔治療過程中兒童患者的恐懼、焦慮情緒背后的神經(jīng)生理表征進行探索。研究結(jié)果發(fā)現(xiàn),與治療前后相比,治療過程中患者的生理指標有顯著反應(yīng),HR、SCL、SCR均有不同程度的上升,HRV則有顯著的下降。這些指標均是患者當下壓力顯著上升的表現(xiàn)。

進一步地,基于生理指標與CFSS-DS評分的相關(guān)關(guān)系,本研究運用LASSO回歸模型構(gòu)建了一個兒童DFA的生理評估模型,并用LOO進行交叉驗證。結(jié)果顯示,本模型可較好地對兒童的DFA水平進行評估。這一嘗試為客觀地評估兒童的DFA提供了可能性。

本研究的評估模型目前仍然是對恐懼值一個數(shù)值的預(yù)測,尚不能給出實時、連續(xù)的恐懼指標。如果后續(xù)研究可以進一步在實時、連續(xù)輸出恐懼狀態(tài)值方面有所探索,將具有更大的臨床應(yīng)用價值。