齲齒的快速檢測(cè)方法研究

張浩穎，皇甫勝男，高體杰，賴光云，項(xiàng)華中，鄭 剛，陳明惠，汪 俊，王 成

（1.上海理工大學(xué) 生物醫(yī)學(xué)光學(xué)與視光學(xué)研究所，上海 200093；2.上海理工大學(xué) 教育部醫(yī)用光學(xué)技術(shù)與儀器重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，上海 200093；3.上海交通大學(xué)醫(yī)學(xué)院附屬第九人民醫(yī)院 兒童口腔科，上海 200023）

引 言

口腔作為消化系統(tǒng)的起始部位，因其溫?zé)岢睗竦奶囟ōh(huán)境，高糖食物的頻繁攝入和唾液的作用，成為口腔微生物賴以定植生存的重要生態(tài)區(qū)。目前，發(fā)現(xiàn)的口腔微生物已超過700種[1]，包含細(xì)菌、真菌、病毒等，它們寄居在牙齒、舌、齦溝等口腔組織表面，其中細(xì)菌是口腔微生物的主體，主要附著在口腔微生物膜上，而微生物膜中菌群的失衡是誘發(fā)齲齒的主要原因[2]。此外，包括牙齦卟啉單胞菌、中間普氏菌等多種致齲菌在與口腔微生態(tài)相關(guān)的各種全身系統(tǒng)性疾病中被檢出。

現(xiàn)階段，人們?cè)絹碓疥P(guān)注口腔健康狀況以及注重口腔疾病的預(yù)防，然而早期的齲齒很難通過X線片，視診法和觸摸法發(fā)現(xiàn)。光學(xué)方法因其無電離輻射，評(píng)估牙釉質(zhì)效果更好等優(yōu)點(diǎn)，在早期齲損檢測(cè)中受到廣泛應(yīng)用，包括定量光誘導(dǎo)熒光技術(shù)、光熱輻射技術(shù)、光纖透照法等。因此，準(zhǔn)確獲取早期齲齒信息，及時(shí)有效的診治不僅有利于口腔健康，也有利于全身健康。本文將主要介紹光學(xué)領(lǐng)域里早期齲齒的快速檢測(cè)方法以及口腔疾病對(duì)全身健康的影響。

1 齲齒及致病菌快速檢測(cè)技術(shù)

目前，齲病的檢測(cè)主要是基于X線片，并根據(jù)經(jīng)驗(yàn)診斷口腔問題，但只能是在某個(gè)特定的場(chǎng)所，且有電離輻射等缺點(diǎn)。研究者們深入探索早期齲齒的檢測(cè)方法，以及致病菌的致病機(jī)理，不斷改進(jìn)檢測(cè)技術(shù)。如：定量光誘導(dǎo)熒光技術(shù)（quantitative light-induced fluorescence，QLF）[3]，激光熒光齲齒檢測(cè)（DIAGNOdent，DD）[4]，光熱輻射測(cè)量技術(shù)（ photothermal radiometry，PTR）[5]，光纖透照法（fiber optic transillumination，F(xiàn)OTI）[6]等。

1.1 定量光誘導(dǎo)熒光技術(shù)

定量光誘導(dǎo)熒光技術(shù)（quantitative lightinduced fluorescence，QLF ）工作原理為（405±20） nm的光照射在牙齒上，激發(fā)出熒光。牙齒健康區(qū)域呈綠色熒光，齲損部位由于脫礦而導(dǎo)致出射熒光強(qiáng)度小于周圍健康組織，呈現(xiàn)暗斑。齲齒熒光檢測(cè)儀（quantitative light-induced fluorescence digital，QLF-D）依據(jù)這種原理，加入濾光片，使牙齒表面健康區(qū)域呈白色，脫礦區(qū)域更暗，該技術(shù)可用于檢測(cè)咬合面和光滑面齲損。

Lee等[7]將人唾液在不同濃度的蔗糖環(huán)境下培養(yǎng)出具有不同程度致齲性的牙菌斑生物膜，采用QLF-D在405 nm藍(lán)光下采集生物膜熒光圖像，通過定量分析，發(fā)現(xiàn)紅色熒光與體外培養(yǎng)的牙菌斑微生物膜的致齲特性有關(guān)。隨后Lee等[8]將牙菌斑生物膜的紅色熒光用作評(píng)估抗菌劑功效的指標(biāo)，通過將生物膜在蔗糖環(huán)境下培養(yǎng)后，分別用洗必泰（chlorhexidine，CHX）與無菌蒸餾水處理后，發(fā)現(xiàn)CHX可以降低牙釉質(zhì)的礦化。

本團(tuán)隊(duì)[9]將自體熒光技術(shù)與內(nèi)窺鏡技術(shù)相結(jié)合，首次采用雙通道成像結(jié)合深度學(xué)習(xí)算法，研發(fā)出一款齲齒檢測(cè)儀（見圖1（e）），在405 nm光激發(fā)下，可在牙齒上以自體熒光成像的形式檢測(cè)牙菌斑，健康狀態(tài)的牙齒沒有形成牙菌斑膜，所以沒有紅色自體熒光（見圖1（a）），而久未清潔的牙齒，成型的牙菌斑膜在405 nm光照射下，顯示紅色自體熒光（見圖1（b）），在白光照射下，可捕捉到白斑病變、齲齒等牙齒圖像（見圖1（c）和（d）），并通過無線網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)街悄苁謾C(jī)，通過牙齒圖像確定口腔健康，操作簡(jiǎn)便，儀器小巧易攜。

1.2 激光熒光齲齒檢測(cè)儀

DIAGNOdent是專用于檢測(cè)齲齒的儀器，其基本原理如圖2所示，采用655 nm光源照射牙齒，利用齲損部位上的光強(qiáng)分布與健康部位不同，通過采集光強(qiáng)的大小，實(shí)現(xiàn)對(duì)齲齒損壞程度的描述，中心纖維傳導(dǎo)發(fā)射激光束，周邊纖維傳導(dǎo)反射激光，在儀器上以數(shù)值形式表示牙齒脫礦程度。數(shù)值越大，熒光強(qiáng)度越強(qiáng)，齲損越嚴(yán)重，具體數(shù)值如表1所示。

由德國(guó)KaVo公司開發(fā)的DIAGNOdent具有可靠性高，不受牙齒發(fā)育程度的影響等優(yōu)點(diǎn)，靈敏度高于視診法，特異度高于電阻抗法[10]，對(duì)窩溝齲的敏感性高于X線檢查[11]。

圖1 檢測(cè)圖像[9]Fig.1 Teeth detected by dental caries detector[9]

圖2 DIAGNOdent原理圖[12]Fig.2 Schematic diagram of DIAGNOdent

表1 DIAGNOdent顯示數(shù)值與牙齒礦化的關(guān)系[13]Tab.1 Relationship between DIAGNOdent display value and tooth mineralization

1.3 PTR 技術(shù)

PTR技術(shù)是一種基于光熱效應(yīng)的檢測(cè)技術(shù)。此技術(shù)采用調(diào)制激光照射樣本表面，樣本吸收部分光能并將其轉(zhuǎn)化為熱能，再采用熱探測(cè)器探測(cè)樣本表面熱能輻射的熱波信號(hào)，經(jīng)處理獲取熱輻射信號(hào)的幅值及相位的數(shù)據(jù)及圖像[14]。由于牙齒受損部位與正常部位存在形態(tài)上的差異，所以得到的熱信號(hào)會(huì)產(chǎn)生一定的對(duì)比度。有研究采用PTR技術(shù)比較分析齲損和健康牙齒，發(fā)現(xiàn)該方法在牙釉質(zhì)層5 mm以內(nèi)的部分具有更高的靈敏度。

The Canary System正是基于PTR原理的早期齲齒檢測(cè)儀，具有無損、安全、體積小、檢測(cè)迅速、靈敏度高等優(yōu)點(diǎn)，它采用660 nm激光，2 Hz頻率對(duì)牙齒進(jìn)行主動(dòng)式熱激勵(lì)，可探測(cè)50 μm至5 mm的齲損。通過對(duì)比DIAGNOdent和The Canary System對(duì)窩溝封閉劑下的繼發(fā)齲齒研究[15]，并與視診法相比，發(fā)現(xiàn)The Canary System的檢出率不如DIAGNOdent的準(zhǔn)確度高，表明The Canary System對(duì)齲齒檢測(cè)的靈敏度還需改善和提升。

1.4 光纖透照法

光纖透照法（fiber optic transillumination，F(xiàn)OTI）作為傳統(tǒng)視診方法的補(bǔ)充用于早期齲損的檢查，其原理是近紅外光照射在牙齒上，由于齲損部位光的散射和吸收比健康牙齒多，導(dǎo)致脫礦的牙釉質(zhì)在光透照下表現(xiàn)為灰色暗帶，牙本質(zhì)齲表現(xiàn)為褐色或桔黃色[16]。

在此基礎(chǔ)上，KaVo公司將數(shù)字成像與FOTI結(jié)合，研發(fā)出基于數(shù)字化光纖透照法（digital imaging fiber optic transillumination，DIFOTI）的DIAGNOcam（DC）[17]，與X線片相比，DC無電離輻射，對(duì)孕婦、兒童更友好，且對(duì)鄰面齲及齲洞深度的檢測(cè)較好，采集的圖像可以存儲(chǔ)并可重復(fù)測(cè)量，但檢測(cè)過程受環(huán)境光線影響較大，準(zhǔn)確度有待提高。

1.5 SoproLife

SoproLife口腔內(nèi)窺鏡采用兩組LED，可在白光或藍(lán)光模式（波長(zhǎng)：450 nm）下照射牙齒表面。相機(jī)配有圖像傳感器（CCD），該圖像傳感器由覆蓋有補(bǔ)色濾光片的像素組成，收集到的數(shù)據(jù)與每個(gè)像素接收到的能量有關(guān)，使牙齒的圖像能夠被檢索并存儲(chǔ)在計(jì)算機(jī)中[18]。

有研究[19]評(píng)估SoproLife在早期齲病的體外再礦化檢測(cè)和量化方面的功效，發(fā)現(xiàn)SoproLife可用于早期發(fā)現(xiàn)和長(zhǎng)期監(jiān)測(cè)再礦化，Panayotov等[20]用SoproLife相機(jī)在齲齒牙本質(zhì)中觀察到的紅色熒光與日光下觀察到的褐色相對(duì)應(yīng)，為齲齒牙本質(zhì)的紅色熒光提供了新的生物學(xué)基礎(chǔ)，并加強(qiáng)了SoproLife相機(jī)在齲病診斷中的重要性。Zeitouny等[21]證實(shí) SoproLife與 ICDAS有相同優(yōu)勢(shì)，在對(duì)釉質(zhì)中的非齲齒性病變和視覺變化分類中，顯示出很高的敏感性和特異性。

2 口腔疾病與全身疾病的關(guān)系

研究者通過對(duì)患者與健康對(duì)照組的口腔各類菌群進(jìn)行比較，發(fā)現(xiàn)口腔致病菌不僅會(huì)造成齲齒、牙周病[1]等口腔疾病，還會(huì)影響呼吸系統(tǒng)、心血管系統(tǒng)、消化系統(tǒng)等身體系統(tǒng)，表明口腔疾病與全身疾病密切相關(guān)。

Carmen等[22]對(duì)慢性阻塞性肺疾?。╟hronic obstructive pulmonary disease，COPD)患者與健康對(duì)照組進(jìn)行研究，發(fā)現(xiàn)COPD與口腔健康存在著緊密的關(guān)系，不良的牙周健康、牙齒護(hù)理和匱乏的口腔健康知識(shí)與COPD風(fēng)險(xiǎn)增加顯著相關(guān)。在微生物研究中發(fā)現(xiàn)，26%的人類粥樣硬化斑塊中存在牙周致病菌[23-24]，且口腔中梭菌屬的過度免疫反應(yīng)，會(huì)激活癌癥生長(zhǎng)基因，可能會(huì)隨著時(shí)間的推移發(fā)生癌變，誘發(fā)食管癌[25]。阿爾茲海默病（Alzheimer’s disease，AD）[26]和類風(fēng)濕性關(guān)節(jié)炎（rheumatoid arthritis，RA）[27]被認(rèn)為與口腔中的牙齦卟啉單胞菌有緊密聯(lián)系，牙齦卟啉單胞菌在造成牙周感染后可使全身處于微炎癥狀態(tài)，通過炎癥機(jī)制促進(jìn)AD的發(fā)生發(fā)展[28]；而RA患者的口腔微生物群落也發(fā)生顯著失調(diào)，當(dāng)患者的RA得到治療后，這種口腔微生物群落的失調(diào)也得到了糾正，且恢復(fù)程度與治療狀況密切相關(guān)[29]。糖尿病的發(fā)生會(huì)影響口腔齦下環(huán)境，繼而影響口腔健康[30]，妊娠期間的早產(chǎn)率與牙周健康也有很大關(guān)系[31]，牙周健康的產(chǎn)婦早產(chǎn)率為11.2%，重度牙周炎產(chǎn)婦的早產(chǎn)率為28.6%[32]。

綜上，依賴快速檢測(cè)技術(shù)的發(fā)展，發(fā)現(xiàn)口腔致病菌與全身健康息息相關(guān)，因此維護(hù)口腔健康十分重要。然而由于快速檢測(cè)方法的局限性，口腔健康與全身健康的關(guān)系研究只能通過對(duì)大量對(duì)照組的比較得出，大部分研究只能發(fā)現(xiàn)口腔某種細(xì)菌與疾病具有一定的相關(guān)性，還不能解釋其具體的相關(guān)機(jī)制。

3 展 望

在對(duì)口腔健康與全身健康的關(guān)系研究中發(fā)現(xiàn)，在COPD、食管癌、糖尿病、AD、早產(chǎn)等疾病發(fā)生時(shí)，牙菌斑生物膜中的部分細(xì)菌與未患病時(shí)相比，數(shù)量大幅變化，導(dǎo)致微生態(tài)系統(tǒng)失衡，而當(dāng)疾病轉(zhuǎn)好或治愈時(shí)，微生態(tài)系統(tǒng)也隨之恢復(fù)平衡狀態(tài)。因此，我們不僅可以通過對(duì)口腔生物膜中細(xì)菌的檢測(cè)，來提示身體狀況，還能通過對(duì)其他疾病的發(fā)現(xiàn)來修正口腔問題。但是現(xiàn)階段關(guān)于口腔中致病菌的研究仍舊不足，需要研究者們深入解析細(xì)菌的致病機(jī)制以及其生理功能，通過對(duì)基因的測(cè)序，了解致病菌與全身疾病的生物學(xué)關(guān)系，從而有效預(yù)防和治療疾病。

而光學(xué)在齲齒檢測(cè)中也起到舉足輕重的作用，光學(xué)方法可以做到無損、快速、精確的診斷，是未來齲齒快速檢測(cè)的發(fā)展趨勢(shì)。但是空間分辨率和實(shí)時(shí)性還需要進(jìn)一步提高，才能夠廣泛地被人們接受。由于現(xiàn)階段的QLF技術(shù)可用于菌斑檢測(cè)，因此可以利用QLF的熒光特性檢測(cè)細(xì)菌，進(jìn)而判斷疾病。在不同波長(zhǎng)激發(fā)下，QLF技術(shù)會(huì)對(duì)某些特定細(xì)菌產(chǎn)生紅色熒光，在相同波長(zhǎng)激發(fā)下，不同細(xì)菌的峰值不同，熒光強(qiáng)度不同，因此可以根據(jù)熒光特性判斷疾病。