光聲成像技術(shù)在口腔醫(yī)學(xué)中的應(yīng)用

于愛琳

(煙臺文化旅游職業(yè)學(xué)院,山東 煙臺 264035)

光聲成像技術(shù)(photo acoustic imaging,PAI)是生物醫(yī)學(xué)影像研究中的重要發(fā)展方向[1],原理是選取適當(dāng)?shù)拿}沖激光(納秒級脈寬)作用于有機(jī)體,使其吸收光能,經(jīng)加熱膨脹形成加壓,從而形成一種寬頻帶的超聲波信號,即光聲信號?？谇活M面影像種類繁多,如根尖片、全景片、X射線 CT、口腔錐形束CT等及以軟組織為主要特征的超聲、MRI等都得到了廣泛應(yīng)用。牙根尖部及全面部兩種片子均為2D圖像,可反映患者牙齒形態(tài),對口腔疾病的早期篩查有一定的價值[2]。但其具有較強(qiáng)的信息丟失及圖像畸變等特點(diǎn),而PAI可與傳統(tǒng)的臨床影像方法互補(bǔ),故需分析其在口腔醫(yī)學(xué)中的應(yīng)用機(jī)制,為口腔臨床治療提供指導(dǎo)。

1 光聲成像技術(shù)種類與應(yīng)用

在生物醫(yī)學(xué)的光聲成像技術(shù)方面,光學(xué)相干斷層掃描(OCT)、雙光子成像技術(shù)等可實(shí)現(xiàn)淺層高分辨率成像,而DOT則可實(shí)現(xiàn)厘米級、毫米級的低分辨率成像。盡管醫(yī)學(xué)超聲成像具有更高的成像分辨率,但由于聲阻抗的差異,在對微小病灶(如早期腫瘤)的成像中其反差(襯度)遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于光學(xué)成像。光聲成像能將超聲成像的大深度、高分辨率及光學(xué)襯度相結(jié)合,是一種極具發(fā)展前景的新型成像技術(shù)。幾種生物成像技術(shù)指標(biāo)對比見表1。

表1 幾種生物成像技術(shù)指標(biāo)對比Tab.1 Comparison of several bioimaging techniques

光聲成像技術(shù)能夠?qū)⒋蟠┩噶?、高分辨率的成像特性有機(jī)融合在一起,實(shí)現(xiàn)多種成像模式的切換,從而得到更高質(zhì)量的影像。目前,光聲成像主要有3種模式,即光聲顯微成像、光聲計(jì)算斷層成像及光聲內(nèi)窺成像。光聲顯微成像、光聲內(nèi)窺鏡等技術(shù)的主要研究方向是在毫米尺度下獲得微米尺度的空間分辨率。而光聲計(jì)算斷層掃描具有大范圍、高精度、高分辨率等優(yōu)點(diǎn),不僅能進(jìn)行微觀成像,還能進(jìn)行大深度成像。近幾年來,光聲成像技術(shù)在腫瘤血管生成、血紅蛋白及血氧濃度成像、乳腺癌診斷、心腦血管易損斑塊成像等方面取得了巨大的進(jìn)展。

2 光聲成像技術(shù)在牙髓及牙周中的應(yīng)用

2.1 在無創(chuàng)評估早期齲壞中的應(yīng)用

臨床上的齲病檢查主要采用視診、探診及X光檢查方式。但這些檢測方法容易忽視損傷程度小及損傷發(fā)生時牙體表面完好的齲齒,檢測靈敏度及特異度均不高,無法達(dá)到早發(fā)現(xiàn)的目的。研究表明,OR-PAM技術(shù)可用于牙周組織齲病的早期診斷,但其在齲病發(fā)生發(fā)展中的具體作用尚不明確。Periyasamy等[3]利用1064 nm波段的AR-PAM成像技術(shù)分辨出牙周組織中的金屬填充及牙周組織損傷,為其在牙周組織損傷診斷中的應(yīng)用提供了可能。Cheng等[4]介紹了一種雙重反差PACT技術(shù),將其用于牙體的早期損傷檢測。結(jié)果表明,B型成像方式可獲得較高的成像質(zhì)量,S型影像對牙體早期損害具有較強(qiáng)的敏感性,可為臨床提供準(zhǔn)確、靈敏的診斷方法,為后續(xù)治療方案的選擇提供一定的指導(dǎo)。

2.2 在牙隱裂早期檢測中的應(yīng)用

牙隱裂是在牙齒表面出現(xiàn)不正常的細(xì)小裂縫。由于裂痕不明顯,臨床表現(xiàn)復(fù)雜,故對裂痕牙的診斷及定位較困難。目前,臨床上對口腔疾病的診斷主要采用目測、探診、咬診、染色、透照、根尖片、CBCT等方法,這類診斷方式存在較高的誤診、漏診率。通過PAI對牙齒微結(jié)構(gòu)的辨識能有效提高牙齒隱裂的檢出率。有學(xué)者將激光掃描技術(shù)與表面波(surface acoustic wave,SAW)技術(shù)相結(jié)合,采用光聲成像技術(shù)在牙齒離體狀態(tài)下對牙釉質(zhì)光聲信號進(jìn)行檢測,獲得牙釉質(zhì)光聲信號[5]。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,利用光聲學(xué)效應(yīng)可探測牙體內(nèi)的隱裂面,對判斷牙體內(nèi)的隱裂面具有重要意義。但PAI在口腔疾病診斷中的應(yīng)用尚需結(jié)合其他影像學(xué)手段,分辨率有待進(jìn)一步提升。

2.3 在牙釉質(zhì)菌斑檢測中的應(yīng)用

牙菌斑是在牙齒上不斷形成細(xì)菌薄膜,會對牙及牙齦造成危害。目前,臨床對于牙菌斑的診斷主要采用染色法,但無法精確地對其數(shù)量進(jìn)行判斷,且沒有消除效果。Dias等[6]利用相位解析光聲技術(shù)對牙釉質(zhì)上的生物膜進(jìn)行分析,為建立一種可用于評價牙菌斑消毒效果的光聲檢測裝置提供了理論依據(jù),可安全檢測并定量判斷牙菌斑。

2.4 在根管治療中的應(yīng)用

根管治療是將根管內(nèi)的感染物質(zhì)去除,對牙髓炎、根尖炎起到根治的目的,避免拔牙后的支持骨質(zhì)喪失過多,影響臉形外觀及假牙的穩(wěn)定性。根管內(nèi)沖洗過程中牙髓的有機(jī)及無機(jī)成分會被化學(xué)溶蝕,從而將細(xì)菌、牙髓碎片、污垢等微生物從根管內(nèi)清除干凈。次氯酸鈉(NaClO)具有廣譜、無特異性抑菌作用及較強(qiáng)的溶解性,被廣泛應(yīng)用于根管沖洗。但根管治療術(shù)后的并發(fā)癥是根管感染無法完全清除的主要原因之一,故尋找更加有效及徹底的根管沖洗方法是臨床研究熱點(diǎn)。

PAI對沖洗液的滲透性能及滅菌作用均有較好的效果。在根管治療過程中,光聲信號與光力學(xué)信號共同作用可在根管中形成空穴及激波,即光子誘發(fā)光聲流。與單純的激光激活相比,PIPS能最大限度地優(yōu)化次氯酸鈉沖洗效果,有效緩解根管治療術(shù)后疼痛,去除主根管及狹窄部位的氫氧化鈣糊劑及根管再治療的殘留物。次氯酸鈉在PIPS中的殺菌作用主要體現(xiàn)在以下幾個方面：增加氯化鈉的反應(yīng)速度,促進(jìn)沖洗液在牙髓小管中的立體流速,激波引起細(xì)胞破裂,使污染層溶解。根管內(nèi)糞腸球菌是最常見的致病菌,研究表明,PIPS對糞腸球菌的生物被膜去除更為徹底[7],故PIPS具有很好的應(yīng)用前景。而PAI對根管的沖洗、根管的再處理及患者預(yù)后有較好的幫助作用。

2.5 在牙周炎中的應(yīng)用

牙周炎是一種常見的口腔疾病,是一種發(fā)病率高且易復(fù)發(fā)的疾病,主要因細(xì)菌感染所致。臨床針對牙周炎的治療方式較多,傳統(tǒng)方法主要采用牙周探診測量牙周袋的深度,但這種測量方式受主觀因素的影響可能導(dǎo)致出血等,無法對整個牙周輪廓進(jìn)行探測。種植體表的紋路會妨礙探頭進(jìn)入,影響牙周組織評價,引起種植體周炎癥。

光聲成像技術(shù)能夠?qū)ρ乐芙M織進(jìn)行無損、準(zhǔn)確、連續(xù)的檢測,具有重要的臨床應(yīng)用價值。利用光聲成像技術(shù),以食品墨魚墨汁為造影劑,在豬牙周炎動物模型上進(jìn)行探查,發(fā)現(xiàn)光聲成像準(zhǔn)確度高達(dá)0.01 mm,可實(shí)現(xiàn)完整的探查。PAI可作為一種輔助手段用于無創(chuàng)性探查,以烏賊墨汁為基礎(chǔ)的對比劑在人類牙周組織上做圖像處理,結(jié)果顯示,40 MHz的超聲頻率可在空間上解析牙周結(jié)構(gòu),包括牙齒、牙齦、牙齦邊緣及牙齦厚度,說明PAI可進(jìn)行牙周健康無創(chuàng)監(jiān)測。

3 光聲成像技術(shù)在口腔外科中的應(yīng)用

3.1 在口腔癌篩查中的應(yīng)用

口腔癌早期病灶周圍的黏膜微血管會出現(xiàn)明顯的形態(tài)學(xué)變化,利用合適的激光波長及光聲成像技術(shù)能夠?qū)崿F(xiàn)對微血管的特異顯影,從而實(shí)現(xiàn)對口腔癌的早期篩查,特別是對腫瘤部位的定位及淋巴結(jié)轉(zhuǎn)移的檢測效果較好。LukeG P等[8-9]應(yīng)用PAI技術(shù)建立了口腔癌前哨淋巴結(jié)轉(zhuǎn)移動物模型,獲取了腫瘤細(xì)胞的血氧飽和度圖像,定量分析顯示,淋巴結(jié)內(nèi)的低氧信號與腫瘤的早期浸潤密切相關(guān),為口腔癌的早期篩選及診斷提供了新思路。

3.2 口腔癌的靶向光聲成像和光熱療法

Zeng等[10]研制出了一種可同時裝載ICG及多柔比星的多功能靶向高分子納米粒,利用其在激光輻照下的熱能及相轉(zhuǎn)變后釋放的阿霉素,實(shí)現(xiàn)對腫瘤的雙重殺傷。研究發(fā)現(xiàn),載SDF-1的PLGA納米顆粒能夠靶向TNF-KB信號通路,與光熱治療相結(jié)合,提高TNFα在TNFβ-catenin信號通路中的作用。目前已成功構(gòu)建了硫化鉍棒形中空微球,實(shí)現(xiàn)了藥物可控釋放。

4 結(jié)束語

通過分析光聲成像技術(shù)的種類與應(yīng)用,結(jié)合文獻(xiàn)研究,探討其在口腔醫(yī)學(xué)中的應(yīng)用及優(yōu)勢。該技術(shù)在我國醫(yī)學(xué)領(lǐng)域中的應(yīng)用研究主要集中于細(xì)胞、動物及離體實(shí)驗(yàn),還無法完成對龐大數(shù)據(jù)的處理。光聲成像技術(shù)將成為未來的研究重點(diǎn),為充分發(fā)揮其在口腔醫(yī)學(xué)中的應(yīng)用優(yōu)勢,還需大量的實(shí)驗(yàn)論證,以提升我國口腔醫(yī)學(xué)發(fā)展水平。