雙波長熒光比例探測法診斷牙結(jié)石的研究

何元哲，楊　揚，王　奪，梁　瑞，吳俊峰，秦艷利

(沈陽理工大學(xué) 理學(xué)院，遼寧 沈陽 110159)

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雙波長熒光比例探測法診斷牙結(jié)石的研究

何元哲，楊揚，王奪，梁瑞，吳俊峰，秦艷利

(沈陽理工大學(xué) 理學(xué)院，遼寧 沈陽 110159)

摘要：采用405nm激光器和635nm半導(dǎo)體激光器為激發(fā)光源，對正常牙齒和牙齒牙結(jié)石覆蓋區(qū)激發(fā)，對所得的熒光光譜進行分析；再利用雙波長熒光比例探測法診斷是否患有牙結(jié)石。結(jié)果表明，采用雙波長熒光比例探測法，其靈敏度達92.2%，準確度達99%，可為臨床診斷提供有效的參考數(shù)據(jù)。

關(guān)鍵詞：牙結(jié)石；熒光光譜；熒光比例探測法

牙結(jié)石是唾液中鈣、磷等離子在牙菌斑中發(fā)生礦化沉積形成的，沉積在齦緣或齦溝內(nèi)的結(jié)石對牙齦持續(xù)性的刺激壓迫，使牙齦抗菌能力降低，引發(fā)各種牙類疾病，如心血管病、糖尿病等[1-2]?，F(xiàn)今牙結(jié)石的主要治療方法為常規(guī)機械潔治和超聲波潔治，醫(yī)師憑經(jīng)驗判斷牙結(jié)石是否清除干凈，難以做到準確無誤，所以一種實時、有效的牙結(jié)石診斷方法非常必要。

目前可實現(xiàn)牙結(jié)石診斷的方法有手動探針診斷法、超聲波診斷法和熒光診斷法，其中手動探針診斷法和超聲波診斷法均會對正常的牙組織造成一定的損傷，而激光誘導(dǎo)熒光(Laser Induced Fluorecence，LIF)診斷法[3]具有無損傷、非接觸、高靈敏度和高準確性等優(yōu)點。研究發(fā)現(xiàn)，當用655nm半導(dǎo)體激光器作為激勵光源時，牙結(jié)石的相對熒光強度明顯不同于正常牙齒[4-5]，Krause 等人[6]通過測量正常牙齒和牙結(jié)石反射光的差異來診斷牙結(jié)石，胡杰等人[7]利用熒光峰的區(qū)域面積與反射光峰的區(qū)域面積比值來判定牙齒是否有牙結(jié)石。這些研究顯示，熒光診斷技術(shù)相比于傳統(tǒng)診斷方法具有很高的準確性，但這些診斷方法仍有不足，很容易受診斷環(huán)境因素影響，例如診斷距離、角度、光源等。

本文選用波長為405nm和635nm激光器對牙齒進行激發(fā)，對牙齒的熒光光譜進行分析；再利用雙波長熒光比例探測法診斷是否患有牙結(jié)石。實驗表明，采用雙波長熒光比例探測法，可有效提高檢測靈敏度、準確度和可靠性。

1　實驗

1.1　樣品

提取15顆正常牙齒和15顆局部覆蓋面積為5%～20%牙結(jié)石牙齒，用流水進行沖洗，分別放入不同的9%生理鹽水的廣口瓶中，對瓶子進行編號，置于20℃左右的黑暗環(huán)境中，待測量時取出。

1.2　實驗系統(tǒng)及實驗過程

實驗在室溫(20～25℃)且黑暗的環(huán)境下進行，把樣品放在二維平移臺上，在樣品的表面滴上生理鹽水，使其在牙齒表面形成一層均勻的液體薄膜即可。

(1)405nm激光器。首先把待測牙齒固定在二維移動臺上，移動二維移動平臺調(diào)整待測物體的準確位置，使光斑照到待測牙齒上；由二向色鏡收集經(jīng)牙齒反射的光及牙齒發(fā)出的熒光，然后聚焦到光纖控頭上；反射光及熒光通過光纖光譜儀傳輸?shù)接嬎銠C上，再通過計算機對數(shù)據(jù)進行處理和分析。反復(fù)實驗可知，在二向色鏡與光纖控頭的夾角為45°時，光譜收集的熒光強度最強。實驗系統(tǒng)如圖1所示。

圖1　實驗系統(tǒng)圖

(2)635nm半導(dǎo)體激光器。將圖1中的激光器換為635nm的激光器，激光光束經(jīng)輸出光纖垂直照射到正常牙齒和牙結(jié)石牙齒表面上，反射光及熒光由二向色鏡聚焦到輸入光纖，輸入光纖在與入射方向成一定角度側(cè)向收集熒光及反射光，收集到的光進入光譜儀傳輸?shù)接嬎銠C上，經(jīng)Origin軟件處理得到正常牙齒和牙結(jié)石牙齒的光譜。

2　結(jié)果和討論

(1)用405nm激光器激發(fā)正常牙齒和牙結(jié)石牙齒，在510nm處有牙結(jié)石牙齒熒光峰值明顯高于正常牙齒，如圖2所示。

圖2　405nm正常牙齒和牙結(jié)石牙齒平均熒光光譜比較

(2)用635nm激光器激發(fā)正常牙齒和牙結(jié)石牙齒，在700nm處牙結(jié)石牙齒有較強的熒光峰，峰值明顯高于正常牙齒，如圖3所示。

(3)雙波長牙結(jié)石熒光光譜圖如圖4所示。

熒光強度易受很多因素的影響，如激發(fā)光的輸出功率、測量距離等。僅僅利用熒光或反射光強度來診斷牙結(jié)石，難以確定診斷標準；利用熒光峰的區(qū)域面積與反射光峰的區(qū)域面積比值來判定牙齒是否病變可減少外界的影響，但其準確度不高。本研究提出用雙熒光峰的區(qū)域面積與雙反射光峰的區(qū)域面積比值R來判定牙齒是否病變。

R=(S1+S2)/(S3+S4)

式中：S1為波長405nm激發(fā)的熒光光譜在385～425nm波段內(nèi)的光譜面積；S2為波長635nm激發(fā)的熒光光譜在615～655nm波段內(nèi)的光譜面積；S3為波長405nm激發(fā)的熒光光譜在425～700nm波段內(nèi)的光譜面積；S4為波長635nm激發(fā)的熒光光譜在655～725nm波段內(nèi)的光譜面積。

圖3　635nm正常牙齒和牙結(jié)石牙齒平均熒光光譜比較

圖4　雙波長牙結(jié)石熒光光譜圖

由1.2實驗得到的結(jié)果如表1所示。由表1可知，牙結(jié)石的R平均值是0.4243±0.1276，正常牙齒的R平均值是1.2637±0.1535，正常牙齒和牙結(jié)石存在顯著差異，R=0.8為牙結(jié)石的診斷閾值，其靈敏度達92.2%，準確度達99%。

表1　牙結(jié)石和正常牙齒的R值及其靈敏度、準確度

3　結(jié)論

采用兩種激光器對牙結(jié)石進行激發(fā)，得到熒光光譜。利用雙熒光峰的區(qū)域面積與雙反射光峰的區(qū)域面積比值R=0.8為診斷牙結(jié)石的診斷閾值，其靈敏度達92.2%，準確度達99%。所以采用雙波長熒光比例探測法，可有效提高檢測靈敏度、準確度和可靠性，為臨床診斷提供有利的參考數(shù)據(jù)。

參考文獻：

[1]郭冬梅.牙周病與系統(tǒng)性疾病相關(guān)性的研究進展[J].西北民族大學(xué)學(xué)報(自然科學(xué)版)，2006，26(61)：70-73.

[2]李杰，王俊紅.牙周病和全身系統(tǒng)性疾病相關(guān)性的研究進展[J].中國全科醫(yī)學(xué)，2006,14(9)：1213-1215.

[3]劉盛齡,謝樹森,劉麗娜,等.激光和照明白光共軸傳輸?shù)难时晴R成像系統(tǒng)[J].光電子·激光(生物醫(yī)學(xué)光子學(xué)報版)，2008,19(5):716-718.

[4]Folwaczny M，Heym R，Mehl A，et al.Subgingival calculus detection with fluorescence induced by 655 nm InGaAsP diode laser radiation[J].Periodontol，2002，73(6):597-601.

[5]Krause F，Braun A，F(xiàn)rentzen M.The possibility of detecting subgingival calculus by laser fluorescence in vitro[J].Lasers Med.Sci，2003，18( 1):32-35.

[6]Krause F，Braun A，Jepsen S，et al.Detection of subgingival calculuswith a novel LED-based optical probe[J].PERIODONTOL，2005，76( 7):1202-1206.

[7]胡杰，楊揚，秦艷利，等.激光誘導(dǎo)熒光牙結(jié)石診斷研究[J].沈陽理工大學(xué)學(xué)報，2013,32(2)：53-55.

(責(zé)任編輯：趙麗琴)

Method of Dental Calculus Detection by the Proportion of Dual-wavelength Fluorescence

HE Yuanzhe,YANG Yang,WANG Duo,LIANG Rui,WU Junfeng,QIN Yanli

(Shenyang Ligong University,Shenyang 110159,China)

Abstract：Dental calculus is one of the most important causes of periodontal disease,so diagnosis of dental calculus,especially subgingival calculus,is crucial for the therapy.One excitation wavelength is usually used in previous study for diagnosis of dental calculus.To increase the sensitivity of detection,405nm and 635nm semiconductor laser were repectively used to excitedental calculusnormal coverage area.The fluorescence spectra obtained were analyzed and summarized to prove the prescence of dental calculus by using the proportion of fluorescent detection method.This study shows that the sensitivity and specificity is respectively 92.2%and 99%by using dual-wavelength fluorescence ratio detection method.This study may provide a favorable reference data for clinical diagnosis.

Key words：dental calculus;fluorescence spectra;dual-wavelength fluorescence ratio detection method

中圖分類號：R318.51

文獻標志碼：A

文章編號：1003-1251(2015)01-0073-03

通訊作者：

作者簡介：何元哲(1991—)，女，本科生；秦艷利(1979—)，女，副教授，博士，研究方向：激光光譜技術(shù)應(yīng)用.

基金項目：沈陽市科技局項目(F11-265-6-02)；遼寧省大學(xué)生創(chuàng)新項目(41410013S004)

收稿日期：2014-05-28