CC BY
851
оптические методы исследований в стоматологии
Редуто К.В., врач-стоматолог, 8-я городская клиническая стоматологическая поликлиника, Минск Казеко Л.А., канд. мед. наук, доцент, зав. 1-й кафедрой терапевтической стоматологии БГМУ
Reduto C.V.1, Kazeko L.A.2 18th City Clinical Dental Clinic, Minsk 2Belarusian State Medical University, Minsk
Optical methods of research in dentistry
Резюме. Работа посвящена изучению современных оптических систем, используемых для диагностики основных стоматологических заболеваний на ранних этапах их развития.
Ключевые слова: оптические системы, стоматоскопия, фотоскопия, капилляроскопия, ультразвуковая допплерография, лазерная флюоресценция, лазерная допплеровская флоуметрия, оптическая тканевая оксиметрия.
Summary. This work is devoted to the study of modern optical systems used to adequately diagnose of most common dental diseases in the early stages of their occurrence.
Keywords: optical systems, stomatoskopiya, photoscopiya, microangioscopy, Doppler ultrasound, laser fluorescence, laser Doppler flowmetry, optical tissue oximetry.
Своевременная и эффективная диагностика основных стоматологических заболеваний остается важным вопросом медицины. Несмотря на кажущуюся простоту диагностики патологических процессов наружной локализации, определение патологии слизистой оболочки рта, периодонта, твердых тканей зуба, основанное только на клинических данных, может привести к диагностическим ошибкам.
Одним из приоритетных направлений прижизненного изучения биологических объектов является использование неинвазивных бесконтактных методов (оптических систем), основанных на использовании законов оптики, касающихся природы, распространения и взаимодействия с веществом электромагнитного излучения оптического диапазона (видимый свет, ультрафиолетовое и инфракрасное излучение). Законы геометрической оптики, характеризующие прямолинейное распространение света в однородных средах, его отражение и преломление в гетерогенных средах, лежат в основе расчета, конструирования и эксплуатации таких широко используемых в медицине приборов, как микроскопы, рефрактометры, медицинские осветители, аппараты для светолечения, эндоскопы, лазерные установки и др.
В настоящее время в стоматологии используются следующие оптические методы исследований:
• стоматоскопия и фотоскопия;
• метод капилляроскопии;
• ультразвуковая допплерография;
• лазерная флюоресцентная диагностика;
• лазерная допплеровская флоуме-трия (ЛДФ);
• оптическая тканевая оксиметрия (ОТО).
• многофункциональный лазерный диагностический комплекс ЛАКК-02 (Россия)
Люминесцентная стоматоскопия
основана на использовании эффекта люминесценции твердых тканей зубов, возникающей под влиянием ультрафиолетового облучения. Исследования проводят в затемненной комнате, направляя на высушенную поверхность зуба пучок ультрафиолетовых лучей. Исследуемую поверхность освещают на расстоянии 20-30 см. Помимо визуальной оценки изменения очагов поражения в лучах Вуда, применяются люминесцентно-ги-стологические методы диагностики с использованием флюорохрома и люминесцентного микроскопа. Для люминесцентной диагностики выпускают специальные приборы и микроскопы, снабженные кварцевой лампой с фильтром из темно-фиолетового стекла -лампы Вуда (рис. 1, 2).
Данный метод можно использовать для определения краевого прилегания пломб, начальных проявлений поражений твердых тканей зуба, слизистой оболочки и обнаружения первых признаков озлокачествления ее заболеваний.
Твердые зубные ткани под влиянием ультрафиолетового излучения приоб-
ретают способность к люминесценции, причем эмаль и дентин в норме излучают сине-голубое свечение. Поверхностные слои эмали характеризуются более выраженной и интенсивной люминесценцией по сравнению с более глубоко лежащими слоями. Отличающиеся пониженной минерализацией эмалевые пластинки и пучки люминесцируют наиболее ярко, причем по интенсивности свечения эмалевые пластинки, пронизывающие эмаль почти до ее поверхностного слоя, приближаются к дентину. Покрывающая эмаль пелликула также обладает способностью к яркой люминесценции. Голубым свечением, более выраженным, чем у эмали, отличается неизмененный дентин почти на всем протяжении. Дентин под влиянием ультрафиолетового облучения люминесцирует равномерно. Эмаль люминесцирует неравномерно: ярко-голубое свечение одних зон сменяется более темной окраской других. В эмали встречаются даже отдельные зоны, излучающие свет с коричневатым или бежевым оттенком. При кариозном поражении зуба интенсивность люминесценции значительно изменяется: тем заметнее, чем более выражен патологический процесс. При наличии начального острого кариеса в стадии белого пятна наблюдается более интенсивная люминесценция пораженного участка эмали по сравнению с остальными тканями, причем степень свечения отдельных участков мелового пятна очень близка к интенсивности свечения
дентина. Поскольку дентин представляет собой ткань, менее минерализованную, чем эмаль, усиление ее свечения объясняется пониженной минерализацией в зоне белого пятна, что подтверждает предположения о преобладании процессов деминерализации на этой стадии развития кариеса. Для начального кариеса в стадии пигментированного пятна характерна повышенная пигментация темного цвета в центре поражения. Вокруг этого участка располагается зона умеренного снижения люминесценции, появление которой объясняется образованием пигментированного участка в области ранее существовавшего белого пятна. Ультрафиолетовое облучение твердых зубных тканей при кариесе позволяет обнаружить более обширные участки поражения эмали, чем исследование в обычном свете. Более того, с помощью ультрафиолетового облучения ранний кариес может быть обнаружен раньше, чем при обычных методах клинического анализа (клиническое применение более подробно изложено в разделе лазерной флюоресцентной диагностики).
Свойство твердых тканей зуба люминес-цировать под влиянием ультрафиолетового излучения может быть использовано для оценки состояния препарированного зуба. Отличия в интенсивности свечения различных слоев эмали и дентина позволяют оценить качество препарирования: состояние зубных тканей, глубину их снятия и т.д. В этом аспекте большой интерес могли бы представить исследования не только интактных зубов, которые уже проведены в достаточно большом объеме, но и в гораздо большей степени - зубов во время и после препарирования, исходя из возможности получения при их ультрафиолетовом облучении широкой гаммы разнообразных оттенков люминесцентного свечения [7, 8, 10-16].
Люминесцентное исследование при заболеваниях слизистой оболочки полости рта позволяет получить более детальную информацию об очаге поражения, особенно при различных кератозах. Язык здорового человека флюоресцирует в оттенках от апельсинового до красного: у одних людей по всему языку, у других -только в передней его части. Неполное свечение языка наблюдается при гиповитаминозе. Ярко-голубой цвет свидетельствует о лейкоплакии. Очаги поражения при красном плоском лишае в зависимости от его формы дают различные варианты люминесцентного свечения (при гиперкератозной форме - голубое или голубо-фиолетовое свечение поражен-
Рис. 2. Лампа Вуда с линзой
Рис. 3. KaVo KEY Laser (прибор; принцип работы)
ного участка; при эрозивной форме - коричневое свечение фона на месте эрозий и голубое свечение ороговевших папул). Участки гиперкератоза при красной волчанке, даже плохо различимые визуально, дают белоснежно-голубоватое свечение. Очаги застойной гиперемии на красной кайме губ приобретают темно-фиолетовый цвет, а гиперкератические чешуйки выглядят беловато-голубыми. Эрозии и язвы вследствие примеси крови имеют темно-коричневое окрашивание, серозно-кровянистые корки - желтовато-коричневое [11].
капилляроскопия - методика компьютерной регистрации капиллярного кровотока в тканях периодонта с сохранением
фрагментов видеозаписи в базе данных. Данные биомикроскопические исследования проводят с помощью капилляро-скопа М-70-А с осветителем при увеличении в 28 и 70 раз (два сменных окуляра). Десну исследуют с помощью специальной приставки, плотно прижимающей защитное стекло к десне. Наиболее удобно использовать для этих целей щелевую лампу (ЩЛ-56), широко применяемую в офтальмологической практике. Конструкция прибора позволяет проводить наблюдения в определенном положении больного. Оптическая система лампы дает возможность исследовать сосуды при 30-60-кратном увеличении. Схема освещенности обеспечивает достаточные условия для прижизненных микроскопических исследований, не вызывая нагрева изучаемого объекта. Это выгодно отличает прибор от известных конструкций капилляроскопов. Высокое разрешение полученных видеофрагментов позволяет не только увидеть состояние микрососудов, но и рассчитать линейную и объемную скорости капиллярного кровотока по артериальному, венозному и переходному отделам. На основании полученных данных можно предварительно диагностировать начальную стадию заболеваний периодонта. Недостатком этой методики является ограниченная глубина просмотра слоев ткани десны - до 800 мкм [2, 3, 11].
ультразвуковая допплерография - не-инвазивный метод оценки регионарного кровотока, основанный на эффекте изменения частоты отраженного сигнала от движущегося объекта (эффект Доппле-ра). Его высокая информативность дает возможность оценивать гемодинамиче-скую значимость различных факторов, вызывающих нарушение кровоснабжения тканей челюстно-лицевой области или способствующих его улучшению. Это особенно важно для хирургов во время определения состояния регионарного кровоснабжения при травмах и реконструктивных операциях в челюстно-лице-вой области. Ультразвуковая допплеро-графия используется также для оценки тканевого кровотока (микроциркуляции) в периодонте и пульпе зуба. Прибор Минимакс-Допплер-К предназначен для ультразвукового допплерографического исследования кровотока как в крупных кровеносных сосудах (артериальных и венозных диаметром 1-7 мм), так и в микрососудах (диаметром менее 1 мм) неинвазивным способом [9, 11].
Лазерная флюоресцентная диагностика основана на различии оптических
Рис. 5. Клиническое определение апроксимального кариеса с использованием прибора DIAGNOdent Показатели прибора DIAGNOdent: а - 8, б - 45, в - 50
Интерпретация значений прибора DIAGNOdent (к рис. 5)
Показатели DIAGNOdent Диагноз. Лечение
0 - ~13 Здоровый зуб. Профессиональная очистка зубов
~14 - ~20 Интенсивная профессиональная очистка зубов с использованием препаратов фтора.
~21 - ~29 Интенсивная профилактика или реставрация зуба, в зависимости от: активности кариеса, риска кариеса, периодичности посещений стоматолога и т.д.
>~30 Минимально инвазивная реставрация и интенсивная профилактика
Рис. 4. Лазерный прибор KaVo Diagnodent
свойств пораженных кариесом и здоровых тканей зуба. Попадающий на тело свет может рассеиваться, поглощаться, отражаться и флюоресцировать. Флюоресценция - это кратковременная люминесценция, затухающая в течение 10-9-10-6 секунд после прекращения ультрафиолетового облучения. Флюоресценция возникает, если имеющий определенную длину волны свет попадает на флюоресцирующий материал, который затем излучает свет с другой длиной волны, смещенной в красный участок спектра. Продукты обмена веществ бактерий, вызывающих кариес, главным образом молочные кислоты, имеют такую способность. Поскольку эмаль и дентин флюоресцируют слабо, а пораженные кариесом участки - сильно, регистрируются области максимума флюоресценции. Интенсивность флюоресценции напрямую указывает на наличие и степень активности кариеса. Таким образом, чем сильнее кислотная атака, которой подвергается зуб, тем выше число по шкале фиксирующего устройства. Данный метод положен в основу одной из функций KaVo KEY Laser 3 - детекции инфекционного процесса (рис. 3). Свет с длиной волны 655 нм вырабатывается внутри лазера и через световод подводится к наконечнику. Второй световод, встроенный в наконечник, воспринимает отраженный от тканей свет и подводит его к фильтру. Фотоэлемент, находящийся за фильтром, анализирует полученный свет - чем больше полученного света с длиной волны, смещенной в направлении красного участка спектра, тем больше
активность обмена веществ микроорганизмов. Эффективность данного метода диагностики составляет 82%.
На этом же принципе работает и лазерный аппарат Шо DIAGNOdent, пионер в данной области диагностики. Этот портативный прибор измеряет флюоресценцию по шкале от 0 до 99, в результате чего позволяет оценить состояние твердых тканей зуба при кариесе и деминерализации. Прибор содержит лазерный диод (длина волны 650 нм), как активирующее световое устройство, и фотодиод, комбинированный с длиннофокусным фильтром, как обнаружитель. Активирующий свет пропускается при помощи оптического волокна (пучок из 9 волокон) на зуб и, собираясь концентрически вокруг него, помогает обнаружению кариозного очага. Длиннофокусный фильтр абсорбирует обратно возбуждение и передает длинноволновое флюоресцентное свечение. Цифровой дисплей прибора показы-
Рис. 6. Spectra Caries Detection Device
вает максимальную интенсивность флюоресценции (в единицах по отношению к калибровочному стандарту) в момент исследования (рис. 4, 5; таблица).
В портативном устройстве Spectra Caries Detection Device (Air Techniques, airtechniques.com) учтены многие проблемы ранних устройств лазерной флюоресценции (рис. 6). Прибор обеспечивает эффективную диагностику и отличную детализацию кариозного состояния зуба. Он состоит из зонда, который легко интегрируется с большей частью программ для обработки цифровых изображений через twain-интерфейс. Поддержка технологии plug-and-play позволяет оператору быстро отключить устройство от компьютера и подключить его к другому компьютеру. Прибор создает одно изображение зуба и отмечает флюоресценцию разными цветами в зависимости от интенсивности. Кроме того, собственный алгоритм имеет шкалу от 0 до 3, что упрощает анализ и принятие решений.
Экспериментальные и клинические результаты оценки тканей зубов свидетельствуют о положительных свойствах лазерной флюоресцентной диагностики (ЛФД). Она обеспечивает определение кариозных изменений на этапе молекулярных, а не цветовых изменений тканей зуба. Высокая воспроизводимость результатов исследования твердых тканей зубов позволяет расценивать ЛФД как объективный метод диагностики при кариесе, его осложнениях и заболеваниях периодонта [7, 8, 10-16].
Методика лазерной допплеровской флоуметрии (ЛДФ) в последнее десятилетие все чаще стала применяться для оценки состояния кровотока в микрососудах. Проблема диагностики ранних стадий воспалительных заболеваний пе-риодонта при всех успехах, достигнутых в деле совершенствования, разработки и внедрения в практику новых методов обследования, не теряет актуальности. Большинство исследователей признают ведущую роль воспалительного процесса в патогенезе заболеваний периодон-та, при изучении которого значительное внимание уделяется нарушениям микроциркуляции. Использование аппаратурного тестирования микроциркуляторных расстройств в клинической практике позволяет диагностировать ранние проявления патологии. ЛДФ позволяет не только оценить общий уровень периферической перфузии, но и выявить особенности состояния и регуляции кровотока в микроциркуляторном русле [6]. Капиллярный кровоток характеризуется показателем микроциркуляции (ПМ), который регистрируется в течение определенного промежутка времени специально разработанным для этого прибором. Суть метода заключается в том, что монохроматический пучок света малой интенсивности, излучаемый лазерным диодом, встроенным в допплеровский лазерный флоуметр, проходит по гибкому световоду и через наконечник датчика освещает исследуемую ткань. Часть света отражается и по приемному световоду попадает на внутренний фотоприемник аппарата. В соответствии с эффектом Допплера, только движущиеся частицы (эрироциты) приводят к частотному сдвигу. Спектр принятого сигнала обрабатывается в аппарате в соответствии с алгоритмом для такого типа отражения и рассчитывается объем потока (мл/мин/100 г ткани). Программное обеспечение прибора позволяет исследователю получить различную статистическую информацию, которая способствует постановке диагноза.
Преимущества лазерной доплеров-ской флоуметрии: неинвазивность, высокая информативность, объективность и возможность оценивать состояние кровоснабжения пульпы зуба и периодонта.
Рис. 7. Многофункциональный лазерный диагностический комплекс ЛАКК-02
В клинике и экспериментальных исследованиях широко используются лазерные допплеровские флоуметры производства фирм «Perimed» (Швеция), «Transonic Systems Inc.» (США), (НПП «ЛАЗМА», Россия) [1, 4-6, 11].
Оптическая тканевая оксиметрия (ОтО) используется для изучения механизмов регуляции оксигенации периферической крови в тканях периодонта, для оценки in vivo изменений объема фракции гемоглобина и среднего относительного уровня кислородной сатурации (оксигенации) крови микроциркулятор-ного русла биоткани. Оценка параметра SO2 в анализаторе основана на разнице в оптических свойствах оксигенирован-ных (Hb02) и дезоксигенированных (Hb) фракций гемоглобина, содержащихся в тестируемом объеме крови биоткани, при зондировании в зеленом и красном диапазонах излучений. Для зондирования применяются лазерные источники на длинах волн излучения 0,53 мкм (зеленая область спектра) и 0,65 мкм (красная область спектра) [2, 3, 6, 11].
Многофункциональный лазерный диагностический комплекс ЛАКК-02 (рис. 7). Это анализатор, реализующий две неинвазивные медицинские технологии: лазерную допплеровскую флоуметрию (ЛДФ) и оптическую тканевую оксиме-трию (ОТО), которые в сочетании позволяют одновременно контролировать три параметра микроциркуляции крови:
- изменение перфузии ткани кровью, микрогемодинамику (метод ЛДФ),
- динамику изменения кислородной
сатурации (оксигенации) крови SO2 (метод ОТО),
- изменение объема фракции гемоглобина Vkp (метод ОТО).
Многофункциональный лазерный диагностический комплекс ЛАКК-02 позволяет определять оптическим способом in vivo концентрацию эндогенных (природных) субстратов в клеточных структурах периодонта [6, 11].
Таким образом, модернизация традиционных и создание новых оптических (световых) технологий позволят повысить эффективность диагностики основных стоматологических заболеваний, а, следовательно, способствует их своевременной профилактике и лечению.
ЛИТЕРАТУРА
1. Акимов А.Г., Батурин Л.А. // М-лы III Всерос. симпозиума «Применение лазерной допплеровской флоуметрии в медицинской практике». - М., 2000. -С.18-19.
2. Александров П.Н. Регуляция микроциркуляции в условиях патологии // Чтения им. А.Чернуха. - М., 1986. - С.23-27.
3. Белокопытова В.В. Критерии оценки степени микроциркуляторных нарушений при заболеваниях пародонта: автореф. дис. ...канд. мед. наук. - М, 2002. - 26 с.
4. Ермольев С.Н., Шериев А.П., Тюльпин Ю.С. Лазерная допплеровская флоуметрия в оценке механизмов регуляции микроциркуляции пульпы зуба // Бюл. НЦССХ им. А.Н. Бакулева РАМН. Приложение. - 2008. - Т.9, №6. - С.155.
5. Ефанов О.И., Потего Н.К. // М-лы III Всерос. симпозиума «Применение лазерной допплеровской флоуметрии в медицинской практике». - 2000. -С.130-131.
6. Кречина Е.К. // М-лы науч.-практ. конф. «Методы исследования регионарного кровообращения и микроциркуляции в клинике». - 2004. - С.72-74.
7. Левин Б. // ДентАрт. - 2004. - №4. - С.30-33.
8. Луцкая И.К. Цветоведение в эстетической стоматологии. - М.: Мед. книга, 2006. - 110 с.
9. Орехова Л.Ю, Кучумова Е.Д., Прохорова О.В., Ткаченко Т.Б. // Пародонтология. - 2001. - №3 (21). - С.21-24.
10. Скомро П., Бальцежак И., Богдевич О., Опалько К. // Современная стоматология. - 2006. -№2. - С.19-20.
11. Тюльпин Ю.С, Шериев А.П., Разуменко Е.Г, Есаян H.A., Ермольев С.Н. // М-лы XXIII и XXIV Всерос. науч.-практ. конф. - 2010. - С.216-219.
12. Bader J.D., Shugars D.A., and Bonito A.J. // J. Public Health Dentistry. - 2002. - V62. - P.201-213.
13. Choo-Smith L.P., Dong C.C.S., Cleghorn B, Hewko M. // J. Canadian Dent. Association. - 2008. -V74. - P.913-918.
14. Lussi A., Hibst R., Paulus R. // J. Dent. Research. -2004. - V.83. - P.80-83.
15. Stookey G.K., Gonzalez-Cabezas C. // J. Dent. Education. - 2001. - V65. - P.1001-1006.
Yang J., Dutra V // Dent. Clin. North America. - 2005. -V49. - P.739-752.
Поступила 12.12.2012
