光声成像技术在口腔医学中的应用

2023-11-10于爱琳

黑龙江科学 2023年20期

于爱琳

(烟台文化旅游职业学院,山东烟台 264035)

光声成像技术(photo acoustic imaging,PAI)是生物医学影像研究中的重要发展方向[1],原理是选取适当的脉冲激光(纳秒级脉宽)作用于有机体,使其吸收光能,经加热膨胀形成加压,从而形成一种宽频带的超声波信号,即光声信号。口腔颌面影像种类繁多,如根尖片、全景片、X射线 CT、口腔锥形束CT等及以软组织为主要特征的超声、MRI等都得到了广泛应用。牙根尖部及全面部两种片子均为2D图像,可反映患者牙齿形态,对口腔疾病的早期筛查有一定的价值[2]。但其具有较强的信息丢失及图像畸变等特点,而PAI可与传统的临床影像方法互补,故需分析其在口腔医学中的应用机制,为口腔临床治疗提供指导。

1 光声成像技术种类与应用

在生物医学的光声成像技术方面,光学相干断层扫描(OCT)、双光子成像技术等可实现浅层高分辨率成像,而DOT则可实现厘米级、毫米级的低分辨率成像。尽管医学超声成像具有更高的成像分辨率,但由于声阻抗的差异,在对微小病灶(如早期肿瘤)的成像中其反差(衬度)远远小于光学成像。光声成像能将超声成像的大深度、高分辨率及光学衬度相结合,是一种极具发展前景的新型成像技术。几种生物成像技术指标对比见表1。

表1 几种生物成像技术指标对比Tab.1 Comparison of several bioimaging techniques

光声成像技术能够将大穿透力、高分辨率的成像特性有机融合在一起,实现多种成像模式的切换,从而得到更高质量的影像。目前,光声成像主要有3种模式,即光声显微成像、光声计算断层成像及光声内窥成像。光声显微成像、光声内窥镜等技术的主要研究方向是在毫米尺度下获得微米尺度的空间分辨率。而光声计算断层扫描具有大范围、高精度、高分辨率等优点,不仅能进行微观成像,还能进行大深度成像。近几年来,光声成像技术在肿瘤血管生成、血红蛋白及血氧浓度成像、乳腺癌诊断、心脑血管易损斑块成像等方面取得了巨大的进展。

2 光声成像技术在牙髓及牙周中的应用

2.1 在无创评估早期龋坏中的应用

临床上的龋病检查主要采用视诊、探诊及X光检查方式。但这些检测方法容易忽视损伤程度小及损伤发生时牙体表面完好的龋齿,检测灵敏度及特异度均不高,无法达到早发现的目的。研究表明,OR-PAM技术可用于牙周组织龋病的早期诊断,但其在龋病发生发展中的具体作用尚不明确。Periyasamy等[3]利用1064 nm波段的AR-PAM成像技术分辨出牙周组织中的金属填充及牙周组织损伤,为其在牙周组织损伤诊断中的应用提供了可能。Cheng等[4]介绍了一种双重反差PACT技术,将其用于牙体的早期损伤检测。结果表明,B型成像方式可获得较高的成像质量,S型影像对牙体早期损害具有较强的敏感性,可为临床提供准确、灵敏的诊断方法,为后续治疗方案的选择提供一定的指导。

2.2 在牙隐裂早期检测中的应用

牙隐裂是在牙齿表面出现不正常的细小裂缝。由于裂痕不明显,临床表现复杂,故对裂痕牙的诊断及定位较困难。目前,临床上对口腔疾病的诊断主要采用目测、探诊、咬诊、染色、透照、根尖片、CBCT等方法,这类诊断方式存在较高的误诊、漏诊率。通过PAI对牙齿微结构的辨识能有效提高牙齿隐裂的检出率。有学者将激光扫描技术与表面波(surface acoustic wave,SAW)技术相结合,采用光声成像技术在牙齿离体状态下对牙釉质光声信号进行检测,获得牙釉质光声信号[5]。实验结果表明,利用光声学效应可探测牙体内的隐裂面,对判断牙体内的隐裂面具有重要意义。但PAI在口腔疾病诊断中的应用尚需结合其他影像学手段,分辨率有待进一步提升。

2.3 在牙釉质菌斑检测中的应用

牙菌斑是在牙齿上不断形成细菌薄膜,会对牙及牙龈造成危害。目前,临床对于牙菌斑的诊断主要采用染色法,但无法精确地对其数量进行判断,且没有消除效果。Dias等[6]利用相位解析光声技术对牙釉质上的生物膜进行分析,为建立一种可用于评价牙菌斑消毒效果的光声检测装置提供了理论依据,可安全检测并定量判断牙菌斑。

2.4 在根管治疗中的应用

根管治疗是将根管内的感染物质去除,对牙髓炎、根尖炎起到根治的目的,避免拔牙后的支持骨质丧失过多,影响脸形外观及假牙的稳定性。根管内冲洗过程中牙髓的有机及无机成分会被化学溶蚀,从而将细菌、牙髓碎片、污垢等微生物从根管内清除干净。次氯酸钠(NaClO)具有广谱、无特异性抑菌作用及较强的溶解性,被广泛应用于根管冲洗。但根管治疗术后的并发症是根管感染无法完全清除的主要原因之一,故寻找更加有效及彻底的根管冲洗方法是临床研究热点。

PAI对冲洗液的渗透性能及灭菌作用均有较好的效果。在根管治疗过程中,光声信号与光力学信号共同作用可在根管中形成空穴及激波,即光子诱发光声流。与单纯的激光激活相比,PIPS能最大限度地优化次氯酸钠冲洗效果,有效缓解根管治疗术后疼痛,去除主根管及狭窄部位的氢氧化钙糊剂及根管再治疗的残留物。次氯酸钠在PIPS中的杀菌作用主要体现在以下几个方面：增加氯化钠的反应速度,促进冲洗液在牙髓小管中的立体流速,激波引起细胞破裂,使污染层溶解。根管内粪肠球菌是最常见的致病菌,研究表明,PIPS对粪肠球菌的生物被膜去除更为彻底[7],故PIPS具有很好的应用前景。而PAI对根管的冲洗、根管的再处理及患者预后有较好的帮助作用。

2.5 在牙周炎中的应用

牙周炎是一种常见的口腔疾病,是一种发病率高且易复发的疾病,主要因细菌感染所致。临床针对牙周炎的治疗方式较多,传统方法主要采用牙周探诊测量牙周袋的深度,但这种测量方式受主观因素的影响可能导致出血等,无法对整个牙周轮廓进行探测。种植体表的纹路会妨碍探头进入,影响牙周组织评价,引起种植体周炎症。

光声成像技术能够对牙周组织进行无损、准确、连续的检测,具有重要的临床应用价值。利用光声成像技术,以食品墨鱼墨汁为造影剂,在猪牙周炎动物模型上进行探查,发现光声成像准确度高达0.01 mm,可实现完整的探查。PAI可作为一种辅助手段用于无创性探查,以乌贼墨汁为基础的对比剂在人类牙周组织上做图像处理,结果显示,40 MHz的超声频率可在空间上解析牙周结构,包括牙齿、牙龈、牙龈边缘及牙龈厚度,说明PAI可进行牙周健康无创监测。

3 光声成像技术在口腔外科中的应用

3.1 在口腔癌筛查中的应用

口腔癌早期病灶周围的黏膜微血管会出现明显的形态学变化,利用合适的激光波长及光声成像技术能够实现对微血管的特异显影,从而实现对口腔癌的早期筛查,特别是对肿瘤部位的定位及淋巴结转移的检测效果较好。LukeG P等[8-9]应用PAI技术建立了口腔癌前哨淋巴结转移动物模型,获取了肿瘤细胞的血氧饱和度图像,定量分析显示,淋巴结内的低氧信号与肿瘤的早期浸润密切相关,为口腔癌的早期筛选及诊断提供了新思路。

3.2 口腔癌的靶向光声成像和光热疗法

Zeng等[10]研制出了一种可同时装载ICG及多柔比星的多功能靶向高分子纳米粒,利用其在激光辐照下的热能及相转变后释放的阿霉素,实现对肿瘤的双重杀伤。研究发现,载SDF-1的PLGA纳米颗粒能够靶向TNF-KB信号通路,与光热治疗相结合,提高TNFα在TNFβ-catenin信号通路中的作用。目前已成功构建了硫化铋棒形中空微球,实现了药物可控释放。