于愛琳

(煙臺(tái)文化旅游職業(yè)學(xué)院,山東 煙臺(tái) 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(jí)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(hào),即光聲信號(hào)。口腔頜面影像種類繁多,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?jī)煞N片子均為2D圖像,可反映患者牙齒形態(tài),對(duì)口腔疾病的早期篩查有一定的價(jià)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(jí)、毫米級(jí)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(duì)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(duì)比見表1。

表1 幾種生物成像技術(shù)指標(biāo)對(duì)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(wú)創(chuàng)評(píng)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(cè)方法容易忽視損傷程度小及損傷發(fā)生時(shí)牙體表面完好的齲齒,檢測(cè)靈敏度及特異度均不高,無(wú)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(cè)。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(duì)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(cè)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(duì)裂痕牙的診斷及定位較困難。目前,臨床上對(duì)口腔疾病的診斷主要采用目測(cè)、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(duì)牙齒微結(jié)構(gòu)的辨識(shí)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(duì)牙釉質(zhì)光聲信號(hào)進(jìn)行檢測(cè),獲得牙釉質(zhì)光聲信號(hào)[5]。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,利用光聲學(xué)效應(yīng)可探測(cè)牙體內(nèi)的隱裂面,對(duì)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(cè)中的應(yīng)用

牙菌斑是在牙齒上不斷形成細(xì)菌薄膜,會(huì)對(duì)牙及牙齦造成危害。目前,臨床對(duì)于牙菌斑的診斷主要采用染色法,但無(wú)法精確地對(duì)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(duì)牙釉質(zhì)上的生物膜進(jìn)行分析,為建立一種可用于評(píng)價(jià)牙菌斑消毒效果的光聲檢測(cè)裝置提供了理論依據(jù),可安全檢測(cè)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(duì)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(wú)機(jī)成分會(huì)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(wú)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(wú)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(duì)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(hào)與光力學(xué)信號(hào)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(gè)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(duì)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(duì)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(duì)牙周炎的治療方式較多,傳統(tǒng)方法主要采用牙周探診測(cè)量牙周袋的深度,但這種測(cè)量方式受主觀因素的影響可能導(dǎo)致出血等,無(wú)法對(duì)整個(gè)牙周輪廓進(jìn)行探測(cè)。種植體表的紋路會(huì)妨礙探頭進(jìn)入,影響牙周組織評(píng)價(jià),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(wú)損、準(zhǔn)確、連續(xù)的檢測(cè),具有重要的臨床應(yīng)用價(jià)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(dòng)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(wú)創(chuàng)性探查,以烏賊墨汁為基礎(chǔ)的對(duì)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(wú)創(chuàng)監(jiān)測(cè)。

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(huì)出現(xiàn)明顯的形態(tài)學(xué)變化,利用合適的激光波長(zhǎng)及光聲成像技術(shù)能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)微血管的特異顯影,從而實(shí)現(xiàn)對(duì)口腔癌的早期篩查,特別是對(duì)腫瘤部位的定位及淋巴結(jié)轉(zhuǎn)移的檢測(cè)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(dòng)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(hào)與腫瘤的早期浸潤(rùn)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(shí)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(duì)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(hào)通路,與光熱治療相結(jié)合,提高TNFα在TNFβ-catenin信號(hào)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(yǔ)

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(shì)。該技術(shù)在我國(guó)醫(yī)學(xué)領(lǐng)域中的應(yīng)用研究主要集中于細(xì)胞、動(dòng)物及離體實(shí)驗(yàn),還無(wú)法完成對(duì)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(shì),還需大量的實(shí)驗(yàn)論證,以提升我國(guó)口腔醫(yī)學(xué)發(fā)展水平。