Application of fluorescent technique in studying dental caries

Trong đó, chương 1 trình bày tổng quan về cấu trúc răng, bệnh sâu răng và các phương pháp chẩn đoán, tính chất quang học của răng; chương 2 trình bày thiết kế hệ quang học đo phổ và chụp

MỤC LỤC

TÓM TẮT ĐỀ TÀI 3

ABSTRACT 4

DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT 5

DANH MỤC HÌNH VẼ 6

LỜI CẢM ƠN 8

CHƯƠNG 1 CƠ SỞ LÝ THUYẾT 9

1.1 CẤU TRÚC GIẢI PHẪU RĂNG 11

1.1.1 Giải phẫu tổng thể răng hàm mặt 11

1.1.2 Cấu tạo mô học của răng .11

1 2 BỆNH SÂU RĂNG VÀ CÁC PHƯƠNG PHÁP CHẨN ĐOÁN .13

1.2.1 Bệnh sâu răng .13

1.2.1.1 Nguyên nhân gây sâu răng .13

1.2.1.2 Các giai đoạn sâu răng .14

1.2.2 Các phương pháp phát hiện sâu răng .15

1.2.2.1 Quan sát lâm sàng .15

1.2.2.2 Nhuộm màu .16

1.2.2.3 X-quang và X-quang kỹ thuật số .16

1.2.2.4 Laser huỳnh quang .17

1.2.2.5 Huỳnh quang định lượng .18

1.3 TÍNH CHẤT QUANG HỌC CỦA RĂNG .19

CHƯƠNG 2 THIẾT KẾ HỆ QUANG HỌC CHỤP ẢNH VÀ ĐO PHỔ HUỲNH QUANG 22

2.1 THIẾT KẾ HỆ QUANG HỌC CHỤP ẢNH HUỲNH QUANG RĂNG 22

2.1.1 Thiết kế hệ quang học chụp ảnh huỳnh quang .22

2.1.2 Nguyên lý hoạt động của hệ quang học chụp ảnh huỳnh quang .26

2.2 THIẾT KẾ HỆ QUANG HỌC ĐO PHỔ HUỲNH QUANG RĂNG .27

2.2.1 Thiết kế hệ quang học đo phổ huỳnh quang .27

2.2.2 Nguyên lý hoạt động của hệ quang học đo phổ huỳnh quang .28

CHƯƠNG 3 THỬ NGHIỆM HỆ QUANG HỌC CHỤP ẢNH VÀ ĐO PHỔ HUỲNH QUANG 29

3.1 HÌNH ẢNH HUỲNH QUANG RĂNG .29

3.1.1 Hình ảnh phát quang của răng khỏe mạnh .29

3.1.2 Hình ảnh phát quang của răng tổn thương .31

3.2 PHỔ HUỲNH QUANG CỦA RĂNG .34

CHƯƠNG 4 NGHIÊN CỨU TÍNH CHẤT HUỲNH QUANG RĂNG TỔN THƯƠNG 38

4.1 RĂNG CÓ MẢNG BÁM .38

4.2 RĂNG CÓ LỖ SÂU .39

4.3 RĂNG SÂU ẨN .40

4.4 RĂNG ĐỔI MÀU .42

CHƯƠNG 5 KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN CỦA ĐỀ TÀI 44

5.1 KẾT LUẬN .44

5.2 HƯỚNG PHÁT TRIỂN CỦA ĐỀ TÀI .45

TÀI LIỆU THAM KHẢO 46

TÓM TẮT ĐỀ TÀI

Sâu răng và các bệnh về răng là một trong những bệnh mãn tính phổ biến nhất của người dân trên toàn thế giới nói chung và Việt Nam nói riêng Hai phương pháp phổ biến được sử dụng trong phát hiện sâu răng là thăm khám lâm sàng và chụp X-quang Tuy nhiên tính hiệu quả của hai phương pháp này đối với việc phát hiện sâu răng ở giai đoạn sớm là không cao và không an toàn do sử dụng bức xạ ion hóa Phương pháp huỳnh quang là trong trong những kỹ thuật mới, có nhiều tiềm năng trong phát hiện sâu răng sớm Mục đích của đề tài này là nghiên cứu tính chất huỳnh quang của răng thông qua phổ và ảnh huỳnh quang Để thực hiện mục đích này, đề tài đã thiết kế hai hệ quang học

để thu nhận phổ và ảnh huỳnh quang của răng khỏe và răng tổn thương Phân tích kết quả nhận được, ta có thể đánh giá được tình trạng bệnh lý của răng thông qua tính chất phát quang của chúng Đây là bước nghiên cứu cơ sở để hướng tới thiết kế, chế tạo một thiết

bị huỳnh quang có khả năng hỗ trợ phát hiện sâu răng với nhiều ưu điểm như an toàn, cơ động, giá thành thấp, chẩn đoán nhanh và có khả năng phát hiện sâu răng ở giai đoạn sớm

Đề tài có bốn nhiệm vụ chính: Nghiên cứu tính chất quang học của răng; Thiết kế hệ quang học chụp ảnh và đo phổ huỳnh quang; Thử nghiệm hệ quang học chụp ảnh huỳnh quang và đo phổ huỳnh quang răng; Nghiên cứu tính chất huỳnh quang răng tổn thương

Báo cáo bao gồm năm chương chính Trong đó, chương 1 trình bày tổng quan về cấu trúc răng, bệnh sâu răng và các phương pháp chẩn đoán, tính chất quang học của răng; chương 2 trình bày thiết kế hệ quang học đo phổ và chụp ảnh huỳnh quang răng; chương 3 trình bày kết quả thử nghiệm bước đầu hai hệ quang học được thiết kế ở chương 2, phân tích và đánh giá chất lượng phổ và ảnh huỳnh quang thu được; chương 4 giới thiệu hình ảnh phát quang một số mẫu răng tổn thương khác nhau, phân tích và đánh giá tình trạng bệnh lý của các mẫu răng này thông qua hình ảnh huỳnh quang; chương 5 trình bày kết luận và hướng phát triển của đề tài

Kết quả của đề tài là 01 báo cáo tại hội nghị khoa học chuyên ngành, 01 bài báo đăng trên tạp chí khoa học trong nước

ABSTRACT

Dental caries and dental disease are one of the prevalent chronic diseases of people around the world in general and in Vietnam in particular The detection of carious lesions has been primarily a visual process, based principally on clinical-tactile inspection, and radiographic examination However, a major shortcoming of clinical-

tactile inspection is very limited for detecting dental caries in the early stages, while

X-ray based methods can cause damage to cells in the body, which in turn can increase the risk of developing cancer Researchers are developing tools that are sensitive and specific enough for the current presentation of caries using fluorescence imaging techniques The aim of this study was to investigate the fluorescent properties of teeth by using fluorescence images and spectra For this purpose, we had designed two optical systems to obtain fluorescence images and spectra of sound teeth and carious teeth Based

on the difference in the color of the teeth fluorescence, caries lesions can be detected This investigation is a part of clinical trial for designing a supporting device in detecting dental caries using fluorescence imaging techniques with many advantages such as safety (non-ionizing radiation), mobility, low cost, rapid test time, and ability to detect early caries

This research includes 4 problems: Analysis of the teeth optical properties; Design

of optical systems for fluorescence photography and spectroscopy; test of designed optical systems; Analysis of the fluorescence properties of carious teeth

This report contains 5 chapters Chapter 1 includes teeth structure, dental caries and diagnostic methods of dental caries, optical properties of teeth Chapter 2 describes the design of optical systems for fluorescence photography and spectroscopy Chapter 3 includes the primary experimental results of designed optical systems Chapter 4 includes the analysis of fluorescence image of different kinds of carious teeth Chapter 5 includes conclusions and development orientation

The results of this study are 01 report in scientific conference and 01 paper published in scientific journal

DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT

UV Ultraviolet – Tử ngoại

UVA Ultraviolet A – Tử ngoại gần

LED Light Emitting Diode – điốt phát quang

ICDAS International Caries Detection and Assessment System – Hệ thống

phát hiện và đánh giá sâu răng quốc tế

DANH MỤC HÌNH VẼ

1.5 Màn hình làm việc của máy X quang kỹ thuật số 17

1.7 Hình ảnh răng phát quang quan sát bởi thiết bị Inspektor Pro

1.8 Hình ảnh răng phát quang quan sát bởi thiết bị Biluminator™ 2 19

1.10 Ảnh huỳnh quang răng hàm kích thích bởi ánh sáng 405 nm 20 1.11 Răng dưới ánh sáng thường và ánh sáng kích thích màu tím 20

2.1

Mô hình hệ quang học chụp ảnh huỳnh quang răng: 1 – mẫu răng,

2 – ống phóng đại 10x, 3 – kính lọc longpass, 4 – máy ảnh DSLR,

5 – kính lọc bandpass, 6 – LED, 7 – nguồn điện

Mô hình hệ quang học đo phổ huỳnh quang răng: 1 – mẫu răng,

2&3 – thấu kính hội tụ, 4 – máy đơn sắc, 5 – máy tính, 6 – kính lọc

bandpass, 7 – LED, 8 – nguồn điện

dưới ánh sáng thường (B) và ánh sáng LED (C)

3.5 Mẫu răng số 2 chụp dưới ánh sáng thường (A) và ánh sáng LED

3.9 Răng có mảng bám chụp bởi thiết bị QLF-D Biluminator™ 2 33

4.1 Mẫu răng số 4 dưới ánh sáng thường (A) và dưới LED 380 nm (B),

phóng đại dưới ánh sáng thường (C và dưới LED 380 nm (D) 38 4.2 Mẫu răng số 5 dưới ánh sáng thường (A) và dưới LED 380 nm (B),

phóng đại dưới ánh sáng thường (C và dưới LED 380 nm (D) 39 4.3 Mẫu răng số 6 dưới ánh sáng thường (A), phóng đại dưới ánh sáng

thường (B và dưới LED 380 nm (C), sau khi mài (D) 40 4.4 Mẫu răng số 7 dưới ánh sáng thường (A) và LED 380 nm (B) 43 4.5 Răng đổi màu chụp bởi thiết bị Simple Plaque Score™ 43

Cuối cùng, chúng tôi xin được cảm ơn thầy cô và các sinh viên trong Khoa Khoa học Ứng dụng đã hỗ trợ và hợp tác với chúng tôi để chúng tôi có thể hoàn thành đề tài này

CHƯƠNG 1 CƠ SỞ LÝ THUYẾT

Sâu răng và các bệnh về răng là một trong những bệnh mãn tính phổ biến nhất của người dân trên toàn thế giới Theo số liệu thống kê của Tổ chức Y tế thế giới năm 2003, sâu răng ảnh hưởng đến 60 – 90% trẻ em trong độ tuổi đến trường và người trưởng thành

Riêng tại Việt Nam, theo báo cáo của Bệnh viện Răng hàm mặt Trung ương của PGS TS Trịnh Đình Hải: Việt Nam có tỷ lệ người mắc sâu răng cao, tới 90% dân số Tình trạng sâu răng tăng trưởng nhanh trong những năm gần đây, đặc biệt có đến 90% các trường hợp phát hiện trễ hoặc không được điều trị Có đến 55% dân số không đi khám răng do các nguyên nhân khác nhau Riêng ở trẻ em 6-8 tuổi hơn 85% bị sâu răng sữa, cứ 3 trẻ lức tuổi 15-17 thì 2 em bị sâu răng vĩnh viễn Nếu không được chữa trị, bệnh này có thể dẫn đến đau răng, rụng răng, nhiễm trùng và tử vong đối với những ca nặng Sâu răng phát triển ở cả thân răng và gốc của răng, có thể phát sinh ngay ở trẻ sơ sinh, trẻ mới biết đi và ở người trưởng thành Riêng đối với trẻ em, sâu răng là một bệnh mãn tính rất phổ biến, ảnh hưởng nghiêm trọng đến sự phát triển về cơ thể, chiều cao, cũng như tư duy của các em [1]

Có nhiều nguyên nhân dẫn đến tình trạng sâu răng phổ biến ở Việt Nam như chế độ dinh dưỡng không đầy đủ, chế độ chăm sóc răng miệng chưa tốt, ý thức của người dân trong việc chăm sóc răng miệng chưa cao v.v… Tuy nhiên, phải kể đến một yếu tố rất quan trọng chính là Việt Nam là một quốc gia đang phát triển với sự thiếu hụt trang thiết

bị cũng như nhân lực y tế trong lĩnh vực y tế nói chung, và lĩnh vực Răng Hàm Mặt nói riêng Nếu như ở các nước phát triển, một bác sĩ phục vụ 1000-2000 dân, ở Thái Lan tỷ lệ

là 1/5000, thì ở nước ta là 1/25.000-30.000 Các thiết bị chẩn đoán và điều trị các bệnh lý

về răng trong nước vẫn còn lạc hậu so với các nước phát triển

Hiện nay, việc kiểm tra phát hiện sâu răng chủ yếu dựa trên hai phương pháp phổ biến là kiểm tra lâm sàng và chụp ảnh X-quang Kiểm tra lâm sàng là phương pháp được

sử dụng rộng rãi nhất trong phát hiện các vết sâu trên bề mặt răng Là một phương pháp

có độ nhạy thấp và độ đặc hiệu cao, nhược điểm của phương pháp kiểm tra lâm sàng là

hạn chế trong việc phát hiện các tổn thương răng khó quan sát bằng mắt thường như sâu răng ở giai đoạn sớm khi vết sâu chưa tạo lỗ, vết sâu nằm ở vị trí khó quan sát như tại vị trí tiếp xúc giữa hai răng khác nhau hoặc nằm ẩn dưới lớp men răng (sâu ẩn) Phương pháp chụp X-quang có thể khắc phục hạn chế được những hạn chế trên của phương pháp kiểm tra lâm sàng, nhưng đây là phương pháp sử dụng tia phóng xạ, mặc dù với liều lượng rất thấp nhưng có thể tích tụ dần qua nhiều lần chụp có thể gây ra nguy cơ mắc các bệnh mãn tính như ung thư Đặc biệt là một số trường hợp như trẻ em và phụ nữ mang thai cần tránh chụp X-quang nếu không thực sự cần thiết [1]

Các phương pháp phát hiện sâu răng khác như kỹ thuật huỳnh quang hay hồng ngoại gần như vắng bóng ở các bệnh viện lớn cũng như phòng khám tư ở Việt Nam vì kỹ thuật này còn khá mới mẻ đối với nha khoa trong nước, giá thành nhập khẩu còn cao cũng như chúng ta chưa có sự quan tâm đúng mức tới vấn đề sức khỏe răng miệng Vì vậy nhu cầu thực tế trong ngành nha khoa về các thiết bị hiện đại trong tương lai gần là rất lớn Các thiết bị hỗ trợ chẩn đoán không xâm lấn không chỉ giúp cảnh báo sớm cho chúng ta về tình trạng sâu răng, mà còn giúp các nha sĩ có nhiều lựa chọn hơn, chính xác hơn trong điều trị sâu răng và cả trong nha khoa thẩm mỹ Ngoài ra việc tổ chức khám bệnh thường xuyên như các chương trình nha khoa học đường sẽ giảm phần nào sự quá tải trong ngành nha khoa của y tế nước nhà, đáp ứng nhu cầu khám chữa bệnh của mọi tầng lớp nhân dân, đặc biệt là đối với người nghèo, vùng sâu vùng xa, nơi mà các thiết bị

y tế hiện đại đắt tiền gần như vắng bóng Việc nghiên cứu phát triển các thiết bị chẩn đoán các bệnh về răng nói chung và bệnh sâu răng nói riêng có chất lượng theo tiêu chuẩn quốc tế và giá thành thấp phần nào đáp ứng các xu hướng trên, tiếp cận gần hơn với khoa học kỹ thuật ở các nước tiên tiến và có ý nghĩa thực tiễn và xã hội đáng kể Từ việc có khả năng sản xuất các thiết bị này để giúp Việt Nam tiết kiệm một lượng ngoại tệ đáng kể và về lâu dài việc này giúp Việt Nam có những kinh nghiệm để sản xuất những thiết bị chẩn đoán hay điều trị phức tạp hơn

Để tạo tiền đề cho việc hướng tới thiết kế và chế tạo một thiết bị huỳnh quang có khả năng hỗ trợ phát hiện sâu răng với nhiều ưu điểm như an toàn, cơ động, giá thành

thấp, chẩn đoán nhanh và có khả năng phát hiện sâu răng ở giai đoạn sớm, mục tiêu của

đề tài này là nghiên cứu tính chất huỳnh quang của răng thông qua việc thiết kế hệ quang học phổ và ảnh huỳnh quang

1.1 CẤU TRÚC GIẢI PHẪU RĂNG

1.1.1 Giải phẫu tổng thể răng hàm mặt

Hình 1.1 Hàm răng người trưởng thành [2]

Hàm răng người trưởng thành thường có 4 x 8 = 32 răng khi mọc đủ Răng của con người được phân loại thành hai nhóm: răng trước (răng cửa và răng nanh) - các răng cửa và bốn chiếc răng sắc nhọn được sử dụng để trích xuất thực phẩm ngoài và răng hàm

- vị trí sâu hơn trong miệng, được sử dụng để nhai thức ăn

1.1.2 Cấu tạo mô học của răng

Hình 1.2 Cấu tạo giải phẫu răng [2]

 Men răng: Là một lớp rất cứng bao bọc bên ngoài răng Lớp men răng dày

khoảng 1-2mm, trơn láng, màu sáng, hơi trong và là mô cứng nhất trong cơ thể Men răng góp phần vào việc tạo màu răng và là thành phần chịu lực quan trọng trong chức năng nhai Lớp men răng chủ yếu gồm các tinh thể hydroxyapatite, cùng với nước và protein

Các tinh thể hydroxyapatite được định hướng trong lỗ khóa lăng kính Cấu trúc này phục

vụ cho việc bảo vệ răng từ những thiệt hại khi ăn và giúp cho việc phá vỡ thức ăn thành miếng trở nên dễ dàng Ánh sáng có thể lan truyền trong lớp men, đó là một điều quan trọng trong việc mô hình hóa răng, vì ánh sáng luôn luôn đi thông qua lớp này trước khi

có bất kỳ sự tương tác với các lớp khác Độ dày của lớp men được biết là khác nhau khá nhiều

 Ngà răng: Là một lớp cứng, nằm dưới lớp men, dày, tạo nên hình dạng chủ yếu

của răng Trong ngà răng có rất nhiều ống ngà rất nhỏ chứa đựng các tế bào ngà, tạo cảm giác cho răng khi ăn những thực phẩm nóng lạnh chua ngọt Lớp ngà răng hoạt động như một lớp hỗ trợ cho men răng Nó cũng chứa tinh thể hydroxyapatite Hơn nữa nó có chứa ống, que hình trụ được định hướng cùng các pháp tuyến ngà răng Như lớp men răng, lớp ngà răng cũng truyền ánh sáng Lớp ngà răng nhạy cảm với các kích thích vật lý, bởi vì

nó được nối với tủy răng do các tế bào được gọi là odontoblasts mở rộng ra đến ống Cùng với lớp men răng, nó được cho là một đóng góp quan trọng của răng

 Tủy răng: Là phần trung tâm của răng và là một mô sống vì chứa đựng các mạch

máu nuôi dưới răng và thần kinh cảm giác cho răng Tủy răng gồm có hai phần: tủy thân răng (buồng tủy) và tủy chân răng

 Chóp chân răng: Là phần tận cùng của chân răng, nơi các mạch máu và thần kinh

đi vào từ vùng xương quanh chóp và đi ra khỏi tủy răng Đây là phần phát triển hoàn tất sau cùng của một chiếc răng Đây cũng là nơi nhiễm trùng khởi phát khi răng bị tổn thương tạo các abces quang chóp

 Hố rãnh: Là những vùng cấu tạo hình các hố rãnh dạng chữ V trên mặt nhai của

các răng, nhất là các răng phía sau Vùng hố rãnh tạo ra sự ăn khớp tốt giữa hai hàm giúp

tăng hiệu quả nhai nhưng đây cũng là nơi dễ gây nhồi nhét thức ăn và có nguy cơ sâu răng cao

 Xương: Chân răng nằm trong xương hàm và được gắn vào xương bởi hệ thống

các dây chằng nha chu

 Dây chằng nha chu: Có nhiệm vụ giữ răng nằm đúng vị trí trong xương Dây

chằng nha chu được cấu tạo bởi rất nhiều sợi nhỏ đan xen nhau, đi từ răng đến vùng xương ổ răng xung quanh chân răng Vùng dây chằng nha chu này rất có nguy cơ bị phá hủy trong các bệnh lý nha chu và dẫn đến hậu quả là tiêu xương và lung lay răng

 Nướu: Là phần mô mềm bao bọc quanh xương ổ răng Nướu khỏe mạnh màu

hồng cam, săn chắc và khi nướu viêm sẽ đỏ, bở, dễ chảy máu khi chải răng

1 2 BỆNH SÂU RĂNG VÀ CÁC PHƯƠNG PHÁP CHẨN ĐOÁN

 Bệnh sâu răng là một quá trình động, diễn ra trong mảng bám vi khuẩn dính trên mặt răng, đưa đến mất cân bằng giữa mô răng với chất dịch chung quanh và theo thời gian, hậu quả là sự mất khoáng của mô răng (Fejerkov và Thylstrup)

 Là bệnh nhiễm trùng của mô răng biểu hiện đặc trưng bởi các giai đoạn mất và tái khoáng xen kẽ nhau (Silverston)

1.2.1.1 Nguyên nhân gây sâu răng

Sâu răng gần như là một bệnh mắc phải do điều kiện môi trường, vì vậy các yếu tố tại chỗ là nguyên nhân cơ bản và chủ yếu của bệnh sâu răng, còn nguyên nhân tổng quát chỉ là những yếu tố nguy cơ [1]

Cần tối thiểu 4 yếu tố chính đồng thời tương tác với nhau để tạo nên sâu răng, đó là: răng nhạy cảm, vi khuẩn (mảng bám), chất đường và thời gian

Vi khuẩn là nguyên nhân cần thiết để khởi đầu cho bệnh sâu răng, tuy không có

loại vi khuẩn đặc biệt gây sâu răng, nhưng không phải tất cả vi khuẩn trong miệng đều gây ra sâu răng Vi khuẩn bao gồm lượng mảng bám, các chất biến dưỡng và độc tố của

nó Tùy theo vai trò gây sâu răng, các vi khuẩn được chia làm hai nhóm:

 Vi khuẩn tạo acid: Các loại vi khuẩn này lên men carbohydrate tạo ra acid, làm pH giảm xuống < 5, sự giảm pH liên tục có thể đưa đến sự khử khoáng trên bề mặt răng, làm mất vôi ở các mô cứng của răng, quá trình sâu răng bắt đầu xảy ra

 Vi khuẩn phân giải protein Làm tiêu hủy chất hữu cơ căn bản sau khi mất vôi Một số vi khuẩn chính gây sâu răng là:

- Streptococcus mutans: Cho đến nay Streptococcus mutans được xem là tác

nhân chính gây ra sâu răng Vi khuẩn này lên men carbohydrate tạo ra acid, làm pH giảm xuống < 5, sự giảm pH liên tục có thể đưa đến sự khử khoáng trên bề mặt răng, làm mất vôi ở các mô cứng của răng, khởi phát quá trình sâu răng Theo nghiên cứu, S.mutans sản xuất các chất chuyển hóa đặc biệt gọi là porphyrin và các porphyrin phát quang màu đỏ khi tiếp xúc với ánh sáng kích thích

- Lactobacilli: Lactobacilli là những vi khuẩn sống hoại sinh ở thực vật và sản phẩm của động vật (chẳng hạn như sữa) Chúng có khả năng dung nạp môi trường acid,

vì thế được cho là có liên quan đến tiến trình sâu răng

- Actinomycetes: Phổ biến trong môi trường miệng của người và thường được tìm thấy liên quan đến sâu răng

1.2.1.2 Các giai đoạn sâu răng

Bệnh sâu răng thường diễn tiến qua 4 giai đoạn [1]

 Giai đoạn 1 : Sâu men

Ở giai đoạn này, các axit sẽ hòa tan các chất khoáng có trong men răng tạo ra những vết đốm có màu sáng đục và sau đó bắt đầu ăn mòn dần làm cho bề mặt răng trở

nên gồ ghề Những lỗ sâu răng sẽ có màu trắng đục, màu đen hoặc là những lỗ xốp nhỏ Thông thường ở giai đoạn này sẽ chưa có những dấu hiệu rõ ràng Tình trạng sâu men cũng không gây đau hoặc các cảm giác khó chịu cho nên người bệnh thường không phát hiện ra tình trạng mình đang bị sâu răng giai đoạn đầu

 Giai đoạn 2 : Sâu ngà

Sau khi bắt đầu sâu men thì các lỗ sâu tiếp tục phát triển, ăn sâu vào và phá hủy nhanh chóng thành phần ngà răng Ở giai đoạn phát triển này bệnh nhân sẽ bắt đầu cảm giác đau hoặc ê buốt mỗi khi ăn uống Nhất là khi tiếp xúc với các loại thức ăn có nhiệt

độ thất thường

 Giai đoạn 3: Viêm tủy

Khi ngà răng bị tổn thương các vi khuẩn tiếp tục tấn công sâu vào trong tủy răng Thành phần tủy bị kích thích sẽ gây ra những cơn đau đớn gây khó chịu cho bệnh nhân

 Giai đoạn 4 : Tủy chết

Giai đoạn 4 hay còn gọi là giai đoạn cuối cùng Ở giai đoạn này vi khuẩn sẽ tích tụ rất nhiều gây nên những tổn thương cho chân răng, xương ổ răng và các vùng quanh chóp Làm chết tủy và gây ra một số triệu chứng như xưng mặt, làm tiêu xương dẫn đến mất răng và gây ảnh hưởng tới các răng lân cận hoặc các vị trí xung quanh răng

1.2.2 Các phương pháp phát hiện sâu răng

1.2.2.1 Quan sát lâm sàng

Những tổn thương sâu răng bắt đầu với sự khử khoáng dưới bề mặt và về lâm sàng không phát hiện được Khi tiến triển hơn nữa sẽ có thể phát hiện về mặt lâm sàng, sau đó

sẽ được phân loại theo loại, kích thước, độ sâu và hình dạng [3]

Phương pháp trực quan với sự kết hợp của ánh sáng, gương, và sự thăm dò để kiểm tra chi tiết bề mặt răng, cho đến nay đây là phương pháp áp dụng thực hành phổ biến nhất nói chung trên toàn thế giới

Hình

Một thiếu sót chính là phương pháp này

thương không tạo lỗ trống ở ngà răng

1.2.2.2 Nhuộm màu

Nguyên lý của phương pháp này là

mức độ mất khoáng của tổn thương

men), cho chẩn đoán dương tính gi

Hình 1.4 Ch

1.2.2.3 X-quang và X-quang k

X quang là một phương ti

răng - xương hàm trên và dướ

được hấp thụ bởi răng và xương là nh

xuyên qua phim hoặc một bộ

ảnh X-quang cho phép thấy đư

thấy được như sâu răng, nhiễ

thay đổi trong xương và mô nha chu

Hình 1.3 Quan sát lâm sàng răng

u sót chính là phương pháp này là rất hạn chế trong việc phát hi

ngà răng hoặc ở mặt tiếp xúc giữa hai răng

a phương pháp này là huỳnh quang của chất nhuộm màu thay đ

n thương Nhuộm màu áp dụng với sâu ngà (ít tin c

n đoán dương tính giả cao, điều này đưa đến điều trị quá mứ

Chẩn đoán sâu răng bằng chất nhuộm màu

quang kỹ thuật số

t phương tiện rất cần thiết để chẩn đoán những bệnh lý c

ới - hệ thống xoang mặt Khi tia X đi qua miệ

i răng và xương là những mô cứng Phần tia X không b

cảm biến kỹ thuật số, tạo ra hình ảnh X-quang răng H

y được những bất thường mà nhìn trực tiếp b

ễm trùng và các dấu hiệu của bệnh nướu răng, bao g

i trong xương và mô nha chu [3]

c phát hiện các tổn

m màu thay đổi theo

i sâu ngà (ít tin cậy với sâu

ức [3]

nh lý của hệ thống ệng, nó chủ yếu

n tia X không bị hấp thụ sẽ đi

quang răng Hình

p bằng mắt không

u răng, bao gồm cả

Hình 1.5 Màn hình làm vi

X-quang kỹ thuật số có ưu đi

hơn từ 20-30 lần, chất lượng hình

không tốn thời gian rửa phim, có th

việc theo dõi hồ sơ bệnh án Tuy nhiên phương pháp này s

sức khỏe, đặc biệt là đối với tr

1.2.2.4 Laser huỳnh quang

Vào những năm 90, các nhà nghiên c

truyền các hạt Photon huỳnh quang

bước sóng 655nm qua một cái l

lớn hơn [3] Từ kết quả nghiên c

một thiết bị chẩn đoán sâu răng đ

tục cải tiến và cho ra nhiều thế

2190

Hình

Màn hình làm việc của máy X quang kỹ thuật số.

có ưu điểm so với X-quang phim như: liều lượ

ng hình ảnh được nâng cao, hình ảnh được truy

a phim, có thể lưu giữ kết quả ở dạng kỹ thuật sốTuy nhiên phương pháp này sử dụng tia X nên không t

i trẻ em và phụ nữ mang thai

ng năm 90, các nhà nghiên cứu quan sát dưới ánh sáng đ

nh quang ở răng Sau đó Hibst và Gall thấy khi truy

t cái lọc sẽ thu được một tín hiệu huỳnh quang có bưnghiên cứu này hãng KaVo (Đức) đã nghiên cứu và s

n đoán sâu răng đặt biệt là máy Diagnodent, đến nay hãng này v

ế hệ máy mới có tính năng ưu việt hơn như Diagnodent pen

Hình 1.6 Laser huỳnh quang

ợng bức xạ thấp

c truyền trực tiếp

ố thuận tiện cho

ng tia X nên không tốt cho

i ánh sáng đỏ thấy có sự

y khi truyền laser có

nh quang có bước sóng

u và sản xuất ra

n nay hãng này vẫn liên

t hơn như Diagnodent pen

Nguyên lý hoạt động: Nguyên lý dựa vào khả năng đáp ứng hấp thụ năng lượng,

khuếch tán và phản xạ ánh sáng laser huỳnh quang của mô răng Với bước sóng tia laser xác định (655 nm), tổ chức răng bình thường không phát huỳnh quang hoặc phát huỳnh quang rất ít, tổ chức sâu phát huỳnh quang ít nhiều tùy theo mức độ tổn thương Giá trị được chẩn đoán là có tổn thương sâu răng khi con số hiển thị trên màn hình lớn hơn 14 Laser huỳnh quang ngoài khả năng phát hiện sâu răng cao, mà còn có thể lượng hóa mức

độ mất khoáng nên có thể dùng để theo dõi quá trình điều trị, kết quả chẩn đoán có thể sao chép lại để lưu trữ thông tin

Thiết bị DIAGNOdent có thể phát hiện được mức độ hoạt động của tổn thương sâu răng với độ chính xác trên 90% nhưng không xác định được độ rộng, sâu của tổn thương Kết quả cũng có thể bị ảnh hưởng bởi một số yếu tố như mức độ huỷ khoáng của tổn thương, mảng bám răng và các chất khác còn dính trên bề mặt hố rãnh

1.2.2.5 Huỳnh quang định lượng

Phương pháp huỳnh quang định lượng (Quantitative light fluorescence) sử dụng nguồn ánh sáng công suất cao màu xanh dương kích thích mô răng phát quang ở dải sáng

có bước sóng dài hơn tương ứng với màu xanh lá cây (hình 1.7) Từ lâu, người ta đã biết

sự mất khoáng của men và ngà răng làm thay đổi đặc tính quang học của răng, hoặc có thể nhìn thấy bằng mắt thường như “vết trắng” Nếu tổ chức răng bị tổn thương mất khoáng thì khả năng phát huỳnh quang sẽ kém hơn so với tổ chức răng bình thường Do

đó, nó đánh giá được mức độ mất khoáng của răng hay mức độ tái khoáng của tổn thương, từ đó có thể được dùng để kiểm soát sự phục hồi của tổn thương răng trong điều trị dự phòng Ngoài ra, dưới sự kích thích của ánh sáng xanh, răng có tồn tại vi khuẩn sẽ phát quang màu đỏ (hình 1.8) [3]

Hình 1.7 Hình ảnh răng phát quang quan sát bởi thiết bị Inspektor Pro System

Hình 1.8 Hình ảnh răng phát quang quan sát bởi thiết bị Biluminator™ 2

1.3 TÍNH CHẤT QUANG HỌC CỦA RĂNG

Quá trình tương tác giữa ánh sáng và mô răng được thể hiện như trên hình 1.9, trong

đó [4]:

a Phản xạ, sóng dội ngược trở lại

b Tán xạ, sóng tới đi vào răng và thay đổi hướng

c Truyền qua

d Hấp thụ cùng với sản xuất nhiệt

e Hấp thụ cùng với phát huỳnh quang

Hầu hết tương tác của sóng ánh sáng là sự kết hợp của các quá trình này

Hình 1.9 Quá trình ánh sáng tương tác với răng

Trong nhiều năm, các nhà nghiên cứu đã nghiên cứu nguồn gốc của huỳnh quang tự nhiên trong mô cứng răng Các chất phát quang tự nhiên có trong mô răng như trypthophan và hydroxypyridinium phát huỳnh quang tại vùng tử ngoại gần 310-400 nm khi bị kích thích bởi bước sóng 300-325 nm [5] Một số nghiên cứu khác đã công bố răng

có khả năng phát quang trong vùng ánh sáng khả kiến với dải phổ khá rộng với đỉnh phổ phát xạ nằm trong vùng ánh sáng xanh dương – xanh lá cây nếu bị kích thích bởi ánh sáng nằm trong vùng tử ngoại gần (UVA) hoặc vùng tím – xanh dương [6-7], nhưng nguồn gốc chất phát quang thì vẫn chưa được làm rõ

Răng phát huỳnh quang khi chiếu xạ với ánh sáng cực tím đã được nghiên cứu lần đầu tiên bởi Stubel năm 1911 [6] Trong đó, lớp men bình thường sẽ phát sáng màu xanh trắng nhưng đôi khi nhuốm màu vàng (hình 1.10) Còn lớp ngà răng có chứa chất hữu cơ

sẽ phát sáng mạnh hơn nhiều so với men răng khi chiếu tia tử ngoại gần – khả kiến

Hình 1.10 Ảnh huỳnh quang răng hàm kích thích bởi ánh sáng 405 nm

Hình 1.11 Răng dưới ánh sáng thường và ánh sáng kích thích màu tím

Bên cạnh sự phát huỳnh quang màu xanh quan sát trong răng khỏe, các mẫu răng có mảng bám, có vết sâu lại phát quang màu đỏ khi bị kích thích Vôi hóa là một dạng mảng bám trên răng Nguyên nhân là do sự kết tủa của các khoáng chất từ nước bọt và dịch nướu Có khoảng 1.000 trong số 25.000 loài vi khuẩn có liên quan đến sự hình thành các mảng bám răng, nhưng vi khuẩn hình thành các mảng bám chủ yếu là Streptococcus mutans và vi khuẩn kỵ khí, với các thành phần và vị trí khác nhau trong miệng Nó từ lâu

đã được ghi nhận là vi khuẩn Streptococcus mutans sản xuất các chất chuyển hóa đặc biệt gọi là porphyrin Porphyrin phát huỳnh quang tự nhiên mà mạnh mẽ nhất là phát ra ánh sáng màu đỏ dưới kích thích UVA [6-8] Mật độ của vi khuẩn càng cao thì màu đỏ phát

ra càng mạnh

Tương tự như mảng bám, ở các khu vực răng sâu cũng có sự xuất hiện của vi khuẩn Streptococcus mutans, dẫn đến việc răng sâu cũng phát quang màu đỏ như mảng bám Hình 1.11 là một ví dụ về trường hợp răng phát quang màu đỏ Hình bên trái là răng

và khoang miệng dưới ánh sáng thường Ta không nhận thấy dấu hiệu bất thường nào Hình bên phải được kích thích huỳnh quang với bước sóng 405 nm xuất hiện màu đỏ do porphyrin phát ra

Dựa vào tính chất phát quang trên của răng, ta có thể phát triển một kỹ thuật phát hiện vi khuẩn gây sâu răng bằng phương pháp huỳnh quang Các bước sóng từ vùng tử ngoại gần đến vùng khả kiến đều có thể kích thích mô răng cũng như vi khuẩn phát quang Tuy nhiên ánh sáng tử ngoại gần có ảnh hưởng không tốt đối với sức khỏe con người, còn ánh sáng khả kiến lại gây cản trở việc quan sát tín hiệu huỳnh quang khi phổ kích thích chồng chập lên phổ phát xạ và vì tín hiệu huỳnh quang luôn yếu hơn tín hiệu kích thích dẫn đến việc khó quan sát ánh sáng huỳnh quang phát ra từ răng Vì những lí

do đó, nhóm nghiên cứu quyết định chọn bước sóng kích thích 380 nm nằm ở ranh giới của ánh sáng tử ngoại và khả kiến nên có thể khắc phục được nhược điểm của cả hai vùng ánh sáng này

CHƯƠNG 2 THIẾT KẾ HỆ QUANG HỌC CHỤP ẢNH VÀ ĐO PHỔ

HUỲNH QUANG

Cho đến nay, các nghiên cứu về phương pháp chẩn đoán sâu răng dựa trên kỹ thuật huỳnh quang chủ yếu áp dụng kỹ thuật ảnh huỳnh quang và phổ huỳnh quang một cách độc lập [3, 4, 6, 9-11] Việc áp dụng đồng thời cả hai phương pháp ảnh và phổ huỳnh quang có thể cung cấp một cái nhìn toàn diện về các tính chất phát huỳnh quang của sâu răng Do đó, trong đề tài nghiên cứu này, chúng tôi thiết kế hai hệ thống quang học đo phổ và chụp ảnh huỳnh quang răng để nghiên cứu tính chất phát quang của các mẫu răng khỏe mạnh cũng như răng tổn thương các loại

Đối với việc nghiên cứu tính chất phát quang của răng, đa số các nhà nghiên cứu trên thế giới sử dụng nguồn sáng laser với ưu điểm là công suất lớn và độ đơn sắc cao [6], [8, 12, 13] Tuy nhiên, mục đích của nghiên cứu này là ứng dụng huỳnh quang trong việc thiết kế một công cụ chẩn đoán nha khoa cầm tay nhỏ gọn và giá thành thấp, nên nguồn sáng laser không phù hợp Trong một nghiên cứu trước đây [14], chúng tôi đã sử dụng đèn LED công suất với dải phổ phát xạ nằm trong vùng tử ngoại gần từ 350 nm đến 400

nm để kích thích răng phát quang Các đèn LED này có phổ phát xạ khá hẹp với độ rộng bán phổ dưới 10 nm và đỉnh phổ tại các bước sóng 365 – 380 – 405 nm Kết quả nghiên cứu cho thấy dưới sự kích thích của đèn LED các mẫu răng phát quang mạnh với ánh sáng huỳnh quang có thể quan sát bằng mắt thường Trong đó, LED 380 nm cho hình ảnh huỳnh quang của răng có độ sáng và độ tương phản tốt hơn những bước sóng khác Do

đó, đèn LED 380 nm được chọn trong nghiên cứu này để kích thích răng phát quang

2.1 THIẾT KẾ HỆ QUANG HỌC CHỤP ẢNH HUỲNH QUANG RĂNG

2.1.1 Thiết kế hệ quang học chụp ảnh huỳnh quang

Hệ quang học chụp ảnh huỳnh quang răng phải đáp ứng những tiêu chí sau:

- Có khả năng kích thích răng phát quang: răng khỏe mạnh phát quang màu xanh, răng sâu phát quang màu đỏ Cường độ phát quang đủ mạnh để quan sát được trong điều kiện ánh sáng thường

- Có khả năng chụp được hình ảnh phát quang của răng: tín hiệu huỳnh quang của mô sinh học nói chung thường yếu, hệ quang học phải đủ nhạy để chụp được hình ảnh răng trong điều kiện ánh sáng yếu

Sơ đồ bố trí hệ thống quang học chụp ảnh huỳnh quang răng được biểu diễn ở hình 2.1

Hình 2.1 Mô hình hệ quang học chụp ảnh huỳnh quang răng: 1 – mẫu răng, 2 - ống

phóng đại 10x, 3 – kính lọc longpass, 4 – máy ảnh DSLR, 5 – kính lọc bandpass, 6 –

LED, 7 – nguồn điện