Xây dựng mô hình thiết bị chẩn đoán các bệnh lý trong khoang miệng bằng phương pháp quang học không xâm lấn

Tại Hoa Kỳ, các bệnh nhân được chẩn đoán với bệnh ung thư miệng hoặc hầu họng có tỷ lệ sống sót sau 5 năm đạt 59%, tỷ lệ này thay đổi rất ít trong 30 năm qua, một phần bởi vì hầu hết các

ĐẠI HỌC QUỐC GIA THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA

Công trình được hoàn thành tại: Trường Đại học Bách Khoa –ĐHQG-HCM

Cán bộ hướng dẫn khoa học :

(Ghi rõ họ, tên, học hàm, học vị và chữ ký) Cán bộ chấm nhận xét 1 :

(Ghi rõ họ, tên, học hàm, học vị và chữ ký) Cán bộ chấm nhận xét 2 :

(Ghi rõ họ, tên, học hàm, học vị và chữ ký) Luận văn thạc sĩ được bảo vệ tại Trường Đại học Bách Khoa, ĐHQG Tp.HCM ngày tháng năm

Thành phần Hội đồng đánh giá luận văn thạc sĩ gồm: (Ghi rõ họ, tên, học hàm, học vị của Hội đồng chấm bảo vệ luận văn thạc sĩ) 1

2

3

4

5

Xác nhận của Chủ tịch Hội đồng đánh giá LV và Trưởng Khoa quản lý chuyên ngành sau khi luận văn đã được sửa chữa (nếu có)

ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP.HCM CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA Độc lập – Tự do – Hạnh phúc

NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ

Họ và tên: NGUYỄN VĂN HÙNG MSHV: 11120670

Sinh ngày: 04/10/1988 Nơi sinh: Thanh Hoá

NHIỆM VỤ LUẬN VĂN:

- Khảo sát tổng quan các thiết bị phát hiện ung thư miệng đã có trên thị trường và trong nghiên cứu thử nghiệm

- Nghiên cứu lý thuyết về cấu trúc mô miệng, tính chất huỳnh quang của mô miệng, cụ thể là sự phát huỳnh quang của mô và phương pháp mô phỏng Monte Carlo

- Mô phỏng tương tác photon lên mô miệng và mô phỏng huỳnh quang đa lớp mô miệng, từ đó xác định bước sóng kích thích huỳnh quang tối ưu nhất

- Tiến hành thí nghiệm kích thích huỳnh quang mô miệng sử dụng đèn LED

có bước sóng thích hợp (thu được từ kết quả mô phỏng), đo đạc phổ huỳnh quang

mô miệng, xác định vị trí mô thường và mô bệnh thông qua hình ảnh phát quang của chúng

NGÀY GIAO NHIỆM VỤ: … /… /2012

NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VỤ: … /… /2012

CÁN BỘ HƯỚNG DẪN: TS PHẠM THỊ HẢI MIỀN

Tp Hồ Chí Minh, ngày …tháng …năm …

CÁN BỘ HƯỚNG DẪN CHỦ NHIỆM BỘ MÔN

TRƯỞNG KHOA

LỜI CẢM ƠN

Tôi xin gởi lời cảm ơn sâu sắc đến cô hướng dẫn của tôi TS Phạm Thị Hải Miền Cô không những tận tình hướng dẫn và tạo điều kiện tốt nhất cho tôi thực hiện luận văn này mà cô còn là người động viên tinh thần trong những lúc tôi gặp khó khăn

Tôi xin gởi lời cảm ơn đến ThS Trần Văn Tiến, thầy đã quan tâm và tận tình giúp đỡ trong quá trình tôi thực hiện luận văn này

Đồng thời, tôi cũng biết ơn các thầy cô trong bộ môn Vật lý y sinh, Trường Đại học Bách Khoa TP Hồ Chí Minh và thầy cô giảng dạy trong chương trình cao học đã truyền thụ cho tôi những kiến thức quý báu trong suốt quá trình học tập

Tôi xin cảm ơn phòng thí nghiệm trọng điểm quốc gia (DCSELAB) đã tạo điều kiện và hỗ trợ tôi trong quá trình thực hiện luận văn này

Tôi xin cảm ơn phòng Đào tạo sau đại học, trường Đại học Bách khoa TP

Hồ Chí Minh đã tận tình hướng dẫn và hỗ trợ mọi thủ tục trong thời gian tôi học tập tại trường

Tôi xin gởi lời biết ơn sâu sắc đến gia đình và người thân của tôi, đã luôn quan tâm, động viên, là nguồn sức mạnh to lớn cả về tinh thần lẫn vật chất để tôi an tâm học tập

Xin cảm ơn!

TP Hồ Chí Minh, tháng 12 năm 2012

Nguyễn Văn Hùng

TÓM TẮT Trong những năm gần đây, ung thư khoang miệng và hầu họng phát triển nhanh chóng và một ước tính khoảng 127.000 trường hợp tử vong trên toàn thế giới mỗi năm, đặc biệt Việt Nam chiếm một tỷ lệ cao Tại Hoa Kỳ, các bệnh nhân được chẩn đoán với bệnh ung thư miệng hoặc hầu họng có tỷ lệ sống sót sau 5 năm đạt 59%, tỷ lệ này thay đổi rất ít trong 30 năm qua, một phần bởi vì hầu hết các bệnh nhân có biểu hiện bệnh đã ở giai đoạn phát triển nhanh Những phương pháp tốt hơn để phát hiện sớm và chẩn đoán bệnh ung thư miệng là rất cần thiết trong việc cải thiện thời gian sống của bệnh nhân Một loạt các công nghệ được thiết kế để hỗ trợ các bác sĩ trong việc phát hiện và chẩn đoán tân sinh răng miệng đang được phát triển như X-quang, chụp cắt lớp vi tính (CT), PET/CT và sinh thiết, các phương pháp này chính xác hơn trong việc phát hiện, nhưng đòi hỏi nhiều thời gian, với chi phí cao và nguy hiểm cho bệnh nhân từ phóng xạ Quang phổ là một kỹ thuật không xâm lấn có tiềm năng để tạo điều kiện chẩn đoán tổn thương miệng đã được chứng minh bởi một số nhóm nghiên cứu trên thế giới

Quang phổ quang học có thể cung cấp thông tin hữu ích chẩn đoán về những thay đổi hình thái và sinh hóa liên quan đến sự tiến triển của tiền ung thư trong mô biểu mô Khi các tổn thương tiền ung thư phát triển, các tính chất quang học của bề mặt biểu mô và chất nền cơ bản bị thay đổi, đo dữ liệu quang phổ như một hàm của chiều sâu có khả năng cải thiện hiệu suất chẩn đoán Đề tài này giới thiệu một vài nghiên cứu về hình ảnh huỳnh quang của mô miệng bằng cách sử dụng phương pháp quang học, trên cơ sở trong đó có một công cụ mới có thể được tối ưu thiết kế cho chẩn đoán không xâm lấn của ung thư miệng sớm nhanh và chính xác hơn

ABSTRACT

In recently years, cancers of the oral cavity and oropharynx have been developing rapidly and an estimated 127,000 deaths worldwide, especially Vietnam have accounting for a high rate In the United States, patients diagnosed with oral or oropharyngeal cancer have a five-year survival rate of 59%.This survival rate has changed little over the past 30 years, in part because most patients present with disease that is already at an advanced stage Better methods for early detection and diagnosis of oral cancer are needed to improve patient outcomes A variety of technologies designed to aid the clinician in detecting and diagnosing oral neoplasia are developed such as X-rays, computerized tomography (CT), PET/CT and biopsy, which are exact methods in detection but require much time, with high cost and are dangerous for the patients from radioac Optical spectroscopy is a noninvasive technique whose potential to facilitate diagnosis of oral lesions has been demonstrated by a number of groups

Optical spectroscopy can provide useful diagnostic information about the morphological and biochemical changes related to the progression of precancer in epithelial tissue As precancerous lesions develop, the optical properties of both the superficial epithelium and underlying stroma are altered, measuring spectral data as

a function of depth has the potential to improve diagnostic performance This work

on basis of which a new instrument can be optimally designed for noninvasive diagnosis of early oral cancer faster and exactly

MỤC LỤC

Nhiệm vụ luận văn ii

Lời cám ơn: iii

Tóm tắt: iv

Mục lục: vi

Danh mục các hình vẽ: viii

Danh mục các bảng biểu x

Mở đầu xi

1 TỔNG QUAN LÝ THUYẾT 1

1.1 Tình hình nghiên cứu trong và ngoài nước 1

1.1.1Các phương pháp và thiết bị phát hiện, tầm soát ung thư miệng hiện có trên thị trường hiện nay 2

1.1.1.1 Bàn chải sinh hoá Brush biopsy 2

1.1.1.2 Phương pháp nhuộm tế bào bằng toluidine blue 2

1.1.1.3 ViziLite Plus 2

1.1.1.4 Thiết bị sử dụng tính chất phát huỳnh quang của mô 3

1.1.2Các phương pháp chẩn đoán được sử dụng trong nước 6

1.2 Cấu trúc giải phẫu niêm mạc miệng 7

1.2.1Biểu mô 7

1.2.2Mô đệm 11

1.2.3Tầng dưới niêm mạc 12

1.2.4Các loại chức năng của niêm mạc 12

1.3 Bệnh lý trong khoang miệng 13

1.3.1Các tổn thương khoang miệng 13

1.3.2Một số bệnh lý khoang miệng thường gặp 14

1.3.3Ung thư trong khoang miệng và lưỡi 15

1.4 Tương tác giữa ánh sáng và mô sinh học 18

1.4.1Tán xạ 18

1.4.2Hấp thụ 20

1.4.3Huỳnh quang 21

1.4.4Tính chất huỳnh quang niêm mạc miệng 23

2 Các phương pháp nghiên cứu 27

2.1 Phương pháp mô phỏng monte carlo 27

2.1.1Mô phỏng huỳnh quang sử dụng thuật toán Monte Carlo 28

2.1.2Sử dụng chương trình mô phỏng huỳnh quang nhiều lớp 32

2.2 Phương pháp thực nghiệm ảnh - phổ huỳnh quang 33

3 KẾT QUẢ 37

3.1 Kết quả mô phỏng 37

3.1.1Kết quả mô phỏng xuyên sâu 37

3.1.2Kết quả mô phỏng huỳnh quang đa lớp 44

3.2 Kết quả thực nghiệm 48

3.2.1Khảo sát nguồn sáng kích thích huỳnh quang khoang miệng 48

3.2.2Huỳnh quang khoang miệng 53

4 KẾT LUẬN – ĐÁNH GIÁ 61

4.1 Kết luận 61

4.2 Hướng phát triển đề tài 62

TÀI LIỆU THAM KHẢO 64

DANH MỤC HÌNH VẼ

Hình 1.1 Dụng cụ ViziLite Plus 3

Hình 1.2 Dụng cụ Identa (R) 3000 Ultra 4

Hình 1.3 Dụng cụ Velscope 5

Hình 1 Giải phẫu học khoang miệng 7

Hình 1 : Biểu mô lát tầng 8

Hình 1 : Hai loại màng đáy đôi 10

Hình 1 Ảnh hiển vi điện tử của biểu mô miệng 14

Hình 1 (A)Vết loét nông trong viêm loét miệng aptơ, (B) mảng trắng ở miệng do nấm candida 15

Hình 1.10 Ảnh minh hoạ các bước tiến triển của biểu mô bình thường chuyển dần sang loạn sản nhẹ, loạn sản trung bình, loạn sản nặng, ung thư tại chỗ và ung thư xâm lấn.[13] 16

Hình 1.11: Tổn thương sùi loét niêm mạc miệng (A) Các đám tế bào gai xâm nhập mô đệm (B) 17

Hình 1.12 Sơ đồ các mức năng lượng phân tử: S0 và S1 – năng lượng điện tử, V’ và V” - năng lượng dao động, J’ và J”- năng lượng quay 23

Hình 2.1 Hệ quang học đo phổ huỳnh quang 34

Hình 2.2 Mô hình thiết bị quan sát ảnh huỳnh quang mô miệng 35

Hình 3.1 Sự phân bố ánh sáng có bước sóng 3 0, 00, 30 và 0nm lan truyền theo phương vuông góc với bề mặt lưỡi thường 39

Hình 3.2 Sư phân bố ánh sáng có bước sóng 3 0nm lan truyền theo phương vuông góc với bề mặt niêm mạc bình thường (a), viêm nặng (b), ung thư (c), loạn sản (d) 42

Hình 3.3 Sự phân bố phổ huỳnh quang của mô niêm mạc miệng bình thường khi được kích thích bằng bước sóng 3 0nm sau khi chạy mô phỏng 45

Hình 3 LED siêu sáng (a) và LED công suất (b) 48

Hình 3 Phổ phát quang của LED xanh dương 0nm loại mm (a) và loại công suất (b) 49Hình 3 Đặc tuyến Volt-Ampere của LED xanh dương 0nm loại mm và loại công suất 50Hình 3 Mối liên hệ dòng và công suất bức xạ của LED 0nm loại mm và loại công suất 50Hình 3.8 Góc phát quang của LED 0 nm loại công suất (đường xanh) và loại thường (đường đỏ) 51Hình 3 Ảnh huỳnh quang và phổ huỳnh quang của lưỡi bình thường được kích thích bởi LED 0 nm (A, B) và LED 3 nm (C, D) 54Hình 3.10 Ảnh chụp các bộ phận khoang miệng được chiếu sáng bởi ánh sáng thường (A, D) và đèn LED 365nm (B, C) 56Hình 3.11 Hình ảnh huỳnh quang lưỡi khi bị kích thích bởi LED 0 nm (A) và LED 365nm (B) 57Hình 3.12 Một số ảnh huỳnh quang mô bệnh 58

DANH MỤC BẢNG BIỂU

Bảng 3.1 Cấu trúc niêm mạc miệng mô lưỡi 37

Bảng 3.2 Thông số quang học mô thường khi sử dụng ánh sáng kích thích 3 0nm,

400nm, 430nm, 460nm 38Bảng 3.3 Độ xuyên sâu và độ hấp thụ các lớp mô miệng bình thường khi được kích thích bởi nguồn sáng có bước sóng 3 0nm, 00nm, 30nm, 0nm 40Bảng 3 Thông số quang học mô đối với mô thường và bất thường khi được chiếu ánh sáng 360nm 41Bảng 3 Sự phân bố chùm ánh sáng 3 0nm trong mô phỏng tương tác với các mô hình niêm mạc bình thường, viêm nặng, ung thư, loạn sản 42Bảng 3 Độ hấp thụ và độ xuyên sâu cực đại của ánh sáng kích thích đối với từng loại niêm mạc khi kích thích bằng bước sóng 3 0nm 43Bảng 3 Kết quả mô phỏng từ các lớp 45Bảng 3.8 Các thông số quang học của LED siêu sáng và LED công suất 52

MỞ ĐẦU

Theo Hiệp hội chống ung thư thế giới (UICC), ung thư miệng chiếm 1% của tất cả các loại ung thư Ung thư miệng bao gồm ung thư của môi, miệng, lưỡi, lợi và tuyến nước bọt Ở Ấn Độ, ung thư miệng chiếm đến 0% số ca ung thư Ở Mỹ gần

30000 trường hợp phát hiện mới mỗi năm, và khoảng 8000 ca tử vong mỗi năm [1] Tuổi 0- 0 là độ tuổi bị nhiều nhất Tuy nhiên loại ung thư này đang trẻ hoá nhanh chóng, có người mắc lúc 10 tuổi

Ở Việt Nam, các tổn thương liên quan đến miệng là rất phổ biến, trong đó bao gồm cả ung thư miệng Theo điều tra của Trung tâm ung bướu, tỷ lệ ung thư miệng là % Tại TP.HCM, ung thư khoang miệng chiếm khoảng 3- % tổng số trường hợp ung thư và đứng hàng thứ trong số 10 loại ung thư thường gặp nhất Những yếu tố sau đây khiến ung thư miệng ở nước ta có tỷ lệ cao là: hút thuốc lá và uống rượu nhiều (khoảng 20% trong số ca ung thư), thói quen nhai trầu, môi trường

ô nhiễm, sử dụng tràn lan thuốc kích thích tăng trưởng với thực vật và vật nuôi, thực phẩm chế biến không an toàn vì có nhiều chất độc hại và thức ăn nhanh có quá nhiều chất béo [ ]

Ở các nước đang phát triển nói chung, ở Việt Nam nói riêng, ung thư khoang miệng thường được phát hiện muộn nên tỷ lệ chết vì căn bệnh này khá cao Tỷ lệ người bệnh sống thêm sau năm là 30-80% tùy theo vị trí tổn thương ung thư Một nguyên nhân nữa khiến cho việc chẩn đoán và chữa trị căn bệnh này gặp nhiều khó khăn là các triệu chứng của bệnh không điển hình, hầu hết là các triệu chứng vay mượn của các cơ quan lân cận như: tai, mũi, thần kinh, hạch… Ngoài ra, do cơ sở

hạ tầng, trang thiết bị y tế tại các bệnh viện chưa đủ đáp ứng nhu cầu khám chữa bệnh của người dân Chi phí xét nghiệm cao do thiết bị chẩn đoán nhập từ nước ngoài với giá thành cao, thời gian cho kết quả lâu khiến người bệnh, đặc biệt là bệnh nhân ở xa ngại đi khám ở giai đoạn đầu khi bệnh chưa quá nặng Mà kết quả điều trị tùy thuộc vào việc bệnh nhân đi khám sớm hay muộn, càng phát hiện bệnh sớm tỉ lệ khỏi càng cao

Khi có dấu hiệu nghi ngờ ung thư miệng có thể làm các xét nghiệm khác nhau như: sinh thiết tế bào, chụp X-quang, chụp cắt lớp vi tính, xét nghiệm miễn dịch về virus EBV Tất cả những phương pháp chẩn đoán này đều phức tạp, yêu cầu cao về chi phí và thời gian cho kết quả xét nghiệm, có thể làm người bệnh đau đớn, thậm chí gây hại cho sức khỏe của người bệnh

Trong những năm gần đây, nhiều phương pháp chẩn đoán ung thư miệng mới đã và đang được nghiên cứu và ứng dụng Nổi bật trong số đó là phương pháp chẩn đoán không xâm lấn ứng dụng các kỹ thuật quang học Một thiết bị chẩn đoán ung thư vòm họng không xâm lấn – VELSCOPE đã được nghiên cứu và kiểm định bởi FDA (cơ quan trực thuộc Bộ Y tế và Sức khỏe con người của Hoa Kỳ) và Bộ Y

tế Canada VELSCOPE là một công cụ cầm tay phát ra một ánh sáng màu tím - xanh an toàn vào miệng Ánh sáng này kích thích các lớp mô trong miệng phát huỳnh quang Những mô bất bình thường không phát huỳnh quang mà hấp thụ hoàn toàn ánh sáng kích thích Sự khác biệt về màu sắc của mô thường và mô bất bình thường giúp các bác sĩ phát hiện ra sự có mặt của một số loại tế bào bất thường trong khoang miệng, hỗ trợ trong việc phát hiện ung thư miệng và tiền ung thư Ưu điểm của thiết bị này là: không gây đau, không xâm lấn an toàn, không sử dụng hóa chất hay nước súc, thuốc nhuộm giúp phát hiện sớm tế bào ung thư và tiền ung thư không thấy bằng mắt thường giúp bác sĩ phẫu thuật đảm bảo rằng tất cả các mô bị bệnh được loại bỏ nếu phẫu thuật được chỉ định thiết bị nhỏ gọn, cơ động, thời gian chẩn đoán nhanh [8] Tuy nhiên giá thành của những hệ thống này tương đối đắt, lên đến cả chục ngàn dollar, cộng với ý thức của bệnh nhân về việc tầm soát và chẩn đoán sớm các bệnh ung thư khoang miệng chưa cao, nên các cơ sở y tế chưa

có nhu cầu thực sự trong việc chi tiêu mạnh vào những hệ thống này

Việc nghiên cứu phát triển thiết bị chẩn đoán ung thư vòm họng không xâm lấn với giá thành thấp, mang tính cơ động cao, phát hiện bệnh ở giai đoạn sớm có ý nghĩa rất lớn trong việc chẩn đoán và điều trị bệnh ung thư vòm họng – một loại ung thư có tỉ lệ cao ở nước ta Thiết bị này sẽ giúp nâng cao khả năng chẩn trị, giảm tải cho các bệnh viện, 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 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

Đề tài được tiến hành với mục đích nghiên cứu tính chất huỳnh quang mô miệng bằng phương pháp mô phỏng Monte Carlo và phương pháp phổ huỳnh quang Từ đó xác định bước sóng kích thích huỳnh quang đối với mô miệng, xây dựng mô hình thu ảnh huỳnh quang mô miệng

Để thực hiện mục tiêu trên, nhiệm vụ đề ra của đề tài gồm:

- Khảo sát tổng quan các thiết bị phát hiện ung thư miệng đã có trên thị trường và trong nghiên cứu thử nghiệm

- Nghiên cứu lý thuyết về cấu trúc mô miệng, tính chất huỳnh quang của mô miệng, cụ thể là sự phát huỳnh quang của mô và phương pháp mô phỏng Monte Carlo

- Mô phỏng tương tác photon lên mô miệng và mô phỏng huỳnh quang đa lớp mô miệng, từ đó xác định bước sóng kích thích huỳnh quang tối ưu nhất

- Tiến hành thí nghiệm kích thích huỳnh quang mô miệng sử dụng đèn LED

có bước sóng thích hợp (thu được từ kết quả mô phỏng), đo đạc phổ huỳnh quang

mô miệng, xác định vị trí mô thường và mô bệnh thông qua hình ảnh phát quang của chúng

CHƯƠNG 1 :

TỔNG QUAN LÝ THUYẾT

1 TỔNG QUAN LÝ THUYẾT

1.1 TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU TRONG VÀ NGOÀI NƯỚC

Theo Hiệp hội chống ung thư thế giới (UICC), ung thư miệng chiếm 1% của tất cả các loại ung thư Ung thư miệng là thuật ngữ chung của tất cả các bệnh u ác tính phát bệnh ở trong vùng miệng, bao gồm ung thư môi, ung thư nướu răng, ung thư lưỡi, ung thư vòm miệng, ung thư xương hàm, ung thư cuống họng, ung thư hầu họng, ung thư tuyến nước bọt, ung thư xoang hàm trên và các bệnh ung thư trên bề mặt da và màng nhầy Hơn 300000 trường hợp ung thư miệng được phát hiện, và

130000 trường hợp bị tử vong mỗi năm trên toàn thế giới Vùng có tỉ lệ cao nhất là

ở Melanesia, tiếp theo là tây Âu, nam Á, nam Mỹ Ở Ấn Độ, ung thư miệng chiếm đến 0% số ca ung thư Ở Mỹ gần 30000 trường hợp phát hiện mới mỗi năm, và khoảng 8000 ca tử vong mỗi năm [1] Theo số liệu mới thống kê gần đây [2] thì tỉ lệ mắc bệnh của khu vực Nam-Trung Á là nhiều nhất Ở khu vực Đông-Nam Á, cứ

100000 sẽ có 100 trường hợp mắc bệnh mới Tuổi 0 - 0 là độ tuổi bị nhiều nhất Tuy nhiên loại ung thư này đang trẻ hoá nhanh chóng, có người mắc lúc 10 tuổi

Ở Việt Nam, các tổn thương miệng là rất phổ biến Một số các tổn thương có thể không nguy hiểm Tuy nhiên, các tổn thương khác, chẳng hạn như ung thư miệng là rất nguy hiểm nếu không được phát hiện sớm Ung thư miệng đã trở thành một trong các khối u ác tính hàng đầu ở nhiều nước châu Á [3] Theo điều tra của Trung tâm ung bướu, tỷ lệ này là % Tại TP.HCM, ung thư khoang miệng chiếm khoảng 3- % tổng số trường hợp ung thư và đứng hàng thứ trong số 10 loại ung thư thường gặp nhất Những yếu tố thuận lợi đáng kể sau đây khiến ung thư miệng

ở nước ta có tỷ lệ cao là: hút thuốc lá và uống rượu nhiều (khoảng 20% trong số ca ung thư), thói quen nhai trầu Môi trường ô nhiễm, sử dụng tràn lan thuốc kích thích tăng trưởng với thực vật và vật nuôi, thực phẩm chế biến không an toàn vì có nhiều chất độc hại và thức ăn nhanh có quá nhiều chất béo v.v [4]

1.1.1 Các phương pháp và thiết bị phát hiện, tầm soát ung thư miệng hiện có

trên thị trường hiện nay

Hiện tại, trên thế giới đã có nhiều thiết bị hiện đại được sử dụng để chẩn đoán và điều trị bệnh ung thư khoang miệng [ ,8]

1.1.1.1 Bàn chải sinh hoá Brush biopsy

Đây là dụng cụ có hình dạng như 1 chiếc bàn chải nhỏ với các sợi lông cứng Khi tiến hành chải, các sợi lông nhỏ của thiết bị sẽ xuyên qua lớp keratin (sừng) của

bể mặt của biểu mô, sau đó các tế bào biểu mô được lấy mẫu sinh thiết sẽ được gửi

về phòng thí nghiệm bệnh lý Tại đó các chuyên gia sẽ thực hiện các quá trình phân tích cần thiết để đưa ra kết luận cuối cùng Hoặc gần gây, người ta đang tiến hành

sử dụng máy tính kết hợp với máy quét quang học để so sánh kích thước của từng tế bào riêng lẻ với hạt nhân của nó Các hạt nhân lớn, tối hơn sẽ là của các tế bào bị loạn sản hoặc chưa trưởng thành

Ưu điểm: Đây là cách xác định đơn giản, không gây đau đớn cho bệnh nhân,

dùng để kiểm tra những điểm xuất hiện màu đỏ và trắng bất thường

Khuyết điểm: Không cho kết quả ngay tức thời Giá thành cho thiết bị này

là 30,000USD để xác định 10,000 trường hợp tiền ung thư trong 1 năm

1.1.1.2 Phương pháp nhuộm tế bào bằng toluidine blue

Phương pháp này dựa trên tiền đề là: các tế bào niêm mạc (mucosa cell) với DNA được bổ sung (tức là có hạt nhân lớn) thì giữ lại các thuốc nhuộm ngay cả khi được súc miệng với acid axetic

Ưu điểm: Tác dụng nổi bật của phương pháp này là giúp định vị các khu vực

lấy sinh thiết hoặc chải sinh thiết tốt hơn

Khuyết điểm: Tuy nhiên phương pháp này thường đưa ra kết quả có độ

chính xác không cao Bên cạnh đó, các tế bào loạn sản nằm sâu trong tổn thương sừng hoá dày sẽ không có khả năng được nhuộm

1.1.1.3 ViziLite Plus

Đây là một thiết bị kiểm tra trực quan dựa trên phương pháp nhuộm tế bào,

đã được kiểm chứng lâm sàng, và là thiết bị chuyên dụng trong hơn một thập kỉ qua,

trong việc phát hiện sớm ung thư miệng Thiết bị hoạt động dựa trên sự tương phản của cường độ ánh sáng (được phát ra từ nguồn sáng chuyên dụng cầm tay – nguồn sáng quang phát quang hoá học (chemiluminescent) màu xanh dương) giữa vị trí bình thường và vị trí bất thường trong miệng, trước khi tiến hành quan sát, bệnh nhân được xúc miệng với dung dịch đặc biệt (dung dịch acid acetic 1%)

Ưu điểm: Cho kết quả nhanh chóng

Khuyết điểm: sử dụng hóa chất (nước súc) Vì là thiết bị sử dụng tính chất

của ánh sáng phản xạ nên nó chỉ có thể cung cấp cho ta thông tin từ các lớp tế bào

bề mặt Trong khi đó thì chứng loạn sản bắt đầu từ lớp thấp nhất của biểu mô Theo đánh giá thì thiết bị này không thể phân biệt được các tổn thương lành tính hoặc viêm lành tính với các tổn thương tiền ác tính và ác tính

Hình 1.1 Dụng cụ ViziLite Plus

1.1.1.4 Thiết bị sử dụng tính chất phát huỳnh quang của mô

Trong cơ thể chúng ta, các chất phát huỳnh quang điển hình như: Tryptophan, porphyrins, cross link collagen, elastin, NADH (Nicotinamide adenine dinucleotide), Flavins (như là FAD - Flavin adenine dinucleotide) Tín hiệu huỳnh quang thu được để đánh giá tình trạng chuyển hoá của các mô và xác định các tế bào bình thường và các tế bào bất thường Lượng huỳnh quang phát ra từ các mô sống là rất yếu, không thể quan sát trực tiếp bằng mắt thường ở điều kiện ánh sáng thường Tuy nhiên nếu sử dụng ánh sáng tím hoặc xanh dương trong phòng tối và đeo kính lọc đặc biệt (dùng để lọc các ánh sáng phản xạ, chỉ cho truyền qua những ánh sáng có bước sóng của các mô huỳnh quang) thì huỳnh quang của các mô sống

có thể quan sát được dễ dàng Velscope và Identa (R) 3000 Ultra là những thiết bị

sử dụng tính chất phát huỳnh quang của mô để phát hiện ung thư miệng bằng mắt thường, có sự hỗ trợ của các dụng cụ quang học

 Identafi(R) 3000 Ultra: chiếu ánh sáng tím có bước sóng khoảng 0

nm, đây là thiết bị chiếu sáng chạy bằng pin có hình dáng, kích thước, trọng lượng tương đương với 1 chiếc khoan cầm tay sử dụng trong nha khoa Người sử dụng sẽ nhìn qua 1 kính lọc đặc biệt Thiết bị này còn sử dụng cả ánh sáng trắng (để kiểm tra trực quan thông thường) và ánh sáng xanh-vàng (để làm nổi bật các niêm mạng miệng bị sừng hoá và các mạch máu của submucosa – hạ niêm mạc)

Hình 1.2 Dụng cụ Identafi(R) 3000 Ultra

 Velscope: sử dụng ánh sáng xanh dương có cường độ đỉnh ở khoảng

3 nm, và người dùng nhìn qua 1 kính lọc đặc biệt Một tế bào biểu mô chưa trưởng thành hoặc bị loạn sản sẽ có NADH ít hơn và FAD ít hoạt tính hơn tế bào bình thường Vì thế vùng niêm mạc bị như vậy sẽ không phát huỳnh quang Do đó những chỗ như vậy trở nên tối hơn khi nhìn qua kính lọc của thiết bị

Hình 1.3 Dụng cụ Velscope

 Ưu điểm:

Do đặc tính của hai thiết bị này là kiểm tra dựa trên sự phát huỳnh quang của

mô nên nó có thể thâm nhập vào phần sâu nhất của biểu mô và dễ dàng đến được các tế bào bị loạn sản trong vùng dưới vùng biểu mô cũng như vùng collagen subepithelial

Không gây đau, không xâm lấn

An toàn, không sử dụng hóa chất hay nước súc, thuốc nhuộm

Giúp phát hiện sớm tế bào ung thư và tiền ung thư không thấy bằng mắt thường

Giúp bác sĩ phẫu thuật đảm bảo rằng tất cả các mô bị bệnh được loại bỏ nếu phẫu thuật được chỉ định

Thiết bị nhỏ gọn, cơ động, thời gian chẩn đoán nhanh

 Khuyết điểm: Giá thành của thiết bị nhỏ gọn này tương đối đắt, lên

đến cả chục ngàn dollar

Ngoài ra, vào năm 200 , trường đại học Texas (Mỹ) đã công bố công nghệ chẩn đoán bệnh ung thư trong vòng 10 phút Phát minh này dựa trên cơ sở sau: lấy một ít chất nhầy từ lớp niêm mạc cổ họng Trong chất nhầy được lấy, người ta lọc

ra các tế bào và xác định chỉ số protein Dưới tác động của bức xạ huỳnh quang, các

tế bào ung thư có màu xanh (có thể nhìn thấy bằng kính hiển vi) Công nghệ này đơn giản và không tốn kém

1.1.2 Các phương pháp chẩn đoán được sử dụng trong nước [5,6]

Đối với tình hình trong nước, các thiết bị nêu trên vẫn còn rất lạ lẫm và không thấy sử dụng ở các cơ sở y tế, bệnh viện, có lẽ do giá thành quá cao (vài ngàn đô) Với một bệnh nhân có những triệu chứng bất thường về hạch cổ, mũi, tai, đau nửa đầu phần hốc mắt… bác sĩ phải nghi ngờ và khám tỉ mỉ thêm vòm họng: soi vòm gián tiếp qua gương hoặc soi vòm bằng ống soi (cứng, mềm) Qua soi vòm có thể thấy một tổ chức sùi mủn nát, loét hoặc thâm nhiễm dễ chảy máu Sau đó tiến hành một trong các phương pháp sau:

- Sinh thiết khối u, chẩn đoán giải phẫu bệnh lý: là yếu tố chẩn đoán xác định

- Chẩn đoán tế bào học: có ý nghĩa định hướng (tế bào tại vòm họng hoặc tại hạch cổ)

- Chẩn đoán huyết thanh: phương pháp này dựa vào mối liên quan của EBV (virus Epstein Barr) với UTVH, có thể tiến hành trên hàng loạt người để phát hiện sớm ngay khi triệu chứng lâm sàng chưa rõ Nhưng cũng không có giá trị chẩn đoán xác định mà vẫn phải dựa vào kết quả giải phẫu bệnh lý

có sử dụng nguồn phóng xạ (như chụp C.T, chẩn đoán phóng xạ)

Việc nghiên cứu phát triển thiết bị chẩn đoán ung thư vòm họng không xâm lấn với giá thành thấp, mang tính cơ động cao, phát hiện bệnh ở giai đoạn sớm có ý

nghĩa rất lớn trong việc chẩn đoán và điều trị bệnh ung thư vòm họng – một loại ung thư có tỉ lệ cao ở nước ta Thiết bị này sẽ giúp nâng cao khả năng chẩn trị, giảm tải cho các bệnh viện, 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 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

1.2 Cấu trúc giải phẫu niêm mạc miệng [9,10,11,12]

Khoang miệng là nơi bắt đầu của hệ thống tiêu hoá, tham gia vào quá trình uống, nhai, làm ẩm và bắt đầu tiêu hoá thức ăn Ngoài ra nó còn có vai trò trong việc nói, thể hiện cảm giác, thở Khoang miệng bao gồm nhiều vị trí giải phẫu: môi,

má, răng, sàn miệng, lưỡi, nướu, palate

Khoang miệng được phủ bởi loại mô biểu mô lát tầng được gọi là niêm mạc miệng Niêm mạc miệng có thể được chia thành hai lớp chính là biểu mô và lớp mô đệm nằm dưới (chứa chủ yếu là mô liên kết)

Hình 1.4 Giải phẫu học khoang miệng

1.2.1 Biểu mô

a Định nghĩa biểu mô:

Biểu mô có rất ít chất gian bào, các tế bào biểu mô kết dính với nhau chặt chẽ, tạo nên một lớp tế bào bao phủ bề mặt cơ thể hay lót các khoang cơ thể Chức

năng chính của biểu mô là phủ và lót các bề mặt (da, khoang cơ thể), hấp thu (ruột non) chế tiết (các tuyến), đóng vai trò giác quan và co thắt (cơ biểu mô)

b Phân loại biểu mô:

Có ba loại biểu mô:

Biểu mô đơn: chỉ có một hàng tế bào Biểu mô đơn lại được phân thành ba loại là: lát đơn, vuông đơn và trụ đơn

Biểu mô tầng: có từ hai hàng tế bào trở lên Biểu mô tầng được phân thành ba loại: lát tầng, vuông tầng, trụ tầng Trong đó, biểu mô lát tầng có biểu mô lát tầng không sừng (hay biểu mô lát tầng ít sừng) và biểu mô lát tầng sừng hóa (hay biểu mô lát tầng nhiều sừng)

Biểu mô giả tầng: có các tế bào đáy và tế bào trụ cùng gắn vào lớp đáy nhưng chỉ có tế bào trụ tiến tới bề mặt biểu mô

Biểu mô giả tầng gồm: biểu mô trụ giả tầng có lông chuyển, biểu mô trụ giả tầng có lông giả và biểu mô chuyển dạng

Hình 1.5: Biểu mô lát tầng

c Tính chất của biểu mô:

Tế bào biểu mô sắp xếp thành lớp và gắn kết với nhau bởi các liên kết (liên kết chặt, liên kết vòng, liên kết điểm và liên kết khe)

d Biểu mô trong khoang miệng:

Biểu mô trong khoang miệng có nguồn gốc từ phôi ngoại bì và lát phân tầng Hầu hết bề mặt niêm mạc miệng được lót bởi biểu mô lát tầng không sừng hoá, ngoại trừ nướu, hard palate, và bề mặt lưng lưỡi (được bao phủ bởi biểu mô lát tầng sừng hóa) Bên dưới lớp biểu mô phân tầng là lớp mô đệm (ở đây chứa chủ yếu mô liên kết)

 Biểu mô lát tầng không sừng hóa

Biểu mô lát tầng không sừng hóa gồm những tế bào đã biệt hóa, có ít keratin Các hàng tế bào ở lớp ngoài cùng còn nhân, bao gồm 4 lớp (từ trên xuống): lớp bề mặt, lớp trung gian, lớp tế bào gai (spinosum) và màng đáy Màng đáy lại chia làm

2 lớp là lớp đáy (basale) và lớp lưới Trong một số trường hợp, người ta gọi 2 lớp trên là màng đáy đôi, phân biệt với màng đáy đơn chỉ gồm lớp đáy

Lớp bề mặt: gồm những tế bào còn nhân

Trong các tầng trên của lớp tế bào gai (lớp trung gian), các tế bào chất

có chứa một loại tế bào chất độc đáo dạng cầu đặc Do sự liên kết chặt chẽ của các hạt với màng tế bào, chúng thường được gọi là các hạt phủ màng (membrane coating granules) Những hạt này kết hợp được với màng tế bào chất của tế bào và biểu lộ thành phần của chúng vào không gian nội bào (intracellular spaces)

Lớp tế bào gai: thường là một số tế bào dày, và các hình phân bào thỉnh thoảng có thể được nhìn thấy trong lớp kế cận với lớp tế bào đáy Lớp này có khả năng nguyên phân tạo mới thay thế cho các tế bào đã biệt hóa ở bên trên Tầng đáy

và lớp đầu tiên của tầng tế bào gai đôi khi được gọi là tầng mầm Khu vực này nuôi các tế bào biểu mô Các tế bào của lớp này được hình thành như một đa diện và có các quá trình tế bào chất ngắn

Lớp đáy tiếp xúc trực tiếp với mặt đáy tế bào biểu mô Các tế bào lớp này có dạng cột trụ hoặc cột thấp và tạo thành một lớp duy nhất nằm trên lớp đáy tại bề mặt tiếp xúc của lớp đệm với biểu mô Lớp đáy là tổ hợp phân tử laminin với colagen

IV, entacin và proteoglycan Lớp đáy không chỉ hỗ trợ tế bào biểu mô và còn giúp

tế bào không phải biểu mô thực hiện chức năng

Lớp lưới gồm các sợi collagen, nâng đỡ lớp đáy và tiếp liền với mô liên kết

Hình 1.6: Hai loại màng đáy đôi

Hầu hết bề mặt khoang miệng được lót bởi biểu mô không sừng hoá ngoại trừ nướu, khẩu cái cứng

 Biểu mô lát tầng sừng hóa

Biểu mô lát tầng sừng hóa gồm các tế bào lớp trên đã biệt hóa, nhiều keratin Các hàng tế bào ở lớp ngoài cùng không còn nhân Biểu mô lát tầng sừng hóa cũng

có bốn lớp tương tự biểu mô lát tầng không sừng hóa nhưng khác hai lớp ngoài cùng, bao gồm: lớp sừng hóa, lớp hạt (granlosum), lớp tế bào gai và màng đáy đôi

Lớp sừng hóa: gồm các tế bào không còn nhân

Lớp hạt: các tế bào lớp này là phẳng và xếp chồng lên một lớp dày ba đến năm té bào Lớp này chủ yếu xuất hiện trong biểu mô sừng hoá, còn trong biểu mô không sừng hoá thì gần như không xuất hiện Các tế bào của lớp này có nhiều hạt keratohyaline đặc, lớn (cỡ 0, đến 1µm) trong tế bào chất của chúng

Hình 1.7 Ảnh hiển vi điện tử của biểu mô miệng Đây là ảnh của biểu mô bị

sừng hoá cho thấy độ dày tương đối của mỗi lớp tế bào từ tầng đáy đến tầng sừng

hoá

 Biểu mô lát tầng á sừng

Trong biểu mô lát tầng á sừng, các tế bào bề mặt có nhân pykotic nhuộm tối

và bào chất chứa ít các sợi keratin Tầng sừng hóa và tầng hạt không được tìm thấy trong biểu mô á sừng Giống biểu mô không sừng hoá, biểu mô á sừng liên quan tới nướu và gồm hai lớp

1.2.2 Mô đệm

Mô đệm được tạo bởi mô liên kết Mô liên kết tạo mô nền kết gắn và liên kết các tế bào và cơ quan lại với nhau Vì thế, lớp đệm có vai trò nâng đỡ biểu mô và kết gắn biểu mô với mô kế cận Vùng có biểu mô và lớp đệm có thể hình thành các nhú (papilla) Chiều dài của nhú thay đổi theo vị trí và các yêu cầu chức năng Sự gia tăng về số lượng và chiều dài của nhú được nhìn thấy trong khu vực cần sự bám

dính giữa biểu mô và mô đệm

Nhu cầu trao đổi chất của biểu mô phải thông qua mô đệm Các axit amin, peptide, carbon-hydrate, các hợp chất vô cơ và muối cần thiết cho dinh dưỡng nhờ

sự khuếch tán từ mao mạch qua mô liên kết và màng đáy để đi vào biểu mô Ngoài các nguyên bào sợi, tế bào máu, hệ bạch huyết và dây thần kinh, các tế bào khác cũng được tìm thấy trong mô đệm

1.2.3 Tầng dưới niêm mạc (submucosa)

Trong hầu hết các khu vực của miệng thì không có sự xuất hiện của submucosa, nó có chức năng như là một phần đính kèm của mô đệm Nó là một thành phần của mô liên kết bao gồm các tế bào và các yếu tố nội bào Nó được tìm thấy ở má, môi và các phần của khẩu cái Nó chứa rất nhiều mạch máu, dây thần kinh và hệ bạch huyết và chức năng của nó là bảo vệ và dinh dưỡng Tầng dưới niêm mạc cũng là vị trí có chứa các mô mỡ và các tuyến nước bọt nhỏ trong khoang miệng Trong khu vực xương không có submucosa, các sợi của mô đệm gắn chặt vào xương Niêm mạc và mô đệm trong các khu vực này thường được gọi là mucoperiosteum

1.2.4 Các loại chức năng của niêm mạc

Niêm mạc miệng có 3 loại chính là niêm mạc lót, niêm mạc nhai, niêm mạc chuyên biệt

a Niêm mạc lót: phủ tất cả các mô mềm trong khoang miệng ngoại trừ nướu, khẩu cái cứng, bề mặt lưng của lưỡi Biểu mô và mô đệm chứa các sợi collagen, sợi chun, sợi lưới điển hình được tìm thấy trong các mô liên kết hỗ trợ Niêm mạc lót thì mịn và sáng bóng Biểu mô của miệng thì ít sắc tố hơn của da và thay đổi từ hồng sang hồng thẫm hoặc màu đỏ Màu sắc bị ảnh hưởng bởi hệ thống mạng lưới mao mạch bên dưới và có liên quan đến bề mặt tự do và số lượng sắc tố melanin có trong tế bào biểu mô Lớp submucosa có liên quan tới hầu hết các niêm mạc lót được tổ chức lỏng lẻo và cho phép khả năng di động tự do của niêm mạc miệng liên quan đến các mô nằm bên dưới

b Niêm mạc nhai: Phủ nướu và khẩu cái cứng Ở đây biểu mô bị sừng hoá hoặc bị á sừng Các mô liên kết của mô đệm có chứa các sợi collagen buộc chặt biểu mô với xương bên dưới, dày hơn và có tổ chức hơn những sợi khác trong niêm mạc lót Niêm mạc nhai xuất hiện chủ yếu ở nưới, khẩu cái cứng, rugae

c Niêm mạc chuyên biệt hoá: phủ phần lưng hoặc phần nhú của lưỡi Biểu

mô trên phần trước của lưỡi bị sừng hoá, biểu mô phân tầng phủ bởi nhú được gọi là nhú lưỡi dạng chỉ (filliform papilla), là các phần mở rộng bị sừng hoá của các tế bào

biểu mô Thỉnh thoảng nhú lưỡi dạng nấm (fungiform papilla) được nhìn thấy trong nhiều nhú lưỡi dạng chỉ Các mô liên kết nằm dưới biểu mô buộc lớp niêm mạc này vào cơ xương ở bên dưới là một hàng các nhú tròn (circumvallate), và dọc theo các mặt của lưỡi là các hàng của nhú dạng lá (foliate pappilla) Bên dưới lớp biểu mô chuyên hoá của lưỡi là các lớp mô liên kết (thuộc mô đệm) Các sợi mô liên kết của

mô đệm mở rộng từ niêm mạc vào sâu bên trong và giữa các bó cơ của lưỡi

1.3 Bệnh lý trong khoang miệng

1.3.1 Các tổn thương khoang miệng

Các tổn thương miệng có thể được chia thành hai nhóm phụ thuộc vào sự xuất hiện lâm sàng của chúng Hầu hết các tổn thương đều xuất hiện phần trắng và được gọi là bạch sản (leukoplakía) Theo [13] thì những chỗ có bạch sản là các các tổn thương tiền ung thư (8 %) Tuy nhiên trong một số trường hợp lành tính như tăng sừng hoặc viêm nặng cũng xuất hiện các vùng trắng Điều này làm phức tạp thêm việc nhận biết lâm sàng của các tổn thương lành tính hay tổn thương tiền ác tính Các tổn thương xuất hiện vùng đỏ được gọi là hồng sản (erythroplakia) và liên quan đến những sự biến đổi ác tính và tiền ác tính Những tổn thương vừa có vùng

đỏ và trắng (erythroleukoplakia) thì giống với sự phát triển những biến đổi ác tính hơn so với những tổn thương chỉ có màu trắng

Loạn sản miệng liên quan đến những thay đổi cấu trúc cũng như sự phát triển hỗn độn từ các tế bào đáy đến các tế bào phân tầng, tăng sản của lớp tế bào đáy và

sự sừng hoá bề mặt quá mức (tăng sừng) [13] Tốc độ của sự nảy mầm (proliferation) tăng là bước đầu tiên của sự biến đổi loạn sản

Các vị trí mà ở đó sự nảy mầm tế bào bị giới hạn tới 1/3 bề dày của biểu mô được chẩn đoán là loạn sản nhẹ, vùng có sự nảy mầm tế bào chiếm hơn ½ bề dày biểu mô được xác định là mức độ loạn sản nặng hơn Loạn sản có hai loại chính là bạch sản (chiếm đa số) và hồng sản

Bạch sản là các mảng trắng ở niêm mạc miệng, giới hạn rõ, không cạo tróc được tạo bởi sự tăng sinh biểu mô phủ Bạch sản được xem là tổn thương tiền ung thư vì có -6% trường hợp sẽ chuyển thành ung thư

Dịch tễ học: mảng này thường gặp ở người lớn tuổi, liên quan chặt chẽ với

việc dùng thuốc lá, uống rượu, dùng thức ăn kích thích, viêm mãn tính hoặc nhiễm HPV

Hình thái tổn thương: (Hình 1.8)

+ Đại thể: tổn thương có dạng một hoặc nhiều mảng trắng, gồ cao bề mặt trơn láng hoặc sần sùi cứng xuất hiện ở niêm mạc má, sàn miệng, bụng lưỡi

+ Vi thể: có hiện tượng tăng sừng, tăng gai của lớp biểu mô lát tầng niêm mạc miệng Biểu mô này có thể chuyển dạng thành nghịch sản và sau

Dịch tễ học: Thường do nấm Candida albicans, loại nấm này có thể vẫn

thường trú trong khoang miệng (30- 0% dân số) nhưng chỉ trở thành tác nhân gây bệnh ở những người bị suy giảm miễn dịch do bệnh tiểu đường, thiếu máu, dùng kháng sinh hay corticoid kéo dài, ung thư

Hình 1.9 (A)Vết loét nông trong viêm loét miệng aptơ, (B) mảng trắng ở

miệng do nấm candida

b Nhiễm virút Herpes

Dịch tễ học: viêm miệng do virút Herpes (hầu hết là HSV týp1) là bệnh rất

thường gặp Trên ¾ dân số tuổi trung niên có mang mầm bệnh trong miệng nhưng

chỉ một số ít trường hợp là có biểu hiện lâm sàng do virút được tái hoạt hoá Sốt,

nhiễm lạnh, nắng, gió, nhiễm trùng hô hấp, dị ứng…đều có thể tái hoạt hoá virút

bào này nằm ở vách bóng nước hoặc trôi lơ lửng trong dịch bóng nước

1.3.3 Ung thư trong khoang miệng và lưỡi

Ung thư được định nghĩa là sự phát triển không kiểm soát được của các tế

bào xâm nhập và gây thiệt hại cho các mô xung quanh Ung thư miệng liên quan

đến ung thư phát triển trong bất kỳ bộ phận nào tạo nên miệng Ung thư miệng có

thể xảy ra trên môi, lợi lưỡi, bên trong lót của má, vòm và sàn miệng, xoang và

họng Hơn 0% các bệnh ung thư trong khoang miệng là ưng thư tế bào vảy phát

triển từ vùng biểu mô niêm mạc miệng [13] Hình 1.10 minh hoạ quá trình phát

triển từng bước của mô miệng bình thường chuyển sang loạn sản nhẹ, loạn sản trung bình, loạn sản nặng, ung thư tại chỗ và cuối cùng là ung thư xâm lấn Quá trình loạn sản được đặc trưng bởi một loạt các tính năng tế bào hình thái học bao gồm kích thước nhân tăng, tỉ lệ bào tương tăng (cytoplasmic), tốc độ nguyên phân tăng, và có quá nhiều nhiễm sắc thể hyperchromasia

Ung thư tại chỗ được được xác định là có sự phát triển của tế bào biểu mô là không thể kiểm soát được, nó chiếm hầu như toàn bộ bề dày của biểu mô

Sự xâm lấn của các tế bào biểu mô ác tính qua màng đáy được chẩn đoán là ung thư xâm lấn

Hình 1.10 Ảnh minh hoạ các bước tiến triển của biểu mô bình

thường chuyển dần sang loạn sản nhẹ, loạn sản trung bình, loạn sản nặng, ung thư tại chỗ và ung thư xâm lấn.[13]

Các loại ung thư miệng:

- Ung thư có ảnh hưởng đến phần bên trong của má (ung thư niêm mạc miệng)

- Ung thư lợi

- Ung thư môi

- Ung thư vòm miệng

- Ung thư tuyến nước bọt

- Ung thư lưỡi

Loại ung thư thường găp nhất của khoang miệng và lưỡi là carcinôm tế bào gai

Dịch tễ học: thường xảy ra sau 0 tuổi

Triệu chứng:

- Sưng hoặc nổi cục, điểm hoặc bị lở trên môi, nướu răng, hoặc các khu vực khác bên trong miệng

- Miếng vá màu trắng hoặc đỏ, lốm đốm trong miệng

- Chảy máu không rõ nguyên nhân trong miệng

- Tê, mất cảm giác, hoặc đau không rõ nguyên nhân quanh khu vực của khuôn mặt, miệng, hoặc cổ Vết loét dai dẳng trên mặt, cổ, miệng chảy máu một cách dễ dàng và không lành trong vòng hai tuần

- Đau hoặc cứng khớp hàm, cảm thấy vướng trong cổ họng

- Khó khăn trong việc nhai hoặc nuốt, nói, hoặc di chuyển hàm hay lưỡi

+ Vi thể: các đám tế bào gai có nhân dị dạng, hạch nhân to, phân bào bất thường, xếp thành ổ, xâm nhập mô đệm bên dưới

Liên hệ lâm sàng: Khởi phát không đau nên thường phát hiện trễ, nhất là khi

tổn thương nằm ở 1/3 sau lưỡi làm giảm kết quả điều trị và khả năng sống còn của bệnh nhân

1.4 Tương tác giữa ánh sáng và mô sinh học

Phổ quang học có tiềm năng chẩn đoán cao bởi vì nó có thể thể hiện được những thay đổi y sinh hoặc những thay đổi hình thái học xuất hiện trong quá trình ung thư Những thay đổi tế bào và cấu trúc liên kết tới quá trình loạn sản trong mô biểu mô, ảnh hưởng tới các tính chất hấp thụ, tán xạ, huỳnh quang của mô và dẫn đến những sự khác nhau đáng kể trong phổ được đo lâm sàng

Huỳnh quang trong mô đục có thể được miêu tả bằng ba bước Đầu tiên, ánh sáng kích thích đi vào môi trường và bị mất mát do sự tán xạ, và hấp thụ trong môi trường Sự hấp thụ của ánh sáng kích thích bởi chất phát huỳnh quang và sự phát xạ huỳnh quang phụ thuộc vào hệ số hấp thụ và hiệu suất huỳnh quang của chất phát huỳnh quang đối với bước sóng kích thích Cuối cùng ánh sáng huỳnh quang được phát lại, truyền trở lại bộ thu và bị mất mát do sự tán xạ và tái hấp thụ Tín hiệu huỳnh quang bên trong thu được từ lớp biểu mô, lớp đệm bị ảnh hưởng bởi nhiều tác nhân tán xạ, hấp thụ, chất phát huỳnh quang Tính chất và sự phân bố của chúng được thể hiện ở dưới

1.4.1 Tán xạ

Hiện tượng tán xạ xảy ra khi sóng điện từ gặp chướng ngại vật, trong trường hợp mô thì chướng ngại vật là các cấu trúc trong tế bào và được gọi là các hạt tán xạ hoặc tâm tán xạ Khi sóng điện từ tương tác với hạt thì các electron trong các phân

tử cấu tạo nên tế bào hoặc mô sẽ bị nhiễu loạn với vùng tần số của sóng tới và tạo các moment lưỡng cực điện cảm ứng Các moment lưỡng cực này sẽ trở thành nguồn phát sóng điện từ và tạo ra các trường tán xạ

Trong mô sinh học, tán xạ là cơ chế chính ảnh hưởng đến sự lan truyền ánh sáng Tán xạ được chia thành 3 loại theo kích thước của vật tán xạ đối với bước sóng ánh sáng: (1) giới hạn Raleigh, khi kích thước tâm tán xạ là nhỏ đối với bước sóng ánh sáng, (2) giới hạn Mie, khi kích thước tâm tán xạ là tương đương bước sóng ánh sáng, (3) giới hạn quang hình học, khi kích thước tâm tán xạ rất lớn so với bước sóng, khi đó ánh sáng sẽ bị phản xạ và khúc xạ

Trong tế bào, những tâm tán xạ quan trọng là các bào quan Kích thước của các bào quan từ dưới 100nm đến µm Ứng với bước sóng trong miền cửa sổ quang học, phần lớn tâm tán xạ cho tán xạ bất đẳng hướng về phía trước – tâm tán xạ Mie

Ti thể – bộ phận hô hấp và sản sinh năng lượng trong tế bào – là tâm tán xạ chính trong số các bào quan Ti thể có dạng trụ và thay đổi kích thước phụ thuộc vào tế bào với kích thước từ 0 đến 2µm Ti thể ngoài màng lipid bao xung quanh còn có các nếp gấp lipid bên trong Cấu trúc này làm các ti thể có độ tương phản quang học cao so với tế bào chất xung quanh, và gây ra tán xạ mạnh Bào quan lớn nhất trong

tế bào là nhân tế bào, với đường kính từ đến µm Lưới nội chất, bộ máy Golgi cũng là những bào quan lớn Hai bào quan này tách các túi nhỏ gồm lysosome và perisome có đường kính từ 0.2 đến 0 µm, các túi này vận chuyển các sản phẩm phân tử trong tế bào [14,15]

Trong các mô khác nhau, các tế bào có hình dạng và kích thước khác nhau Một tế bào cô lập có thể là một tâm tán xạ mạnh, nhưng trong mô thì tán xạ thường

có nguồn gốc là các bào quan Trong da, các melanosome là các tâm tán xạ chính,

có kích thước từ 100nm đến 2µm Các dạng này chứa các hạt melanin, kết nối thành chuỗi Trong máu, hồng cầu là những tâm tán xạ mạnh nhất Hồng cầu có dạng đĩa, dày 2µm với đường kính từ đến µm Tính chất tán xạ của máu phụ thuộc vào hematocrit (tỉ lệ thể tích hồng cầu) Để đảm bảo độ bền cơ học của mô, có các mô chống đỡ Các mô chống đỡ gồm các tế bào và protein như elastin, collagen Tính chất tán xạ của các mô này là do sự không đồng nhất ở phạm vi nhỏ và sự thay đổi

về cấu trúc ở phạm vi lớn Kích thước đặc trưng ở phạm vi nhỏ là cỡ dưới bước sóng, tạo ra tán xạ Rayleigh

Sự tán xạ mô tăng là do sự không đồng đều ở cấp độ vi mô (microscopic) của chiết suất giữa các thành phần tế bào, ngoại bào, dưới tế bào Sử dụng các phương pháp đo góc tán xạ đàn hồi từ các tế bào được gây ra bởi nhân cũng như bởi các tổ chức tế bào khác Thông qua mô phỏng người ta đã dự đoán sự tăng tiết diện góc tán xạ của các tế bào tiền ung thư do những sự thay đổi kích thước nhân, mật độ quang học và tổ chức tế bào Ngoài ra tính chất tán xạ không chỉ thay đổi với sự loạn sản mà còn theo độ sâu biểu mô Hơn nữa, việc mô phỏng cũng cho thấy sự giảm tán xạ khi đi từ lớp bề mặt đến lớp trung gian, nhưng lại tăng trở lại trong lớp đáy của biểu mô tử cung

Các nghiên cứu đã cho thấy rằng quá trình ung thư nói chung liên quan tới sự tăng đáng chú ý của các ti lạp thể có trong các tế bào biểu mô Do đó, khi ti lạp thể tăng sẽ làm cho nhiều ánh sáng bị tán xạ điều này làm cho cường độ ánh sáng thu được từ mô bị giảm Người ta cũng biết rằng nhân hoặc tế bào có thể tán xạ ánh sáng và số lượng, kích thước (của nhân hoặc tế bào) và sự tăng nhiễm sắc thể (hyperchromatism) của nhân sẽ tăng trong quá trình ung thư Những yếu tố này sẽ làm tăng sự tán xạ ánh sáng, làm giảm cường độ ánh sáng huỳnh quang

Sự sắp xếp mô đệm cũng làm ảnh hưởng đến sự tán xạ và phản xạ ánh sáng trong mô người Người ta cho rằng sự tán xạ mô tăng khi số và kích thước các sợi collagen tăng Sau này một số nghiên cứu mới cho rằng cấu trúc trong mô đệm cũng

có thể đóng một vai trò trong sự tán xạ mô, ảnh hưởng tán xạ từ các sợi collagen ảnh hưởng lớn tới khả năng phát xạ huỳnh quang đo được ở bề mặt mô [13, 16]

1.4.2 Hấp thụ

Quá trình hấp thụ có liên quan đến một khái niệm quan trọng trong lượng tử

đó là mức năng lượng ở trạng thái mà nguyên tử hay phân tử tồn tại Sự chuyển từ mức năng lượng này sang mức năng lượng khác gọi là sự chuyển tiếp Mối liên hệ giữa năng lượng và bước sóng là :

c: vận tốc ánh sáng trong chân không, c =3.108 m/s

Sự hấp thu sóng điện từ phụ thuộc vào thành phần phân tử cấu tạo nên mô Các phân tử hấp thu photon khi năng lượng của photon bằng với khoảng cách giữa các mức năng lượng và chuyển mức giữa các trạng thái lượng tử tuân theo quy tắc chọn lọc Ở miền sóng ngắn, photon năng lượng cao có sự chuyển mức giữa các mức điện tử Một vài chất hấp thu mạnh trong miền UV gồm DNA, các amino acid thơm (tryptophan và tyrosine), protein, melanin, và porphyrin (bao gồm hemoglobin, myoglobin, vitamin B12 và cytochrome c)

Tất cả các mô trong cơ thể đều hấp thụ ánh sáng ở các bước sóng khác nhau,

và quá trình hấp thụ này chuyển hầu hết năng lượng ánh sáng thành nhiệt Ngoài ra, trong các trường hợp khác thì ánh sáng sinh ra các phản ứng quang hoá hoặc các photon bị hấp thụ bởi các chất phát huỳnh quang để sinh ra huỳnh quang

Oxy và deoxy-haemoglobin được coi là các chất hấp thụ chính ở vùng khả kiến và nó xuất hiện trong các mô tạo mạch (như là lớp mô đệm bên dưới biểu mô) Haemoglobin có đỉnh hấp thụ mạnh gần 20nm, hai dải hấp thụ nhỏ hơn xuất hiện ở oxy-haemoglobin gần 0 và 80nm Một đỉnh hấp thụ được tìm thấy trong deoxy-haemoglobin gần 0nm Trong quá trình loạn sản, mật độ ven máu tăng lên trong các mô bị loạn sản, và dẫn tới sự thay đổi trong tính chất hấp thụ của mô loạn sản

Do sự hấp thụ ánh sáng lớn của Haemoglobin nên sự truyền sâu dưới 1mm từ lớp

mô đến mô sub-connective là không thực tế đối với các bước sóng dưới 00nm Tuy nhiên đối với biểu mô niêm mạc miệng và lớp đệm thì chúng đều nằm trên mô sub-connective Mặc dù vậy, khi có quá trình ưng thư hoặc viêm thì thì sự tập trung nhiều mạch máu trong lớp mô liên kết ở trên tăng làm tăng sự hấp thụ ánh sáng của Hemoglobin [16]

1.4.3 Huỳnh quang

Huỳnh quang là sự phát quang của nguyên tử, phân tử hay ion khi chúng hấp thụ năng lượng dưới dạng nhiệt hay dạng quang Đây là kết quả của sự dịch chuyển điện tử từ trạng thái kích thích về trạng thái cơ bản Huỳnh quang đơn giản nhất trong các dạng quang lý là sự đảo ngược chính xác của quá trình hấp thụ, phát ra

ánh sáng có bước sóng giống hệt bước sóng hấp thụ, được gọi là huỳnh quang cộng hưởng Huỳnh quang loại này thường xảy ra ở chất khí Tuy nhiên, do nhiều nguyên nhân khác nhau, ánh sáng bức xạ thường có bước sóng dài hơn bước sóng ánh sáng kích thích Một trong những nguyên nhân phổ biến là sự mất mát năng lượng giữa hấp thụ và phát xạ Điều này được giải thích như sau

Ở điều kiện bình thường, điện tử của phân tử nằm ở trạng thái liên kết, nên phân tử có mức năng lượng thấp (mức S0 trên hình 1.12), gọi là trạng thái cơ bản Khi hấp thụ năng lượng kích thích các phân tử sẽ chuyển lên mức năng lượng cao hơn, hay được gọi là trạng thái kích thích (mức S1 trên hình 1.12) Năng lượng toàn phần của phân tử bao gồm năng lượng của chuyển động điện tử Ee, năng lượng chuyển động dao động Ev và năng lượng chuyển động quay Ej, trong đó Ee > Ev >

Ej Do đó, ứng với mỗi mức năng lượng điện tử S0 và S1 có một tập hợp các mức năng lượng dao động V’ và V”, ứng với mỗi mức năng lượng dao động V lại có các mức năng lượng quay J’ và J”

Phân tử khi hấp thụ năng lượng, chuyển lên mức năng lượng dao động cao hơn (quá trình 1 trên hình 1.12), sẽ nhanh chóng đánh mất năng lượng và chuyển về mức năng lượng dao động thấp hơn (quá trình 2 trên hình 1.12), sau đó mới chuyển tiếp về mức năng lượng cơ bản (quá trình 3 trên hình 1.12) kèm theo bức xạ huỳnh quang Năng lượng của các photon được phát ra thấp hơn so với năng lượng photon

bị hấp thụ nên sự phát huỳnh quang sẽ dịch chuyển về phía màu đỏ so với ánh sáng kích thích

Hình 1.12 Sơ đồ các mức năng lượng phân tử: S 0 và S 1 – năng lượng điện

tử, V’ và V” - năng lượng dao động, J’ và J”- năng lượng quay

Một số chất phát quang (fluorophore) nội sinh có cường độ mạnh nhất tồn tại trong con người và động vật có liên quan đến sự chuyển hóa tế bào Loại chiếm ưu thế trong thể loại này bao gồm các dạng rút gọn của nicotinamide adenine dinucleotide (NADH), các flavins khác nhau (FAD, vv), và lipopigments (phần tử phức tạp) có tính huỳnh quang mạnh (ví dụ, lipofuscin, và ceroids) Ngoài những loài này, nhiều fluorophore nội sinh khác tồn tại, phát ra phát xạ của những vùng phổ khác nhau trong vùng tử ngoại (UV) và vùng có thể nhìn thấy của quang phổ điện từ Những fluorophore này bao gồm các chất thơm, các acid amin như tryptophan, tyrosine, phenylalanine, các porphyrins khác nhau (hemoglobin, myoglobin, vv), và trong một số trường hợp và vị trí, huỳnh quang porphyrin màu

đỏ là do vi khuẩn [17,18]

1.4.4 TÍNH CHẤT HUỲNH QUANG NIÊM MẠC MIỆNG

Các dẫn xuất của nucleotide và flavin là các chất phát huỳnh quang chính chịu trách nhiệm cho sự phát huỳnh quang của tế bào và chúng đóng vai trò quan trọng trong sự trao đổi chất nội bào Nicotinamide adenine dinucleotide là chất nhận electron chính trong sự phốt pho hoá của ti lạp thể và dạng rút gọn của nó là NADH

có tính huỳnh quang, có cực đại kích thích và phát xạ tương ứng là 3 0nm, 0nm

Khi NADH bị dính vào enzyme trong màng ti lạp thể nó có cực đại phát xạ ở 470nm

Flavin adenine dinucleotide là một chất nhận electron khác nữa và dạng oxi hoá của nó, FAD, có tính huỳnh quang, có cực đại kích thích và cực đại phát xạ là 0nm và 30nm Qua các nghiên cứu về ma trận kích thích phát xạ huỳnh quang của mô cổ tử cung (một loại mô có cấu trúc niêm mạc khá giống niêm mạc miệng) các tác giả thấy rằng các chất chỉ thị trao đổi chất NADH và FAD là các nguồn gốc chính phát huỳnh quang tế bào ở kích thích 3 0nm và 0nm (tương ứng cho từng loại) Do đó phổ huỳnh quang có thể được sử dụng để tìm những thay đổi trong các trạng thái trao đổi chất của tế bào (được đánh giá bởi nồng độ NADH và FAD) [13]

Một nguồn phát huỳnh quang khác trong tế bào là các sợi tế bào sừng, tập trung xung quanh nhân và màng tế bào của các tế bào biểu mô Ma trận kích thích – phát xạ của móng tay người (chứa chủ yếu là keratin) cho thấy kích thích từ 350 00nm đều có đỉnh là 30nm

Loại chất phát huỳnh quang nữa liên quan đến huỳnh quang biểu mô là porphyrin Chất này là thành phần chính của haemoglobin, myoglobin và cytochrome nó được hình thành bởi sự hợp nhất của các nguyên tử sắt vào protoporphyrin IX Bước sóng kích thích – phát xạ đối với porphyrin là 0-630nm, huỳnh quang porphyrin thường có màu đỏ, đỏ cam Huỳnh quang đỏ có thể thấy bình thường trên sàn lưỡi và ở cao răng Trong giai đoạn ung thư, đôi khi ung thư cũng phát huỳnh quang đỏ (cho thấy có sự có mặt của porphyrin), nhưng nguồn gốc porphyrin ở đây vẫn chưa chắc chắn (chỉ là sự suy luận) Có một giả thuyết được ủng hộ nhất đó là huỳnh quang đỏ này là sản phẩn của sự nhiễm vi khuẩn [16] Các ảnh hiển vi của các mẫu nuôi của cổ tử cung khi có loạn sản thể hiện huỳnh quang của biểu mô ở kích thích 3 0nm thì tăng, trong khi đó, huỳnh quang của mô đệm thì giảm Nghiên cứu khác cũng cho thấy rằng huỳnh quang của tế bào chất bị giới hạn đối với một lớp mỏng của tế bào mầm, trong khi phần còn lại của biểu mô phát huỳnh quang chủ yếu từ bên ngoài tế bào (cell periphery)

Đối với sự phát triển của tiền ung thư trong biểu mô, số các tế bào với huỳnh quang tế bào chất tăng, xuất hiện ở khoảng 2/3 toàn bộ lớp như trong trường hợp loạn sản nặng

Các ảnh mô đệm thu được từ kính hiển vi đồng tiêu của các các tế bào nuôi bình thường hoặc bị tiền ung thư cho thấy nguồn huỳnh quang mô đệm chủ yếu từ các sợi có nguồn gốc từ lớp nền dày đặc (dense matrix) Đối với sự phát triển của loạn sản, mật độ của lớp chất nền giảm, vì thế các tính chất huỳnh quang của mô đệm khác ngay lập tức ở bên dưới tổn thương tiền ung thư và sâu bên trong màng đáy khoảng 2 0- 00µm

Những phát hiện này đã đưa đến giả thuyết rằng sự suy giảm mật độ các sợi collagen là một phần của quá trình ung thư, trong đó các enzyme bị ảnh hưởng bởi các tế bào ung thư hoặc thậm chí các tế bào tiền ung thư làm thoái hoá các sợi collagen mô đệm [19,20]