研究纳入5名2021年就诊于北京大学口腔医学院第二门诊部牙周科的重度牙周炎患者及5名健康对照者, 两组各3名男性和2名女性, 年龄20— 58岁, 平均年龄(36.20± 10.21)岁, 重度牙周炎组纳入标准如下: 根据1999年牙周疾病和条件分类诊断为慢性牙周炎, 探诊深度(probing depth, PD)≥ 7 mm, 临床附着丧失(clinical attachment loss, CAL)≥ 5 mm, 牙龈出血指数(bleeding index, BI)≥ 2, 至少6个月无牙周治疗史, 除第三磨牙外连续牙列, 全身健康。 健康对照组纳入标准如下: 口腔卫生良好, 牙石指数=0, 牙龈无肿胀, 出血指数≤ 1, 探诊深度≤ 3 mm, 除第三磨牙外牙列连续, 全身健康。 排除标准: (1)在过去6 个月内使用消炎药、 抗生素和免疫抑制剂; (2)可能干扰牙周疾病进展的全身疾病(如糖尿病和免疫疾病); (3)与菌斑无关的牙龈病变; (4)使用正畸矫治器; (5)妊娠和哺乳; (6)过去6个月内进行牙周治疗; (7)过去2 个月内连续使用含抗菌剂的漱口液; (8)吸烟; (9)附着牙龈及粘膜表面着色。 所有患者均签署知情同意书。 本研究获得北京大学口腔医院生物医学伦理委员会审查批准(批件号ChiCTR2100052306)。

使用HS-VS1700ZT光谱仪系统(天津中科谱光信息技术有限公司, 中国天津)和定制的一分三Y型光纤收集光谱, 三根光纤均采用芯径为600 μ m的单芯光纤, 光谱范围为400~1 700 nm。 口腔专用探头直径为3.2 mm, 长度9.8 mm, 将三根芯径600 μ m的单芯光纤耦合在一起。 光源采用5 W的卤钨光源, 提供高度稳定的光输出。 光谱分辨率在400~1 000 nm范围为3 nm, 在1 000~1 700 nm分辨率为10 nm。 采用反射系数约为5%的参考标准板。

在基线水平对受试者进行光谱信息采集, 选取上下颌、 左右侧四个象限中PD≥ 7 mm位点, 将可见近红外光谱仪探头放置于距离牙龈组织表面3 mm, 对准深牙周袋的龈缘, 龈缘下4 mm (中央)及龈缘下7 mm(袋底)分别进行检测。 之后进行牙周临床检查, 记录临床指标探诊深度(PD)、 临床附着丧失(AL)、 出血指数(BI)、 菌斑指数(plaque index, PLI)。 牙周临床检查和光谱采集均由同一位专科医师进行, 自身一致性检验的kappa值大于0.9。

测量临床参数具体如下:

(1)探诊深度PD: 牙周探针插入测量牙周袋内或龈沟内, 测量龈缘到探针尖端的距离, 精确到1 mm。

(2)附着丧失AL: 以牙周探诊测量牙周袋或龈沟底到釉牙骨质界的距离, 精确到1 mm。

(3)探诊出血BI: 用牙周探针轻探入龈沟口或牙周袋口, 取出探针30 s后观察有无牙龈出血及其出血量。 选用Mazza 出血指数:

0=牙龈健康, 无炎症及出血;

1=牙龈颜色有炎症性改变, 探诊不出血;

2=探诊后有点状出血;

3=探诊出血沿牙龈缘扩散;

4=出血流满并溢出龈沟;

5=自动出血。

(4)菌斑指数 PLI: 选用Silness& Lö e菌斑指数, 用气枪将牙面吹干, 肉眼直接观察并结合探针尖的侧面划过牙面, 确定龈缘附近牙面的菌斑量:

0=在近龈缘处的牙面上无菌斑。

1=肉眼看不到, 用探针尖的侧面划过近游离龈区的牙面上时才能发现薄的菌斑。

2=在龈缘区或牙邻面有肉眼可见的中等量菌斑。

3=在龈沟内和(或)龈缘区及邻近牙面有大量菌斑堆积。

研究表明, 牙龈组织中HbO₂和Hb的光谱吸收主要在波长500~600 nm范围内, HbO₂和Hb分别在波长544和576 nm呈现出典型吸收特征。 基于以上机理, 本研究对原始反射光谱数据进行包络线去除^[10], 提取牙龈组织HbO₂和Hb典型光谱吸收特征; 基于包络线去除后的反射率光谱, 计算牙龈组织内HbO₂和Hb在对应波长的相对吸收深度, 得出两者相对含量, 构建牙龈组织血氧含量光谱指数, 用于辅助检测及诊断不同严重程度牙周炎。 牙龈组织血氧含量光谱指数计算公式如式(1)和式(2)

$\begin{array}{c} D_{\lambda}=1-\rho_{\lambda} \end{array}$(1)

$\begin{array}{c} \mathrm{tHb}=D_{\mathrm{HbO}_{2}}+D_{\mathrm{Hb}} \end{array}$(2)

式中, D_λ 为波长λ 处的吸收深度。 分别在HbO₂(544 nm)和Hb(576 nm)的最大吸收波长下计算 $\begin{array}{c} D_{\mathrm{HbO}_{2}} \end{array}$和D_Hb, 由此可获得牙龈组织内HbO₂和Hb的相对含量, 进而计算出牙龈组织内的总血红蛋白(tHb)相对含量。

5名健康对照者共20位点和5名重度牙周炎共20位点纳入研究。 健康对照组临床探诊深度PD为(1.80± 0.41) mm, 重度牙周炎组牙周袋探诊深度PD为(7.40± 0.68) mm, 重度牙周炎临床附着丧失为7.35± 1.14, 两组间各项牙周临床指标均有统计学差异(p< 0.05)(表1)。

表1

Table 1

表1(Table 1)

表1 各组基线牙周临床指标比较 Table 1 Clinical parameters from each group atbaseline 组别 PD/mm CAL/mm BI PLI 健康对照组 (n=5) 1.80± 0.41 0.00 0.70± 0.47 0.55± 0.69 重度牙周炎组 (n=5) 7.40± 0.68* 7.35± 1.14* 2.95± 0.89* 1.45± 0.51* 注: * p< 0.05

表1 各组基线牙周临床指标比较 Table 1 Clinical parameters from each group atbaseline

图1为重度牙周炎组牙龈和健康对照组牙龈组织的相对反射率光谱曲线, 图1(a)为原始光谱, 图1(b)为包络线去除后的光谱, 不同颜色曲线代表不同组别及牙周袋不同深度牙龈组织的光谱曲线。 研究发现, 重度牙周炎和健康对照者牙龈组织的HbO₂和Hb分别在波长544和576 nm呈现出明显的吸收特征, 从健康到重度牙周炎, 两种蛋白吸收深度逐渐升高, 总血红蛋白含量也相应增加, 并有显著差异(p< 0.05)。 与以往研究结果相似, Hanioka等通过组织反射分光光度法测量人炎症牙龈组织中的血红蛋白氧饱和度, 证实在炎症牙龈中HbO₂和Hb含量升高, 但氧饱和度降低, 牙龈氧饱和度与探诊深度呈负相关^[11]。

图1

Fig.1

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	图1 各组牙龈组织的光谱曲线 (a): 原始光谱; (b): 包络线去除后的光谱Fig.1 Spectra of periodontal tissues (a): Original; (b): Preprocessed

重度牙周炎的深牙周袋内是一个相对低氧的环境, 以往研究表明未经治疗的牙周袋中的氧张力较低^[12]。 Mettraux等比较中等深度(5~6 mm)和深度(7~10 mm)牙周袋的氧张力, 发现中度牙周袋中氧张力(15 mmHg)显著高于深牙周袋中的氧张力(11.6 mmHg)(p< 0.001), 研究认为炎症牙龈的氧气供应不足可能会影响牙周袋内氧气环境^[13]。 本研究发现重度牙周炎深牙周袋牙龈组织内, 从浅到深部位, 其HbO₂相对含量接近, 而Hb相对含量在牙周袋最深处即袋底位置有升高趋势, 但均无显著性差异[图2(a, b, c)]。 牙周袋中的氧张力取决于牙龈组织的氧气供应和不同细胞的氧气消耗, 深牙周袋结缔组织内有大量的白细胞浸润, 因此白细胞氧消耗多, 深牙周袋内的氧张力较低。 而当牙周病变发展到重度炎症接近厌氧环境的过程中, 牙龈组织的氧气供应也可能影响牙周袋内的氧张力水平^[14]。

图2

Fig.2

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	图2 各组牙龈组织内Hb、 HbO2和tHb相对含量 (a): Hb; (b): HbO2; (c): tHbFig.2 Mean comparisons of DHb, $\begin{array}{c} D_{\mathrm{HbO}_{2}} \end{array}$ and tHb for different depth of periodontal pockets (a): Hb; (b): HbO2; (c): tHb

重度牙周炎组深牙周袋内不同深度的HbO₂、 Hb和tHb与牙周临床指标均呈现正相关, 且与PD及CAL的相关系数高于临床指标BI和PLI, 而对于牙周袋不同深度如龈缘、 龈缘下4 mm(中央)、 龈缘下7 mm(袋底), 同一深度的牙龈血流动力学指数( $\begin{array}{c} D_{\mathrm{HbO}_{2}} \end{array}$, D_Hb, tHb)与同一临床指标的相关系数相近(表2)。

表2

Table 2

表2(Table 2)

表2 牙龈组织血氧含量光谱指数和牙周临床指标的相关性分析(重度牙周炎组深牙周袋内不同深度的HbO2、 Hb和tHb与牙周临床指标均呈现正相关, p< 0.05) Table 2 Correlation between gingival oxygen content indexes and clinical parameters (HbO2, Hb and tHb at different depths in deep periodontal pocket for the severe periodontitis group were positively correlated with periodontal clinical indicators at the 0.05 significance level) 牙龈组织血氧 含量光谱指数 PD CAL BI PLI 袋底DHb 0.673 0.785 0.587 0.415 袋底 $\begin{array}{c} D_{\mathrm{HbO}_{2}} \end{array}$ 0.558 0.714 0.520 0.442 袋底tHb 0.569 0.725 0.532 0.432 中央DHb 0.659 0.781 0.564 0.432 中央 $\begin{array}{c} D_{\mathrm{HbO}_{2}} \end{array}$ 0.669 0.792 0.607 0.481 中央tHb 0.661 0.786 0.600 0.466 龈缘DHb 0.684 0.718 0.627 0.433 龈缘 $\begin{array}{c} D_{\mathrm{HbO}_{2}} \end{array}$ 0.758 0.784 0.723 0.518 龈缘tHb 0.705 0.742 0.687 0.484

表2 牙龈组织血氧含量光谱指数和牙周临床指标的相关性分析(重度牙周炎组深牙周袋内不同深度的HbO2、 Hb和tHb与牙周临床指标均呈现正相关, p< 0.05) Table 2 Correlation between gingival oxygen content indexes and clinical parameters (HbO2, Hb and tHb at different depths in deep periodontal pocket for the severe periodontitis group were positively correlated with periodontal clinical indicators at the 0.05 significance level)