Chcesz wydać pracę doktorską, habilitacyjną czy monografię? Zrób to w Wydawnictwie Borgis – jednym z najbardziej uznanych w Polsce wydawców książek i czasopism medycznych. W ramach współpracy otrzymasz pełne wsparcie w przygotowaniu książki – przede wszystkim korektę, skład, projekt graficzny okładki oraz profesjonalny druk. Wydawnictwo zapewnia szybkie terminy publikacji oraz doskonałą atmosferę współpracy z wysoko wykwalifikowanymi redaktorami, korektorami i specjalistami od składu. Oferuje także tłumaczenia artykułów naukowych, skanowanie materiałów potrzebnych do wydania książki oraz kompletowanie dorobku naukowego.

© Borgis - Nowa Stomatologia 4/2009, s. 103-107
*Agnieszka Mielczarek1, Mirosław Kwaśny2, Anna Kwiatkowska1, Maksymilian Włodarski2
Ocena porównawcza wykorzystania fluorescencji różnicowej i systemu ICDAS II w diagnostyce próchnicy – badania in vitro
The essesment of differential fluorescence method in caries diagnosis – in vitro study
1Zakład Stomatologii Zachowawczej Instytutu Stomatologii Warszawskiego Uniwersytetu Medycznego
Kierownik Zakładu:
2Zakład Technologii Optoelektronicznej Wojskowej Akademii Technicznej w Warszawie
Kierownik Zakładu: dr n. tech. Mirosław Kwaśny
Próchnica jest wciąż aktualnym problemem zdrowotnym polskiej populacji. Jak wiadomo wczesne objawy choroby ograniczone do szkliwa mają charakter odwracalny i mogą być leczone metodami nieinwazyjnymi, które nie generują wysokich kosztów terapii. Od lat trwają więc poszukiwania skutecznego narzędzia diagnostycznego, które umożliwiłoby wczesne wykrywanie zmian próchnicowych. Szczególnym zainteresowaniem cieszą się obecnie metody optyczne pozwalające na rejestrację obrazu i monitorowanie ogniska próchnicowego w czasie, w tym metody fluorescencyjne – LIF (1, 2, 3). Intensywnie prowadzone badania nad fotoluminescencją szkliwa pozwoliły na opracowanie jego charakterystyki wzbudzeniowo-emisyjnej. Przy wzbudzeniu fluorescencji długością fali około 400 nm, wygodnym wskaźnikiem zmian obserwowanych w strukturze szkliwa jest stosunek emisji pasm, np. przy 520 i 630 nm. Zmniejszenie fluorescencji szkliwa odwapnionego w zakresie niebiesko-zielonym i jednoczesny wzrost natężenia w zakresie czerwieni stwarzają możliwość zastosowania fluorymetrii różnicowej przy obrazowaniu fluorescencji powierzchni szkliwa bez względu na geometrię pomiaru, zmiany natężenia światła wzbudzającego i inne czynniki. Wstępne wyniki badań opisujące założenia i możliwości wykorzystania fluorescencji różnicowej w diagnostyce stomatologicznej przedstawiono we wcześniejszej publikacji (4).
Jak dotąd dostępne jest na rynku jedno urządzenie pozwalające na obrazowanie fluorescencji wzbudzonej na powierzchni zęba – system QLF. Układ ten nie jest jednak powszechnie dostępny w praktyce klinicznej. Dotychczasowe doniesienia opisują jego zastosowanie w naukowych badaniach eksperymentalnych. Wysoka cena urządzenia oraz konieczność zainstalowania wysoce specjalistycznego oprogramowania do ilościowej analizy obrazu znacznie ogranicza jego zastosowanie. Inny dostępny system diagnostyczny, pracujący w oparciu o metodę fluorescencyjną, laser Diagnodent, umożliwia ilościową ocenę natężenia wzbudzonej fluorescencji, ale bez opcji obrazowania badanego obszaru (5, 6, 7).
W ostatnich latach podjęto próbę opracowania nowego uniwersalnego wskaźnika do wizualnej oceny stopnia zaawansowania zmian próchnicowych. Międzynarodowy komitet koordynujący pracę nad nowym systemem diagnostyki próchnicy zarekomendował w 2005 stosowanie zmodyfikowanego Międzynarodowego System Wykrywania i Oceny Próchnicy – ICDAS II (ang. International Caries Detection & Assessment System). Umożliwia on ocenę wzrokiem stanu twardych tkanek zęba po wcześniejszym ich oczyszczeniu i oświetleniu. Zdaniem autorów, nowy wskaźnik pozwala nie tylko na ujednolicenie metod wykrywania stopnia zaawansowania zmian próchnicowych, ale daje również możliwość oceny ich aktywności. Niewątpliwą jego zaletą jest również przydatność zarówno w badaniach klinicznych, jak i epidemiologicznych (8).
W prezentowanych badaniach in vitro, podjęto próbę wykorzystania metody fluorescencji różnicowej do oceny stopnia zaawansowania zmian próchnicowych. Porównano również jej skuteczność diagnostyczną z oceną wizualną z użyciem systemu ICDAS II.
Materiał i metodyka
Jako materiał do badań in vitro wykorzystano 50 ludzkich zębów usuniętych z różnych wskazań stomatologicznych, w tym również zęby zatrzymane. Zęby po ekstrakcji płukano pod bieżącą wodą, oczyszczano mechanicznie i przechowywano w roztworze wody destylowanej z dodatkiem kryształków tymolu. Oczyszczone i utrwalone zęby wykorzystywano do dalszych badań. Ocenie poddano 80 stycznych powierzchni zębów.
Badanie kliniczne (BW)
Badanie wizualne przeprowadzono w świetle lampy stomatologicznej. Powierzchnie zębów oceniano w warunkach wilgotnych i po osuszeniu stosując sześciostopniowy wskaźnik ICDAS II, w którym poszczególne wartości oznaczają:
0 – szkliwo prawidłowe
1 – matowa plama, biała lub brązowa – zmiana widoczna po osuszeniu powierzchni
2 – matowa plama, biała lub brązowa – zmiana widoczna na wilgotnej powierzchni
3 – miejscowe przerwanie ciągłości szkliwa, bez zmian w obrębie zębiny
4 – podpowierzchniowe zacienienie w obrębie zębiny, bez lub z miejscowym przerwaniem ciągłości szkliwa
5 – niewielki ubytek eksponujący zębinę
6 – rozległy ubytek eksponujący zębinę
Wszystkie badane powierzchnie fotografowano z użyciem aparatu cyfrowego (Nikon COOLPIX 990). Uzyskane obrazy zaprezentowano na rycinie 1.
Ryc. 1. Wybrane obrazy badanych powierzchni fotografowane z użyciem aparatu cyfrowego (Nikon COOLPIX 990).
Analiza spektralna z użyciem systemu fluorescencji różnicowej (DF)
Do oceny powierzchni szkliwa zastosowano własny układ obrazowania fluorescencji różnicowej, który po raz pierwszy opisano we wcześniejszej publikacji (4). Omawiany system wyposażono w końcówkę endoskopową, co umożliwia w przyszłości prowadzenie badań w warunkach in vivo. Jako źródło wzbudzenia wykorzystano laser półprzewodnikowy generujący promieniowanie o długości fali 407nm i mocy ciągłej 25 mW (powierzchniowa gęstość mocy około 10 mW/cm2). Promieniowanie ze źródła transmitowano cieczowym światłowodem o średnicy 5 mm do zewnętrznego toru giętkiego endoskopu. Promieniowanie odbite od tkanki i promieniowanie fluorescencji doprowadzano torem centralnym endoskopu do czarno-białej kamery CCD (GP-KS162, Panasonic). Przed kamerą zainstalowano koło filtrów optycznych m.in. z żółtym filtrem pochłaniającym nadmiar odbitego od tkanki promieniowania wzbudzającego. Obraz fluorescencyjny badanego obszaru otrzymywano z użyciem interferencyjnego filtra zielonego (λ=530 nm, δ=15 nm), a następnie czerwonego (λ=625 nm, δ=20 nm), po czym obrazy nakładano na siebie uzyskując wzmocnienie kontrastu. Do analizy obrazów i oceny stopnia natężenia fluorescencji zastosowano program Microscan.
Analiza histopatologiczna (BH)
W kolejnym etapie pracy materiał badawczy przygotowano do analizy histopatologicznej. Zęby zatapiano w masie metakrylanowej i cięto diamentową tarczą w płaszczyźnie policzkowo-językowej, w poprzek zarejestrowanej zmiany próchnicowej. Uzyskane podłużne szlify szkliwne o grubości około 500um polerowano i poddano ocenie w mikroskopie stereoskopowym Nikon Eclipse P 40 przy 16-krotnym powiększeniu. Uzyskane obrazy rejestrowano, zapisywano z użyciem cyfrowego aparatu fotograficznego i analizowano. Przyjęto 5-stopniową skalę do oceny zaawansowania zmian próchnicowych:
0 – szkliwo prawidłowe
1 – zmiana ograniczona do zewnętrznej warstwy szkliwa
2 – zmiana penetrująca do wewnętrznej warstwy szkliwa, ale ograniczona granicą szkliwno-zębinową
3 – zmiana przekraczająca granicę szkliwno-zębinową, ale ograniczona do zewnętrznej warstwy zębiny
4 – zmiana penetrująca do wewnętrznej warstwy zębiny.
Uzyskane wyniki opracowano statystycznie z wykorzystaniem oprogramowania komputerowego STATISTICA V.6.1 (StatSoft, Polska). Dla określenia zależności pomiędzy badanymi parametrami wykonano analizę korelacji i określono współczynnik korelacji Spearmana. Przyjęto 5% błąd wnioskowania i związany z nim poziom istotności p<0,05 wskazujący na istnienie istotnych statystycznie różnic bądź zależności.
Wyniki
Wyniki badania wizualnego zestawiono w tabeli 1. Ocena kliniczna pozwoliła na zakwalifikowanie 20 powierzchni jako zdrowe, 45 z próchnicą ograniczoną do szkliwa i 16 z próchnicą penetrującą do zębiny.
Tabela 1. Zestawienie wyników badania klinicznego(BW).
Wartość wskaźnika ICDAS II0123456
Ilość powierzchni n (%)20 (25%)26 (33%)11 (14%)7 (9%)10(13%)4 (5%)2 (2%)
Obrazy zarejestrowane z użyciem metody DF zaprezentowano na rycinie 2. Zmiany próchnicowe, widoczne jako ciemne plamy, zarysowują się na tle obszarów szkliwa prawidłowego.
Ryc. 2. Wybrane obrazy zarejestrowane z użyciem metody DF ukazujące obszary zmian na etapie plamy próchnicowej.
Na rycinach 3-5 przedstawiono diagramy obrazujące korelację pomiarów dokonanych z użyciem obu ocenianych systemów detekcji. Analizowano zgodność wyników uzyskanych przy użyciu metody fluorescencyjnej (DF) i wizualnej (ICDAS II) a badaniem histologicznym, uznanym jako złoty standard. Obserwowana korelacja wykazuje silną dodatnią zależność liniową pomiarów. Korelacja rang Spearmana pomiędzy procentowym spadkiem natężenia a głębokością zmiany wyniosła r=0,80. Niższą wartość współczynnika, rzędu r=0,69, zaobserwowano pomiędzy parametrami systemu ICDAS II a stopniem zaawansowania choroby próchnicowej. Wartości współczynnika korelacji Spearmana uzyskane dla poszczególnych metod diagnostycznych zestawiono w tabeli 1.
Ryc. 3. Wykres korelacji pomiędzy procentowym spadkiem natężenia fluorescencji a głębokością zmiany próchnicowej.
Ryc. 4. Wykres korelacji pomiędzy parametrami systemu ICDAS II a głębokością zmiany próchnicowej.
Dyskusja
System ICDAS II jako nowy wskaźnik oceniający stopień zaawansowania procesu próchnicowego nie był szeroko dyskutowany w dostępnym piśmiennictwie. Nieliczne prace oceniające jego skuteczność ograniczają się głównie do powierzchni żujących. Wielu autorów sugeruje, iż sześciostopniowy wskaźnik ISDAC II pozwala na lepsze różnicowanie poszczególnych stadiów próchnicy i jest bardziej wiarygodną formą oceny wzrokiem (9). Jednakże badania Diniz i wsp. nie potwierdziły wzrostu skuteczność wykrywania zmian próchnicowych z użyciem systemu ICDAS II w porównaniu z innymi dostępnymi metodami oceny wizualnej (10).
Obrazy zarejestrowane z użyciem metody DF sugerują możliwość wykorzystania fluorescencji różnicowej do precyzyjnej wizualizacji zmiany na etapie plamy próchnicowej. Obszar objęty próchnicą jest znacznie bardziej widoczny, niż obserwowany w świetle dziennym. W obrazach fluorescencyjnych znikają refleksy światła utrudniające prawidłową ocenę badanej powierzchni, a rejony zmienione próchnicowo widoczne są jako ciemne plamy na jasnym tle.
W prezentowanych badaniach podjęto próbę porównania skuteczności metody wizualnej (ICDAS II) i metody fluorescencyjnej (DF) w wykrywaniu zmian próchnicowych. Wykazano możliwość obrazowania wczesnych zmian próchnicowych z użyciem własnego systemu fluorescencji różnicowej, który został zaadoptowany dla potrzeb kariologii i nie był dotychczas porównywany z innymi narzędziami diagnostycznymi.
Tabela 2. Wartości współczynnika korelacji Spearmana uzyskane dla poszczególnych metod diagnostycznych.
r Spearman DF/BHr Spearman BW/BH
0,800,69
Dotychczas, jedyną metodą umożliwiającą wizualizację wzbudzonej fluorescencji, której skuteczność analizowano, była metoda QLF. W wielu badaniach sugerowano użycie tego systemu nie tylko do wykrywania, ale również monitorowania wczesnych zmian próchnicowych. Wyniki badań prowadzonych z zastosowaniem QLF wykazały wysoką korelację pomiędzy obrazem fluorescencji rejestrowanej na powierzchniach gładkich z naturalnymi zmianami próchnicowymi, a stopniem demineralizacji tkanki (11,12). Średni spadek natężenia fluorescencji dla obszarów zmienionych próchnicowo, sięgających 17 μm, wyniósł 17,6% w porównaniu z tkanką prawidłową. Maksymalne obniżenie natężenia fluorescencji wynosiło ok. 49%, co odpowiadało głębokości zmian ok. 107 μm. Również badania Hall i wsp. oraz Mendes i wsp. sugerują dużą zgodność diagnozy uzyskanej z użyciem QLF i badania histologicznego (13, 14). Aljehani i wsp. wyznaczyli współczynnik korelacji obu metod na poziomie 0,76 (15).
Autorzy porównywali możliwość wykrywania zmian próchnicowych z użyciem systemu ICDAS II oraz innych metod fluorescencyjnych – QLF i Diagnodent. Jablonski-Momeni i wsp. wykazali korelację systemu ICDAS II i Diagnodentu na poziomie 0,75 (16). Wyniki badań in vitro Rodriguesa i wsp., w których oceniano powierzchnie żujące wskazują, iż wartość współczynnika korelacji metod fluorescencyjnych i badania głębokości zmiany próchnicowej waha się w granicach 0,41- 0,53, a dla systemu ICDAS II przyjmuje wartość 0,59 (17).
W prezentowanych badaniach ocenie poddano powierzchnie gładkie. Zaobserwowano silną dodatnią zależność liniową pomiarów. Współczynnik korelacji Spearmana pomiędzy wynikami DF a głębokością zmiany wyniósł r=0,80. Nieco niższą wartość współczynnika (r=0,69) uzyskano w przypadku systemu ICDAS II. Zaobserwowana korelacja osiągnęła jednak wyższy poziom, niż w przypadku oceny powierzchni żujących. Podobne obserwacje w odniesieniu do oceny powierzchni gładkich zębów stałych poczynił Martignon i wsp. Autorzy uzyskali współczynnik korelacji oceny wizualnej z użyciem ICDAS II i badania histologicznego na poziomie 0,87 (18).
Uzyskane wyniki badań in vitro wykazały, iż system DF jest skutecznym narzędziem do badania stanu powierzchni gładkich. Ocenę jego przydatności diagnostycznej należy potwierdzić przeprowadzając serię badań klinicznych. System ICDAS II, mimo nieco niższej skuteczności, może być pomocną metodą wykrywania zmian próchnicowych. Jako potencjalnie proste i uniwersalne narzędzie powinien być częściej zalecany w praktyce klinicznej.
Piśmiennictwo
1. Zandona AF, Zero DT: Diagnosis tools for early caries detection JADA 2006; 137(12): 1675-1684. 2. Mielczarek A, Kwaśny M: Charakterystyka spektralna i mikroanalityczna szkliwa z wczesnymi zmianami próchnicowymi. Stomat Współczesna 2002; 6: 9-15. 3. Bader JD, Shugars DA: A systematic review of the performance of a laser fluorescence device for detecting caries. [Review]. J Am Dent Assoc 2004; 135(10): 1413-1426. 4. Mielczarek A, Kwaśny M, Włodarski M: Wykorzystanie fluorescencji różnicowej w diagnostyce próchnicy. Nowa Stomatol 2007; 1: 31-35. 5. Lussi A, Hibst R, Paulus R: DIAGNOdent: an optical method for caries detection. J Dent Res2004; 83(Spec C): 80-83. 6. Ando M et al.: Relative ability of laser fluorescence techniques to quantitate early mineral loss in vitro. Caries Res 1997; 31: 125-131. 7. Shi XQ, Tranaeus S, Angmar-Mĺnsson B: Validation of DIAGNOdent for quantification of smooth surface caries, an in vitro study. Acta Odontol Scand 2001; 59: 74-78. 8. Topping GV, Pitts NB: Clinical visual caries detection. Monogr Oral Sci. 2009; 21: 15-41. 9. Ekstrand KR et al.: Lesion activity assessment. Monogr Oral Sci. 2009; 21:63-90. 10. Diniz MB et al.: Reproducibility and accuracy of the ICDAS-II for occlusal caries detection. Community Dent Oral Epidemiol. 2009; 37(5): 399-404. 11. Trenćeus S et al.: Quantification of occlusal caries: An in vitro study with laser fluorescence, electical resistance measurment and histological examination. J Dent Res 1997; 76: 1107. 12. Eggertsson H et al.: Detection of Early Interproximal Caries in vitro Using Laser Fluorescence, Dye-Eenhanced Laser Fluorescence and Direct Visual Examination. Caries Res 1999; 33: 227-233. 13. Hall AF, Deschepper E: In vitro studies of laser fluorescence for detection and quantification of mineral loss from dental caries. Adv Dent Res 1997; 11: 507-514. 14. Mendes FM et al.: Performance of DIAGNOdent for detection and quantification of smooth-surface caries in primary teeth. J Dent 2005; 33(1): 79-84. 15. Aljehani A et al.: In vitro quantification of white spot enamel lesions adjacent to fixed orthodontic appliances using quantitative light-induced fluorescence and DIAGNOdent. Acta Odontol Scand 2004; 62(6): 313-318. 16. Jablonski-Momeni A et al.: Reproducibility and Accuracy of the ICDAS-II for Detection of Occlusal Caries in vitro. Caries Res 2008; 42: 79-87. 17. Rodrigues JA et al.: Performance of Fluorescence Methods, Radiographic Examination and ICDAS II on Occlusal Surfaces in vitro. Caries Res 2008; 42: 297-304. 18. Martignon S et al.: Relationship between ICDAS II Scores and Histological Lesion Depth on Proximal Surfaces of Primary and Permanent Teethmateriały zjazdowe – 52nd Annual Orca Congress – Caries Res 2005; 39 (4).
otrzymano: 2009-11-10
zaakceptowano do druku: 2009-11-30

Adres do korespondencji:
*Agnieszka Mielczarek
Zakład Stomatologii Zachowawczej Instytutu Stomatologii Warszawskiego Uniwersytetu Medycznego
ul. Miodowa 18, 00-246 Warszawa
tel.: (22) 502 20 32
e-mail: agam@wumwaw.edu.pl

Nowa Stomatologia 4/2009
Strona internetowa czasopisma Nowa Stomatologia