固定正畸牙釉质脱矿的检测方法

固定正畸牙釉质脱矿的检测方法

牙釉质脱矿是固定正畸治疗的主要并发症之一，许多正畸患者在托槽周围牙面出现肉眼可见的白垩色斑，是早期龋坏的临床表现。正畸治疗后虽然牙齿排列整齐，但是大面积釉质脱矿的出现则严重影响正畸治疗的美观原则。正畸牙釉质脱矿是多因素综合作用形成的，临床与实验室检测方法的多样也为研究正畸釉质脱矿提供有力支持，本文就各种早期釉质检测方法的特点及优缺点作一综述。

1.固定正畸牙釉质脱矿的发生特点及原因

固定矫治牙釉质脱矿发生率较高，且青少年患者是釉质脱矿的易感人群。有研究显示釉质白斑可发生于正畸治疗一个月后，固定矫治中大约1/4的患者发生白斑脱矿病损，同一患者釉质白斑的发生率甚至可以达到73%～95%，对牙釉质健康产生严重危害。牙釉质脱矿的发生率随正畸治疗时间的增加而升高，临床发现白斑病损时，正畸治疗往往不能终止，这使很多早期的白垩色斑进展加快，脱矿面积增大，最终形成不可逆的病损。上颌前牙区因受唾液矿化作用弱，较其他牙位更易发生，且托槽龈方不易清洁，较其他部位更易累及。

牙釉质脱矿与再矿化是在口腔特定物理化学条件下，釉质晶体与周围唾液环境内矿质元素的动态平衡关系。固定矫治中矫治器和残留粘接剂周围易造成唾液蛋白附着增加，进而菌斑生物膜大量聚集，以链球菌属和乳杆菌属为主要菌群数目增多，代谢产酸使周围pH下降。酸性作用导致釉质表面钙磷离子析出，釉柱问质破坏。此外，正畸治疗中食物易附着在矫治器周围，加之矫治装置结构复杂，妨碍颊舌肌肉和唾液的冲刷自洁。同时青少年患者饮食习惯和口腔卫生习惯较差，使得菌斑长期存留使唾液中过饱和状态的钙、磷离子难以进入菌斑内部，影响唾液再矿化作用并加重脱矿作用。

2.正畸釉质脱矿的实验室检测方法

基于釉质脱矿的发生特点和原因，学者们采用多种体内外检测方法早期评价正畸釉质脱矿。实验室检测方法，即在体外检测拔除的离体牙，或利用人工脱矿液或模拟口腔环境对离体牙进行脱矿，并利用灵敏的、精确的方法检测早期釉质脱矿病损。传统的实验室检测方法多为破坏式检测方法，即需制备釉质切片，检测准确度较高（如横断式显微放射照相法，偏光显微镜法，显微硬度法等），近年来无损的数字化定性与定量检测方法也开始被用于体外研究，但目前传统的检测手段仍较多被应用。

2.1横断式显微放射照相法（Transverse Microradiography，TMR）

TMR是应用最为广泛的显微照相技术，自上世纪末以来一直是评价釉质脱矿的最常用方法。TMR的检测原理是将牙釉质横断面切割并磨成厚度为110μm左右的平整薄片，利用软X射线测量牙片对单色X线的吸收所得到的铝质灰阶光密度值，显微放射照片由光电倍增器数字化，再经专用分析软件根据切片和梯形阶梯影像的灰度级自动计算矿物含量，得到脱矿深度及矿质损失量。有研究应用TMR评价无定型磷酸钙聚合物对脱矿釉质再矿化的效果，发现用其再矿化处理后釉质脱矿深度较人工酸蚀脱矿后明显减小，且再矿化效果优于含氟水门汀。TMR被认为是体外评价早期釉质脱矿和评价新型脱矿检测方法的金标准，但其同时也是一种破坏性研究方法，实验过程较复杂，对样本制备要求较高。

2.2偏振光显微镜法（Polarized Light Microscopy.PLM）

偏振光显微镜法是研究早期龋病的经典方法，其原理为在光学显微镜中插人起偏振镜和检偏振器，用以检查样品的各向异性和双折射性。牙釉质中羟基磷灰石晶体具有各向异性，脱矿后晶体溶解，双折射性与正常釉质差异较大，因此被广泛用于早期脱矿的诊断与研究。脱矿釉质牙片经包埋、切割并磨成80～100 μm的磨片，置于载玻片上用偏振光显微镜观察其光学折射特性。利用偏振光显微镜直接观察釉质切片标本，与TMR相比避免了拍摄软X线这一过程，以及观察影像灰度造成的误差；与激光共聚焦扫描显微镜（Confocal Light Scanning Microscope，CLSM）相比不用罗丹明B浸染标本，简化了实验过程。但PLM也存在一些缺点，其不能得到矿质损失量，且需制备更薄釉质切片，制片时样品易折裂。Rajan等建立脱矿离体前磨牙模型后，利用四种含有不同成分的再矿化液处理脱矿牙面，偏振光显微镜检测脱矿深度，发现含有生物玻璃的SHY-NM溶液再矿化效果最好，含有CPP-ACP的GC护牙素次之。Mehta等对38例计划拔除第一前磨牙矫治的正畸患者采用自身对照的方法，对比粘接托槽后其周围是否使用光固化含氟涂料，不同时间后拔除第一前磨牙，离体牙用偏振光显微镜检测托槽周围脱矿深度，结果表明含氟涂料在4个月内能明显降低釉质脱矿发生率及脱矿深度。不同的切片检测方法都能较好地反映脱矿深度，其得到的结果具有一定相关性。

2.3显微硬度/纳米硬度测试（Micro hardness/Nano-indentation）

牙釉质脱矿时，无机成分大量溶解，造成釉质结构破坏，脱矿区硬度明显下降。显微硬度是较为常用的间接量化脱矿程度的检测指标。检测显微硬度时可以根据检测范围选择不同形状的压头，努式显微硬度（Knoop Micro-hardness）压头近似细长菱形，多用于釉质断面由表面至深部连续检测序列硬度变化，最小检测间距可达10～25μm，许多研究采用这种方法评价托槽周围釉质由表及里脱矿的严重程度。其优势在于与传统组织学检测脱矿深度相比，对于脱矿前沿特别是透明带，硬度的变化在矿质损失方面较组织学切片更为敏感。但相邻压痕距离过近会造成压痕重叠，影响测量准确性，因此并不能作为评价矿质连续变化量的检测手段。纳米压痕技术主要通过三棱椎形压头测量加卸载过程中载荷（压入力）和深度（压入位移）的关系，从而得到样品的硬度和弹性模量等力学性能参量。

纳米压痕测试要求材料的表面必须非常平整，精确的测量系统可以获得纳米级微观结构上的数据，两压痕点间间距可以<10μm，测量精度高于传统显微硬度计，检测早期釉质脱矿的特异性和敏感性有所提高。釉质脱矿时晶体溶解，孔隙增大，分子间作用力减弱，表观及微观抵抗压力变形的能力降低，硬度及弹性模量也随之降低。Iijima等对比了四种正畸粘接剂在离体前磨牙上粘接托槽，经脱矿再矿化液循环28天后将牙冠横断，测量断面聚托槽边缘100μm处釉质由表层向内（1～96μm）不同深度的纳米硬度，发现SuperBond/F3和Fuji Ortho LC组的釉质硬度减小量低于Transbond和SuperBond组，间接反映含氟粘接剂预防脱矿的效果优于传统树脂粘接剂。相似的研究也见于利用纳米压痕仪评价含再矿化纳米颗粒粘接剂等材料对釉质再矿化作用。值得一提的是，纳米压痕测试在釉质不同截面得到的力学性能结果可能差异较大，这是因为釉质晶体结构为各向异性，不同牙齿不同解剖区域釉柱排列方向各不相同，因此增大样本量，每个样本增加压人点可以提高研究结果的精确度。

2.4扫描电镜（Scanning Electron Microscope，SEM）

扫描电镜是一种用于观察样本超微结构的电子光学仪器，扫描电镜观察所需样本制作简单需在真空中喷金或喷碳，其得到的数字图像分辨率高，可发现早期釉质龋釉柱结构出现的脱矿结构改变。以往的研究认为釉质晶体出现脱矿时釉柱晶核、Tomes细胞突等结构首先溶解，而釉柱间质累及较轻微，但近年的研究发现早期釉质龋不仅出现晶核的溶解，釉柱鞘也发生明显溶解，柱间空隙明显增大，且这一溶解方式形成的深孔隙与釉质深层晶体矿质丢失有关，扫描电镜下观察釉质表面呈鳞片状。对于正畸治疗中不同粘接剂或再矿化制剂对矫治器周围釉质脱矿影响的体外形貌观察研究，亦可采用此方法。扫描电镜同时还可以配合使用X射线色散能谱仪（Energy Dispersive X-Ray Spectrometer，EDXS），利用X射线激发釉质晶体内不同原子产生能级跃迁，并形成空穴电子对而发出不同强度的电流脉冲，以此检测脱矿釉质表面数平方毫米微区内各元素质量百分含量，脱矿后的釉质晶体Ca、P溶解，同时可检测到Ca/P摩尔比例降低。三维形态配合元素含量分析釉质脱矿与传统测量脱矿深度相比，能更好地揭示脱矿的显微形态机制。

2.5光学相干断层成像技术（Optical CoherenceTomography，OCT）

光学相干层析成像技术是一种非侵入、无接触的数字化光学成像技术，分辨率可达10μm，可获得组织内部的层析结构，在眼科成像、皮肤病等功能成像等领域已得到广泛应用，一直是国内外无损数字化检测领域研究的热点。它基于低相干光干涉的测量法，利用近红外光源照射到待测组织上，依据光学相干干涉来检测不同深度组织信息。OCT将所获取的信息转化为数字信号，经计算机处理，再以图形或数字形式显示，提供量化诊断指标。釉质脱矿深度的传统实验室检测手段多需制备样本釉质切片，样本预备要求严格，难度大，时间成本高。近年来有学者利用OCT替代破坏式检测方法，检测早期窝沟龋和正畸釉质脱矿。Pithon等用这一方法检测了含CPP～ACP的保护漆对托槽周围釉质脱矿具有一定的预防作用，OCT更快且精确地获得脱矿深度光学图像。Nee等用偏振光敏感一光学相干层析成像对比了几种常用的正畸粘接剂对托槽周围脱矿的影响，不同组内得到的结果相关性较高。目前OCT也开始出现在体内脱矿研究中，但相关研究仍然较少，测量精度有待更多研究评价。在未来随着光学无损检测技术的发展，相信OCT也将更多地被应用于体内研究中。

3.正畸釉质脱矿的临床检测方法

早期牙釉质脱矿为釉质表层及下方脱矿并逐渐向深层发展，临床中视诊、探诊检查早期龋坏漏诊率非常高，对于正畸中釉质脱矿，尤其是光滑面早期脱矿已不能满足要求。临床中肉眼可见的白斑是釉质脱矿的早期病损，白斑检出率一直以来是研究者统计固定正畸脱矿发生情况的常用定性评价方法。但是，近年来定量分析方法的发展提高了体内检测釉质脱矿得精确度。

3.1电阻抗仪检测法（Electrical Caries Monitor，ECM）

正常健康的牙釉质是电的不良导体，釉质脱矿时晶体间孔隙率增加，口腔环境中的多种离子不断渗入微小孔隙形成传导电流通路，牙釉质的电阻抗值明显降低并与脱矿深度呈正比，同时导电性能增加。电阻抗仪通过发出单个固定频率的交流电流，测量牙齿表面至深层的电阻抗值，定位电阻抗接近为零的部位即为脱矿的前沿深度。ECM的检测结果与许多因素有关，如孔隙大小、表面接触区域、釉质水含量、釉质层厚度、温度等均可对结果产生不同程度影响，其检测结果与传统体外检测方法TMR的相关性为0.47～0.82。此种方法在近年来成为一种较灵敏的非损伤性脱矿检测技术，操作较简单且易于掌握。

3.2激光荧光龋蚀检测法（Laser Fluorescence，LF）

激光荧光法是一种将蓝绿色激光灯照射牙面，诱导产生的荧光透过高通透性滤过屏障进行观察，测出荧光强度，用以发现早期釉质龋损的无损性诊断方法。检测时荧光照射到脱矿区可表现为黑色，正常釉质为黄色。局部矿物质减少量越大，荧光明亮度越低，以此可以进行定量检测荧光量来分析脱矿程度。德国KAVO公司研制生产的DIAGNODent检测仪可常规用于早期窝沟龋和平滑面龋的脱矿检测，其有效性及可重复性较传统检测方法有一定优势。Kavvadia和Lagouvardos利用DIAGNODent、视诊、咬合翼片等多种方法检测乳牙龋坏，并分别与点隙磨开后临床所见相比较，发现LF法检测釉质龋有较高的准确性，组内相关系数达0.97。Samuel等将离体牙釉质块用丙烯树脂埋人正畸患者保持器并让患者戴用，比较用羟基磷灰石纳米颗粒配合（或不配合）臭氧水溶液对釉质块再矿化的效果，结果发现配合使用臭氧水溶液再矿化后其DIAGNODent读数最低，再矿化效果最好。

Perrini等对24例正畸患者进行半口自身对照实验法（split-mouth），用DIAGNODentPen2190检测仪进行Duraphat含氟涂料在不同治疗时间点（3、6、9、12个月）、牙弓不同区段（前、中、后牙段）、牙面不同位点（托槽的龈、牙合、近远中向牙面）以及使用涂料的频率（每3、6个月）等因素对该涂料防脱矿效果的临床试验，发现含氟涂料可以有效预防釉质脱矿，且前牙区的预防效果优于后牙区，使用频率对预防效果没有显著影响。

3.3定量光导荧光技术（Quantitative Light Induced Fluorescence，QLF）

定量光导荧光技术是激光荧光技术衍生出的一种无辐射、非损伤性的定量检测釉质脱矿的方法。QLF使用蓝色光源照射牙齿表面，正常牙体组织发出强度较高的自体荧光，而脱矿组织发出的荧光强度减弱，对比其与正常组织荧光强度，计算龋损深度。QLF灵敏度较高，牙釉质发生5～10 μm脱矿时即可检测到，其准确性与TMR相近。近年来有学者通过QLF体外检测釉质脱矿荧光损失量（Y），并与PLM观察到的磨片脱矿深度（X）进行线性回归分析，得到荧光减少量和脱矿深度呈线性关系，回归方程Y=0.32X+0.17，相关系数达到0.97。QLF用于体内检测釉质脱矿时，口腔湿润的环境及被检测牙面的角度与弧度均可影响光的折射，釉质晶体在干燥时折射指数明显高于湿润状态，且对光的散射作用强。因此，QLF适用于检测光滑面（无明显成角的釉质区）脱矿，检测时需干燥牙面一定时间以避免对结果产生影响。许多临床研究如正畸治疗后牙釉质脱矿范围及深度等，越来越多地采用此方法。

正畸治疗中常遇到牙位不正，矫治器及附件的存在，以及粘接剂残留等因素影响被测牙面光滑平整程度，QLF检测时这些局部因素可能导致检测结果准确性下降，相比之下激光荧光法更适用于正畸治疗中周围釉质脱矿的定量评价。除上述方法外，还有MicroCT、X射线衍射、拉曼光谱分析、透射电子显微镜、原子力显微镜等检测方法均可从显微角度探究釉质晶体的形貌及结构。随着同步辐射microCT、OCT等数字化成像检测手段的迅速发展，未来正畸医师们能更好地早期发现、预防牙釉质脱矿这一并发症。