牙齦是包圍并保護(hù)牙齒的軟組織。健康的牙齦能夠有效防止牙周深層組織損傷，因此牙齦也是患者牙周健康的重要指標(biāo)。目前評(píng)估牙齦組織健康的方法包括視診和探診，都是定性且主觀的方法。當(dāng)涉及更復(fù)雜情況的時(shí)候就判斷就比較麻煩，如牙齦生物型發(fā)生變化，就需要考慮牙齦的特征和厚度。如果能利用無(wú)創(chuàng)成像技術(shù)獲得深層結(jié)構(gòu)和血管信息，我們就能夠?qū)ρ乐軤顩r進(jìn)行更準(zhǔn)確的診斷?；诖?，Nhan M. Le等人提出了一種三維成像技術(shù)，光學(xué)相干斷層掃描（optical coherence tomography, OCT），對(duì)人牙齦進(jìn)行原位成像。招募了10名志愿者(5名男性，5名女性，年齡25-35歲)；使用zuixianjin的swept-source OCT設(shè)備和OCT造影技術(shù)（optical coherence tomography angiography, OCTA）相結(jié)合，掃描了上切牙的唇牙齦組織。構(gòu)建出了穿透深度達(dá)2 mm的牙齦組織微結(jié)構(gòu)和毛細(xì)血管的3D結(jié)構(gòu)。發(fā)現(xiàn)不同生物型(即厚牙齦和薄牙齦)之間存在顯著的結(jié)構(gòu)和血管差異，而且血管排列特點(diǎn)和牙齦炎癥也有關(guān)聯(lián)。在本研究的范圍內(nèi)，OCT/OCTA技術(shù)在量化牙齦生物型的不同屬性和牙齦炎癥的嚴(yán)重程度方面是可行的。研究結(jié)果以“A noninvasive imaging and measurement using optical coherence tomographyangiography for the assessment of gingiva: An in vivo study”為題發(fā)表在Journal of BIOPHOTONICS。

 

研究背景
 

根據(jù)世界衛(wèi)生組織的報(bào)告，口腔疾病相關(guān)的公共衛(wèi)生問題仍然是世界范圍內(nèi)的嚴(yán)重醫(yī)療負(fù)擔(dān)，尤其是在發(fā)展中國(guó)家。牙周病通常需要發(fā)展數(shù)年，且可能與其他健康問題如心血管疾病和糖尿病有關(guān)。據(jù)報(bào)道，僅在美國(guó)，2009年至2010年間約47%的30歲及以上人口受到某些形式牙周炎的困擾，程度從輕度(8.7%)到中度(30.0%)到重度(8.5%)不等。因此，對(duì)牙周病進(jìn)行準(zhǔn)確診斷和評(píng)估，對(duì)幫助降低疾病發(fā)展風(fēng)險(xiǎn)以及后續(xù)預(yù)防和治療非常重要。

 盡管對(duì)牙周病的認(rèn)識(shí)有所提高，但目前的診斷和評(píng)估嚴(yán)重依賴于傳統(tǒng)方法，如牙周探診和視診是否有出血或菌斑。雖然這些方法應(yīng)用廣泛認(rèn)同度高，但通常需要有經(jīng)驗(yàn)的臨床醫(yī)生對(duì)每個(gè)特定的情況進(jìn)行客觀的評(píng)估。即使是非常有經(jīng)驗(yàn)的臨床醫(yī)生在進(jìn)行評(píng)估時(shí)仍然難以準(zhǔn)確監(jiān)測(cè)牙周病的進(jìn)展。此外這些方法也多會(huì)形成創(chuàng)口。目前評(píng)估方法之一是使用牙齦指數(shù)（Gingival Index）對(duì)牙齦炎癥程度打分，這需要探查已經(jīng)發(fā)炎的牙周組織，并可能導(dǎo)致不必要的疼痛和出血。通過探診法判斷出血情況的幾個(gè)牙齦炎指數(shù)如齦乳頭出血指數(shù)（papillary bleeding index）、邊緣探查出血情況和伊士曼齒間出血指數(shù)（Eastmaninterdental bleeding index）。但由于無(wú)法保證每次檢查的探診頻率和力度，這些方法的可靠性和可重復(fù)性也會(huì)受到質(zhì)疑。此外，不同患者的牙齦厚度和外觀情況也比較復(fù)雜，如牙周生物型不同，會(huì)導(dǎo)致上述方法產(chǎn)生更多變化和誤差。牙齦較薄的患者的牙齦可能會(huì)呈現(xiàn)出自然偏粉紅色的外觀，這可能誤導(dǎo)視診結(jié)果。因此如果要對(duì)牙周炎進(jìn)展進(jìn)行準(zhǔn)確診斷和評(píng)估，除牙齦指數(shù)之外，還需要進(jìn)行放射照相評(píng)估、附著喪失證據(jù)、牙齒活動(dòng)性檢查等等。但即使加上這些復(fù)雜的檢測(cè)，仍然難以對(duì)疾病進(jìn)展進(jìn)行一個(gè)準(zhǔn)確即時(shí)的監(jiān)測(cè)。

 為觀察牙齦組織的顯微結(jié)構(gòu)和脈管系統(tǒng)，研究人員引入了光學(xué)相干斷層掃描(optical coherencetomography, OCT)和光學(xué)相干斷層掃描血管造影術(shù)(OCT angiography, OCTA)，實(shí)現(xiàn)在體內(nèi)無(wú)創(chuàng)、定性和定量對(duì)牙齦組織成像。OCT是一種非接觸、非侵入性的成像方式，通過檢測(cè)組織的反向散射光，結(jié)合一定算法生成類似超聲波的橫截面圖像，分辨率可達(dá)微米級(jí)別。OCTAZ初成功應(yīng)用在眼睛成像方面，具有分離動(dòng)態(tài)和靜態(tài)信號(hào)的能力，俗稱血管和非血管信號(hào)。OCT和OCTA在眼科中的應(yīng)用非常成功，并且由于其能夠?qū)ξ⒀h(huán)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行高分辨率3D成像這一優(yōu)勢(shì)，在神經(jīng)成像和皮膚病學(xué)研究中也得到應(yīng)用并取得一定成果。在牙科領(lǐng)域，約二十年前就有OCT用于口腔軟組織的報(bào)道，近期較為突出的進(jìn)展是是使用swept-source OCT 定量測(cè)量牙齦溝?，F(xiàn)有文獻(xiàn)對(duì)OCT測(cè)定牙齦精細(xì)微結(jié)構(gòu)，以及體內(nèi)觀測(cè)牙齦脈管系統(tǒng)的能力描述相差較大。本文將深度增強(qiáng)的swept-source OCT作為一種新的牙齦結(jié)構(gòu)和微血管3D成像技術(shù)。使用OCT和OCTA系統(tǒng)對(duì)距牙齦表面2 mm深處進(jìn)行掃描，視野在2 × 2和10 × 10 mm2之間，分辨率高達(dá)10 μm，并且能夠分辨牙齦內(nèi)的微毛細(xì)管環(huán)。

 

牙齦生物型
 

牙齦厚度(或牙齦生物型)是展示牙周治療和修復(fù)效果的重要因素。Oschenbein和Ross 首先討論了恢復(fù)性治療計(jì)劃中的牙齦厚(平)和薄(扇形)的問題，隨后Seibert和Lindhe提出了“牙周生物型”（periodontal biotype）這個(gè)概念。牙齦的外觀和解剖結(jié)構(gòu)能幫助我們理解牙周治療中涉及的抗炎、愈合能力等問題?？茖W(xué)家們探究了牙齦生物型對(duì)不同牙齒療法的影響，包括對(duì)種植治療、正畸治療等的影響。但迄今為止牙齦生物型還沒有一個(gè)明確的分類。已知的幾種牙齦生物型是從研究使用的方法和技術(shù)角度分類，如超聲波測(cè)量法、牙周探查透明法和錐形束計(jì)算機(jī)斷層掃描法。每種方法都有優(yōu)缺點(diǎn)，而且對(duì)“厚”和“薄”生物型都有不同定義。因此，本文的目的是根據(jù)目前對(duì)牙齦生物型的認(rèn)識(shí)，介紹一些使用OCT對(duì)牙齦結(jié)構(gòu)和血管造影結(jié)果研究中的發(fā)現(xiàn)。

 

牙齦炎癥
 

牙齦脈管系統(tǒng)的變化是監(jiān)測(cè)牙周病嚴(yán)重程度的重要指標(biāo)。在微生物學(xué)和免疫學(xué)研究領(lǐng)域，已經(jīng)認(rèn)識(shí)到宿主的炎癥反應(yīng)在牙齦炎和牙周炎中的重要性。在疾病Z初階段，會(huì)發(fā)生短暫的急性炎癥，如果不治療會(huì)逐漸發(fā)展到慢性階段，而慢性階段的炎癥反應(yīng)部分體現(xiàn)為血管擴(kuò)張和血管增生。結(jié)合過去二十年醫(yī)學(xué)成像的進(jìn)步，研究人員對(duì)牙齦脈管系統(tǒng)的體內(nèi)成像進(jìn)行了大量研究。迄今為止，牙齦顯微成像中Z引人注目的兩種技術(shù)是laser Doppler flow（LDF)和正交偏振光譜(orthogonal polarization spectral, OPS)分析，都能夠測(cè)量血液灌注和微血管系統(tǒng)的變化，但也都有一定弊端，妨礙了它們?cè)谂R床實(shí)踐中的廣泛應(yīng)用。LDF只能檢測(cè)小體積組織中的凈紅細(xì)胞運(yùn)動(dòng)，無(wú)法評(píng)估單個(gè)微血管的位置深度、直徑和流量。OPS需要接觸操作，而且對(duì)接觸壓力敏感，同時(shí)也不能得到血管的深度信息。在牙科中，目前OCT尚未探索牙齦的功能性脈管系統(tǒng)，主要依賴傳統(tǒng)技術(shù)測(cè)量齦溝。為對(duì)牙齦炎癥有更全面的了解，將OCT和OCTA結(jié)合起來用于體內(nèi)牙齦成像。

  OCT掃描角度如圖：


  

結(jié)果與討論
 

牙齦結(jié)構(gòu)
 B-scan圖發(fā)現(xiàn)口腔上皮產(chǎn)生了高強(qiáng)度的掃描層，可能是一種散射度較高的介質(zhì)(圖2A)。臨床上認(rèn)為牙齦組織口腔上皮是一種分層的鱗狀角化上皮，從膜齦聯(lián)合延伸到齦緣?？谇簧掀みM(jìn)一步可細(xì)分為基底層、棘層、顆粒層和角質(zhì)層(圖2B)，但OCT掃描圖下各層之間的分化界限并不明顯。

 

 圖2通過3D OCT掃描得到的人體內(nèi)牙齦組織顯微結(jié)構(gòu)細(xì)節(jié)。（A）附著齦和游離齦OCT B-scan掃描圖，交替的亮條紋為上皮釘突，下暗區(qū)域?yàn)榻Y(jié)締組織。（B）牙齦的典型組織學(xué)切片，上皮釘突與(A)中OCT掃描出的橫截面類似。(C)250μm深度的正面截面圖，附著齦表現(xiàn)出蜂窩結(jié)構(gòu)，齦緣沒有。(D)350μm深度的正面截面圖，蜂窩狀結(jié)構(gòu)更致密。

 在口腔上皮的下方，結(jié)締組織通過上皮結(jié)締組織界面與上皮區(qū)分開，上皮結(jié)締組織界面上皮向結(jié)締組織的凸起稱為上皮釘突，結(jié)締組織向上皮釘突之間伸出突起，稱結(jié)締組織乳頭。在OCT掃描圖中可觀察到呈現(xiàn)對(duì)應(yīng)明暗的條紋(圖2A)，與傳統(tǒng)的組織切片表現(xiàn)非常一致(圖2B)。en-face截面圖中(圖2C和圖3)，交替的突起呈密集“蜂窩結(jié)構(gòu)”，尺寸在30至80μm之間，通常出現(xiàn)在200至300μm深度處，并隨深度增加而逐漸增加(圖2D)。這些圓形孔隙的模式zuihao描述為隨機(jī)的(在正面切片上)。牙槽粘膜區(qū)出現(xiàn)很少或根本沒有蜂窩結(jié)構(gòu)(圖3)。

 
 圖3:正面OCT掃描切片圖清晰地描繪了牙齦中的蜂窩狀結(jié)構(gòu)，深度取決于牙齦生物型。上為厚生物型，下位薄生物型。（A，D）厚薄型牙齦不同深度的正面OCT掃描切片，蜂窩結(jié)構(gòu)Z初出現(xiàn)深度約為250μm。薄牙齦蜂窩狀結(jié)構(gòu)較小，部分被來自粘膜牙齦區(qū)域的軟組織(更亮且更均勻)所替代。 (B，E) 在中間深度，蜂窩結(jié)構(gòu)呈現(xiàn)出較高對(duì)比度，“密度”和“廣度”情況顯示較為明顯。(C，F(xiàn))在網(wǎng)脊層之下，出現(xiàn)軟組織并顯示出光滑明亮的斑塊。厚生物型的蜂窩結(jié)構(gòu)通常比薄生物型的蜂窩結(jié)構(gòu)更厚、更深(在三個(gè)正面深度上觀察到)，也更大(頰側(cè)面積更大)。牙齦表面以下> 350μm處為網(wǎng)狀皮層(圖3C，F(xiàn))，OCT掃描圖中呈現(xiàn)光滑的結(jié)構(gòu)，有血管遮擋的陰影。炎癥發(fā)生時(shí)伴隨血管數(shù)量增加可能會(huì)使這部分結(jié)構(gòu)圖像發(fā)生變化更為明顯。由于正常健康牙齦中該層幾乎是均勻的，OCT掃描下反射強(qiáng)度較低，因此還無(wú)法進(jìn)行詳細(xì)觀察，只能根據(jù)表型如在牙齦中出現(xiàn)的深度，是否有局部異常拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)等來推測(cè)是否有炎癥。

 牙齦在OCTA觀察下呈現(xiàn)出三個(gè)不同的區(qū)域:牙槽粘膜、附著齦和游離齦。這三個(gè)區(qū)域主要可以通過兩個(gè)方面來區(qū)分：不同血管的出現(xiàn)，以及牙齦表面下每種血管類型的排列，如沿深度的出現(xiàn)順序、每種血管類型的方向和大小。

 根據(jù)在OCTA下對(duì)人體牙齦的觀察，無(wú)論性別，至少有三種不同類型的血管，分別為：毛細(xì)血管(或毛細(xì)血管環(huán))、小聯(lián)結(jié)血管和大血管。據(jù)觀察，毛細(xì)血管是微出血血管，尺寸從12μm以下到30μm不等。這些毛細(xì)血管通常形成環(huán)，在附著牙齦和牙槽粘膜表面延伸。游離齦毛細(xì)血管稍大并呈冠狀延伸。較大的聯(lián)結(jié)血管尺寸在30-200μm之間，通常出現(xiàn)在距牙齦表面200-600μm間，毛細(xì)血管也在這里匯集成更大的血管。除非牙齦發(fā)炎，否則這些小的連接血管很少出現(xiàn)在附著齦中，這可能會(huì)幫助我們發(fā)現(xiàn)牙齦炎和早期牙周炎。Z終，聯(lián)結(jié)血管與大血管匯合，大血管尺寸通常在200-400μm之間，至少500μm深。

 牙槽粘膜的特征是有致密的血管，包括所有三種類型的血管：小毛細(xì)血管，一般尺寸小于15μm，深度50-200μm；小的聯(lián)結(jié)血管，一般尺寸200-600μm之間，距牙齦表面約200-700μm深；大血管，尺寸通常在400μm以上，距牙齦表面約700μm以上。

 附著齦中小的聯(lián)結(jié)血管較少，較大的血管也少且更深，約600-1300μm。附著齦中的大血管通常起源于牙槽粘膜區(qū)的大血管，延伸穿過附著齦，在游離牙齦區(qū)分裂成更小的血管。因此附著齦中的毛細(xì)血管環(huán)更長(zhǎng)，通常從深層的大血管(約600-800μm深度)延伸到淺層(約50μm深度)。血管方向通常平行于牙齦表面的平面，即垂直于OCT掃描的en-face。

 游離齦的特征是有聯(lián)結(jié)血管、致密且稍大的毛細(xì)血管(直徑可達(dá)30μm)，偶爾有大血管終端。附著齦正截面上幾乎沒有聯(lián)結(jié)血管。聯(lián)結(jié)血管的區(qū)別與游離齦溝劃分的游離齦和附著齦結(jié)果較一致。本文通過OCT掃描附著齦和游離齦之間的表面拓?fù)渥兓瘉碜R(shí)別游離齦溝(圖1A)。圖4中代表游離齦溝的虛線與中間/深層聯(lián)結(jié)血管的出現(xiàn)情況一致。但并不是每個(gè)個(gè)體中都能觀察到明顯的游離齦溝，因此，我們依賴于中/深層小聯(lián)結(jié)血管的出現(xiàn)(圖4C，D，G，H)來確定附著/游離齦的邊界。由于小的聯(lián)結(jié)血管是逐漸出現(xiàn)在不同的深度的，而且由于個(gè)體不同牙齦厚度，我們無(wú)法選擇固定的正面深度來觀察聯(lián)結(jié)血管的出現(xiàn)，此外基于牙齒的功能、不同的個(gè)體牙齦的生物類型和牙齦的狀況，聯(lián)結(jié)血管的排列情況也會(huì)變得極其復(fù)雜，因此我們認(rèn)為游離/附著齦之間存在的是一種漸進(jìn)的邊界。從我們Z初的觀察來看，游離齦布滿小毛細(xì)血管和小聯(lián)結(jié)血管，這些血管Z終與位于游離/附著齦連接處深處的大血管相連。小的聯(lián)結(jié)血管有時(shí)也會(huì)在平行于牙齦緣的方向上相互連接，逐漸與不同深度的較大血管匯合，并在附著齦中完全消失。該區(qū)域的毛細(xì)血管環(huán)平行于正面平面，垂直于牙齦緣。游離牙齦毛細(xì)血管的平均尺寸在10到30μm之間，結(jié)締血管的平均尺寸在50到100 μm之間。

 

 圖4男性(上排)和女性(下排)受試者健康牙齦的OCTA血管造影圖片中觀察到的不同血管模式。（A）男性受試者OCTA血管造影照片(深度超過1mm)。白色虛線表示游離齦溝。不同深度的正面切片觀察到的詳細(xì)的血管模式圖：(B)小毛細(xì)血管(淺層)。(C)小結(jié)締血管(中層)。(D)大血管(深層)。(E-H)為對(duì)應(yīng)女性受試者圖片。

 表1總結(jié)了從OCTA觀察到的每個(gè)牙齦區(qū)域的血管特征。
 
 

牙齦結(jié)構(gòu)與生物型之間的關(guān)系
 

對(duì)與厚生物型和薄生物型牙齦目前還沒有通用的劃分標(biāo)準(zhǔn)。OCT掃描發(fā)現(xiàn)厚生物型牙齦中蜂窩狀結(jié)構(gòu)的密度、對(duì)比度、延伸深度和廣度都遠(yuǎn)高于薄生物型牙齦(圖3)。此外根據(jù)OCTA血管造影成像結(jié)果，厚生物型牙齦的大血管的尺寸深度也大于薄生物型的牙齦（圖5）。結(jié)合以上觀察發(fā)現(xiàn)，厚生物型通常具有密集廣泛的蜂窩結(jié)構(gòu)，對(duì)應(yīng)從表層到1mm厚的中層都缺乏聯(lián)結(jié)血管和非常深的大血管。相比之下，薄生物型通常蜂窩結(jié)構(gòu)較薄且不太廣泛，對(duì)應(yīng)表層也具有明顯更多的聯(lián)結(jié)血管和大血管。研究人員選擇了距表面350μm和644μm這兩個(gè)特定厚度進(jìn)行了OCT和OCTA掃描（圖6）。

 研究人員探討了不同生物型牙齦之間的結(jié)構(gòu)和脈管系統(tǒng)，發(fā)現(xiàn)與目前對(duì)牙齦生物型的認(rèn)知判斷一致。OCT與OCTA相結(jié)合能夠較為明確的區(qū)分出不同生物型，這些能夠幫助我們了解不同生物型的功能特點(diǎn)，以及治療過程中這些功能與組織應(yīng)答和組織愈合之間的關(guān)系。

 
  圖5三名志愿者上切牙牙齦組織OCTA造影結(jié)果圖。A-D為牙齦健康的男性志愿者。E-H為牙齦健康的女性志愿者。I-L為右側(cè)門牙有明顯牙齦發(fā)炎的男性志愿者。顏色顯示血管深度，比例尺如圖。 (A-D) 健康的厚生物型，表現(xiàn)為表面毛細(xì)血管密集，但缺乏聯(lián)結(jié)血管和大的深層血管，特別是附著齦區(qū)域。 (E-H) 健康的薄生物型，聯(lián)結(jié)血管和大的深層血管明顯更多，特別在附著齦區(qū)域。(I-L)普通生物型但左側(cè)切牙發(fā)炎，發(fā)炎牙齦組織血管情況變化顯著，小的聯(lián)結(jié)血管(橙黃色)與其他三顆切牙相比明顯更密集。

  圖6 不同生物型在特定深度的正面（en-face）及對(duì)應(yīng)垂直（B-scan）的OCTA圖。（A，B）厚生物型644 μm深度。(C，D)薄生物型的644 μm深度。(E，F(xiàn))厚生物型350 μm深度。(G，H)薄生物型350 μm深度。(I，J) “薄且呈扇形”的牙齦和“厚且平整”的牙齦照片，白色方框內(nèi)為3D OCT正面掃描的區(qū)域。垂直B-scan圖像可以直接觀察齦溝的深度和厚度來判斷生物型的臨床分類。

 

牙齦結(jié)構(gòu)與炎癥的關(guān)系
 

研究人員還探究了OCTA對(duì)牙齦炎癥的評(píng)估情況，對(duì)牙齦表層和中層進(jìn)行OCT和OCTA掃描。發(fā)現(xiàn)與正常健康的牙齦相比，炎癥牙齦的小聯(lián)結(jié)血管的數(shù)量顯著增加(圖5，圖7)。 圖7 使用OCT和OCTA對(duì)同一名志愿者左右不同健康狀況的門牙牙齦進(jìn)行成像，觀察差異。A為健康牙齦。B為炎癥牙齦。炎癥部位沒有(或很少有)蜂窩狀結(jié)構(gòu)，代替的是光滑結(jié)締組織。與健康牙齦相比，發(fā)炎牙齦在發(fā)炎部位具有明顯更密集和更淺的小聯(lián)結(jié)血管。

 

總結(jié)
 

本文采用無(wú)創(chuàng)成像方式，S次詳細(xì)介紹了體內(nèi)牙齦組織和脈管結(jié)構(gòu)。探究了牙齦結(jié)構(gòu)與生物型劃分及牙齦驗(yàn)證等的關(guān)系。該方法具有非侵入性的、無(wú)標(biāo)記的、非接觸特點(diǎn)，可以實(shí)時(shí)進(jìn)行，且成本不高，因此作為傳統(tǒng)方法之外的輔助工具，能夠極大提高口腔健康評(píng)估質(zhì)量，也可用于臨床術(shù)前觀察指導(dǎo)。但由于OCTA穿透性和牙齦組織強(qiáng)光學(xué)散射特性等原因，還有待在臨床對(duì)其進(jìn)行更多的可靠性和有效性驗(yàn)證。

 

參考文獻(xiàn)：

Le, Nhan M. , et al. "A noninvasive imaging and measurement using optical coherence tomography angiography for the assessment of gingiva: An in vivo study." Journal of Biophotonics 11(2018):e201800242.