鄰面病變牙齒的臨床 SWIR 和 CP-OCT 成像

圖像從獲取的視頻中提取，并使用MATLAB處理。使用之前研究中開發(fā)的半自動(dòng)圖像分割技術(shù)檢測(cè)鄰面病變。首先通過對(duì)圖像中的每個(gè)像素應(yīng)用以下變換，將原始SWIR圖像轉(zhuǎn)換為對(duì)比度圖：反射為(It – Is)/It，透照為(Is– It)/Is。Is手動(dòng)選擇為鄰近鄰接接觸點(diǎn)的健康牙釉質(zhì)的平均強(qiáng)度。It是接收變換的目標(biāo)像素。在之前的臨床研究中，對(duì)于SWIR成像方法，健康區(qū)域和鄰面病變區(qū)域之間的對(duì)比度顯著更高（P < 0.05），而放射線照相則不然。因此，可以為SWIR成像方法設(shè)置病變檢測(cè)的對(duì)比度閾值，而常規(guī)放射線照相則不能。0.1的對(duì)比度是使用反射和透照SWIR成像正檢測(cè)鄰面病變的可靠閾值。去除對(duì)比度低于0.1的像素，生成一個(gè)二值掩碼，顯示每個(gè)對(duì)比度高于0.1的像素。掩碼中與鄰接接觸點(diǎn)相鄰的獨(dú)立區(qū)域?yàn)猷徝娌∽儏^(qū)域。這種方法避免了由鏡面反射（SWIR-R）或未通過牙齒結(jié)構(gòu)的直接光（SWIR-PT和SWIR-OT）引起的高強(qiáng)度區(qū)域。鏡面反射易于識(shí)別，因?yàn)樗Q于入射角度，并在手持設(shè)備旋轉(zhuǎn)時(shí)消失。分割的病變區(qū)域被隔離用于深度和對(duì)比度測(cè)量。使用此技術(shù)成功分割鄰面病變被記錄為陽(yáng)性檢測(cè)。病變分割失敗則被視為陰性檢測(cè)。如果檢測(cè)為陽(yáng)性，則在半自動(dòng)病變分割后自動(dòng)計(jì)算病變面積（以像素為單位）、平均對(duì)比度和病變深度。圖2展示了SWIR-R、OT和PT分割后病變區(qū)域的示例。

本研究使用的交叉偏振OCT系統(tǒng)是Santec的IVS-3000-CP型。掃頻源系統(tǒng)的工作波長(zhǎng)為1321-nm，帶寬為111-nm（軸向分辨率為11.4µm），可以在大約3秒內(nèi)獲得軸向深度為7-mm、尺寸為6×6-mm的完整斷層圖像。圖1C展示了CP-OCT手持設(shè)備的圖像。它已被用于多項(xiàng)體內(nèi)齲齒成像研究，并在這些參考文獻(xiàn)中有更詳細(xì)的描述。將由可高壓滅菌樹脂制成的器具放置在OCT掃描手柄的遠(yuǎn)端，并用聚乙烯薄膜覆蓋手柄以控制感染。將10psi的空氣連接到設(shè)備上，以防止在圖像采集過程中成像窗口起霧。

圖3.（左）和 圖 4（右）. 彩色和SWIR反射圖片

CP-OCT圖像中的反射強(qiáng)度在健康牙釉質(zhì)中隨著深度的增加而減小。只有來(lái)自亞表面病變或牙本質(zhì)釉質(zhì)交界處（DEJ）的反射率增加才會(huì)導(dǎo)致反射增加。本研究中僅對(duì)近端表面的病變進(jìn)行了成像，沒有受到DEJ的干擾。重要的是要注意牙釉質(zhì)雙折射可能引起的強(qiáng)度帶，不要將其中一個(gè)帶中的最大值與病變混淆。幸運(yùn)的是，近端病變足夠深，雙折射帶中的強(qiáng)度最大值比病變的反射率增加低得多。圖3和圖4中近端病變的CP-OCT圖像均顯示了由于釉質(zhì)雙折射引起的帶狀病變。

表1. 病變和僅位于修復(fù)和相對(duì)表面上的病變的相應(yīng)病變檢測(cè)率

表1列出了病變和僅位于修復(fù)表面和對(duì)側(cè)表面的病變的檢測(cè)率。病變（n=58）、修復(fù)表面（n=29）和對(duì)側(cè)表面（n=29）的檢測(cè)率均計(jì)算為每種方法檢測(cè)到病變的表面比例，并在表1中列出。盡管一半的病變部位是根據(jù)放射線照片的外觀選擇并計(jì)劃修復(fù)的，SWIR方法的檢測(cè)率均顯著高于放射線照相。SWIR-R和SWIR-PT的檢測(cè)率均顯著高于其他方法。對(duì)側(cè)表面的放射線照相檢測(cè)率提供了更少偏差的比較，病變的檢測(cè)率分別為0.38和0.62。相比之下，每種SWIR方法對(duì)側(cè)表面的檢測(cè)率與病變的檢測(cè)率相似。所有SWIR的檢測(cè)率均顯著高于放射線照相。還列出了放射線照相和SWIR-R、OT&PT的平均病變對(duì)比度值以及CP-OCT和SWIR-R、OT&PT的病變深度。三種SWIR方法SWIR-R、OT&PT的平均病變對(duì)比度均顯著高于放射線照相，幾乎是放射線照相的兩倍。與放射線照相相比，OCT和SWIR-OT的病變深度較高，但差異不顯著。SWIR-PT測(cè)量的病變深度顯著低于其他方法，包括放射線照相。

從接觸區(qū)域獲取的圖像，其中對(duì)側(cè)鄰面表面在放射線照片中不可見的病變顯示在圖4中。在圖4B中，放射線照片顯示牙齒#12上有一個(gè)大病變深入牙本質(zhì)，而牙齒#13的對(duì)側(cè)表面沒有可見的病變。修復(fù)后獲取的彩色圖像（圖4C）顯示牙齒#13有一些變色，表明脫礦，但無(wú)法確定病變的嚴(yán)重程度。圖4D中的CP-OCT圖像顯示紅色和黃色箭頭位置下方的牙齒表面下有強(qiáng)烈的反射，清楚地表明牙齒#12和牙齒#13上都病變。使用雙SWIR-OTR成像探頭獲取的圖4E中的SWIR-R圖像顯示兩側(cè)表面都病變，而SWIR-OT僅顯示一個(gè)病變。圖4G和H中從頰側(cè)和舌側(cè)視圖獲取的SWIR-PT圖像，頰側(cè)視圖顯示了兩個(gè)病變。

圖3中顯示了從另一個(gè)接觸區(qū)域獲取的圖像。對(duì)于這個(gè)示例，在接觸的兩側(cè)放射線照相中都確定了病變。修復(fù)后獲取的彩色圖像（圖3C）顯示牙齒#5有脫礦和染色。圖3D中的CP-OCT圖像顯示紅色和黃色箭頭位置下方的牙齒表面下有強(qiáng)烈的反射，清楚地表明牙齒#4和牙齒#5上都病變。使用雙SWIR-OTR成像探頭獲取的圖3E和F中的SWIR-R和SWIR-OT圖像均顯示兩側(cè)表面存在病變。圖3G和H中從頰側(cè)和舌側(cè)視圖獲取的SWIR-PT圖像，兩者均顯示病變。

在本研究中，使用放射線和SWIR成像方法對(duì)計(jì)劃修復(fù)的鄰面病變接觸點(diǎn)進(jìn)行成像。放射線照相、OCT和修復(fù)后暴露鄰面表面的目視檢查在齲齒檢測(cè)方面具有高特異性，被用于將表面識(shí)別為真正的陽(yáng)性。需要注意的是，目視檢查僅顯示表面存在脫礦，無(wú)法顯示病變穿透的深度，而放射線照相和OCT都顯示了穿透深度?；谶@三種方法中的任何一種的陽(yáng)性結(jié)果，研究者發(fā)現(xiàn)所有58個(gè)鄰面表面均存在病變。

對(duì)29個(gè)修復(fù)對(duì)側(cè)表面的病變檢測(cè)率的比較提供了最佳的無(wú)偏測(cè)量，所有SWIR方法的檢測(cè)率均顯著高于放射線照相，其中SWIR-R和PT的性能最高。SWIR方法也提供了比放射線照相高得多的病變對(duì)比度。高病變對(duì)比度對(duì)于自動(dòng)分割圖像分析算法和機(jī)器學(xué)習(xí)的實(shí)施尤為重要。SWIR-OT和R以及OCT提供了與放射線照相相似的病變深度測(cè)量，這對(duì)于病變?cè)\斷非常重要。SWIR-PT提供了高病變對(duì)比度和高病變檢測(cè)率。然而，它大大低估了病變的深度。此外，與其他方法相比，SWIR-PT成像更為繁瑣，需要每個(gè)接觸點(diǎn)進(jìn)行兩次測(cè)量（頰側(cè)和舌側(cè)），而不是單次測(cè)量。此外，SWIR-PT只能作為獨(dú)立探頭使用，不適合檢測(cè)咬合病變。相比之下，SWIR-R和OT可以組合成一個(gè)單一的多光譜SWIR-OTR探頭，可以用于檢測(cè)鄰面和咬合表面的病變，更適合于齲齒篩查。

CP-OCT在檢測(cè)牙齒咬合面近端病變方面表現(xiàn)非常出色，顯示出表面下強(qiáng)度清晰可辨的增加。圖像中的特征如亞表面強(qiáng)度增加和沿病變長(zhǎng)度的反射率不能與假陽(yáng)性混淆，也不能與牙本質(zhì)-釉質(zhì)界面（DEJ）反射率增加混淆，因?yàn)镈EJ在牙齒近端表面的位置和角度。CP-OCT確實(shí)遺漏了一些在放射線照片中清晰可見的病變，但似乎這些病變位于CP-OCT系統(tǒng)的成像范圍之外。所使用系統(tǒng)的掃描范圍在空氣中為7毫米，由于釉質(zhì)的高折射率（1.6）減少到4.4毫米。其他系統(tǒng)已經(jīng)在體外研究中進(jìn)行了調(diào)查，掃描范圍可達(dá)10毫米，能夠達(dá)到更深的病變。由于其潛在的高靈敏度和特異性，CP-OCT是近端病變的良好替代金標(biāo)準(zhǔn)候選者。它也非常適合自動(dòng)圖像分析和機(jī)器學(xué)習(xí)。

參考文獻(xiàn)

Zhu, Y., Le, O., Xue, J. et al. Clinical SWIR and CP-OCT imaging of interproximal lesions. BMC Oral Health 24, 959 (2024).