Пародонтит — наиболее распространенное стоматологическое заболевание, развитию которого сопутствует рост камня на поверхности зубов. Зубной камень содержит микроорганизмы, жизнедеятельность которых приводит к нарушению целостности твердых тканей пародонта и даже к потере зубов. Удаление зубного камня традиционно лежит в основе профилактики заболевания. Лечебная процедура, с одной стороны, должна гарантировать полное удаление камня, а с другой — не должна приводить к разрушению тканей зуба. Эта проблема особенно актуальна при удалении поддесневого камня, так как он покрывает корень зуба в пародонтальном кармане. При стремлении к полному удалению камня всегда сохраняется опасность нарушения целостности здоровой твердой ткани, поскольку отсутствует четкая информация о границе в области камень—корень зуба.

Наряду с традиционными визуальным и тактильным методами детектирования зубного камня рассматриваются возможности радиографического и ультразвукового методов, а также методы оптического рассеяния и томографии, которые, однако, или дороги, или не обладают необходимым пространственным разрешением. Учитывая возможности флюоресцентной спектроскопии в оптическом диапазоне спектра, ее активно применяют в последние десятилетия в медицинской диагностике. Такая диагностика неинвазивна и чувствительна. Очень важно, что флюоресцентный метод детектирования камня может быть практически реализован при наличии устройства, совмещенного с современным средством ультразвукового или лазерного удаления камня [1, 2, 4—6]. Волоконно-оптические линии транспортировки оптического излучения компактны и могут быть конструктивно сопряжены с наконечником ультразвукового или лазерного устройства для удаления зубного камня. Таким образом, процесс удаления камня может сопровождаться детектированием среды, с которой взаимодействует излучение в реальном времени.

Цель данной работы — определение с помощью лазера или светодиода спектральных характеристик облучения и флюоресценции оптимальных для детектирования границы в области камень—корень зуба при послойном удалении камня.

Исследовано 10 зубов, которые были удалены из-за пародонтита у пациентов 40—60 лет. Зубы имели темный поддесневой камень. Для возбуждения флюоресценции применялись непрерывный гелий-неоновый лазер с длиной волны 633 нм и светодиод с длиной волны 369 нм. Плотность мощности облучения зуба не превышала 100 мВт/см².

Спектральные исследования проводились с помощью волоконно-оптического спектрометра ЛЭСА-5. Световолоконный тракт спектрометра, представляющий собой пучок из 7 кварцевых волокон, подводился к зубу вплотную. Центральное волокно служило для транспортировки облучающего излучения, остальные 6 волокон — для приема флюоресценции. Зона зондирования при контакте торца волокна с исследуемым образцом — 200 мкм.

Для исследования процесса послойного удаления камня использовался предложенный в работе [3] способ детектирования, при котором нет необходимости в дорогостоящем спектрометре. Информативный сигнал флюоресценции регистрируется напрямую фотоумножителем после пропускания излучения через абсорбционные светофильтры ЖС-10 или КС-18, отсекающие излучение при длинах волн 633 и 369 нм соответственно. Этот способ характеризуется простотой и дешевизной; в нем используется различие флюоресценции от камня и корня зуба, поскольку сигнал регистрируется не в узкой полосе спектрометра (порядка 10 нм), а в широкой полосе абсорбционного светофильтра.

Удаление зубного камня осуществлялось послойно с помощью вращающихся сапфировых фрез прибора SMA-30. Толщина камня определялась оптическим когерентным томографом, имеющим пространственное разрешение по глубине 10 мкм [3].

Спектры флюоресценции от камня и корня зуба зависят от длины волны облучения. Как показано в работах [4—6], интенсивность флюоресценции этих объектов максимально различна при использовании излучения в 2 спектральных диапазонах: 340—370 и 620—645 нм. Этот факт может быть основой для неинвазивной дифференциальной диагностики камня.

Типичные спектры флюоресценции камня и корня зуба при облучении светом с длинами волн 369 нм (светодиод) и 633 нм (гелий-неоновый лазер) приведены на рис. 1.

Экспериментальные зависимости интенсивности флюоресценции от толщины d поддесневого камня, удаляемого послойно с помощью вращающейся сапфировой фрезы, приведены на рис. 3.

Как видно из рис. 3, интенсивность флюоресценции при ее возбуждении излучением с длиной волны 633 нм уменьшается примерно на 1,5 порядка. Это объясняется тем, что основной вклад в сигнал флюоресценции дает зубной камень. Падение сигнала по мере послойного удаления камня хорошо описывается экспонентой exp[–440(d₀—d)], учитывающей ослабление возбуждающего излучения и флюоресценции в камне. Коэффициент ослабления α=440 см^-1, суммирующий данные для возбуждения (α=240 см^-1) и для флюоресценции (α=200 см^-1), получен путем пересчета спектральной зависимости пропускания зубного камня [7].

При возбуждении флюоресценции излучением с длиной волны 369 нм зависимость иная. В этом случае интенсивность флюоресценции корня зуба выше интенсивности флюоресценции камня примерно на 4 порядка. При толщине камня на уровне 60 мкм и более регистрируемый сигнал обусловлен флюоресценцией как от камня, так и от корня зуба. При d < 60 мкм превалирует флюоресценция как от корня зуба. Поэтому регистрируемый сигнал резко возрастает при приближении к границе между камнем и корнем зуба.

Сравнение зависимостей на рис. 3 позволяет сделать выбор в пользу возбуждения флюоресценции в ультрафиолетовом, а не в красном диапазоне спектра. Действительно, флюоресценция вблизи границы между камнем и корнем зуба при возбуждении ультрафиолетом (369 нм) более чем на 5 порядков сильнее флюоресценции, возбуждаемой красным излучением (633 нм). Отличие сигнала от максимального, соответствующего флюоресценции корня (кривая 2 при d=0), например на 10%, может автоматически детектироваться и гарантировать позиционирование на границе между камнем и корнем зуба с погрешностью не более 2 мкм. Такое качество контроля удаления зубного камня ранее было недостижимо.

Проведенное исследование показало, что при послойном удалении зубного камня для детектирования границы раздела камень—корень зуба можно применять простую схему регистрации флюоресценции, при которой не нужен дорогой спектрометр. Устройство для такого детектирования может быть конструктивно совмещено с ультразвуковым или лазерным прибором для удаления камня. При этом возбуждение флюоресценции ультрафиолетом (369 нм) существенно эффективнее, чем красным излучением (633 нм).