Quantitative evaluation of fluorescence intensity according to degree of occlusal tooth wear using QLF

Abstract

삶의 질이 향상되고 평균 수명이 늘어남에 따라 노인 인구의 보유치아 수가 증가하고 있다. 치아 마모는 일생에 걸쳐 비가역적으로 진행되기 때문에 연령 이 증가할수록 그 유병률 또한 증가하는 특징이 있다. 전체 연령에서 치아 마 모는 일반적인 증상이 되었으며, 건강한 치열을 장기적으로 유지하기 위해서 조기에 관리해야 할 중요한 사항이 되어가고 있다. 하지만 치아 마모는 증상 이 없어서 본인이 이를 느끼는 때가 되면 이미 늦은 경우가 많다. 따라서 병 적 마모가 진행되기 이전에 예방하는 노력이 중요하다. 치아 마모 정도를 평 가하기 위한 방법은 시각적으로 보이는 특징에 따른 index를 주관적으로 산 출하는 방법이 주로 사용되어 왔다. 치의학 영역에서 널리 사용되어온 방법은 Smith와 Knight의 Tooth wear index(TWI)이다. 마모의 정도를 알려주는 각 종 index들은 새로 개발되고 보완되어 왔지만 index 값을 주관적으로 매긴다 는 점에는 큰 변화가 없었다. 치아를 직접 보면서 마모를 측정할 경우 평가자 개인의 주관에 따라 측정 결과가 달라질 위험이 있다. Quantitative Lightinduced Fluorescence(QLF)는 405 nm 파장의 빛을 이용하여 치아의 자가 형광(auto fluorescence)을 탐지하는 대표적인 광학 기술이다. QLF를 치아에 조사하면 정상 법랑질은 녹색의 자가형광을 발현하지만 상아질에서는 법랑질 보다 더 밝은 형광을 발현한다. 본 연구는 실제 마모가 존재하는 사람 치아의 형광학적 특성을 평가해보고자 한다. 본 연구에서 치아 수집은 연세대학교 치과대학병원에 내원한 만 20세 이상 의 환자를 대상으로 하였다. 수집된 치아 중 치아 우식, 수복물 및 치수의 노 출이 없는 치아만을 선별하여 총 102개의 치아를 본 연구에서 사용되었다. 총 102개의 치아 시편에 번호를 부여한 후 각각의 치아에 대해 tooth wear index (TWI)를 0에서 3까지 측정하였다. 본 연구에 사용된 치아의 상아질 노출 여부의 평가에는 swept-source optical coherence tomography (SSOCT) system 을 사용하였다. 본 연구에 사용될 형광 검사를 위해 모든 시편에 대해 치아 교합면이 지면과 수평이 되도록 위치시킨 후 QLF-D를 교합면 과 수직이 되도록 놓고 촬영을 하였다. 촬영된 모든 사진은 이미지는 소프트 웨어를 사용하여 정량적으로 계산하였다. 모든 형광 이미지는 8-bit grayscale 이미지로 변환하였다. 각 치아 별 정상 부위 대비 마모된 정도의 차이를 계산하기 위해 각 치아의 교합면 상에서 가장 마모가 심한 부위와 정 상 부위의 차이값을 percentage로 산출하였다.(ΔG) 시각적 분류 기준을 사용하여 5명의 평가자들의 신뢰도 분석을 하였을 때, QLF 기술을 이용한 치아 마모 분류 방법(QTWI)는 평가자 내 일치도가 0.743, 평가자 간 일치도가 0.778로 우수한 일치율을 보였다. 기존의 치아 마모 분류(TWI)의 평가자 내, 평가자 간 일치율이 0.695, 0.545로 중등도 이상의 일치율을 보였으나 QTWI와 비교하였을 때, 낮은 일치율을 보였다. 치아 마모를 0에서 3까지의 TWI 값으로 구분하였을 때, 형광의 강도는 마 모의 정도가 증가할수록 유의하게 증가하였다. 마모 부위의 형광 강도의 변화 (ΔG)는 TWI에 따른 마모의 정도와 강한 양의 상관 관계를 보였다(ρ=0.77, P<0.001). OCT를 통해 마모 치아의 실제 상아질 노출 여부를 평가하였을 때, 정상 부위와 비교한 마모 부위의 형광 강도는 상아질이 노출됨에 따라 증가하 였다(P<0.001). 결론적으로, 마모가 증가함에 따라 치아에서 발현되는 형광의 강도가 함께 증가하는 것을 확인하였다. 연구 결과를 통해 QLF technology가 치아 마모의 평가 도구로서의 가능성을 확인하였다. 추후 임상적 타당도가 확인된다면, QLF technology는 마모를 객관적으로 평가하고 모니터링하는데 유망한 (promising) 도구로 활용이 가능할 것이다.

As the quality of life improves and life expectancy increases, the number of teeth retained by the elderly population is increasing. Since tooth wear is irreversible over a lifetime, the prevalence of tooth wear increases with age. Tooth wear has become a common symptom in all ages and is becoming an important issue to be managed early on in order to maintain healthy dentition over the long term. However, tooth wear is symptomless and it is already late when patients feel it. Therefore, it is important to prevent the pathological wear before it progresses. The method of evaluating the degree of tooth wear has been mainly used to calculate the index according to the visual characteristics. Widely used methods in dentistry are Smith and Knight's Tooth wear index (TWI). Various indices that indicate the degree of wear have been newly developed and supplemented, but there has been no significant change in the fact that index values are subjective. When measuring wear while looking directly at the teeth, there is a risk that the measurement results will vary depending on the subjective opinion of the evaluator. Quantitative light-induced fluorescence (QLF) is a typical optical technology for detecting auto fluorescence in teeth using light at a wavelength of 405 nm. When QLF is applied to the tooth, normal enamel emits green fluorescence, but in dentin it emits brighter fluorescence than enamel. The purpose of this study is to evaluate the physical properties of human teeth with real abrasion. In this study, dental collections were performed on patients aged 20 years or older who visited Yonsei University College of Dentistry. A total of 102 teeth were used in this study among the collected teeth by selecting only those teeth that were not exposed to dental caries, restorations and dimensions. A total of 102 tooth specimens were numbered and tooth wear index (TWI) was measured from 0 to 3 for each tooth. To evaluate the dentin exposure of teeth used in this study, swept-source optical coherence tomography (SS-OCT) system was used. For fluorescence studies to be used in this study, all specimens were placed so that the tooth occlusion plane was level with the ground, and then the QLF-D was placed perpendicular to the occlusal plane. All photographed images were quantitatively calculated using software. All fluorescence images were converted to 8-bit grayscale images. In order to calculate the difference in the degree of abrasion relative to the normal region of each tooth, the difference between the most abrasive region and the normal region on the occlusal surface of each tooth was calculated as a percentage (ΔG). When assessing the reliability of the 5 examiners for examination of visual tooth wear index, QLF tooth wear index (QTWI) showed 0.743 of intra-examiner reliability and 0.778 of inter-examiner reliability, which are substantial agreement. However, Kappa values of conventional TWI showed 0.695 of intra-examiner reliability and 0.545 of inter-examiner reliability, which are over moderate agreement but lower than those of QTWI. When tooth wear was divided into TWI values from 0 to 3, the intensity of fluorescence increased significantly as the degree of wear increased. The change in fluorescence intensity (ΔG) at the abrasion site showed a strong positive correlation with the degree of abrasion according to TWI (ρ = 0.77, P <0.001). When the actual dentin exposure of the abraded teeth was evaluated by OCT, the fluorescence intensity of the abraded area compared to the normal area was increased as the dentin was exposed (P <0.001). As a result, it was confirmed that the intensity of fluorescence expressed in the teeth increases with increasing wear. The results of the study confirmed the possibility of QLF technology as an evaluation tool of tooth wear. If clinical validity is confirmed at a later date, QLF technology can be used as a promising tool to objectively evaluate and monitor wear.