An in vitro and Clinical Study of Quantitative Light-induced Fluorescence (QLF) for Validation of Dental Caries Detection and Diagnostic Efficacy in Primary Teeth

Abstract

This study evaluated QLF (quantitative light-induced fluorescence) caries detection method under in vitro and clinical conditions. The relationships between the cavity volume of carious lesions and QLF analysis results were validated; furthermore, we presented a QLF scoring index (QS-Index) of primary teeth. For in vitro study, total 125 tooth surfaces were investigated with the portable QLF device Qraypen C (AIOBIO, Seoul, Republic of Korea) for detection of dental caries in primary teeth. Micro-CT radiograph was also performed to classify carious lesions and calculate the cavity volume. QLF showed good reliability (sensitivity 0.75-0.94, specificity 0.82-0.95, and AUROC 0.88-0.98) except ΔR average results of proximal surfaces. Statistically significant correlations were found between ΔF average, QS-Index, ΔQ, and the cavity volume (r = 0.759-0.832, p < 0.001). In the clinical study, a total of 878 tooth surfaces of 44 children were researched. After visual inspection and radiographic examination, images of dental caries captured with the Qraypen C were classified according to the caries progression and analyzed with special software. ROC analysis was performed on the QLF parameters: fluorescence loss (ΔF) and bacterial activity (ΔR). The reliability of logistic regression model to combine ΔF and ΔR was also evaluated. QLF parameters showed a good sensitivity (0.72–0.91), specificity (0.74–0.96), and AUROC (0.861–0.940). The AUROC of logistic regression model (0.90–0.957) was higher than ΔF or ΔR average alone in all types of carious lesions. Every level of the QS-Index was properly defined to represent the progression of dental caries with corresponding statistical significance. The reliability of QLF method was similar to or slightly higher than that of the traditional diagnostic methods of visual inspection or radiographic examination in clinical conditions. In conclusion, QLF detection method in primary teeth would be a harmless and reliable way for children to diagnose dental caries without the concern about radiation exposure.

이 연구의 목적은 in vitro 및 임상적 환경에서 정량형광분석(QLF) 방식의 치 아우식증 탐지를 평가하는 것이다. 나아가 우식병소의 부피와 QLF 분석결과 사이 의 상관관계를 확인하고, 유치에 해당하는 QLF 분석지수인 QS-Index를 제시하였 다. In vitro 연구에서는 총 125개 유치 치면의 치아우식증을 휴대용 QLF 장비로 확인하였다. 또한 치아우식을 분류하고 우식병소 부피의 계산을 위해 micro-CT 방사선검사를 시행하였다. 인접면 우식의 ΔR 결과를 제외하면, QLF 분석결과는 유 치의 치아우식증 진단에 충분한 수준의 신뢰도를 보였다(민감도 0.75-0.94, 특이 도 0.82-0.95, AUROC 0.88-0.98). ΔF average, QS-Index 및 ΔQ와 우식병소 부피는 통계적으로 유의한 상관성을 확인할 수 있었다(r = 0.76-0.83, p < 0.001). 임상연구에서는 44명 소아에서 총 878개의 유치 치면을 확인하였다. 시진 및 방 사선 검사 후, 휴대용 QLF 장비로 치아우식증 사진을 촬영하였고, 우식진행 단계에 따라 분류 후 특정 소프트웨어로 분석하였다. 분석과정에서 형광소실(ΔF)과 세균활성 (ΔR)을 의미하는 QLF 지표에 대해 ROC분석을 시행하고, ΔF와 ΔR 수치를 혼합한 회귀분석모델의 신뢰도를 확인하였다. QLF 지표는 준수한 결과 (민감도 0.72-0.91, 특이도 0.74-0.96, AUROC 0.861-0.940)를 보였으며, 회귀분석모델의 AUROC(0.90-0.957)는 모든 종류의 우식병소에서 ΔF와 ΔR 각각을 이용해 분석한 수치보다 더 높게 나타났다. 함께 제시한 QS-Index는 모든 단계에서 통계적으로 유 의미하게 치아우식증의 진행을 적절히 표현하는 것으로 확인되었다. QLF의 신뢰도는 임상적인 환경에서도 시진 또는 방사선 검사로 대표되는 기존 진단방식의 신뢰도와 비슷하거나 다소 높은 수치로 확인되었다. 결론적으로 QLF를 이용한 유치의 치아우식증 탐지는 소아에서 방사선 노출의 걱정 없이 치아우식증을 진단할 수 있는 무해하고 신뢰할만한 방법이 될 수 있을 것이다.