Luận văn thạc sĩ vật lý kỹ thuật nghiên cứu thiết kế và chế tạo thiết bị hỗ trợ phát hiện sâu răng bằng kỹ thuật huỳnh quang

Luận văn thạc sĩ kỹ thuật phân tích vật lý kỹ thuật nghiên cứu thiết kế và chế tạo thiết bị hỗ trợ phát hiện sâu răng bằng kỹ thuật, đánh giá thực trạng, chỉ ra hạn chế, đề xuất

• Tác giả: Vũ Văn Quý
• Người hướng dẫn: Phạm Thị Hải Miền
• Trường học: Đại học Bách Khoa, Đại học Quốc gia TP. Hồ Chí Minh
• Chuyên ngành: Vật Lý Kỹ Thuật
• Đề tài: Nghiên cứu, thiết kế và chế tạo thiết bị hỗ trợ phát hiện sâu răng bằng kỹ thuật huỳnh quang
• Loại tài liệu: luận văn thạc sĩ
• Năm xuất bản: 2015
• Địa điểm: Thành phố Hồ Chí Minh

Tóm tắt

I. Thiết bị phát hiện sâu răng

Thiết bị phát hiện sâu răng là trọng tâm của nghiên cứu này. Thiết bị được thiết kế để hỗ trợ chẩn đoán sâu răng bằng cách sử dụng kỹ thuật huỳnh quang. Phương pháp này dựa trên sự khác biệt về tính chất huỳnh quang giữa răng khỏe mạnh và răng bị sâu khi được kích thích bởi ánh sáng có bước sóng 380 nm. Thiết bị này hướng đến việc phát hiện sớm các tổn thương sâu răng, đặc biệt là ở giai đoạn đầu, khi chưa hình thành lỗ sâu. Điều này giúp cải thiện hiệu quả điều trị và bảo tồn cấu trúc răng.

1.1. Nguyên lý hoạt động

Thiết bị hoạt động dựa trên nguyên lý kỹ thuật huỳnh quang. Khi răng được chiếu sáng bằng ánh sáng có bước sóng 380 nm, răng khỏe mạnh sẽ phát huỳnh quang trong vùng ánh sáng xanh, trong khi răng sâu phát huỳnh quang màu đỏ do sự hiện diện của porphyrin, một chất chuyển hóa của vi khuẩn gây sâu răng. Sự khác biệt này cho phép thiết bị phân biệt giữa răng khỏe mạnh và răng bị tổn thương.

1.2. Ưu điểm của thiết bị

Thiết bị có nhiều ưu điểm như không xâm lấn, an toàn, thời gian chẩn đoán nhanh, và giá thành thấp. Đặc biệt, thiết bị không sử dụng bức xạ nguy hiểm, phù hợp với các đối tượng nhạy cảm như trẻ em và phụ nữ mang thai. Ngoài ra, thiết bị có tính cơ động cao, dễ dàng sử dụng trong các phòng khám nha khoa.

II. Kỹ thuật huỳnh quang

Kỹ thuật huỳnh quang là phương pháp chính được áp dụng trong nghiên cứu này. Kỹ thuật này dựa trên sự phát quang của các mô răng khi được kích thích bởi ánh sáng có bước sóng cụ thể. Sự khác biệt về tính chất huỳnh quang giữa răng khỏe mạnh và răng sâu cho phép phát hiện các tổn thương sâu răng một cách chính xác và nhanh chóng.

2.1. Ứng dụng trong nha khoa

Kỹ thuật huỳnh quang đang được ứng dụng rộng rãi trong nha khoa để phát hiện các tổn thương sâu răng. Phương pháp này đặc biệt hiệu quả trong việc phát hiện sâu răng ở giai đoạn sớm, khi chưa có lỗ sâu rõ ràng. Điều này giúp các bác sĩ nha khoa có thể can thiệp sớm, ngăn chặn sự tiến triển của bệnh.

2.2. So sánh với các phương pháp khác

So với các phương pháp truyền thống như X-quang và quan sát lâm sàng, kỹ thuật huỳnh quang có nhiều ưu điểm vượt trội. Phương pháp này không sử dụng bức xạ, an toàn hơn cho bệnh nhân, đồng thời cho kết quả chẩn đoán nhanh chóng và chính xác hơn. Ngoài ra, kỹ thuật huỳnh quang cũng có giá thành thấp hơn so với các phương pháp hiện đại khác.

III. Nghiên cứu thiết kế và chế tạo

Nghiên cứu này tập trung vào việc thiết kế và chế tạo một thiết bị hỗ trợ phát hiện sâu răng bằng kỹ thuật huỳnh quang. Quá trình nghiên cứu bao gồm việc phân tích cấu trúc răng, tương tác của ánh sáng với mô răng, và thiết kế hệ thống thu nhận ảnh huỳnh quang. Thiết bị được thiết kế để đảm bảo tính an toàn, hiệu quả, và dễ sử dụng trong các phòng khám nha khoa.

3.1. Thiết kế hệ thống thu nhận ảnh

Hệ thống thu nhận ảnh huỳnh quang được thiết kế bao gồm các thành phần chính như đèn LED phát ánh sáng 380 nm, kính lọc để loại bỏ ánh sáng tán xạ, và camera để ghi lại hình ảnh huỳnh quang. Hệ thống này được tối ưu hóa để đảm bảo độ chính xác và độ nhạy cao trong việc phát hiện các tổn thương sâu răng.

3.2. Chế tạo và thử nghiệm

Sau khi thiết kế, thiết bị được chế tạo và thử nghiệm trên các mẫu răng khác nhau. Kết quả thử nghiệm cho thấy thiết bị có khả năng phát hiện sâu răng với độ chính xác cao, đặc biệt là ở giai đoạn sớm. Thiết bị cũng được đánh giá là an toàn và dễ sử dụng trong các phòng khám nha khoa.

IV. Phát hiện sâu răng

Phát hiện sâu răng là mục tiêu chính của nghiên cứu này. Thiết bị được thiết kế để phát hiện các tổn thương sâu răng ở giai đoạn sớm, khi chưa có lỗ sâu rõ ràng. Điều này giúp các bác sĩ nha khoa có thể can thiệp sớm, ngăn chặn sự tiến triển của bệnh và bảo tồn cấu trúc răng khỏe mạnh.

4.1. Phương pháp phát hiện

Phương pháp phát hiện sâu răng trong nghiên cứu này dựa trên kỹ thuật huỳnh quang. Khi răng được chiếu sáng bằng ánh sáng 380 nm, sự khác biệt về tính chất huỳnh quang giữa răng khỏe mạnh và răng sâu sẽ được ghi lại bằng camera. Hình ảnh thu được sẽ được phân tích để xác định các tổn thương sâu răng.

4.2. Kết quả thử nghiệm

Kết quả thử nghiệm trên các mẫu răng cho thấy thiết bị có khả năng phát hiện sâu răng với độ chính xác cao. Đặc biệt, thiết bị có thể phát hiện các tổn thương sâu răng ở giai đoạn sớm, khi chưa có lỗ sâu rõ ràng. Điều này giúp cải thiện hiệu quả điều trị và bảo tồn cấu trúc răng.

V. Công nghệ huỳnh quang

Công nghệ huỳnh quang là nền tảng của nghiên cứu này. Công nghệ này dựa trên sự phát quang của các mô răng khi được kích thích bởi ánh sáng có bước sóng cụ thể. Sự khác biệt về tính chất huỳnh quang giữa răng khỏe mạnh và răng sâu cho phép phát hiện các tổn thương sâu răng một cách chính xác và nhanh chóng.

5.1. Ứng dụng trong y tế

Công nghệ huỳnh quang đang được ứng dụng rộng rãi trong y tế, đặc biệt là trong lĩnh vực nha khoa. Phương pháp này được sử dụng để phát hiện các tổn thương sâu răng, đặc biệt là ở giai đoạn sớm. Điều này giúp các bác sĩ nha khoa có thể can thiệp sớm, ngăn chặn sự tiến triển của bệnh.

5.2. Tương lai của công nghệ

Với những ưu điểm vượt trội, công nghệ huỳnh quang được kỳ vọng sẽ trở thành một công cụ quan trọng trong chẩn đoán và điều trị sâu răng trong tương lai. Công nghệ này có tiềm năng lớn trong việc cải thiện chất lượng chăm sóc sức khỏe răng miệng, đặc biệt là ở các nước đang phát triển.

Trích đoạn nội dung tài liệu

CHƯƠNG 1. CẤU TRÚC GIẢI PHẪU RĂNG 1. Giải phẫu tổng thể răng hàm mặt Hình 1. Hàm răng người trưởng thành nhìn trên hai mô hình xương hàm dưới và xương hàm trên [13] Hàm răng người trưởng thành thường có 4 x 8 = 32 răng khi mọc đủ.

Răng của con người được phân loại thành hai nhóm: răng trước (răng cửa và răng nanh) - các răng cửa và bốn chiếc răng sắc nhọn được sử dụng để trích xuất thực phẩm ngoài và răng hàm - vị trí sâu hơn trong miệng, được sử dụng để nhai thức ăn. Giản đồ minh hoạ các vùng của răng [14] GVHD: TS. Phạm Thị Hải Miền HVTH: Vũ Văn Quý 6 Nghiên cứu, thiết kế và chế tạo thiết bị hỗ trợ phát hiện sâu răng bằng kỹ thuật huỳnh quang 1. Cấu tạo mô học của răng [15], [16] • Men răng: Là một lớp rất cứng bao bọc bên ngoài răng.

Lớp men răng dày khoảng 1-2mm, trơn láng, màu sáng, hơi trong và là mô cứng nhất trong cơ thể. Men răng góp phần vào việc tạo màu răng và là thành phần chịu lực quan trọng trong chức năng nhai. Lớp men răng chủ yếu gồm các tinh thể hydroxyapatite, cùng với nước và protein. Cấu trúc này phục vụ cho việc bảo vệ răng từ những thiệt hại khi ăn và giúp cho việc phá vỡ thức ăn thành miếng trở nên dễ dàng.

Ánh sáng có thể lan truyền trong lớp men, đó là một điều quan trọng trong việc mô hình hóa răng, vì ánh sáng luôn luôn đi thông qua lớp này trước khi có bất kỳ sự tương tác với các lớp khác. Độ dày của lớp men được biết là khác nhau khá nhiều [16]. • Ngà răng: Là một lớp cứng, nằm dưới lớp men, dày, tạo nên hình dạng chủ yếu của răng. Trong ngà răng có rất nhiều ống ngà rất nhỏ chứa đựng các tế bào ngà, tạo cảm giác cho răng khi ăn những thực phẩm nóng lạnh chua ngọt.

Lớp ngà răng hoạt động như một lớp hỗ trợ cho men răng. Như lớp men răng, lớp ngà răng cũng truyền ánh sáng. Lớp ngà răng nhạy cảm với các kích thích vật lý, bởi vì nó được nối với tủy răng do các tế bào được gọi là odontoblasts mở rộng ra đến ống. Cùng với lớp men răng, nó được cho là một đóng góp quan trọng của răng.

• Tủy răng: Là phần trung tâm của răng và là một mô sống vì chứa đựng các mạch máu nuôi dưới răng và thần kinh cảm giác cho răng. Tủy răng gồm có hai phần: tủy thân răng (buồng tủy) và tủy chân răng. • Chóp chân răng: Là phần tận cùng của chân răng, nơi các mạch máu và thần kinh đi vào từ vùng xương quanh chóp và đi ra khỏi tủy răng. Đây là phần phát triển hoàn tất sau cùng của một chiếc răng.

Đây cũng là nơi nhiễm trùng khởi phát khi răng bị tổn thương tạo các abces quang chóp. • Hố rãnh: Là những vùng cấu tạo hình các hố rãnh dạng chữ V trên mặt nhai của các răng, nhất là các răng phía sau. Vùng hố rãnh tạo ra sự ăn khớp tốt giữa hai hàm GVHD: TS. Phạm Thị Hải Miền HVTH: Vũ Văn Quý 7 Nghiên cứu, thiết kế và chế tạo thiết bị hỗ trợ phát hiện sâu răng bằng kỹ thuật huỳnh quang giúp tăng hiệu quả nhai nhưng đây cũng là nơi dễ gây nhồi nhét thức ăn và có nguy cơ sâu răng cao.

• Xương: Chân răng nằm trong xương hàm và được gắn vào xương bởi hệ thống các dây chằng nha chu. • Dây chằng nha chu: Có nhiệm vụ giữ răng nằm đúng vị trí trong xương. Dây chằng nha chu được cấu tạo bởi rất nhiều sợi nhỏ đan xen nhau, đi từ răng đến vùng xương ổ răng xung quanh chân răng. Vùng dây chằng nha chu này rất có nguy cơ bị phá hủy trong các bệnh lý nha chu và dẫn đến hậu quả là tiêu xương và lung lay răng.

• Nướu: Là phần mô mềm bao bọc quanh xương ổ răng. Nướu khỏe mạnh màu hồng cam, săn chắc và khi nướu viêm sẽ đỏ, bở, dễ chảy máu khi chải răng. BỆNH SÂU RĂNG 1. Sâu răng Sâu răng, xem chỉ đơn giản, là sự phá hủy / khử khoáng của mô canxi hóa của răng do tác động của acid được tạo ra trong miệng bởi "màng sinh học mảng bám".

Quá trình này thường bắt đầu với khử khoáng của men răng và tiến tới ngà răng như những bước cơ bản và cuối cùng là tủy răng. Sâu răng là một bệnh ở tổ chức cứng của răng (men, ngà và cement - chất giống như xương bao phủ chân răng), đặc trưng bởi sự khử khoáng làm tiêu dần các chất vô cơ, hữu cơ ở men răng, ngà răng tạo thành lỗ sâu và không hoàn nguyên được. Nói cách khác, sâu răng đó là một bệnh nhiễm khuẩn tổ chức canxi hóa, được đặc trưng bởi sự hủy khoáng của thành phần vô cơ và sự phá hủy thành phần hữu cơ của mô cứng. Tổn thương là quá trình phức tạp bao gồm các phản ứng hóa lý liên quan đến sự di chuyển các ion bền mặt giữa răng và môi trường miệng đồng thời là quá trình sinh học giữa các vi khuẩn có trong mảng bám với cơ chế bảo vệ của vật chủ.

Quá trình này diễn ra liên tục, nhưng giai đoạn sớm có thể hoàn nguyên và giai đoạn muộn không thể hoàn nguyên [17], [18]. Phạm Thị Hải Miền HVTH: Vũ Văn Quý 8 Nghiên cứu, thiết kế và chế tạo thiết bị hỗ trợ phát hiện sâu răng bằng kỹ thuật huỳnh quang Có một số tính năng của sâu răng mà làm cho bệnh trở nên độc đáo. Đầu tiên, men răng hoàn toàn là vô bào, do vậy sự sâu ở men có thể được coi gần như một quá trình hóa học trong đó không có sự tham gia của tế bào vật chủ. Điều này dẫn tới các chiến lược phòng ngừa bằng việc tự kích hoạt thông qua sự thay đổi trong môi trường hóa học của khoang miệng.

Thứ hai, các cuộc tấn công axit trên răng xảy ra liên tục. Do đó biện pháp tác động cần liên tục, tức là, môi trường cần phải được theo dõi liên tục và điều chỉnh quá trình để duy trì sự hồi phục tự nhiên (tái khoáng hóa). Trong khi đó ở Việt Nam sự hiểu biết về sâu men hay sâu răng giai đoạn sớm là rất hạn chế vì tiến độ bệnh tiến triển rất chậm và khi chúng ta có thể quan sát được thì nó đã vượt qua giai đoạn này và tiến triển vào sâu hơn. Sâu răng giai đoạn sớm Hiện tượng giảm độ pH dẫn tới sự khử khoáng làm tăng cường khoảng cách giữa các tinh thể Hydroxyapatite, mất khoáng bắt đầu ở dưới bề mặt men, tổn thương lâm sàng mất 10% chất lượng khoáng được gọi là sâu răng giai đoạn sớm [19].

Bệnh căn sâu răng Hình 1. Sơ đồ cơ chế bệnh sinh sâu răng Fejerskov và Manji [20] GVHD: TS. Phạm Thị Hải Miền HVTH: Vũ Văn Quý 9 Nghiên cứu, thiết kế và chế tạo thiết bị hỗ trợ phát hiện sâu răng bằng kỹ thuật huỳnh quang Sâu răng là bệnh do nhiều yếu tố gây nên. Vai trò của vi khuẩn và mảng bám răng *Yếu tố vi khuẩn Bệnh sâu răng được khởi đầu bằng sự hình thành mảng bám(Dental plaque).

Hydratcarbon trong thức ăn được chuyển hóa thành Glucose sau đó được polymer hóa thành Dextran bởi enzym dextranaze và glucosyltransferase [22]. Dextran có tính bám nên tạo điều kiện để các vi khuẩn khác và các mảnh thức ăn bám thể vào [23], [24]. Các vi khuẩn tham gia chủ yếu vào quá trình này là Streptococcus mutans, Actinomyces viscosus, S sobrinus và một số chủng Lactobacillus [25], [26]. Hiệp hội nha khoa Mỹ năm 2006 đã xếp việc đếm số lượng vi khuẩn Streptoccus mutans trong nước bọt của bệnh nhân là một trong các tiêu chí khi đánh giá yếu tố nguy cơ gây sâu răng [23].

*Màng sinh học (Biofilm) Màng sinh học là một quần thể các vi khuẩn sống trong những cấu trúc có tổ chức ở giao diện giữa mặt cứng và chất lỏng tồn tại trền bền mặt răng [27], [28], [29]. Marsh đưa ra quan niệm mới về mảng bám răng: mảng bám răng được xem như màng sinh học trong đó cộng đồng các vi khuẩn bám trên bền mặt răng được bao phủ bởi một khuôn Polymer ngoại bào của ký chủ hay vi khuẩn [30]. Khả năng gây sâu răng của mảng bám phụ thuộc vào độ dính cứng của chúng lên răng, khả năng gây acid(các loại acid Lactic, Formic) từ đường C 12 và C 6 , độ Ph của môi trường miệng [30], [31], [32]. Phạm Thị Hải Miền HVTH: Vũ Văn Quý 10 Nghiên cứu, thiết kế và chế tạo thiết bị hỗ trợ phát hiện sâu răng bằng kỹ thuật huỳnh quang 1.

Vai trò của Carbonhydrat Các loại đường khác nhau có sự khác biệt nhỏ về khả năng gây acid, trong đó Sucrose có vai trò đặc biệt quan trọng vì đó là chất nền duy nhất để tổng hợp các Glucan ngoại bào tan và không tan trong nước. Những Glucan không tan trong nước làm tăng sự tích tụ của Streptococcus mutans trên bề mặt láng của răng [33], làm thay đổi hệ sinh thái của mảng bám răng, làm tăng nguy cơ sâu răng do làm tăng độ xốp của mảng bám, tạo nên nhiều acid sát với bề mặt răng hơn, thúc đẩy quá trình hủy khoáng của răng [34]. Các yếu tố nội sinh của răng * Giải phẫu và mô học của men răng. -Men răng có nguồn gốc ngoại bì, men răng là một tổ chức cứng nhất của cơ thể.

-Về mặt lý học: men răng cứng, giòn, trong và cản tia X, với tỉ trọng 2,3-3 so với ngà răng. Mầu sắc của men răng tùy thuộc vào tỷ lệ thành phần các dạng tinh thể, khoảng cách và sự sắp xếp của các tinh thể men. + Với men răng của răng mới mọc, thường có màu trong và có ánh xanh, do thành phần tinh thể có các muối của kim loại Fe, Mg, Al,…Khi men răng trưởng thành các muối này dần được thay thế làm cho men răng mất ánh xanh và trắng hơn. + Với răng bị hủy khoáng hoặc sâu răng giai đoạn sớm, men có mầu trắng đục, do khi giảm pH<5,5 các tinh thể Carbonat và Hidroxyapatit có sức đề kháng kém hơn bị hòa tan trong trước, chỉ còn lại chủ yếu là tinh thể Fluorapatit(có mầu trắng và phản quang mạnh do có fluor) bền vững hơn chưa bị tan, nếu sự hủy khoáng càng nhiều thì khoảng cách của các tinh thể càng tăng và làm cho men có mầu trắng đục rõ hơn, có thể quan sát được ngay cả khi bề mặt răng ướt [35], [36].

Ngày nay đặc điểm này được ứng dụng trong chẩn đoán và theo dõi sâu răng sớm trên lâm sàng.