Summary

Een nieuwe benadering voor het toezicht op Graft Neovascularization in de menselijke tandvlees

Published: January 12, 2019
doi:

Summary

Deze studie introduceert een protocol voor het meten van de microcirculatie in menselijke mondelinge mucosa tegen laser spikkel contrast denkbaar. Het toezicht op wondgenezing na vestibuloplasty gecombineerd met een prothese xenogene collageen wordt gepresenteerd op een klinisch geval.

Abstract

Laser spikkel contrast imaging (LSCI) is een nieuwe methode voor het meten van oppervlakkige bloedverspreiding over grote gebieden. Aangezien het is niet-invasief en direct contact met het gemeten gebied vermijdt, is het geschikt voor het volgen van bloed stroom veranderingen tijdens de wondgenezing in menselijke patiënten. Vestibuloplasty is parodontale chirurgie aan de mondelinge vestibule, gericht op het herstellen van vestibulaire diepte met gelijktijdige uitbreiding van de keratinized tandvlees. In deze speciale klinische gevallen, een split dikte flap op de eerste bovenste premolaar werd verheven en een xenogene collageen matrix werd aangepast aan het resulterende geadresseerden bed. LSCI werd gebruikt voor het controleren van de re- en neovascularization van de prothese en de omliggende mucosa gedurende één jaar. Een protocol is ingevoerd voor de juiste afstelling van de meting van de microcirculatie in mondelinge mucosa, waarbij zij problemen en mogelijke storingen.

De klinische case studie gepresenteerd aangetoond dat — na het juiste protocol — LSCI is een geschikte en betrouwbare methode voor de opvolging van de microcirculatie in een genezing van de wond in de menselijke mondelinge mucosa en geeft nuttige informatie over de integratie van de prothese.

Introduction

Bewaking van veranderingen op lange termijn van menselijke gingival microcirculatie in een klinische situatie is een hot topic in mondelinge en parodontale chirurgie. Betrouwbare beoordeling van perfusie kan echter moeilijk. Er zijn slechts een paar methoden die doen niet gebeurt het meten van veranderingen in de bloedsomloop van de menselijke mucosa. Twee van deze dienst een laser beam1,2,3,4, maar op een andere manier. Laser doppler flowmetrie (LDF) maakt gebruik van de Doppler shift in een laser beam5,6, terwijl de laser spikkel contrast imaging (LSCI) methode berust op de spikkel patroon van de terugverstrooide laserlicht te meten van de snelheid van rood bloed cellen7.

LDF maatregelen slechts in één aanspreekpunt en reproduceerbare standaardisatie van de sensoren positie is een wenselijk maar moeilijke taak. Een ander probleem is dat de sonde van de LDF kleine diameter (1 mm2). Meten op vooraf bepaalde punten voor de operatie is te specifiek, en kan blind voor postoperatieve bloedsomloop wijzigingen, terwijl oedeem, verwijdering van het weefsel, weefsel beweging of de geïmplanteerde prothese leiden tot significante veranderingen in de postoperatieve geometrie van de getroffen weke delen. De meetafstand van LDF is minder dan 1 mm die gebruik van een tandheelkundige splint met een vooraf bepaalde gat voor de sonde in geval van volumetrische verandering van het weefsel verbiedt. LSCI vereist geen speciale gereedschappen voor lokalisatie en kunnen meten in gebieden van verschillende cm2. Dientengevolge, kan wondgenezing worden gevolgd in de chirurgische site. Daarnaast kan LSCI bloedverspreiding weergeven in gekleurde beelden tegen een fractie van een seconde, met een resolutie van maximaal 20 μm.

Het apparaat van de LSCI gepresenteerd in deze paper wordt meestal gebruikt voor dierlijke onderzoek toepassingen waar hoge resolutie in kleine meting gebieden gewenst is. Aangezien de structuur en de histologie van de menselijke mondelinge mucosa verschillen van gebied tot gebied (bijgevoegde tandvlees, marginale tandvlees, vestibulaire mucosa), is bloedsomloop echter ook heterogene8. Hoge resolutie LSCI heeft dus een groot voordeel ten opzichte van normale resolutie LSCI die meestal bij het testen van de mens gebruikt wordt.

De LSCI-instrument maakt gebruik van een onzichtbare laserstraal (golflengte 785 nm). De bundel is afweek om te verlichten van het gebied van de meting, maken een spikkel patroon. Een CCD camera afbeeldingen de spikkel patroon in het verlichte gebied. De CCD-camera gebruikt in dit systeem heeft een actieve opnamegebied van 1386 x 1034 pixels en zijn resolutie is tussen 20 – 60 µm/pixel afhankelijk van de grootte van het gebied van de meting en de instelling van de software (laag, gemiddeld, hoog). Het kan beelden met een snelheid van 16 beelden per seconde, of zelfs meer, tot 100 beelden per seconde, duren als de beeldgrootte is verminderd. Bloedverspreiding wordt berekend door de ingebouwde software. Het analyseert variaties in het patroon spikkel en kwantificeert het contrast. De resulterende flux is kleur gecodeerd om een perfusie-beeld te produceren. Volgens de resultaten van onze vorige beoordeelt LSCI de bloed perfusie van het tandvlees met goede herhaalbaarheid en reproduceerbaarheid9. Dit betekent dat er een betrouwbaar instrument voor toezicht wijzigingen in de microcirculatie van de orale mucosa niet alleen in korte experimenten, maar ook tijdens lange termijn studies moeten worden bijgehouden van de progressie van de ziekte of wond genezing10.

In deze paper presenteren we een klinische gevallenrapport om aan te tonen dat de hoge ruimtelijke resolutie van LSCI maakt het mogelijk om te onthullen het neovascularization patroon van een prothese xenogene collageen. Deze zaak geeft bovendien aan dat LSCI, vanwege haar hoge betrouwbaarheid, gevoelig dat individuele variatie detecteren kon. Dit is belangrijk als belangrijke lokale anatomische variatie en een andere systemische achtergrond tussen de gevallen bemoeilijkt het standaardiseren van de chirurgische interventie in klinische proeven van parodontale chirurgie.

Protocol

De gerapporteerde methode werkte in een klinische proef die ethische goedkeuring was verleend van de Hongaarse Commissie van de registratie van de gezondheid en Training Center (erkenningsnummer: 034310/2014/OTIG). 1. LSCI Setup Zet de computer en alle randapparatuur. Schakel de LSCI-instrument moet worden gebruikt met de schakelaar op het achterpaneel. Het toestaan van het instrument te warm gedurende minstens 5 min. Het instrument is klaar voor meting als beide …

Representative Results

Vestibuloplasty is parodontale chirurgie aan de mondelinge vestibule, gericht op verhoging van het vestibulair diepte, de zone van tandvlees keratinized en weke delen dikte voor verbeterde esthetiek en functie. De apically verplaatst split dikte flap in combinatie met een collageen-matrix is een veelgebruikte vestibuloplasty procedure. Xenogene collageen matrix is een levensvatbaar alternatief voor Autogeen gingival prothese voor het verhogen van de hoeveelheid keratinized tandvlees<sup c…

Discussion

Het doel van deze studie was om een nieuwe techniek voor het toezicht op de neovascularization van een prothese in de menselijke tandvlees. Volgens de resultaten van onze vorige beoordeelt LSCI de bloed perfusie van het tandvlees met goede herhaalbaarheid en reproduceerbaarheid9, wanneer strikte toepassing van elke stap van het geplande protocol als een essentiële vereiste wordt voldaan. LSCI wordt beschouwd als een semi-kwantitatieve techniek waarvoor kalibratie periodiek aan nauwkeurigheid en s…

Disclosures

The authors have nothing to disclose.

Acknowledgements

Dit werk werd uitgevoerd ten dele van ondersteuning door de Hongaarse Fonds voor wetenschappelijk onderzoek onder Grant nummer K112364, door het Hongaarse ministerie van menselijke capaciteiten, hogeronderwijs excellentie programma Semmelweis University, therapie onderzoek Module en door de Nationale onderzoek, ontwikkeling en innovatie Office KFI_16-1-2017-0409.

Materials

PeriCam PSI-HR Perimed AB, Stockholm, Sweden The PeriCam PSI System is an imaging system based on LASCA technology (LAser Speckle Contrast Analysis). The system measures superficial blood perfusion over large areas at fast capture rates. This makes it ideal for investigations of both the spatial and temporal dynamics of microcirculation in almost any tissue.
PIMSoft Perimed AB, Stockholm, Sweden PIMSoft is a data acquisition and analysis software, intended for use together with the PeriCam PSI System and the PeriScan PIM 3 System, for measurement and imaging of superficial blood perfusion.
Geistlich Mucograft Geistlich, Switzerland It's a unique 3D collagne matrix designed specifically for soft tissue regeneration. It's indicated for the gain of keratinized tissue and recession coverage.
Omron M4 Omron Healthcare Inc., Kyoto, Japan Blood pressure monitor, which gives accurate readings.
Nikon D5200 Nikon Corportation, Tokyo, Japan Taking intra oral photos
MS Excel Microsoft Corporation, Redmond, Washington, USA The software used for data management
IBM SPSS Statistics 25 IBM Corp., Armonk, NY, USA The software used for statistical analysis

References

  1. Nakamoto, T., et al. Two-Dimensional Real-Time Blood Flow and Temperature of Soft Tissue Around Maxillary Anterior Implants. Implant Dentistry. 21 (6), 522-527 (2012).
  2. Kajiwara, N., et al. Soft tissue biological response to zirconia and metal implant abutments compared with natural tooth: microcirculation monitoring as a novel bioindicator. Implant Dentistry. 24 (1), 37-41 (2015).
  3. Kemppainen, P., Forster, C., Handwerker, H. O. The importance of stimulus site and intensity in differences of pain-induced vascular reflexes in human orofacial regions. Pain. 91 (3), 331-338 (2001).
  4. Kemppainen, P., Avellan, N. L., Handwerker, H. O., Forster, C. Differences between tooth stimulation and capsaicin-induced neurogenic vasodilatation in human gingiva. Journal of Dental Research. 82 (4), 303-307 (2003).
  5. Riva, C., Ross, B., Benedek, G. B. Laser Doppler measurements of blood flow in capillary tubes and retinal arteries. Investigative ophthalmology. 11 (11), 936-944 (1972).
  6. Humeau, A., Steenbergen, W., Nilsson, H., Stromberg, T. Laser Doppler perfusion monitoring and imaging: novel approaches. Medical & Biological Engineering & Computing. 45 (5), 421-435 (2007).
  7. Briers, J. D., Webster, S. Laser speckle contrast analysis (LASCA): a nonscanning, full-field technique for monitoring capillary blood flow. Journal of Biomedical Optics. 1 (2), 174-179 (1996).
  8. Fazekas, R., et al. Functional characterization of collaterals in the human gingiva by laser speckle contrast imaging. Microcirculation. 25 (3), 12446 (2018).
  9. Molnar, E., Fazekas, R., Lohinai, Z., Toth, Z., Vag, J. Assessment of the test-retest reliability of human gingival blood flow measurements by Laser Speckle Contrast Imaging in a healthy cohort. Microcirculation. 25 (2), (2018).
  10. Molnar, E., et al. Evaluation of Laser Speckle Contrast Imaging for the Assessment of Oral Mucosal Blood Flow following Periodontal Plastic Surgery: An Exploratory Study. BioMed Research International. 2017, 4042902 (2017).
  11. Sanz, M., Lorenzo, R., Aranda, J. J., Martin, C., Orsini, M. Clinical evaluation of a new collagen matrix (Mucograft prototype) to enhance the width of keratinized tissue in patients with fixed prosthetic restorations: a randomized prospective clinical trial. Journal of Clinical Periodontology. 36 (10), 868-876 (2009).
  12. Nevins, M., Nevins, M. L., Kim, S. W., Schupbach, P., Kim, D. M. The use of mucograft collagen matrix to augment the zone of keratinized tissue around teeth: a pilot study. The International Journal of Periodontics and Restorative Dentistry. 31 (4), 367-373 (2011).
  13. Lorenzo, R., Garcia, V., Orsini, M., Martin, C., Sanz, M. Clinical efficacy of a xenogeneic collagen matrix in augmenting keratinized mucosa around implants: a randomized controlled prospective clinical trial. Clinical Oral Implants Research. 23 (3), 316-324 (2012).
  14. Perry, D. A., McDowell, J., Goodis, H. E. Gingival microcirculation response to tooth brushing measured by laser Doppler flowmetry. Journal of Periodontology. 68 (10), 990-995 (1997).
  15. Yamaguchi, K., Nanda, R. S., Kawata, T. Effect of orthodontic forces on blood flow in human gingiva. Angle Orthodontist. 61 (3), 193-203 (1991).
  16. Molnár, E., et al. Assessment of heat provocation tests on the human gingiva: the effect of periodontal disease and smoking. Acta Physiologica Hungarica. 102 (2), 176-188 (2015).
  17. Gleissner, C., Kempski, O., Peylo, S., Glatzel, J. H., Willershausen, B. Local gingival blood flow at healthy and inflamed sites measured by laser Doppler flowmetry. Journal of Periodontology. 77 (10), 1762-1771 (2006).
  18. Hinrichs, J. E., Jarzembinski, C., Hardie, N., Aeppli, D. Intrasulcular laser Doppler readings before and after root planing. Journal of Clinical Periodontology. 22 (11), 817-823 (1995).
  19. Svalestad, J., Hellem, S., Vaagbo, G., Irgens, A., Thorsen, E. Reproducibility of transcutaneous oximetry and laser Doppler flowmetry in facial skin and gingival tissue. Microvascular Research. 79 (1), 29-33 (2010).
  20. Sasano, T., Kuriwada, S., Sanjo, D. Arterial blood pressure regulation of pulpal blood flow as determined by laser Doppler. Journal of Dental Research. 68 (5), 791-795 (1989).
  21. Ikawa, M., Ikawa, K., Horiuchi, H. The effects of thermal and mechanical stimulation on blood flow in healthy and inflamed gingiva in man. Archives of Oral Biology. 43 (2), 127-132 (1998).
  22. Baab, D. A., Oberg, P. A., Holloway, G. A. Gingival blood flow measured with a laser Doppler flowmeter. Journal of Periodontal Research. 21 (1), 73-85 (1986).
  23. Fazekas, A., Csempesz, F., Csabai, Z., Vág, J. Effects of pre-soaked retraction cords on the microcirculation of the human gingival margin. Operative Dentistry. 27 (4), 343-348 (2002).
  24. Csillag, M., Nyiri, G., Vag, J., Fazekas, A. Dose-related effects of epinephrine on human gingival blood flow and crevicular fluid production used as a soaking solution for chemo-mechanical tissue retraction. Journal of Prosthetic Dentistry. 97 (1), 6-11 (2007).
  25. Tanaka, M., Hanioka, T., Kishimoto, M., Shizukuishi, S. Effect of mechanical toothbrush stimulation on gingival microcirculatory functions in inflamed gingiva of dogs. Journal of Clinical Periodontology. 25 (7), 561-565 (1998).
  26. Rothamel, D., et al. Biodegradation pattern and tissue integration of native and cross-linked porcine collagen soft tissue augmentation matrices – an experimental study in the rat. Head & Face Medicine. 10, 10 (2014).
  27. Schwarz, F., Rothamel, D., Herten, M., Sager, M., Becker, J. Angiogenesis pattern of native and cross-linked collagen membranes: an immunohistochemical study in the rat. Clinical Oral Implants Research. 17 (4), 403-409 (2006).
  28. Vergara, J. A., Quinones, C. R., Nasjleti, C. E., Caffesse, R. G. Vascular response to guided tissue regeneration procedures using nonresorbable and bioabsorbable membranes in dogs. Journal of Periodontology. 68 (3), 217-224 (1997).
  29. Oliver, R. C., Loe, H., Karring, T. Microscopic evaluation of the healing and revascularization of free gingival grafts. Journal of Periodontal Research. 3 (2), 84-95 (1968).
  30. Janson, W. A., Ruben, M. P., Kramer, G. M., Bloom, A. A., Turner, H. Development of the blood supply to split-thickness free ginival autografts. Journal of Periodontology. 40 (12), 707-716 (1969).
  31. Mormann, W., Bernimoulin, J. P., Schmid, M. O. Fluorescein angiography of free gingival autografts. Journal of Clinical Periodontology. 2 (4), 177-189 (1975).
  32. Busschop, J., de Boever, J., Schautteet, H. Revascularization of gingival autografts placed on different receptor beds. A fluoroangiographic study. Journal of Clinical Periodontology. 10 (3), 327-332 (1983).
  33. Fazekas, R., et al. A proposed method for assessing the appropriate timing of early implant placements: a case report. Journal of Oral Implantology. , (2018).
  34. Briers, J. D., Fercher, A. F. Retinal blood-flow visualization by means of laser speckle photography. Investigative Ophthalmology & Visual Science. 22 (2), 255-259 (1982).
  35. Srienc, A. I., Kurth-Nelson, Z. L., Newman, E. A. Imaging retinal blood flow with laser speckle flowmetry. Front Neuroenergetics. 2, (2010).
  36. Choi, B., Kang, N. M., Nelson, J. S. Laser speckle imaging for monitoring blood flow dynamics in the in vivo rodent dorsal skin fold model. Microvascular Research. 68 (2), 143-146 (2004).
  37. Ayata, C., et al. Laser speckle flowmetry for the study of cerebrovascular physiology in normal and ischemic mouse cortex. Journal of Cerebral Blood Flow & Metabolism. 24 (7), 744-755 (2004).
  38. Armitage, G. A., Todd, K. G., Shuaib, A., Winship, I. R. Laser speckle contrast imaging of collateral blood flow during acute ischemic stroke. Journal of Cerebral Blood Flow & Metabolism. 30 (8), 1432-1436 (2010).
  39. Lindahl, F., Tesselaar, E., Sjoberg, F. Assessing paediatric scald injuries using Laser Speckle Contrast Imaging. Burns. 39 (4), 662-666 (2013).
  40. Mirdell, R., Iredahl, F., Sjoberg, F., Farnebo, S., Tesselaar, E. Microvascular blood flow in scalds in children and its relation to duration of wound healing: A study using laser speckle contrast imaging. Burns. , (2016).
  41. Zotterman, J., Bergkvist, M., Iredahl, F., Tesselaar, E., Farnebo, S. Monitoring of partial and full venous outflow obstruction in a porcine flap model using laser speckle contrast imaging. Journal of Plastic, Reconstructive & Aesthetic Surgery. 69 (7), 936-943 (2016).
  42. Hecht, N., Woitzik, J., Dreier, J. P., Vajkoczy, P. Intraoperative monitoring of cerebral blood flow by laser speckle contrast analysis. Neurosurgical Focus. 27 (4), E11 (2009).

Play Video

Cite This Article
Fazekas, R., Molnár, E., Mikecs, B., Lohinai, Z., Vág, J. A Novel Approach to Monitoring Graft Neovascularization in the Human Gingiva. J. Vis. Exp. (143), e58535, doi:10.3791/58535 (2019).

View Video