牙菌斑是造成龋病及牙周病的主要因素之一, 通过检测牙齿表面牙菌斑含量多少能在一定程度上了解牙齿健康程度, 对口腔健康的维护有重要意义。 利用牙菌斑与牙齿组织自体荧光光谱的差异性, 本文设计了一套便携式的基于自体荧光成像的检测系统。 (1)该系统以中心波长为405 nm的LED作为激发光源, 辅以中心波长520 nm的长波通滤光片提高系统信噪比, CCD作为感光器件； 系统采集荧光图像后, 根据成像结果分析牙面上牙菌斑含量。 (2)设计了验证实验采集受试者牙齿图像, 并以牙菌斑百分比作为量化牙菌斑多少的指标。 实验结果表明荧光图像菌斑百分比与Turesky改良的Quigley-Hein菌斑指数的Spearman等级相关系数为0944, 牙齿荧光图像牙菌斑百分比与染色图像牙菌斑百分比的Pearson相关系数为0875。 由此可见, 文中的检测系统具有较好的准确性, 而且因为采用光学检测方法, 具有非侵入性且可重复性, 所以它有广阔的临床应用前景, 有望成为家用口腔健康的检查手段。

本文基于牙菌斑与牙齿组织自体荧光光谱的差异性, 提出了一种利用自体荧光成像的牙菌斑量化分析方法。首先测试了牙齿样品在 405 nm激发光作用下自体荧光光谱分布, 在分析荧光颜色参量与牙菌斑含量相关性的基础上, 提出以荧光图像的 R/B作为牙菌斑含量量化的参量, 并确定使用中心波长为 490 nm的长波通滤光片对荧光光谱波段进行选择性提取。最后, 搭建实验装置获取了牙齿自体荧光图像, 利用 R/B值作为分割阈值得到了三个不同等级的牙菌斑含量与分布的量化分析结果, 与视诊结果相符。

以牙本质为研究对象，提出一种各向异性生物组织光学散射特性的求解方法。从能量传输角度，引入扩散张量描述扩散方程，理论推导并结合各向同性立方体组织模型的光扩散规律，提出利用点光源入射规则切片产生的前向散射光能量分布的等高线椭圆长短轴之比来表示各向异性介质扩散张量的方法。实验测试了直径10 μm的点光源从两方向入射牙本质正方体切片前向散射光的能量分布图像，通过数据处理与分析，获得牙本质样本的扩散张量分量比值为DyyDzzDxx=7.491.31。最后，利用有限元数值方法求解正交各向异性扩散方程，获得前向散射光的能量分布，并与实验结果相对比，验证了结果的正确性。研究结果有助于加深对牙本质光学散射属性的了解，对基于光散射理论早期诊断龋病具有借鉴意义。