基于偏振拉曼光谱的多模式早期龋齿成像诊断技术研究

龋齿是高发性的口腔疾病，影响美观且严重地危害健康。对早期龋蚀的正确诊断可以让牙医对龋齿做相应的治疗，阻止龋蚀的进一步发展，研究早期龋齿的诊断技术具有重要意义。龋蚀活动影响牙齿内牙釉柱的取向和排列，对其拉曼退偏比有很强的影响，因此探测牙齿的偏振拉曼光谱，能够获得有关牙齿结构的信息；自体感生荧光谱技术是基于对致龋细菌自体感生荧光的探测，将会得到有关致龋细菌的信息。本项目在前期研究基础上，提出偏振拉曼光谱技术和自体感生荧光相结合的多模式龋齿诊断技术，探测和表述早期龋齿的特征。利用自体感生荧光检测致龋细菌及其活跃程度，偏振拉曼光谱法则用来研究龋齿结构和形貌的变化，提供牙齿的主要矿物成分羥磷灰石（Ca10(PO4)6(OH)2）的生物化学特征，建立离体牙齿的偏振拉曼光谱和自体感生荧光谱相结合的二维光学成像系统，实现病变牙齿的实时成像，达到对龋齿特别是早期龋齿定量诊断的目的。本项目有良好的应用前景。

龋齿是一种口腔疾病，它不仅严重地危害着人类健康，并且具有高发性。在牙科医疗中，龋齿的诊断应该倍受重视。研究早期龋的诊断技术具有重要的现实意义和市场应用前景。光学诊断技术是一种无损、非接触性的检测方法，非常适合研究牙齿的龋蚀过程。本项目分别对不同健康状态牙齿的偏振拉曼光谱特性和自体感生荧光光谱特性进行了研究，提出了一种后向散射光，反射光以及自体感生荧光相结合的龋齿诊断方法。1. 研究激光偏振方向、牙齿病理状态改变时，偏振拉曼光谱特性的变化规律，分析了各拉曼峰的产生机理，确定了926cm-1之处的拉曼峰为强度随激光偏振方向显著变化的偏振拉曼光谱特征峰。研究平行偏振和垂直偏振光照射下，健康牙齿与早期龋齿偏振拉曼光谱特征峰之处的退偏比，并进行了统计分析。对于健康牙齿，其拉曼峰显示出强烈的偏振各向异性，而对于早期龋齿，偏振各向异性度明显减小，尤其是在926cm-1之处的拉曼峰，来自v1振动模式，这种退偏更为显著。对退偏机理进行了分析，认为龋齿的偏振拉曼光谱的各向异性度的损失是龋蚀内散射的增加和结构的改变共同作用的结果。早期龋齿与健康齿的退偏度有显著差异，可以用来诊断早期龋齿。2. 研究了激光与牙齿组织的相互作用机理以及激光在牙齿组织中的传输规律，并对散射光的特性进行了Monte-Carlo模拟分析，对于不同病理状态的牙齿样品，研究激光照射下，龋蚀程度对牙齿的自体感生荧光光谱特性的影响，牙齿的自体感生荧光光谱随激励参数的变化规律。。理论研究表明，散射光的强度取决于牙釉质的结构和形貌，龋蚀程度越深，散射粒子浓度越大，散射光越强。荧光强度与荧光物质的浓度成正比，这是荧光定量分析龋齿的依据。在龋齿中，龋齿的荧光强度与牙菌中的类卟啉荧光物质的浓度成正比，因此荧光信号的强度依赖于龋齿的损坏程度。激光感生荧光光谱由散射光、反射光、自体感生荧光三部分组成。散射光反映了样品组织的组分与形貌，可以表征牙齿组织形态变化，而自体感生荧光则由致龋细菌产生，其峰值对应了致龋细菌的特征波长，荧光强度反映了牙齿的龋损程度，特征光谱的自体感生荧光可以表征牙组织病理变化。3.对所有特征光谱数据进行归一化处理，以瑞利散射为特征光谱的标准化参数，定义了表征组织形态变化的反斯托克斯散射归一化系数和表征牙组织病理变化的斯托克斯荧光归一化系数，结合两者对离体龋齿的龋蚀状态进行表征，初步实现了对离体龋齿的实时定量诊断。