牙齒與皮膚組織光學(xué)相干層析成像建模及應(yīng)用研究.pdf

1、光學(xué)相干層析(OCT)技術(shù)利用低相干干涉原理,可以實(shí)現(xiàn)組織內(nèi)部微結(jié)構(gòu)的高分辨率無損成像。隨著OCT應(yīng)用越來越廣泛,OCT成像模型的重要性以及價值在不斷地體現(xiàn),并且已應(yīng)用于血管、角膜及視網(wǎng)膜成像等領(lǐng)域,用于對OCT成像結(jié)果的解釋及預(yù)測等。目前OCT技術(shù)已在牙科及皮膚科領(lǐng)域應(yīng)用,并且開展了早期齲齒以及血糖檢測的研究。一個準(zhǔn)確的模擬工具對OCT在這兩個領(lǐng)域的實(shí)際應(yīng)用是非常重要的。然而有關(guān)牙齒及皮膚組織OCT成像模型的報(bào)道卻很少,且未用于疾病的

2、診斷研究中。本文利用蒙特卡洛方法,結(jié)合牙齒及皮膚組織的光學(xué)特性,建立了與實(shí)際組織結(jié)構(gòu)相符的牙齒及皮膚組織OCT成像模型,并且應(yīng)用模型開展了早期齲齒的量化評估以及OCT血糖檢測靈敏度的研究工作。論文主要研究內(nèi)容和創(chuàng)新點(diǎn)如下:
　　1.建立了符合實(shí)際組織結(jié)構(gòu)的牙齒組織OCT成像模型。其中包括利用高斯光束的雙曲線特性對入射光束進(jìn)行準(zhǔn)確模擬;以及基于牙齒組織結(jié)構(gòu)及光學(xué)特性,結(jié)合OCT成像原理對光在牙齒組織中的傳輸進(jìn)行追蹤,實(shí)現(xiàn)了具有不平行

3、界面的兩層牙組織結(jié)構(gòu),以及界面為弧面的單層牙釉質(zhì)、單層牙本質(zhì)模型的OCT一維信號及二維圖像的模擬。分析了不同散射次數(shù)光子對OCT圖像的貢獻(xiàn),不同系統(tǒng)參數(shù)對OCT圖像的影響,以及聚焦位置的影響;并研究了三種牙組織結(jié)構(gòu)模型的非失真成像深度。
　　2.基于OCT方法提出了一種牙釉質(zhì)齲損程度的量化評價方法。利用平滑面牙釉質(zhì)齲OCT成像模型,結(jié)合早期牙釉質(zhì)人工齲體外OCT檢測實(shí)驗(yàn),利用逆蒙特卡洛方法提取了健康牙釉質(zhì)和不同脫礦時間的齲損牙釉質(zhì)

4、的光學(xué)特性參數(shù),得到了牙釉質(zhì)組織散射系數(shù)與脫礦時間的關(guān)系。并分析了不同脫礦時間的齲損組織對牙釉質(zhì)的OCT非失真成像深度的影響。
　　3.建立了皮膚組織OCT成像模型,實(shí)現(xiàn)了皮膚組織OCT信號的數(shù)值模擬,分析了皮膚組織的非失真成像深度。在皮膚組織OCT成像模型基礎(chǔ)上,建立了OCT血糖檢測的蒙特卡洛模型,預(yù)測了不同血糖值對應(yīng)的OCT信號,基于OCT信號斜率分析了OCT對血糖變化的靈敏度,并與基于糖耐試驗(yàn)的OCT無損檢測實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行了對