牙齒與皮膚組織光學相干層析成像建模及應用研究.pdf

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

2、診斷研究中。本文利用蒙特卡洛方法,結合牙齒及皮膚組織的光學特性,建立了與實際組織結構相符的牙齒及皮膚組織OCT成像模型,并且應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。論文主要研究內容和創(chuàng)新點如下:
　　1.建立了符合實際組織結構的牙齒組織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行準確模擬;以及基于牙齒組織結構及光學特性,結合OCT成像原理對光在牙齒組織中的傳輸進行追蹤,實現(xiàn)了具有不平行

3、界面的兩層牙組織結構,以及界面為弧面的單層牙釉質、單層牙本質模型的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,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構模型的非失真成像深度。
　　2.基于OCT方法提出了一種牙釉質齲損程度的量化評價方法。利用平滑面牙釉質齲OCT成像模型,結合早期牙釉質人工齲體外OCT檢測實驗,利用逆蒙特卡洛方法提取了健康牙釉質和不同脫礦時間的齲損牙釉質

4、的光學特性參數(shù),得到了牙釉質組織散射系數(shù)與脫礦時間的關系。并分析了不同脫礦時間的齲損組織對牙釉質的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成像模型基礎上,建立了OCT血糖檢測的蒙特卡洛模型,預測了不同血糖值對應的OCT信號,基于OCT信號斜率分析了OCT對血糖變化的靈敏度,并與基于糖耐試驗的OCT無損檢測實驗結果進行了對