摘要
四联因素学说指出龋病是细菌、食物、宿主和时间共同作用下的一种慢性、进行性、破坏性的牙齿硬组织疾病。致龋细菌与食物残渣黏附在牙齿表面形成牙菌斑生物膜，其新陈代谢产生酸性物质腐蚀牙齿导致龋损，因此可认为龋病是牙齿宿主与外部因素相互作用的结果。一方面，现有的龋病风险评估系统侧重细菌、食物、患龋经历、家庭经济等因素，尚未充分考虑牙齿宿主的形态因素对患龋风险的影响。另一方面，牙齿咬合面窝沟区域形态复杂，易于集聚牙菌斑导致龋损，是龋病的高发区域，占总龋病的60%以上。因此应针对牙齿的窝沟区域形态进行研究，构建牙齿窝沟区域形态与牙菌斑分布的量化模型，有利于明确龋病重点防治区位，并为龋病风险评估系统提供新的评价因素。 本论文针对牙菌斑在三维牙齿咬合面窝沟区域的量化分布问题进行研究，在利用三维结构光测量技术获得牙齿三维表面模型和利用自体荧光成像技术获得牙齿咬合面菌斑荧光图像基础上，首先开展了牙齿易龋窝沟区域的三维形态量化分析及咬合面牙菌斑三维分布建模研究，然后构建了基于窝沟形态的牙菌斑分布预测模型，具体如下： （1）易龋窝沟区域的三维形态量化分析：本部分通过对牙齿表面微分几何特征进行分析，提取窝沟区域并定义量化参数描述其形态特征。窝沟区域提取中首先通过平均曲率阈值选取窝沟区域种子点，然后利用生长算法获得完整窝沟区域。窝沟形态量化分析部分首先为简化窝沟区域形态利用L1-中值骨架提取算法计算窝沟底线，然后根据提取到的窝沟区域及窝沟底线从三维区域及二维截面角度构建共22个量化参数用于描述其形态特征。 （2）咬合面牙菌斑三维分布建模：该部分首先利用Otsu及Dijkstar算法从牙菌斑荧光图像中分割出单颗牙齿区域，然后利用彩色荧光图像R/(G+B)量化二维咬合面菌斑含量。为实现窝沟形态参数与量化菌斑含量的准确关联，本文首先对菌斑荧光成像仪进行标定，然后建立投影变换模型得到三维牙模的投影轮廓，利用投影轮廓与荧光图像牙齿轮廓采用基于轮廓ICP的2D-3D配准方法优化投影变换模型，最终两者轮廓平均误差小于一个像素点，实现二维牙齿图像与三维牙模的准确配准。 （3）基于窝沟区域形态的牙菌斑分布预测建模：为探索牙齿窝沟区域形态对牙菌斑分布的影响，本文开展了基于窝沟区域形态预测牙菌斑分布含量建模研究。利用得到的窝沟形态参数-菌斑含量数据集建立基于窝沟区域形态预测牙菌斑分布的ε-SVR模型。该模型最终牙菌斑含量预测准确度为97.92%，充分验证了窝沟形态预测菌斑分布的有效性。
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