摘要
龋病对人体健康造成的危害已得到广泛关注。然而，临床中现有的检测方法对早期龋齿的检测很容易造成忽视。因此，如何能够提早诊断早期龋齿已成为新的研究方向，也是预防牙科龋病的主要目标。 牙菌斑是造成龋齿的主要因素，为实现早期龋齿的无损检测，本文基于牙菌斑自体荧光成像检测技术展开研究。论述了牙菌斑检测方法以及荧光效应原理，对牙齿自体荧光光谱特性进行了实验研究，设计了荧光图像采集系统，并进行了荧光成像实验验证。结果表明：利用自体荧光成像可实现对牙菌斑的检测，在早期龋病诊断方面具有一定的参考价值。本文主要研究内容和结果如下： （1）基于生物组织自体荧光效应设计了光谱测量实验，研究不同龋齿荧光光谱的差异性，确定了牙菌斑最佳激发光源和发射荧光波段。利用荧光光谱仪采集各样品的激发、荧光光谱，采用Savitzky-Golay平滑法对光谱数据进行预处理。实验结果表明：健康牙齿与龋齿的激发峰值波长均位于405nm附近，健康牙齿的荧光波段主要集中在450nm-550nm，牙齿硬组织的荧光峰值位于485nm附近。牙齿龋损部位荧光波段主要聚集在600nm-700nm之间，荧光峰值在623nm、685nm处较强，峰位点与卟啉类化合物一致。因此，可认为该区域主要由牙菌斑代谢物质卟啉类化合物贡献产生，并且在600nm-700nm之间荧光强度随着龋损的严重而增加。 （2）基于牙菌斑自体荧光成像检测原理设计了荧光图像采集系统，实现了牙菌斑自体荧光图像的采集。对系统光源部分进行能量分析与计算得出激发光源在检测区域至少需提供5.039lx的光照强度，才能保证发射出的荧光在CMOSOV5640图像传感器的光敏面产生响应。同时基于FPGA设计了图像采集系统各模块逻辑程序，其中包括CMOS驱动设计及参数配置、图像数据缓存与处理以及传输模块的控制设计等，并利用Questasim软件进行时序仿真，其结果验证了各模块设计的正确性，且荧光图像采集系统可正常使用。 （3）搭建了牙菌斑荧光成像系统，通过荧光图像分析，验证了牙菌斑自体荧光成像检测的可行性。采集了自然环境下、405nm光源与600nm-700nm带通滤光片以及500nm长波通滤光片下的离体牙荧光图像；实验结果表明：健康牙齿的荧光图像呈绿色，而龋齿的荧光图像随着牙菌斑含量的增高产生红移，500nm长波通滤光片下的荧光图像对牙菌斑以及龋损部位的显示更为突出。为了更直观的反应牙菌斑含量程度，对采集的荧光图像进行了处理分析，测试结果显示牙菌斑面积的增加随着牙齿龋损程度的严重而增加，与医学诊断结果相符。说明了自体荧光成像系统在牙菌斑检测方面有一定的应用价值。
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