牙齿组织光热动态特性与PTR检测试验研究

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1、硕士学位论文牙齿组织光热动态特性与PTR检测试验研究（学术型）PHOTOTHERMALDYNAMICCHARACTERISTICANDPTREXPERIMENTALINVESTIGATIONOFDENTALTISSUE王飞哈尔滨工业大学2015年7月国内图书分类号：TN219学校代码：10213国际图书分类号：621密级：公开工学硕士学位论文牙齿组织光热动态特性与PTR检测试验研究（学术型）硕士研究生：王飞导师：刘俊岩副教授申请学位：工学硕士学科：航空宇航制造工程所在单位：机电工程学院答辩日期：2015年7月授予学位单位：哈尔滨工业大学ClassifiedIndex:TN219U

2、.D.C:621DissertationfortheMasterDegreeinEngineeringPHOTOTHERMALDYNAMICCHARACTERISTICANDPTREXPERIMENTALINVESTIGATIONOFDENTALTISSUE（Academic）Candidate:WangFeiSupervisor:AssociateProf.LiuJunyanAcademicDegreeAppliedfor:MasterofEngineeringAeronauticsandAstronauticsSpecialty:ManufacturingEngineerin

3、gAffiliation:SchoolofMechatronicsEngineeringDateofDefence:July,2015Degree-Conferring-Institution:HarbinInstituteofTechnology哈尔滨工业大学工学硕士学位论文摘要龋齿是一种常见高发性疾病，如果能够及时发现早期龋齿，则可以通过补矿方法对龋损位置进行治疗，防止龋齿进一步恶化。但视诊、探针及X射线等传统龋齿检测方法对早期龋齿检测并不敏感，因此早期龋齿的高敏感与高特异性检测对龋齿预防与治疗具有重要意义。光热辐射测量技术(Photothermalradiometry,PT

4、R)是一种新型的无损检测技术，具有无损、非接触及高分辨率等优点。本文重点研究了调制激光作用牙齿组织的一维热波数学模型，研制了光热辐射频域响应检测与位置扫描成像检测系统并开展了相应试验研究，在此基础上初步开展了牙齿组织的光热锁相成像检测试验研究。首先，本文将牙齿组织等效为一维三层结构，基于辐射传输理论漫射近似方程与热传导方程建立了调制激光作用牙齿组织的一维热波数学模型，利用该模型数值仿真分析了牙齿釉质层龋损特征参数（光散射与吸收系数、热扩散系数及釉质龋损层厚度等）对光热辐射信号频域响应特性（幅频-相频特性）的影响与规律；其次，研制了光热辐射频域响应检测与位置扫描成像检测试验系统，其

5、中包括硬件平台搭建与基于LabVIEW&Matlab软件的数据采集与分析程序开发，实现了试验数据的自动采集、记录与分析功能，通过对比不同激光功率条件下的频域响应数据，对试验系统的稳定性进行了验证；再次，采用研制的光热辐射测量试验系统对牙齿组织进行了频域响应与位置扫描成像试验研究，并根据建立的牙齿组织一维热波数学模型，对光热辐射信号频域响应特性进行多参数最佳统计拟合，得到了牙齿组织龋损特征参数。对健康牙齿进行了频域响应试验研究，分析了牙齿组织光热参数分布不均匀性；对模拟龋损牙齿进行了频域响应试验研究，分析了龋损特征参数与龋损程度之间的关系，验证了仿真分析的正确性；最后，初步开展了牙

6、齿组织光热锁相成像检测试验研究，对牙齿组织进行了光热锁相成像及X射线对比试验研究，验证了光热锁相成像对牙齿组织不均匀性及龋损具有较高的特异性；对模拟龋损牙齿进行多天跟踪试验，验证了光热锁相成像对龋损位置及缺损程度均具有较高敏感性。关键词：光热辐射测量；牙齿组织；热波模型；龋损特征‐I‐ 哈尔滨工业大学工学硕士学位论文AbstractDentalcariesisacommonandhigh-incidencedisease,anditcanbecuredwithremineralizationandpreventedfromfurtherdeteriorationbyearlyde

7、tection.Generally,traditionalcariesdetectionmethods(i.e.visualexamination,dentalexplorerandX-rayimaginget.al.)havebeingoflesssensitivetoearlycaries,sothatthedetectionmethodwhichhasthemeritofbeingmoresensitiveandmorespecifictoearlycarieshasave