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      當(dāng)今社會齲齒是一種廣泛存在的慢性傳染病，嚴(yán)重威脅人類健康，如果不及時(shí)治療可能會引發(fā)一系列口腔甚至全身問題。目前臨床上常用X射線、口腔CT的方法檢測齲齒，此類方法會產(chǎn)生令人擔(dān)憂的電離輻射。

   吳曉君副教授團(tuán)隊(duì)獲深圳虛擬大學(xué)園2021年自由探索類基礎(chǔ)研究項(xiàng)目專項(xiàng)資金資助，近日，以深圳北航新興產(chǎn)業(yè)技術(shù)研究院為第一單位在《Optics Express》上發(fā)表“太赫茲光譜技術(shù)應(yīng)用于齲齒檢測的交叉研究”論文——Dental caries diagnosis using terahertz spectroscopy and birefringence。

    太赫茲光譜檢測技術(shù)利用的太赫茲波的光子能量低，且具有一定穿透性，不會對人體產(chǎn)生有害輻射，適合用于齲齒診斷與篩查，但該領(lǐng)域的相關(guān)研究仍處于起步階段。論文利用太赫茲波透過牙齒時(shí)攜帶的牙齒內(nèi)部健康狀態(tài)信息，如存在齲齒的位置透射信號較弱，將健康牙釉質(zhì)和齲壞牙釉質(zhì)區(qū)分開來。此外成功地觀察到了牙釉質(zhì)中太赫茲雙折射現(xiàn)象的存在，證明了利用太赫茲光譜技術(shù)和太赫茲雙折射現(xiàn)象應(yīng)用在齲齒診斷與篩查的可行性。

研究內(nèi)容

1.成功觀察到牙釉質(zhì)中的太赫茲雙折射現(xiàn)象，這種各向異性現(xiàn)象與位置相關(guān)，并可通過牙釉質(zhì)結(jié)構(gòu)的顯微成像結(jié)果解釋。

2.齲齒處的太赫茲脈沖透射信號相較于健康釉質(zhì)處更低。

3.發(fā)生齲齒時(shí)，釉質(zhì)中的羥基磷灰石晶體結(jié)構(gòu)被破壞，太赫茲雙折射導(dǎo)致的透射信號各向異性也被抑制。

4.透射信號的衰減和各向異性的減弱可作為太赫茲光譜齲齒檢測的新方法。

圖1 實(shí)驗(yàn)裝置和牙齒切片。（a)太赫茲時(shí)域光譜儀。(b)，(c)健康牙齒和齲齒的切片

圖2 健康牙釉質(zhì)、牙本質(zhì)和齲齒牙釉質(zhì)的太赫茲光譜。

（a）牙釉質(zhì)、齲齒、牙本質(zhì)處的太赫茲透射電場信號和參考信號，以及（b）其相應(yīng)的傅里葉變換譜。

它們的透過率譜、相對損耗譜和折射率譜如（c）、（d）和（e）所示。

圖3 圖1b處健康牙釉質(zhì)的太赫茲透射信號。圖（a）-（l）為太赫茲透射時(shí)域波形相對于從0°到165°（以15°為間隔）不同方位角的變化過程。

各圖中紅色虛線表示第一個(gè)峰值，藍(lán)色虛線表示第二個(gè)峰值。

圖4 太赫茲各向異性與健康牙釉質(zhì)的位置相關(guān)。

（a）健康牙齒的切片照片，（b）-（i）在牙釉質(zhì)不同位置的太赫茲峰峰值和等效折射率。

圖5 健康牙釉質(zhì)的微觀結(jié)構(gòu)與太赫茲各向異性之間關(guān)系。

（a）牙釉質(zhì)有三種典型的紋理結(jié)構(gòu)：黃色虛線1指示的釉柱；黃色虛線2指示的生長線；黃色虛線3指示的加工刻痕。

（b）和（c）為對應(yīng)位置的顯微圖像和太赫茲各向異性圖。（d）和（e）為對應(yīng)位置的顯微圖像和太赫茲各向異性圖。

圖6 太赫茲各向異性與釉質(zhì)齲位置的關(guān)系。（a）齲齒的切片圖。

（b）健康牙釉質(zhì)和（c）、（d）齲齒牙釉質(zhì)處的太赫茲峰峰值及其等效折射率，各向異性的程度存在差異。

圖7 釉質(zhì)中的太赫茲雙折射。釉柱的方向與太赫茲偏振方向垂直（a）或平行（b）。

線偏振太赫茲脈沖分別完全傾斜至慢光方向（a）或快光方向（b），

而（c）釉柱的快光和慢光方向均與太赫茲偏振方向不平行，入射的太赫茲脈沖則被分為快光和慢光。

而探測器只能探測水平偏振的太赫茲脈沖分量。

圖8 厚度為670μm的健康牙釉質(zhì)切片的太赫茲透射信號。

150°時(shí)（圖k）的信號可由105°時(shí)（圖m）和195°（圖n）時(shí)的透射信號相加（圖o）而來，

表明牙釉質(zhì)處太赫茲透射信號的各向異性是由雙折射導(dǎo)致的。

吳曉君，北京航空航天大學(xué)電子信息工程學(xué)院副教授、博導(dǎo)，深圳北航新興產(chǎn)業(yè)技術(shù)研究院項(xiàng)目負(fù)責(zé)人，入選2014年度德國洪堡學(xué)者、2017年北航“卓越百人”計(jì)劃、2018年北航“青年拔尖人才支持計(jì)劃”、2018年度北京市青年骨干項(xiàng)目、2021年度國際紅外毫米波太赫茲學(xué)會首屆Zhengyi Wang女科學(xué)家獎(jiǎng)。

        論文的共同第一作者為北航電子信息工程學(xué)院博士生才家華、中日友好醫(yī)院口腔科光夢凱，共同通信作者為首都醫(yī)科大學(xué)附屬北京友誼醫(yī)院口腔科金潔琪和北航電子信息工程學(xué)院吳曉君副教授

論文地址

         https://opg.optica.org/oe/fulltext.cfm?uri=oe-30-8-13134&id=471165

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