一种基于声弹性响应的牙体组织表征方法技术

本发明专利技术属于医学及无损检测技术领域，涉及一种基于声弹性响应的牙体组织表征方法。牙体组织表征方法由声波发射/接收器、声学单元、扫描单元和信号处理与成像单元组成的牙体声显微成像装置实现。本发明专利技术方法利用高分辨率宽带窄脉冲弹性声与被观察的牙体相互作用，产生的反射弹性声波与牙体内部不同部位组织的数理联系，通过声学单元提取来自牙体内部的反射弹性声波，利用所构建牙的体组织对入射声弹性波响应的数学模型和表征方法，进而对牙体表面及牙体内部组织和牙体组织变化或牙体缺陷进行快速表征，为牙体疾病和牙体早期组织变化的临床研究、诊断、牙病预防等提供一种分析方法和分析手段。

A method of characterization of dental tissue based on acoustic elastic response

The invention belongs to the technical field of medicine and nondestructive testing, and relates to a method for characterization of dental tissue based on acoustic elastic response. The method of tooth tissue characterization is realized by acoustic emission microscope, acoustic receiver, acoustic unit, scanning unit and signal processing and imaging unit. The method of the invention using high resolution broadband narrow pulse acoustic interaction with the observed teeth, mathematical contact teeth and the internal elastic wave reflection in different parts of the organization that is produced by acoustic reflection of elastic waves from the tooth extraction unit inside the body, using the construction of tooth body tissues of incident elastic wave response of mathematics model and characterization methods, and rapid characterization of the internal organization of tooth surface and tooth and tooth tissue changes or tooth defects, provides an analysis method and analysis method for dental disease and tooth early histological changes clinical research, diagnosis and prevention of dental diseases.

【技术实现步骤摘要】
一种基于声弹性响应的牙体组织表征方法
本专利技术属于医学及无损检测
，涉及一种基于声弹性响应的牙体组织表征方法。
技术介绍
牙病是一种非常普遍的牙腔疾病，牙体组织的变化是导致牙腔疾病的主要根源，通常当牙体组织发生了明显的病变时，可能会造成牙的功能失效。目前，临床上，主要是由主治医生采用目视、敲击、辅助Micro-X射线CT等方法进行牙体损坏或牙体疾病进行检查和诊断。其主要不足是：1)目视、敲击检查方法，得不到牙体组织内部信息，特别是难以掌握到一些早期牙体组织的内部变化或病变方面的信息，从而可能会失去最佳的牙病治疗时机；2)Micro-X射线CT方法，对患者辐射损害明显，也难以得到早期牙体组织的内部变化或病变方面的信息。对于离体牙，目前主要是采用切片后的光学观察的方法。其主要不足是：1)只能观察到样品表面存在光学灰度差的组织及其变化；2)不能得到牙体样品内部牙体组织和早期牙体组织的内部变化或病变方面的信息。由于牙体组织及其变化往往都会与其弹性特性的变化有着密切的内在联系，因此，本专利技术提出了一种基于牙体对入射声波的弹性响应行为的牙体组织表征方法，利用高分辨率宽带窄脉冲弹性声与被观察的牙体相互作用，产生的反射弹性声波与牙体内部不同部位组织的数理联系，通过声学单元提取来自牙体内部的反射弹性声波，利用基于牙体组织对入射声弹性波的响应所构建的声学模型，进行牙体组织的表征。利用本专利技术，可以快速方便地实现对牙体表面、牙体内部组织及其变化以及牙体缺陷的表征。
技术实现思路
本专利技术的目的是针对牙体，提出一种基于声弹性响应的牙体组织表征方法，本专利技术的技术解决方案是，牙体组织表征方法由声波发射/接收器、声学单元、扫描单元和信号处理与成像单元组成的牙体声显微成像装置实现，(1)弹性声波的发射声波发射/接收器产生的弹性声波u0(t0)通过声波发射/接收器与牙体表面之间的耦合介质，在牙釉质表面形成入射弹性声波，这里用u1I(t1I)表示，t0为弹性声波u0(t0)传播的起点参考时间，t1I为弹性声波u1I(t1I)相对t0的传播时间，在入射弹性声波u1I(t1I)传播到牙体中，根据牙体的生物组织结构的不同和弹性声波的折射规律，形成以下几种情况的入射弹性声波：①在牙冠的中心部位，形成6个不同部位的入射弹性声波，其中：第一入射弹性声波经耦合介质/牙釉质界面折射后，在牙釉质中形成第二入射弹性声波，这里用u2I(t2I)表示，t2I为弹性声波u2I(t2I)相对t0的传播时间，第二入射弹性声波经牙釉质/牙本质界面折射后，在牙本质中形成第三入射弹性声波，这里用u3I(t3I)表示，t3I为弹性声波u3I(t3I)相对t0的传播时间，第三入射弹性声波经牙本质/牙髓界面折射后，在牙髓中形成第四入射弹性声波，这里用u4I(t4I)表示，t4I为弹性声波u4I(t4I)相对t0的传播时间，第四入射弹性声波经牙髓/第一牙骨质界面折射后，在第一牙骨质中形成第五入射弹性声波，这里用u5I(t5I)表示，t5I为弹性声波u5I(t5I)相对t0的传播时间，第五入射弹性声波经第一牙骨质/第二牙骨质界面折射后，在第二牙骨质中形成第六入射弹性声波，这里用u6I(t6I)表示，t6I为弹性声波u6I(t6I)相对t0的传播时间。②在牙冠中心周围部位，第一入射弹性声波经耦合介质/牙釉质界面折射后，在牙釉质中形成第二入射弹性声波，第二入射弹性声波牙釉质/牙本质界面折射后，在牙本质中形成第三入射弹性声波。③在牙冠周边部位，第一入射弹性声波经耦合介质/牙釉质界面折射后，在牙釉质中形成第二入射弹性声波。(2)弹性声波的接收①声波发射/接收器接收来自牙体中的反射弹性声波，根据牙体的生物组织结构的不同和弹性声波的反射规律，来自牙体中不同组织区的反射弹性声波分为：1)入射弹性声波i在牙体中不同组织界面形成反射弹性声波j，这里，i＝1、2、3、4、5、6，j＝1’、2’、3’、4’、5’、6’，a)第一入射弹性声波在牙釉质表面形成反射弹性声波，这里用u1R(t1R)表示，声波发射/接收器接收到的u1R(t1R)可近似表示为：这里，A1——为牙釉质表面入射弹性声波的幅值，α1——为耦合介质中的声衰减系数，υ1——为耦合介质中的声传播速度，t1R——为u1R(t1R)相对t0在耦合介质中传播的时间，Z1——为与耦合介质、牙釉质中的弹性模量有关的系数，它反映的是耦合介质、牙釉质对第一入射弹性声波的弹性响应，且可近似表示为：式中，ρ0、ρ1分别为耦合介质、牙釉质的密度，E0、E1分别为耦合介质、牙釉质的弹性模量。b)第二入射弹性声波在牙釉质/牙本质界面形成第二反射弹性声波，这里用u2R(t2R)表示，声波发射/接收器接收到的u2R(t2R)可近似表示为：这里，A2——为第二入射弹性声波的幅值，α2——为牙釉质中的声衰减系数，υ2——为牙釉质中的声传播速度，t2R＝t2R1+t2R2，为u2R(t2R)相对t0在牙釉质和耦合介质中传播的时间，其中：t2R1为u2R(t2R)相对t0在耦合介质中传播的时间，t2R2为u2R(t2R)相对t0在牙釉质中传播的时间，T1——为u2R(t2R)在牙釉质/在耦合介质界面的声波透射系数，Z2——为与牙釉质、牙本质的弹性模量有关的系数，它反映的是牙釉质、牙本质对第二入射弹性声波的弹性响应，且可近似表示为：式中，ρ2为牙本质的密度，E2为牙本质的弹性模量。c)第三入射弹性声波在牙本质/牙髓界面，即牙髓腔形成的第三反射弹性声波(3’)，这里用u3R(t3R)表示，声波发射/接收器接收到的u3R(t3R)可近似表示为：这里，A3——为第三入射弹性声波的幅值，α3——为牙本质中的声衰减系数，υ3——为牙本质中的声传播速度，为u3R(t3R)相对t0在牙本质、牙釉质和耦合介质中传播的时间，其中：为u3R(t3R)相对t0在耦合介质中传播的时间，为u3R(t3R)相对t0在牙釉质中传播的时间，为u3R(t3R)相对t0在牙本质中传播的时间，T2——为u3R(t3R)在牙本质/牙釉质界面中的声波透射系数，Z3——为与牙本质、牙髓腔的弹性模量有关的系数，它反映的是牙本质、牙髓腔对第三入射弹性声波的弹性响应，且可近似表示为：式中，ρ3为牙髓腔中的牙髓的密度，E3为牙髓腔中的牙髓的弹性模量。d)入射弹性声波在牙髓/第一牙骨质界面形成第四反射弹性声波，这里用u4R(t4R)表示，声波发射/接收器接收到的u4R(t4R)可近似地表示为：这里，A4——为第四入射弹性声波的幅值，α4——为牙髓中的声衰减系数，υ4——为牙髓中的声传播速度，为u4R(t4R)相对t0在牙釉质、牙本质、牙髓腔和耦合介质中传播的时间，其中：为u4R(t4R)相对t0在耦合介质中传播的时间，为u4R(t4R)相对t0在牙釉质中传播的时间，为u4R(t4R)相对t0在牙本质中传播的时间，为u4R(t4R)相对t0在牙髓中传播的时间，T3——为u4R(t4R)在牙髓腔/牙本质界面的声波透射系数，Z4——为与牙髓、第一牙骨质的弹性模量有关的系数，它反映的是牙髓、第一牙骨质对第四入射弹性声波的弹性响应，且可近似表示为：式中，ρ4为第一牙骨质(10E)的密度，E4为第一牙骨质(10E)的弹性模量。e)第五入本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于声弹性响应的牙体组织表征方法，牙体组织表征方法由声波发射/接收器(9)、声学单元(11)、扫描单元(7)和信号处理与成像单元(8)组成的牙体声显微成像装置实现，其特征是，(1)弹性声波的发射声波发射/接收器(9)产生的弹性声波u0(t0)通过声波发射/接收器(9)与牙体表面之间的耦合介质，在牙釉质(10A)表面形成入射弹性声波(1)，这里用u1I(t1I)表示，t0为弹性声波u0(t0)传播的起点参考时间，t1I为弹性声波u1I(t1I)相对t0的传播时间，在入射弹性声波(1)u1I(t1I)传播到牙体中，根据牙体的生物组织结构的不同和弹性声波的折射规律，形成以下几种情况的入射弹性声波：①在牙冠的中心部位，形成6个不同部位的入射弹性声波(1、2、3、4、5、6)其中：第一入射弹性声波(1)经耦合介质/牙釉质(10A)界面折射后，在牙釉质(10A)中形成第二入射弹性声波(2)，这里用u2I(t2I)表示，t2I为弹性声波u2I(t2I)相对t0的传播时间，第二入射弹性声波(2)经牙釉质(10A)/牙本质(10B)界面折射后，在牙本质(10B)中形成第三入射弹性声波(3)，这里用u3I(t3I)表示，t3I为弹性声波u3I(t3I)相对t0的传播时间，第三入射弹性声波(3)经牙本质(10B)/牙髓(10D)界面折射后，在牙髓(10D)中形成第四入射弹性声波(4)，这里用u4I(t4I)表示，t4I为弹性声波u4I(t4I)相对t0的传播时间，第四入射弹性声波(4)经牙髓(10D)/第一牙骨质(10E)界面折射后，在第一牙骨质(10E)中形成第五入射弹性声波(5)，这里用u5I(t5I)表示，t5I为弹性声波u5I(t5I)相对t0的传播时间，第五入射弹性声波(5)经第一牙骨质(10E)/第二牙骨质(10F)界面折射后，在第二牙骨质(10F)中形成第六入射弹性声波(6)，这里用u6I(t6I)表示，t6I为弹性声波u6I(t6I)相对t0的传播时间；②在牙冠中心周围部位，第一入射弹性声波(1)经耦合介质/牙釉质(10A)界面折射后，在牙釉质(10A)中形成第二入射弹性声波(2)，第二入射弹性声波(2)牙釉质(10A)/牙本质(10B)界面折射后，在牙本质(10B)中形成第三入射弹性声波(3)；③在牙冠周边部位，第一入射弹性声波(1)经耦合介质/牙釉质(10A)界面折射后，在牙釉质(10A)中形成第二入射弹性声波(2)；(2)弹性声波的接收①声波发射/接收器(9)接收来自牙体中的反射弹性声波，根据牙体的生物组织结构的不同和弹性声波的反射规律，来自牙体中不同组织区的反射弹性声波分为：1)入射弹性声波(i)在牙体中不同组织界面形成反射弹性声波(j)，这里，i＝1、2、3、4、5、6，j＝1’、2’、3’、4’、5’、6’，a)第一入射弹性声波(1)在牙釉质(10A)表面形成反射弹性声波(1’)，这里用u1R(t1R)表示，声波发射/接收器(9)接收到的u1R(t1R)可近似表示为：...

【技术特征摘要】
1.一种基于声弹性响应的牙体组织表征方法，牙体组织表征方法由声波发射/接收器(9)、声学单元(11)、扫描单元(7)和信号处理与成像单元(8)组成的牙体声显微成像装置实现，其特征是，(1)弹性声波的发射声波发射/接收器(9)产生的弹性声波u0(t0)通过声波发射/接收器(9)与牙体表面之间的耦合介质，在牙釉质(10A)表面形成入射弹性声波(1)，这里用u1I(t1I)表示，t0为弹性声波u0(t0)传播的起点参考时间，t1I为弹性声波u1I(t1I)相对t0的传播时间，在入射弹性声波(1)u1I(t1I)传播到牙体中，根据牙体的生物组织结构的不同和弹性声波的折射规律，形成以下几种情况的入射弹性声波：①在牙冠的中心部位，形成6个不同部位的入射弹性声波(1、2、3、4、5、6)其中：第一入射弹性声波(1)经耦合介质/牙釉质(10A)界面折射后，在牙釉质(10A)中形成第二入射弹性声波(2)，这里用u2I(t2I)表示，t2I为弹性声波u2I(t2I)相对t0的传播时间，第二入射弹性声波(2)经牙釉质(10A)/牙本质(10B)界面折射后，在牙本质(10B)中形成第三入射弹性声波(3)，这里用u3I(t3I)表示，t3I为弹性声波u3I(t3I)相对t0的传播时间，第三入射弹性声波(3)经牙本质(10B)/牙髓(10D)界面折射后，在牙髓(10D)中形成第四入射弹性声波(4)，这里用u4I(t4I)表示，t4I为弹性声波u4I(t4I)相对t0的传播时间，第四入射弹性声波(4)经牙髓(10D)/第一牙骨质(10E)界面折射后，在第一牙骨质(10E)中形成第五入射弹性声波(5)，这里用u5I(t5I)表示，t5I为弹性声波u5I(t5I)相对t0的传播时间，第五入射弹性声波(5)经第一牙骨质(10E)/第二牙骨质(10F)界面折射后，在第二牙骨质(10F)中形成第六入射弹性声波(6)，这里用u6I(t6I)表示，t6I为弹性声波u6I(t6I)相对t0的传播时间；②在牙冠中心周围部位，第一入射弹性声波(1)经耦合介质/牙釉质(10A)界面折射后，在牙釉质(10A)中形成第二入射弹性声波(2)，第二入射弹性声波(2)牙釉质(10A)/牙本质(10B)界面折射后，在牙本质(10B)中形成第三入射弹性声波(3)；③在牙冠周边部位，第一入射弹性声波(1)经耦合介质/牙釉质(10A)界面折射后，在牙釉质(10A)中形成第二入射弹性声波(2)；(2)弹性声波的接收①声波发射/接收器(9)接收来自牙体中的反射弹性声波，根据牙体的生物组织结构的不同和弹性声波的反射规律，来自牙体中不同组织区的反射弹性声波分为：1)入射弹性声波(i)在牙体中不同组织界面形成反射弹性声波(j)，这里，i＝1、2、3、4、5、6，j＝1’、2’、3’、4’、5’、6’，a)第一入射弹性声波(1)在牙釉质(10A)表面形成反射弹性声波(1’)，这里用u1R(t1R)表示，声波发射/接收器(9)接收到的u1R(t1R)可近似表示为：这里，A1——为牙釉质(10A)表面入射弹性声波的幅值，α1——为耦合介质中的声衰减系数，υ1——为耦合介质中的声传播速度，t1R——为u1R(t1R)相对t0在耦合介质中传播的时间，Z1——为与耦合介质、牙釉质(10A)中的弹性模量有关的系数，它反映的是耦合介质、牙釉质(10A)对第一入射弹性声波(1)的弹性响应，且可近似表示为：式中，ρ0、ρ1分别为耦合介质、牙釉质(10A)的密度，E0、E1分别为耦合介质、牙釉质(10A)的弹性模量。b)第二入射弹性声波(2)在牙釉质(10A)/牙本质(10B)界面形成第二反射弹性声波(2’)，这里用u2R(t2R)表示，声波发射/接收器(9)接收到的u2R(t2R)可近似表示为：这里，A2——为第二入射弹性声波(2)的幅值，α2——为牙釉质(10A)中的声衰减系数，υ2——为牙釉质(10A)中的声传播速度，为u2R(t2R)相对t0在牙釉质(10A)和耦合介质中传播的时间，其中：为u2R(t2R)相对t0在耦合介质中传播的时间，为u2R(t2R)相对t0在牙釉质(10A)中传播的时间，T1——为u2R(t2R)在牙釉质(10A)/在耦合介质界面的声波透射系数，Z2——为与牙釉质(10A)、牙本质(10B)的弹性模量有关的系数，它反映的是牙釉质(10A)、牙本质(10B)对第二入射弹性声波(2)的弹性响应，且可近似表示为：式中，ρ2为牙本质(10B)的密度，E2为牙本质(10B)的弹性模量。c)第三入射弹性声波(3)在牙本质(10B)/牙髓(10D)界面，即牙髓腔(10C)形成的第三反射弹性声波(3’)，这里用u3R(t3R)表示，声波发射/接收器(9)接收到的u3R(t3R)可近似表示为：这里，A3——为第三入射弹性声波(3)的幅值，α3——为牙本质(10B)中的声衰减系数，υ3——为牙本质(10B)中的声传播速度，为u3R(t3R)相对t0在牙本质(10B)、牙釉质(10A)和耦合介质中传播的时间，其中：为u3R(t3R)相对t0在耦合介质中传播的时间，为u3R(t3R)相对t0在牙釉质(10A)中传播的时间，为u3R(t3R)相对t0在牙本质(10B)中传播的时间，T2——为u3R(t3R)在牙本质(10B)/牙釉质(10A)界面中的声波透射系数，Z3——为与牙本质(10B)、牙髓腔(10C)的弹性模量有关的系数，它反映的是牙本质(10B)、牙髓腔(10C)对第三入射弹性声波(3)的弹性响应，且可近似表示为：式中，ρ3为牙髓腔(10C)中的牙髓(10D)的密度，E3为牙髓腔(10C)中的牙髓(10D)的弹性模量。d)入射弹性声波(4)在牙髓(10D)/第一牙骨质(10E)界面形成第四反射弹性声波(4’)，这里用u4R(t4R)表示，声波发射/接收器(9)接收到的u4R(t4R)可近似地表示为：这里，A4——为第四入射弹性声波(4)的幅值，α4——为牙髓(10D)中的声衰减系数，υ4——为牙髓(10D)中的声传播速度，为u4R(t4R)相对t0在牙釉质(10A)、牙本质(10B)、牙髓腔(10C)和耦合介质中传播的时间，其中：为u4R(t4R)相对t0在耦合介质中传播的时间，为u4R(t4R)相对t0在牙釉质(10A)中传播的时间，为u4R(t4R)相对t0在牙本质(10B)中传播的时间，为u4R(t4R)相对t0在牙髓(10D)中传播的时间，T3——为u4R(t4R)在牙髓腔(10C)/牙本质(10B)界面的声波透射系数，Z4——为与牙髓(10D)、第一牙骨质(10E)的弹性模量有关的系数，它反映的是牙髓(10D)、第一牙骨质(10E)对第四入射弹性声波(4)的弹性响应，且可近似表示为：式中，ρ4为第一牙骨质(10E)的密度，E4为第一牙骨质(10E)的弹性模量。e)第五入射弹性声波(5)在第一牙骨质(10E)/第二牙骨质(10F)界面形成第五反射弹性声波(5’)，这里用u5R(t5R)表示，声波发射/接收器(9)接收到的u5R(t5R)可近似地表示为：这里，A5——为第五入射弹性声波(5)的幅值，α5——为第一牙骨质(10E)中的声衰减系数，υ5——为第一牙骨质(10E)中的声传播速度，为u5R(t5R)相对t0在牙釉质(10A)、牙本质(10B)、牙髓(10D)、第一牙骨质(10E)和耦合介质中传播的时间，其中：为u5R(t5R)相对t0在耦合介质中传播的时间，为u5R(t5R)相对t0在牙釉质(10A)中传播的时间，为u5R(t5R)相对t0在牙本质(10B)中传播的时间，为u5R(t5R)相对t0在牙髓(10D)中传播的时间，为u5R(t5R)相对t0在第一牙骨质(10E)中传播的时间，T4——为u5R(t5R)在第一牙骨质(10E)/牙髓(10D)界面的声波透射系数，Z5——为与第一牙骨质(10E)和第二牙骨质(10F)的弹性模量有关的系数，它反映的是第一牙骨质(10E)、第二牙骨质(10F)对第五入射弹性声波(5)的弹性响应，且可近似表示为：式中，ρ5为第二牙骨质(10F)的密度，E5为第二牙骨质(10F)的弹性模量。f)第六入射弹性声波(6)在第二牙骨质(10F)底面形成的第六反射弹性声波(6’)，这里用u6R(t6R)表示，声波发射/接收器(9)接收到的u6R(t6R)可近似地表示为：这里，A6——为第六入射弹性声波(6)的幅值，α6——为第二牙骨质(10F)中的声衰减系数，υ6——为第二牙骨质(10F)中的声传播速度，为u6R(t6R)相对t0在牙釉质(10A)、牙本质(10B)、牙髓(10D)、第一牙骨质(10E)、第二牙骨质(10F)和耦合介质中传播的时间，其中：为u6R(t6R)相对t0在耦合介质中传播的时间，为u6R(t6R)相对t0在牙釉质(10A)中传播的时间，为u6R(t6R)相对t0在牙本质(10B)中传播的时间，为u6R(t6R)相对t0在牙髓(10D)中传播的时间，为u6R(t6R)相对t0在第一牙骨质(10E)中传播的时间，为u6R(t6R)相对t0在第二牙骨质(10F)中传播的时间，T5——为第六反射弹性声波6’在第二牙骨质(10F)/第一牙骨质(10E)界面的声波透射系数，Z6——为与第二牙骨质(10F)和第二牙骨质(10F)底部周围的组织的弹性模量有关的系数，它反映的是第二牙骨质(10F)、第二牙骨质(10F)底部周围的组织对第六入射弹性声波(6)的弹性响应，且可近似表示为：式中，ρ6为第二牙骨质(10F)底部周围的组织的密度，E6为第二牙骨质(10F)底部周围的组织的弹性模量。②当牙体中的组织出现变化或者产生了缺陷时，入射到牙体中的入射弹性声波将会在该...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘松平，刘菲菲，李乐刚，
申请(专利权)人：中国航空工业集团公司基础技术研究院，
类型：发明
国别省市：北京,11