Thiết kế mô hình chụp ảnh răng bằng phương pháp hồng ngoại báo cáo tổng kết kết quả đề tài khcn cấp trường msđt t khud 2013 20

ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP HCM TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA FOG BÁO CÁO TỔNG KẾT KẾT QUẢ ĐỀ TÀI KHCN CẤP TRƯỜNG TÊN Đề TÀI:THIẾT KÊ MƠ HÌNH CHỤP ẢNH RĂNG BẰNG PHƯƠNG PHÁP HỒNG NGOẠI Mã số đề tài: T-KHUD-2013-20 Thời gian thực hiện: 05/2013 - 05/2014 Chủ nhiệm đề tài: TS Phạm Thị Hải Miền ThS Trần Văn Tiến Cán tham gia đề tài: TS Huỳnh Quang Linh Thành phố Hồ Chí Minh – Tháng 05/2014 MỤC LỤC   TÓM TẮT ABSTRACT I TỔNG QUAN II NHỮNG NHIỆM VỤ ĐẶT RA KẾT QUẢ ĐẠT ĐƯỢC CỦA ĐỀ TÀI III KẾT QUẢ THỰC HIỆN ĐỀ TÀI 3.1 Kết mô tương tác ánh sáng hồng ngoại mô 8  3.1.1 Q trình mơ 8  3.1.2 Kết mô 10  3.1.3.Đánh giá kết mô T-test 13  3.2 Kết thử nghiệm hệ chụp ảnh kỹ thuật hồng ngoại 14  3.2.1 Thiết lập hệ quang học chụp ảnh hồng ngoại 14  3.2.2 Kết thí nghiệm chụp ảnh hồng ngoại 15  IV CÁC SẢN PHẨM THỰC HIỆN ĐƯỢC 23 V KẾT LUẬN - PHƯƠNG HƯỚNG PHÁT TRIỂN VÀ KIẾN NGHỊ 24 5.1 Kết luận 24  5.2 Hướng phát triển đề tài 25  TÀI LIỆU THAM KHẢO 26 PHỤ LỤC - Thuyết minh đề tài - Dự tốn kinh phí đề tài - Hợp đồng triển khai nhiệm vụ - sản phẩm báo khoa học TÓM TẮT Sâu bệnh phổ biến giới Với ứng dụng kỹ thuật quang học không xâm lấn, nhiều phương pháp chẩn đốn hình ảnh nha khoa nghiên cứu phat triển [1-3].Hình ảnh hồng ngoại gần (NIR) cơng nghệ nghiên cứu để phát sâu mà khơng sử dụng xạ ion hóa.Cơng trình nghiên cứu giới thiệu mơ hình chụp ảnh nha khoa sử dụng kỹ thuật hồng ngoại, thơng tin hình ảnh cấu trúc thu nhờ vào thay đổi đặc tính quang học tính truyển qua, tính hấp thụ tán xạ bước sóng hồng ngoại mơ có dấu hiệu tổn thương Mơ hình thí nghiệm đề cập sử dụng phát triển cơng cụ chẩn đốn hình ảnh nha khoa sử dụng kỹ thuật hồng ngoại với nhiều ưu điểm an tồn (khơng sử dụng xạ ion), khơng đau, hình ảnh thực, khả chẩn đốn sớm dấu hiệu bất thường giá thành thấp Một cơng cụ chẩn đốn với nhiểu ưu điểm ứng dụng cho hiệu cao nước phát triển có y tế thiếu thốn trang thiết bị y tế đại Việt Nam ABSTRACT Dental caries is one of the most popular diseases of humans worldwide With the application of non-invasive optical imaging principles new methods of medical diagnosis for dental caries have been studied and developed [1-3] Near infrared (NIR) imaging is a new technology that is currently being investigated for the detection of dental caries without the use of ionizing radiation This study introduces a dental imaging model using NIR technique, in which tooth structure image formation is based on the change of tooth specific optical properties, where the development of tooth caries lesion increases the porosity of tooth structure and changes consequently the transmission, absorption and scattering characteristics of NIR radiation interaction with dental caries Mentioned experimental model can be developed to manufacture dental imaging equipment using NIR technique with advantages such as safety (using non-ionizing radiation), painlessness, real-time imaging, ability to detect early-stage dental abnormalities and low cost A diagnostic tool with many advantages can be helpful for a developing country like Vietnam I TỔNG QUAN Sâu bệnh bệnh mãn tính phổ biến người dân toàn giới Sâu bệnh chứng nhiểm khuẩn phá hoại cấutrúc Nếu khơng chữa trị, bệnh dẫn đến đau răng, rụng răng, nhiễm trùng tử vong ca nặng Sâu phát triển thân gốc răng, phát sinh khơng người trưởng thành mà trẻ sơ sinh trẻ biết Nguy sâu bao gồm yếu tố vật lý, sinh học, môi trường, hành vi lối sống liên quan đến yếu tố số lượng vi khuẩn cao, lưu lượng nước bọt không đủ, tiếp xúc với fluoride không đủ, vệ sinh miệng vv Các phương pháp tiếp cận để phòng ngừa ban đầu nên dựa yếu tố phổ biến xem xét chế độ ăn uống, chải hàng ngày, hay kiểm tra miệng thường xuyên Sâu bệnh bệnh thường gặp giới Đối với trường hợp sâu nặng, vùng sâu tạo thành lỗ bề mặt nha sĩ phát dễ dàng đưa phương hướng điều trị Tuy nhiên biểu khó tê buốt, sâu chưa phát triển bên ngồi, màu sắc khơng thay đổi, việc kiểm tra dụng cụ thông thường gặp nhiều khó khăn Một thiết bị định X quang, nhiên phương pháp phần gây tác động đến thể bệnh nhân không nên lạm dụng không thật cần thiết Trong năm gần đây, nhiều phương pháp nghiên cứu ứng dụng như: phương pháp hiển thị hình ảnh đa photon, ảnh nhiệt, huỳnh quang, hồng ngoại, siêu âm, phương pháp cắt lớp quang học kết hợp vv… cho thấy kết khả quan trọng chẩn đoán bệnh Mục đích nghiên cứu nghiên cứu hình ảnh phương pháp hồng ngoại Đây hướng nghiên cứu chẩn đốn hình ảnh nha khoa, với nhiều ưu thế: Hổ trợ nghiên cứu cấu trúc răng, số bệnh lý liên quan Cho kết nhanh chóng, theo dõi theo thời gian thực, lưu ảnh, in ảnh Không tiếp xúc, khơng gây đau Thiết bị khơng có xạ vùng tử ngoại vùng bước sóng nguy hiểm số trường hợp sử dụng thay tốt cho việc sử dụng X-quang Bên cạnh khả chẩn đoán sớm bệnh sâu răng, nghiên cứu huỳnh quang, hay ảnh hồng ngoại cịn cho ta thêm thơng tin bổ sung bề mặt răng, giải phẫu cấu trúc răng, chẩn đoán sớm bệnh lý khác liên quan đến răng, sâu Ở Việt Nam Theo báo cáo Bệnh viện Răng Hàm Mặt Trung Ương: Việt Nam có tỷ lệ người mắc sâu cao, tới 90% dân số Tình trạng sâu tăng trưởng nhanh năm gần đây, đặc biệt có đến 90% trường hợp phát trễ khơng điều trị Sâu có tỷ lệ mắc cao từ trẻ em lứa tuổi học đường gia tăng theo tuổi, việc điều trị cho cộng đồng khó khăn, tốn kinh phí Nếu cộng đồng có nhu cầu điều trị làm giả chi phí lớn Có đến 55% dân số không khám nguyên nhân khác Riêng trẻ em 6-8 tuổi 85% bị sâu 94% số khơng chẩn đốn điều trị Việt nam thiếu trầm trọng bác sĩ hàm mặt Nếu tỷ lệ nước phát triển, bác sĩ phục vụ 1000-2000 dân nước ta, tỷ lệ 1/25.000 dân (báo Người Lao động) Các thiết bị chẩn đoán điều trị nước lạc hậu so với nước phát triển, phần lớn dựa vào kinh nghiệm chủ yếu Phổ biến thiết bị X quang có giá thành cao, ảnh hưởng không tốt đến sức khỏe bệnh nhân, nhu cầu thực tế ngành nha khoa thiết bị đại tương lai gần lớn Các thiết bị hổ trợ chẩn đốn khơng xâm lấn không giúp cảnh báo sớm cho tình trạng sâu răng, giúp nha sĩ có nhiều lựa chọn hơn, xác cơng việc, làm giảm phần lớn sợ hãi người dân, đặc biệt trẻ em đến với trung tâm nha khoa Ngồi việc chẩn đốn thường xuyên chương trình nha khoa học đường giảm phần tải ngành nha khoa y tế nước nhà Việc nghiên cứu phát triển thiết bị chẩn đoán bệnh phần đáp ứng xu hướng trên, tiếp cận gần với khoa học kỹ thuật nước tiên tiến có ý nghĩa thực tiễn xã hội đáng kể II NHỮNG NHIỆM VỤ ĐẶT RA KẾT QUẢ ĐẠT ĐƯỢC CỦA ĐỀ TÀI ¾ Mục tiêu: nghiên cứu cấu trúc tính chất quang học mô Monte Carlo kỹ thuật hồng ngoại, từ thiết kế mơ hình thu nhận hình ảnh cấu trúc phương pháp quang học khơng xâm lấn ¾ Nhiệm vụ: STT Nhiệm vụ đặt Mô tương tác ánh sáng hồng ngoại với mơ Xác định bước sóng tối ưu, chế vật lý liên quan mơ hình thí nghiệm Thiết kế hệ quang học thu nhận hình ảnh kỹ thuật hồng ngoại Thử nghiệm hệ chụp ảnh hồng ngoại mẫu Đề tài luận văn đại học Kết đạt 01 báo Tạp chí Khoa học Cơng nghệ 2014 Đạt 01 báo Hội nghị Toàn quốc lần III Vật lý Kỹ thuật Ứng dụng 2013 01 III KẾT QUẢ THỰC HIỆN ĐỀ TÀI Để thực mục tiêu đề tài, sử dụng phương pháp nghiên cứu sau: - Sử dụng chương trình mơ Monte Carlo (MC) để mơ tương tác mô với ánh sáng hồng ngoại gần nhằm tìm bước sóng tối ưu - Từ kết mô thiết kế hệ quang học sử dụng ánh sáng hồng ngoại gần để chụp ảnh cấu trúc 3.1 Kết mô tương tác ánh sáng hồng ngoại mơ 3.1.1 Q trình mơ Phương pháp MC sử dụng để nghiên cứu cấu trúc thường sâu phạm vibước sóng từ 500nm đến 1600nm Trong mơ MC, lớp đặc trưng thông số: hệ số hấp thụ (µa), hệ số tán xạ (µs), hệ số bất đẳng hướng (g), chiết suất (n) độ dày (d) (bảng 3.1) Tất thông số lấy từ tài liệu [4-12] Các hệ số hấp thụ, tán xạ mô phụ thuộc mạnh vào bước sóng ánh sáng kích thích Mơi trường bao quanh mơ nghiên cứu khơng khí Ánh sáng dùng mơ có bước sóng 543nm, 600nm, 633nm, 700nm, 800nm, 1000nm, 1053nm, 1310nm 1550nm Tất bước sóng sử dụng để nghiên cứu truyền photon thường sâu Tại mô hình bước sóng chúng tơi mơ 10 lần Bảng 3.1 Thông số quang học sử dụng mơ bước sóng Bước sóng µa (cm-1) µs (cm-1) 543nm 600nm 633nm 700nm 800nm µa µs µa µs µa µs µa µs µa µs Men (0.146cm) n = 1.63 g = 0.96 105 64 60 50 33 Ngà (0.871cm) n = 1.49 g = 0.93 280 280 280 280 280 Nước Khơng khí n = 1.33 g = 0.835 0.000511 15.42 x 10-6 0.002224 9.997 x 10-6 0.003012 7.9243 x 10-6 0.00624 5.1207 x 10-6 0.02025 2.8684 x 10-6 n=1 g=1 0 0 0 0 0 1000nm 1053nm 1310nm 1550nm µa µs µa µs µa µs µa µs 16 15 3 280 280 280 280 0.416 1.0891 x 10-6 0.1621 0.8704 x 10-6 1.554 0.3374 x 10-6 10.94 0.1626 x 10-6 0 0 0 0 Trước tiên nghiên cứu phân bố photon bề mặt thường tương ứng với bước sóng theo mơ hình lớp men-ngà-men (enameldentin-enamel) [13] hình 3.1 Trong z độ dày theo chiều sâu chiếu tia sáng (zmen = 0.146cm, zngà = 0.871cm), r đường kính bề mặt chiếu chùm tia sáng Hình 3.1 Mơ hình sử dụng mô MC So với thường, mô hình sâu có thêm lớp sâu có chiều dày dL có độ dày thay đổi Lớp sâu phân bố lớp men (sâu men) lớp ngà (sâu ngà) Những mơ hình giúp khảo sát ảnh hưởng môi trường khu vực bị sâu mật độ photon truyền qua Ở khảo sát mơi trường khơng khí nước Để kiểm tra truyền photon mô răng, ta thực mơ MCML với mơ hình chùm tia hẹp chiếu vng góc với bề mặt [9], ta xét độ dày lớp sâu men lớp men, lớp sâu ngà sát lớp men lớp ngà 0.1cm theo hình 3.2 Để có chất lượng khảo sát tốt hơn, thay đổi độ dày lớp tổn thương ngà 0.1cm, 0.2cm 0.3cm Bảng 3.2 Các thông số mô có sâu ngà sát men độ dày 0.1cm bước sóng 1053nm Lớp Men z (cm) 0.146 µa(cm-1) µs (cm-1) 15 n 1.63 g 0.96 Ngà Sâu ngà (nước/khơng khí) Ngà Men 0.1 0.1 0.1621/0 280 0.8704x10-6/0 1.49 1.33/1 0.93 0.835/1 0.671 0.146 280 15 1.49 1.63 0.93 0.96 Bảng 3.2 ví dụ số liệu mơ file “.mci” bước sóng 1053nm với trường hợp sâu ngà Lớp ngà chia làm lớp: ngà-sâu-ngà, lớp sâu nằm sát với lớp men với độ dày 0.1cm, hai lớp ngà lại chia với độ dày 0.1cm 0.671cm Tương ứng với bước sóng khác nước có hệ số hấp thụ tán xạ khác 3.1.2 Kết mô Tổng cộng mô 11 loại răng thường (Normal), sâu men (EL) sâu ngà (DL) cho bước sóng Sâu men có độ dày 0.1cm cho tất răng, sâu ngà có độ dày từ 0.1cm đến 0.3cm vị trí khác Răng khơ (khơng khí) ướt (nước) đặc trưng cho môi trường tổn thương A Sự tán xạ NIR bề mặt Chúng khảo sát mật độ photon bề mặt loại Mối quan hệ mật độ photon bề mặt thường trường hợp sâu có độ dày 0.1cm hai mơi trường nước (W) khơng khí (A) thể hình 3.2 gồm sâu men (EL-W EL-A), sâu ngà sát men (DL-W DL-A), sâu ngà (DL1-W DL1-A) Chính hệ số tán xạ men giảm dần tăng bước sóng nên mật độ photon bề mặt giảm nửa tăng bước sóng, độ dốc đồ thị giảm nhanh từ bước sóng 600nm đến 1000nm sau 1000nm giảm chậm dần Các sâu ngà không thay đổi so với thường Ta dựa vào đồ thị hình 3.2 để giải thích điều này, ta thấy chùm tia sáng không xuyên qua hết phần ngà mà xuyên qua phần nhỏ, khơng đến lớp sâu ngà, khơng ảnh hưởng đến mật độ photon bề mặt Cho nên sâu ngà giống với thường Hệ số tán xạ hấp thụ men lớn nhiều so với không khí nước (trừ trường hợp 1310nm 1550nm) Chính điều mà chùm tia sáng truyền qua men đến ngà răng thường thấp sâu men đến lớp ngà bị tán xạ mạnh thường Vì mật độ photon bề mặt sâu men cao so với thường sâu ngà trường hợp khơng khí nước hình 3.2 Khi tăng bước sóng hệ số tán xạ giảm dần nên mật độ photon bề mặt giảm dần tăng bước sóng Đặc biệt ảnh hưởng hệ số hấp thụ nước bước sóng lớn từ 1310nm, hệ số hấp thụ lớn nhiều hệ số hấp thụ men Vì mật độ photon 10 8.0x10 Transmission (%) Transmission (%) Normal EL-A DL-A DL1-A -6 -6 8.0x10 Normal EL-W DL-W DL1-W -6 6.0x10 -6 4.0x10 -6 2.0x10 600 800 1000 1200 1400 -6 6.0x10 -6 4.0x10 -6 2.0x10 600 1600 800 1000 1200 1400 1600 Wavelength (nm) Wavelength (nm) Hình 3.3 Tỷ lệ photon truyền qua thường trường hợp sâu nước (A) khơng khí (B) Như thấy hình 3.3 tỷ lệ truyền photon hai trường hợp sâu ngà sát men (0.1cm) sâu ngà (0.1cm) tương tự nhau, chúng tơi định khảo sát trường hợp sâu ngà với độ dày khác hai mơi trường nước khơng khí bao gồm sâu ngà 0.1cm, 0.2cm ( DL2-W DL2-A), 0.3cm (DL3-Wvà DL3-A) hình 3.4 Do hệ số hấp thụ hệ số tán xạ ngà lớn nhiều so với nước khơng khí, nên ta tăng độ dày sâu ngà độ dày hai lớp ngà bên cạnh giảm dần, lúc hấp thụ tán xạ ngà giảm, có nghĩa truyền qua ngà mạnh ta tăng độ dày sâu ngà Vì tỷ lệ photon truyền qua trường hợp sâu ngà hình 4.6 tăng rõ ràng so với thường Trường hợp sâu ngà 3mm độ dày sâu chiếm hết 1/3 độ dày ngà hai hình A B tỷ lệ photon truyền qua sâu ngà 3mm tăng vượt bậc so với hai trường hợp cịn lại Qua đó, nhận xét sâu ngà có độ dày lớn dễ nhận biết Normal DL1-W DL2-W DL3-W Transmission (%) -5 9.0x10 -4 1.2x10 -4 Transmission (%) -4 1.2x10 -5 6.0x10 -5 3.0x10 0.0 600 800 1000 1200 1400 1600 Wavelength (nm) Normal DL1-A DL2-A DL3-A 1.0x10 -5 8.0x10 -5 6.0x10 -5 4.0x10 -5 2.0x10 0.0 600 800 1000 1200 Wavelength (nm) 1400 1600 Hình 3.4 Tỷ lệ photon truyền qua thường trường hợp sâu ngà môi trường nước (A) khơng khí (B) 12 3.1.3.Đáánh giá kếết mơ bằằng T-test Phân tích th P hống kê làà khâuu quan trọnng t thiếu đ trongg cơng trìình nghiên cứu khoa học Ở luậận văn sử dụng phhương phááp Ttest hayy cịn gọi nghiệm tốn T Đâây phươ ơng pháp phân p tích khách k quann kết chạạy mơ có ý nghĩa n hay không k [144] Phươngg pháp nàyy sử dụng phần p mềm ‘D Data Analy ysis’ phân tích t theo từ ừng cặp Ở giữ ữa cặpp thườ ờng sâuu T Tính chất quang q học g thườngt rănng sâu có ý nghĩa thốống kê dựaa vào giá trị P-value P (Prrobability value) v hay gọi trị số P Trị T số P nàyy coon số xác suấtt, theo cácc kết nghiên cứu trị số P lớn 0.05 xem nhhư kếtt khơng g hợp lý, v trị sốố P nhỏ hơ ơn bằnng 0.05 đư ược xem nhhư có ý nghhĩa đượ ợc lấy làm kết k nghhiên cứu [14] K sử dụn Khi ng phươngg pháp tán xạ để kiểểm tra (hìnnh 3.5 A-B B) có ý nghĩa đối đ với cặp p thư ường-sâu men m Ngư ược lại khii sử dụng phương pháp p truyền qua q (hình 3.5 C-D) t hồn toồn có ý ngghĩa tất c cặp thườ ờng sâu menn, thường - sâuu ngà sát men 0.1cm m răngg thường - sâu ngà 0.1cm V kết kiểm tra T-test Vì T dựa t phươnng pháp truuyền qua s có kết xác Hình 3.5 Kết qu uả kiểm traa T-Test củủa cặp răngg thường – sâu phươ ơng ph háp tán xạ (A,B) phương phááp truyền qua q (C,D) 13 Kết luận: Từ kết kiểm tra T-test so sánh mật độ photon bề mặt cặp thường - sâu tỷ lệ photon truyền qua cặp thường - sâu chúng tơi nhận thấy rằng: • Kết phương pháp tán xạ có ý nghĩa so sánh cặp thường – sâu men, phương pháp sử dụng để phát vết sâu tổn thương men • Kết phương pháp truyền qua có ý nghĩa so sánh với tất mơ hình tiến hành mơ (ngoại trừ trường hợp bước sóng 1053nm 1310nm), phương pháp sử dụng để phát vết sâu tổn thương men ngà Với kết luận vừa rồi, định lựa chọn phương pháp ảnh hồng ngoại truyền qua (NIRTI) để tiến hành thực nghiệm nghiên cứu cấu trúc răng, phát sâu tổn thương 3.2 Kết thử nghiệm hệ chụp ảnh kỹ thuật hồng ngoại 3.2.1 Thiết lập hệ quang học chụp ảnh hồng ngoại Để tiến hành thực nghiệm, nghiên cứu thiết lập hệ quang học hình 3.6 Hình 3.6.Hệ thực nghiệm cho phương pháp NIRTI Hệ quang học sử dụng hình 3.6 gồm có: • Nguồn sáng kích thích (A): Là LED siêu sáng loại 5mm Sử dụng ống nhựa màu đen nhỏ với kích thước thích hợp để chế tạo đèn LED dùng 14 thí nghiệm kiểm chứng khơng bị phản xạ ánh sáng bên nhiều chiếu lên mẫu nghiên cứu • Mẫu nghiên cứu (B) • Thấu kính hội tụ (C): Răng đặt trước thấu kính hội tụ camera đặt sau để thu hình ảnh phóng to mẫu • Kính lọc phân cực (D): giảm độ chói, tăng bão hịa màu • Kính lọc cường độ (Neutral density filter) (E): Tác dụng kính lọc cường độ làm giảm cường độ ánh sáng vào ống kính Kính lọc hữu dụng cần chụp ảnh tốc độ chậm, thời gian phơi sáng dài điều kiện nguồn sáng mạnh muốn sử dụng ISO thấp, cho phép giảm tốc độ chụp để tạo hiệu ứng hình ảnh theo mong muốn Kính lọc đặc biệt có tác dụng cần chụp tình thác nước hay sông, biển nhằm tạo cảm giác nước mượt mà dải lụa, tình cần tăng độ mở ống kính, giảm độ sâu trường ảnh… • Kính lọc hồng ngoại (F) • CCD Camera (G) • Máy quang phổ Monochromator (H) Với dải thu nhận ánh sáng CCD-Camera vùng từ 600nm đến 1000nm kính lọc hồng ngoại từ 800nm đến 1000nm nên chọn LED siêu sáng ứng với bước sóng 850nm 940nm để tiến hành thực nghiệm Vị trí kính phân cực thay đổi trước mẫu trước kính lọc cường độ để thu ảnh tốt 3.2.2 Kết thí nghiệm chụp ảnh hồng ngoại Trong đề tài này, tiến hành thực nghiệm với mục đích nghiên cứu cấu trúc răng, phát sâu tổn thương cách sử dụng phương pháp NIRTI 20 mẫu khác nhau, sau chúng tơi sử dụng mẫu cho kết phù hợp với mục đích nghiên cứu để trình bày đề tài (bảng 3.3) Bảng 3.3 Bảng tổng hợp mẫu tiến hành nghiên cứu đề tài STT Vị trí Răng khôn hàm bên phải Răng khôn hàm bên phải Giới tính Nữ Nam Răng hàm thứ hàm bên trái Răng hàm thứ hàm bên phải Răng hàm thứ hai hàm bên trái Nam Nam Nữ 15 Tuổi 27 53 (mẫu 1) 71 50 45 10 11 Răng cử ửa thứ hai hàm bên trái Răng nanh hàm trrên bên phải Răng nanh hàm d bên phhải Răng hàm thứ nhấất hàm dướ ới bên phảii Răng nanh sữa hààm bêên phải Răng hàm h thứ nh hất hàm dư ưới bên ph hải Nữ Nam Nữ Nam Nữ Nữ 12 13 Răng hàm thứ nhấất hàm trênn bên phải Răng tiền hàm thứ t hai hààm bên b phải Răng hàm thứ nhấất hàm trênn bên trái Răng tiiền hàm thứ ứ hai hàm bên trrái Răng nanh hàm trrân bên tráái Răng hàm thứ haii hàm trân bên trái Răng hàm thứ nhấất hàm trânn bên phải Răng kh hôn hàm trrân bên tráái Răng tiền t hàm thứ t hai hààm bên b phải Nam Nam 14 15 16 17 18 19 20 Nữ Nữ Nam Nam Nữ Nam Nam 24 67 45 72 37 (m mẫu răngg 2) 40 25 22 40 24 57 38 46 54 (m mẫu răngg 3) ấu trúc răn ng A Nghiiên cứu cấ Để tiến hàn Đ nh nghiên cứu cấu trrúc chúng c chọn c mẫu m bình thường,, khơng bịị tổn thhương cắt phẳnng mặặt trước vàà sau máy m khí (mẫu răngg 1, hình 3.7) Răng c có mặt m mặt cong c nên phầần răn ng có độộ dày lớn nhất, việc cắt phẳng p mặt m rănng tạo m mẫu có ó kích thướ ớc đồng đềều giúp choo việc nghiên cứu cấấu trúc răngg trở nên dễ dàng d với v hình ảnh rõ ràng hơnn Hình 3.7 Ảnhh chụp mẫuu saau đượcc cắt mặtt 16 Với mẫu răăng này, V b mắt thhường chúúng ta t phân biệt b phần p men phần ngà răng, men có màu m trắng trrong ngà, n bênn mẫu có số vết bẩn n, ngồi n vết bẩn b khhơng cịn đặc đ điểm n bất thư ường rănng Đ tiến hàn Để nh nghiên cứu c cấu trúúc răng, chúúng sử dụng hệ quuang học đ thiết kế vớii nguồn sááng kích thhích LED D siêu sángg 850nm v 940nm khảo k sát số hình ản nh từ mẫu r xử lý (hình 3.8) c mẫu răăng số đư ược chiếu sáng s LE ED 850nm m (A) Hình Ảnh hồng ngoại 940nm (B.)) Cấu trúc phầần răngg khác nhau, C n điều dẫn đếến khác biệt độ đậm nhạt trrong hình ảnh ả hồng ngoại n r Dựa vào v hình ảnh ả hồng ngoại n mẫuu taa phhân biệt rõ phần menn phần ngà n Đối với v trư ường hợp ứngg với bước b sóngg 850nm v 940nm, phần menn bao bên ngồi n có hệ h số -1 hấp thụ nhỏ (1 ( cm ) nêên có màu sáng hơn, phần ngà có hệ số hấp thụ lớn -1 (3 cm ) nên có màu m tối hơnn, điều nàyy hoàn toààn phù hợpp với lý thhuyết Dựaa vào hình ảnhh taa nhhận thấy đư ược phần ngà n cũũng có độ đậm nhạt khác k doo phân bố ngà troong không k đồnng đèn LE ED đặt đ rănng nên cườ ờng độ sángg vùng mạnh hơ ơn Các vếết bẩn bám (hìình A2, A3 3, B2, B3) có độ hấpp thụ lớn nêên có màu đen đậm h so vớii ngà Dư ưới chân r có mộột đường sááng nhỏ (hhình A1, B1) làà ống tủy, phần p tủy khơng cịn nên n khu vực đ có màuu sáng vùng xungg quanh nóó N vậy, phương Như p phááp NIRTI cảả trường hợp sử dụụng bước sóng s 850nm 940nm m cho hình h ảnh v cấu trúc rõ nét độ đ tương phản p hình ảnhh tương tự ự nhau, phâân biệt rõ ràng r thhành phần c cho hìnhh ảnh đánh giáá phân bố b thànnh phần trêên tốt B Phátt sâu cáác tổn thư ương 17 Mẫu chọọn nghiên cứu bị cắt nửa M n theo chhiều dọc để đ có hình ảnhh rõ cấu trục bên (hìnhh 3.9) Hình 3.9 Ảnh ch hụp mặt c mẫu răăng (2A, 2B) hìnnh ảnh trênn lý thuyết mẫu r (2C C) Đối với mẫẫu 2, Đ b mắt thường t chúúng ta thấyy phần bênn rănng bị rỗng (hhình 3.9-2B B) Đó chínnh phầnn không giian chứa mô m tủy rănng, rănng bị nhổ t khơng cịn c phần tủủy nuôi rănng nên phầần bị b rỗng Trrên hình 2B B, bề mặt nhaai có g vùng lõm m hình chữ ữ V, phần cấu c trúc tiếếp giáp giữ ữa men trêên bề mặt nhaai ngà có c đườ ờng màu vàng nâu doo khống hóa h (vùng bị khốngg hóa có nhhiều khốn ng bìnnh thường), phần menn cóó số điểm đ trắng đục Ngoài r bề mặt có c số vùng bị rạn r nứt mààu trắng đụục đượcc thể troong hình ản nh hồng nggoại mẫẫu nàyy (hình 3.110) Hình 3.10 Ảnh hồng ngoạại mẫuu đư ược chụp mặt ứng ứ với bư ước sóng 850nnm (A, B) v bước sónng 940nm (C, D) 18 Đối với ảnh Đ h hồng ngooại răngg, độ đậm nhạt phụ p thuộc vào v độ dàyy nên thấy phần chân c d không bị b cắt nên dày d cáác phần trêên s có màu tối nhhư hình 3.10 A C.Trên C hìnnh B D ta thấy đươc phhần sáng mạnh m bị b rỗng đèn LED đặt ngayy vị trí nên cường độ đ sáng mạạnh cáác vùng xuung quanh, phần ngà cóó hệ số hấpp thụ lớn hơnn nên có màu m tối hơnn phần menn Các vùnng đánnh dấu hình B1,, B2, D1, D2 bị tổn thương t dư ưới dạng cáác vết nứt t men, cấu c trúc bị thay đổi v khooáng dẫn đến đ độ hấpp thụ ánh sáng thay đổi nên có c màu tối vùng v men rănng khỏe mạạnh bên cạạnh Phần tiếp t giáp g men trrên bề mặt nhai nggà đườ ờng nhỏ sááng cáác vùng sáát bên s khống hóa hình h B3 vàà D3 Các điểểm có màu đen hình h B3, D3 D mắắt thường nhìn n có màu trắngg đục m khoáng, mộột biểu sâu men m T Tiếp tục qu uá trình nghhiên cứu sử dụng phư ương phápp NIRTI đểể phát hiệnn bệnh củủa răng, ch húng lự ựa chọn mẫẫu thứ có mộột lỗ sâu số vùng v trắng đụục hình h 3.11 Ảnh chụp mặặt mẫu (3A A, 3B) ảnh ả phóng to 10x củaa lỗ Hình 3.11 sâu r máy ảnh kỹ k thuật sốố (3C) Dựa vào nh D hững hình ảnh trên, chúng c ta thhấy có c số vùng v men màu trắng đụục hìn nh 3.11-3A A 3B, đóó vùng men m bị sâuu Trên rănng có lỗ sâu s số vùng trắng t đục nhỏ tronng mặt lỗ sâuu (hình 3B), vết sâu phóng p to để đ dễ dàng quan sát n hình 3C C T Tiến hành chụp c hình ảnh hồng ngoại mẫu hệệ quang họọc thhiết lập trrên ta thu đ kết quuả trênn hình 3.122 19 Hình 3.12 Ảnh hồng ngoạại mẫuu đư ược chụp mặt ứng ứ với bư ước sóng 850nnm (A, B) v bước sónng 940nm (C, D) Nhìn vào hình N h 3.12 ta thấy cáác vùng trrắng đục trrên nhìn n mắt thường (hình 3.11 1) có màu m tối hơnn vùngg men xunng quanh tương t ứngg với hình 3.112 A-B (bư ước sóng 850nm) hình 3.12 C-D (bướ ớc sóng 9400nm) Vùnng có lỗ sâu vừa v có vùn ng màu sánng vừaa có vùng màu m tối hơ ơn so với phần p men xung x quanh, màu m sáng thể hiiện cho lỗ sâu bị mấtt men ngà, n vùng có c màu tối làà men m khốngg có màu trrắng đục T nhiên, cấu trúúc cóó phần dàyy phần mỏnng cũũng dẫn đếến Tuy phân bốố màu khô ông đồng nhất, n khơng thể hiệnn cấuu trúc bên răngg Vì vậy, chúúng cắtt mặt bênn mẫu để tiến hành nghiên n cứuu đặc điểm đ bên tronng 20 Hìn nh 3.13 Ảnnh sau cắt mặt bên mẫu m Trên hình 3.13, T chúnng ta có hìình ảnh cấấu trúc bênn củủa mẫu rănng Phần men m r có màu trrắng đục v răăng có nhữ ững vùng màu vàng nââu men n ngà Lỗ L sâuu đượcc ngữ nguyyên vẹn hình 3.11 T hành thí Tiến t nghiệm phươ ơng pháp NIRTI N với mẫu taa thu kếết hình 3.14 Hình 3.14 Ảnh hồng h ngoạii mẫu sauu cắt mặt bên đư ược chụp mặt ứng g với bước sóng s 850nnm (A, B) v bước sónng 940nm (C, D) 21 Với hình ảnh thu hình 3.14, ta đánh giá xác tình trạng bệnh mẫu thứ Lỗ sâu có màu sáng phần men trắng đục bên cạnh có màu tối vùng men khỏe mạnh, vùng men có điểm trắng đục có màu tối vùng men bình thường hình 3.14 A-B (bước sóng 850nm) hình 3.14 C-D (bước sóng 940nm), vùng có màu vàng nâu khống hóa có màu sáng Phần ngà thân chân mật độ dày nên có màu tối hẳn so với vùng khác Ngồi phần thân có đường sáng cấu trúc ngà chia thành phần, đường ranh giới mật độ ngà nhỏ nên có màu sáng Từ kết đánh giá trên, đưa số kết kuận: sử dụng hình ảnh hồng ngoại thu phương pháp NIRTI để phát bệnh sâu men, sâu ngà, khống hóa đánh giá phân bố cấu trúc Trong khuôn khổ đề tài này, nhận thấy nguồn sáng kích thích LED siêu sáng 850nm 940nm cho hiệu giống Ngoài ra, việc kết hợp hình ảnh hai phương pháp NIRTI phương pháp ảnh huỳnh quang góp phần xác định vị trí, đánh giá chi tiết tình trạng nguyên nhân gây sâu 22 IV CÁC SẢN PHẨM THỰC HIỆN ĐƯỢC ¾ Báo cáo khoa học công bố [1] Trần Văn Tiến, Phạm Thị Hải Miền, Đỗ Thị Hồng Lạc, Huỳnh Quang Linh Monte carlo simulation of light transmission for studying dental caries Tạp chí khoa học công nghệ, tập 52 số 1A năm 2014 [2] Trần Văn Tiến, Nguyễn Thị Ngọc Mai, Phạm Thị Hải Miền, Huỳnh Quang Linh Design of dental imagingmodel using NIR tachnique Kỷ yếu hội nghị toàn quốc lần III vật lý kỹ thuật ứng dụng", 8-12 tháng 10, năm 2013 ¾ Luận văn tốt nghiệp [1] Nguyễn Thị Ngọc Mai, Đỗ Thị Hồng Lạc Nghiên cứu cấu trúc sử dụng kỹ thuật hồng ngoại Luận văn tốt nghiệp Đại học Bách Khoa Tp HCM 2014 23 V KẾT LUẬN - PHƯƠNG HƯỚNG PHÁT TRIỂN VÀ KIẾN NGHỊ 5.1 Kết luận Với mục đích nghiên cứu cứu cấu trúc răng, phát bệnh sâu tổn thương phương pháp mô Monte Carlo phương pháp ảnh hồng ngoại, đề tài thu kết sau: ¾ Kết mơ Nhận biết đặc điểm khác thường – sâu loại sâu • Trong vùng bước sóng 500nm – 1100nm, mật độ photon tỷ lệ photon truyền qua sâu men ln cao so với thường • Trong vùng bước sóng 1200nm – 1600nm, mật độ photon trường hợp sâu men môi trường nước thấp so với thường • Tỷ lệ photon truyền qua trường hợp sâu ngà cao trường hợp sâu men thường  Sự tán xạ NIR bề mặt có ý nghĩa so sánh cặp thường – sâu men, phương pháp sử dụng để phát vết sâu tổn thương men Sự truyền qua NIR có ý nghĩa so sánh với tất mơ hình tiến hành mơ (ngoại trừ trường hợp bước sóng 1053nm 1310nm), phương pháp sử dụng để phát vết sâu tổn thương men ngà ¾ Kết thực nghiệm Thiết kế thành công hệ quang học sử dụng phương pháp NIRTI sử dụng nghiên cứu cấu trúc Thử nghiệm với hai nguồn sáng kích thích có bước sóng khác LED siêu sáng 850nm 940nm cho hình ảnh hồng ngoại với độ tương phản hình ảnh, chất lượng hình ảnh tương tự Sử dụng phương pháp NIRTI thu nhận hình ảnh cấu trúc rõ nét: phân biệt phần men ngà răng, quan sát tổn thương mà mắt thường khó nhận biết bị khử khống, có lỗ sâu ¾ Giới hạn đề tài Sử dụng chương trình mơ Monte Carlo mô thành công tán xạ xuyên sâu chùm ánh sáng kích thích 500nm – 1600nm lên mô Với loại sâu khác nhau, mô đánh giá tán xạ, hấp thụ, 24 truyền qua khác Tuy nhiên phương pháp đánh giá khơng hồn tồn tốt để phát loại sâu có kích thước nhỏ nằm sâu bên Về phương pháp ảnh hồng ngoại, đề tài dừng lại mức nghiên cứu cấu trúc đồng thời phát sâu tổn thương Các hình ảnh hồng ngoại thu dùng để hiển thị cấu trúc răng, đánh giá loại tổn thương khác Tuy nhiên, đánh giá đánh giá trực quan, việc xử lý hình ảnh chưa nghiên cứu sâu, chưa có tiêu chuẩn định cho hình ảnh, màu sắc cụ thể loại bệnh tổn thương hình ảnh hồng ngoại 5.2 Hướng phát triển đề tài Thu thập số lượng lớn mẫu theo tiêu chí khác như: giới tính, độ tuổi, vị trí răng, bệnh lý răng… phục vụ cho việc thử nghiệm phương pháp NIRTI, đồng thời so sánh với kết nghiên cứu giới nhằm đánh giá khách quan hiệu phương pháp Kết hợp với cá nhân, tổ chức y tế có chun mơn nha khoa nhằm đánh giá xác giải phẫu bệnh học mẫu nghiên cứu Từ đưa kết luận có tính chun mơn cao hình ảnh cấu trúc thu nhận phương pháp NIRTI Từ kết mô thực nghiệm thực phạm vi đề tài này, tiến tới thử nghiệm Trên sở xây dựng phương pháp chẩn đốn nhanh loại tổn thương bệnh răng, đặc biệt phát sâu giai đoạn sớm, hướng tới chế tạo thiết bị chẩn đoán bệnh với nhiều ưu điểm vượt trội so với phương pháp chẩn đoán truyền thống Tp.HCM, ngày tháng năm TL HIỆU TRƯỞNG KT Trưởng Phịng KHCN&DA Phó trưởng phịng Tp.HCM, ngày tháng năm Chủ nhiệm đề tài (Ký ghi rõ họ tên) TS Phạm Thị Hải Miền ThS Trần Văn Tiến 25 Huỳnh Thị Mai TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Staninec M, Lee C, Darling C, Fried D, “In vivo near-IR imaging of approximal dental decay at 1310nm” Lasers in Surg Med 42(4):292–8, (2010) [2] Petersen PE, et al., “The global burdenof oral diseases and risks to oral health”, Bull World Health Organ, 83 (9):661-9, (2005) [3] Yueli L Chen, Quan Zhang, Quing Zhu, “Optical Coherence Tomography in Dentistry”, ISBN: 978-953-51-0034-8, (2012) [4] Lee D, Fried D, Darling C, ”Near-IR multi-modal imaging of natural occlusal lesions”, Lasers in Dentistry XV, Vol 71620:X1–X7, (2009) [5] Jones RS, Huynh GD, Jones GC, Fried D.” Near-IR Transillumination at 1310-nm for the Imaging of Early Dental Caries”, Optics Express; 11(18):2259–65, (2003) [6] Darling CL, Huynh GD, Fried D, ” Light scattering properties of natural and artificially demineralized dental enamel at 1310 nm”, J Biomed Opt;11:34023, (2006) [7] Soojeong Chung, Daniel Fried et al., “Multispectral near-IR reflectance and trans- illumination imaging of teeth”, Biomedical Optics Express; 2(10):280414, (2010) [8] Soojeong Chung, Daniel Fried et al., "Near infrared imaging of teeth at wavelengths between 1200 and 1600 nm", Proc Soc Photo Opt Instrum Eng; 7884: 78840X, (2011) [9] Wang, L-H, S.L Jacques, L-Q Zheng,” MCML - Monte Carlo modeling of photon transport in multi-layered tissues”, Computer Methods and Programs in Biomedicine 47:131-146, (1995) [10] Fried D, Glena RE, Featherstone JDB, Seka W, “Nature of light scattering in dental enamel and dentin at visible and near-infrared wavelengths”, Appl Opt 34:1278-1285, (1995) [11] Zijp JR, ten Bosch JJ, Groenhuis RAJ,” HeNe-laser light scattering by human dental enamel”, J Dent Res 74:1891-1898, (1995) [12] Vaarkamp J, ten Bosch J.J, Verdonschot E.H, “Propagation of Light through Human Dental Enamel and Dentine”, Caries Res; 29:8–13, (1995) [13] U.Zilberman, P.Smith, Sex and Age-related differences in Primary and Secondary dentin formation,AdvDentRe s15:42-45,August,2001 [14] Nguyễn Văn Tuấn, “Ý nghĩa trị số P nghiên cứu khoa học”, viewed: 15/12/2013, www.tihe.org.vn 26 ... HƯỚNG PH? ?T TRIỂN VÀ KIẾN NGHỊ 5.1 K? ?t luận Với mục đích nghiên cứu cứu cấu trúc răng, ph? ?t bệnh sâu t? ??n thương phương pháp mô Monte Carlo phương pháp ảnh hồng ngoại, đề t? ?i thu k? ?t sau: ¾ K? ?t mô Nhận... sóng t? ??i ưu, chế v? ?t lý liên quan mơ hình thí nghiệm Thi? ?t kế hệ quang học thu nhận hình ảnh kỹ thu? ?t hồng ngoại Thử nghiệm hệ chụp ảnh hồng ngoại mẫu Đề t? ?i luận văn đại học K? ?t đ? ?t 01 báo T? ??p...   T? ?M T? ? ?T ABSTRACT I T? ??NG QUAN II NHỮNG NHIỆM VỤ Đ? ?T RA K? ?T QUẢ Đ? ?T ĐƯỢC CỦA ĐỀ T? ?I III K? ?T QUẢ THỰC HIỆN ĐỀ T? ?I 3.1 K? ?t mô t? ?ơng