Phương pháp phát hiện sâu răng dựa trên quan sát sự tương tác của năng lượng được áp dụng cho răng hoặc quan sát năng lượng được phát ra từ răng. Năng lượng như vậy ở dạng sóng trong phổ điện từ (Hình 1.11). Các phương pháp phát hiện sâu răng được mô tả trong luận án này sử dụng ánh sáng trong phạm vi nhìn thấy và cận hồng ngoại (NIR) (Hình 1.11).
Ánh sáng tương tác với các mô cứng răng theo những cách khác nhau. Nó có thể được phản ánh, phân tán, truyền hoặc hấp thụ. (Hình 1.12) cho thấy a) một photon được phản xạ bởi vật liệu, b) một photon bị tán xạ nhiều lần trong môi trường, c) một photon được truyền ngay qua vật liệu và d) một photon được hấp thụ và sau đó biến thành nhiệt. Các hiện tượng khác nhau có thể xảy ra một mình hoặc kết hợp.
- Tán xạ là quá trình trong đó hướng của một photon bị thay đổi mà không mất năng lượng. Ánh sáng tới buộc phải đi chệch khỏi một đường thẳng khi nó tương tác với các hạt hoặc vật thể nhỏ trong môi trường mà ánh sáng đi qua. Trong thuật ngữ vật lý, tán xạ được coi là một tài sản vật chất. Ví dụ: tuyết xuất hiện màu trắng vì ánh sáng trong tuyết bị phân tán theo mọi hướng bởi các tinh thể băng nhỏ, ánh sáng của tất cả các bước sóng nhìn thấy thoát khỏi tuyết mà không bị hấp thụ. Sự tán xạ có độ nhạy bước sóng cao, bước sóng ngắn hơn tán xạ nhiều hơn so với bước sóng dài hơn. Do đó, các phương pháp phát hiện sâu răng sử dụng bước sóng trong phạm vi nhìn thấy của phổ điện từ (400nm đến 700nm) bị hạn chế rất nhiều bởi sự tán xạ. Một tổn thương men răng sớm trông trắng hơn men răng khỏe mạnh xung quanh vì sự tán xạ ánh sáng mạnh trong tổn thương. Các phương pháp đo mức độ tổn thương dựa trên sự khác biệt về sự tán xạ giữa âm thanh và men răng [89].
- Hấp thụ là quá trình các photon bị dừng lại bởi một vật thể và năng lượng sóng được đưa vào bởi vật thể. Năng lượng bị mất chủ yếu được chuyển thành nhiệt hoặc thành sóng khác có ít năng lượng hơn và do đó bước sóng dài hơn. Về mặt vật lý hấp thụ cũng được coi là một tài sản vật chất. Ví dụ: trà được xem là trong suốt vì nó không tán xạ ánh sáng, nhưng nó có màu nâu vì phần lớn ánh sáng được trà hấp thụ. Tương tự như vậy, bùn và ô nhiễm trong tuyết trắng có thể được coi là các điểm tối vì các bước sóng nhất định được hấp thụ bởi các điểm ô nhiễm này. Sự hấp thụ ánh sáng trong mô phụ thuộc rất nhiều vào bước sóng. Nước là một ví dụ về chất hấp thụ mạnh trong phạm vi hồng ngoại (IR). Sau khi hấp thụ, năng lượng có thể được giải phóng bằng cách phát ra ánh sáng ở bước sóng dài hơn, thông qua quá trình phát huỳnh quang. Sự phát huỳnh quang xảy ra là kết quả của sự tương tác của bước sóng chiếu sáng vật thể và phân tử trong vật thể này. Năng lượng được hấp thụ bởi phân tử với sự chuyển tiếp điện tử tiếp theo sang
trạng thái tiếp theo, đến trạng thái cấp cao hơn, nơi các electron vẫn tồn tại trong một khoảng thời gian ngắn. Từ đây, các electron có thể rơi trở lại trạng thái cơ bản và giải phóng năng lượng thu được về bước sóng và màu sắc dài hơn, có liên quan đến năng lượng phát ra và ánh sáng huỳnh quang [89].