ヒト歯の光熱コヒーレンストモグラフィにおける長波長および中波長赤外線イメージングモダリティの比較

Comparison of Long-Wave and Mid-Wave Infrared Imaging Modalities for Photothermal Coherence Tomography of Human Teeth.

抄録

う蝕を早期に発見する能力は、ミニマルインターベンション歯科治療の中核をなすものであり、う蝕病巣が虫歯の段階に進む前に治癒または阻止することを可能にする。最近、中波長赤外線（MWIR）カメラを用いた拡張切断相関光熱コヒーレンストモグラフィ（eTC-PCT）が、初期う蝕の断層画像化を可能にすることが示された。しかし、このようなシステムの断層スライス能力は、3-5μmのMWIRスペクトル領域における半透明のエナメル質を介した直接的な放射熱放射によって制限されると考えられている。このような放射放出は、歯の内部欠損の断層再構成に必要な遅延伝導性熱寄与を支配する可能性がある。長波長赤外(LWIR)eTC-PCTシステムは、LWIRスペクトル領域におけるエナメル質による直接放射の減衰を利用することで、より優れた断層撮影性能を提供し、表面下の齲蝕からのより効果的な遅延伝導熱寄与を可能にするという仮説がある。システムのコストが一桁以上低いことも、LWIR eTC-PCTの重要な特徴であり、この技術を臨床に応用するための下流の扉を開くことができる。本報告では、自然う蝕、細菌性う蝕、および人工的に脱灰されたエナメル質表面の検出について、LWIRおよびMWIR eTC-PCTシステムによるう蝕検出の性能／効果を系統的に比較した。その結果、低価格のLWIRベースのeTC-PCTシステムは、S/N比が約1.3dB低いものの、高価なMWIRベースのeTC-PCTシステムから得られるものと同様の初期う蝕および内部マイクロクラックの3D可視化および2Dスライスバイスライス画像を提供することが示唆された。

The ability to detect dental caries at early stages lies at the heart of minimal intervention dentistry, enabling the curing or arresting of carious lesions before they advance to the cavity stage. Enhanced truncated-correlation photothermal coherence tomography (eTC-PCT) using mid-wave infrared (MWIR) cameras has recently been shown to offer tomographic visualization of early caries. The tomographic slicing ability of such systems, however, is believed to be limited by direct radiative thermal emission through the translucent dental enamel in the 3-5 µm MWIR spectral range. Such radiative emissions can dominate the delayed conductive thermal contributions needed for tomographic reconstruction of internal dental defects. It has been hypothesized that long-wave infrared (LWIR) eTC-PCT systems may offer better tomographic performance by taking advantage of the intrinsic attenuation of direct radiative emission by dental enamel in the LWIR spectral range, enabling more effective delayed conductive thermal contributions from subsurface caries. More than an order of magnitude lower cost of the system is another key attribute of LWIR eTC-PCT which can open the door for downstream translation of the technology to clinics. In this report, we offer a systematic comparison of the performance/effectiveness of caries detection with LWIR and MWIR eTC-PCT systems for detecting natural caries, bacterial caries, and artificially demineralized enamel surfaces. Our results suggest that the low-cost LWIR based eTC-PCT system provides 3D visualization and 2D slice-by-slice images of early caries and internal micro-cracks similar to those obtained from the more expensive MWIR-based eTC-PCT system, albeit with ∼1.3dB lower signal-to-noise ratio.