基于隐马尔科夫模型的牙齿漂白机理研究

Mechanism of tooth bleaching has attracted lots of attention from scholars and dentists. However, whether enamel or dentine contributed more to the tooth colour change during tooth bleaching still remains unclear. Some researchers believed that the colour change of the bleached teeth mainly resulted from alterations in the colour of subsurface dentine. However, recently published studies argued that the majority of colour change of tooth crowns after bleaching was because of the colour and translucency parameter changes in enamel.Using conventional methods to analyze the relationship between tooth bleaching and changes in tooth structure and optical properties is time consuming and inaccurate. The present study aims to establish a non-linear relationship between tooth bleaching and tooth structure and optical properties using a novel method based on hidden markov model. The obtained data might be helpful to further explore the potential mechanism of tooth bleaching. It may provide theoretical basis to the clinical practice and tooth bleaching-related research.

牙齿漂白机理研究一直是口腔医学关注的热点问题。相较于传统理论认为过氧化物反应将牙本质内色素基团分解为短链化合物，近来研究认为牙釉质表面超微结构和晶体特性的改变使其颜色、半透性变化是牙齿漂白的成因，但对该机理的分析尚存争议。传统临床手段和医学方法无法定量分析牙釉质、牙本质结构和光学特性与牙齿漂白间的关联，本项目基于隐马尔科夫模型对牙釉质、牙本质的结构和光学特性与牙齿漂白的关联进行数字化分析，使用拉曼光谱分析、红外光谱分析等无损分析方法测试牙齿漂白前后牙体结构和光学特性，通过评估、解码和学习的过程，建立基于牙釉质、牙本质结构和光学特性的隐含状态和牙体颜色显状态间的状态迁移概率矩阵，探索和明确两者间的非线性映射关系。本项目研究基于隐马尔科夫模型和仿生智能理论的牙釉质、牙本质结构和光学特性和牙齿漂白间的关联，有望揭示牙齿漂白的确切机理，并为牙齿漂白相关研究及临床诊疗提供可靠的理论支撑和方法保证。

牙齿漂白的相关研究一直是口腔医学研究的热点，研究数量多但存在以下问题：1）牙齿漂白的机理研究多依赖于体外实验，但是不同研究团队所采用的体外实验方案有较大差别，导致实验结果出现差异，不具备可比性；2）传统临床手段和医学方法无法定量分析牙釉质、牙本质的结构和光学特性与牙齿漂白间的关联，对牙齿漂白疗效的预测也未见报道。本项目深入探讨体外实验中不同实验条件对实验结果的可能影响，尝试建立牙齿漂白研究的标准实验方案；并探索将信息科学技术应用于牙齿漂白相关研究的可行性。本项目有以下发现：1）牙齿漂白实验中的环境温度及牙齿漂白治疗频率对实验结果有显著的影响，使用相对统一的实验温度及牙齿漂白治疗频率有利于对实验结果的判读及不同研究结果间的分析比较；2）使用信息科学技术对牙釉质、牙本质的光学特性对牙齿漂白的关联进行数字化分析，探索并明确牙釉质、牙本质的光学特性和牙体漂白后颜色变化之间的非线性映射关系。结果发现牙本质的颜色变化和牙釉质的半透明性变化可能是牙齿漂白后颜色变化的主要原因；3）基于信息科学方法对于牙齿漂白机理的研究，尝试应用线性回归的方法对牙齿漂白的疗效进行预测。本部分研究首先确定影响测试者各个牙位的牙色值的各项指标即特征值X，及每位测试者的回归系数θ的矩阵表示形式。初始化X和θ后，利用梯度下降法，不断更新X和θ，直到评价函数误差控制在合理范围内。最后建立多元线性回归模型，并利用该回归模型评估测试者牙齿漂白后的牙色。综上所述，本项目研究基于仿生智能理论，探索牙釉质、牙本质光学特性与牙齿漂白间的关联，并尝试采用多元线性回归模型对牙齿漂白的疗效进行预测，为牙齿漂白相关研究提供了可靠的理论支撑。