论文主要采用了三种光学方法研究龋牙的早期诊断：基于光散射的光学相干层析成像技术（OCT）和拉曼光谱技术（RS），以及基于光吸收的光声光谱技术（PAS）。龋牙的早期病变始于牙釉质，因此，用OCT测量出的牙釉质矿物质密度的变化可以定量诊断出牙齿的龋损程度；同时，在龋牙的病变过程中，牙釉质的晶体排列方向发生改变，这种方向的变化可以用偏振拉曼光谱的偏振度来量度，它的大小与龋损的程度相关联。另外，我们首次提取光声信号中的光学、力学和声学参数，模拟结果表明定量提取这些参数有助于龋牙的早期诊断。本论文共分为6章，第一章为绪论，综述了各领域在龋牙诊断的研究进展和成果；第二到五章分别介绍了作者在研究生期间做的主要工作，第六章对本论文的工作做了讨论和展望。　　 1）光学相干层析成像技术用于早期龋牙诊断的研究　　 论文用OCT对龋牙的早期诊断做了定性和定量的研究。定性研究是通过它们之间二维图的差异诊断的：健康牙齿的散射光在牙釉质层均匀衰减；而龋牙的多孔结构导致散射光在其中来回反射而在OCT图上形成比较明亮的锥形亮斑。而定量诊断是首次通过测量牙釉质矿物质密度来实现的。首先，基于衰减系数与矿物质密度的线性关系，用模拟样品拟合出衰减系数与矿物质密度的校准直线；然后从OCT图中获得牙齿的衰减曲线；最后，从校准直线中求到对应的矿物质密度。结果表明健康牙齿比龋牙具有更大的矿密度。因此，OCT可以实现龋牙的早期诊断。OCT可以和光纤结合的特点意味着它可以在临床上使用。　　 2）偏振拉曼光谱技术用于受污染龋齿的早期诊断研究　　 论文研究了用拉曼光谱诊断受污染牙齿的早期龋。首先比较了健康牙齿和龋牙的拉曼光谱和偏振谱。结果发现：健康牙齿和龋牙的拉曼微谱中，没有出现任何峰的移位和新峰，也没有峰发生消失；但是，它们的平行谱和垂直谱是不相同的，这种区别可以用特征峰959cm-1处的偏振度定量区分健康牙和龋牙。由于牙齿通常受到各种因素被污染，这些被污染的牙齿容易产生强的荧光光谱。为解决这个问题，论文首次用小波变换的方法去除牙齿的荧光背景光谱，分离出信号和背景。结果表明：去除背景后比原始谱计算的偏振度有更大的精度。因此，RS可以实现龋牙的早期诊断。RS可以和光纤结合的特点意味着它可以在临床上使用。　　 3）牙釉质模拟物的拉曼光谱研究　　 论文首次用RS研究了牙釉质模拟物--羟基磷灰石的成分、结构和相随煅烧温度变化而变化的特征。由于煅烧的羟基磷灰石可以提高其力学性质。因此，掌控煅烧过程的变化有利于羟基磷灰石更广泛的应用；同时，在龋牙的激光治疗中对于选取合适的光照温度有一定的参考价值。　　 4）光声光谱技术用于龋牙早期诊断的研究　　 论文首次用PAS技术研究了龋牙的早期诊断。牙齿是一种强散射组织，而光声技术可以在强散射介质中激发出光声信号；光声信号的振幅和波形携带了牙釉质的光学，力学和声学属性。为提取这些物理参数的特征，我们将模拟的光声信号投影到小波空间，在不同区间的小波系数来定性诊断时域信号中有显著变化的物理参量；同时，我们引入小波系数几何矩来定量量度这些参量的变化。这些参数反映了牙齿的病变状况，可以达到诊断龋牙的目的。