作者：曹梦颖，刘程程，四川大学华西口腔医院
遥感技术起源于20世纪60年代，是指利用无线电波、光线和声波等介质对目标进行探测和识别的技术。现代遥感技术主要包括信息的获取、传输、存储和处理。信息的处理经历了人工遥感、传感器遥感和数字遥感3个阶段。
人工遥感阶段主要依靠人眼和人脑对遥感信息进行处理与分析；传感器遥感阶段引入了雷达、光学相机等进行探测；数字遥感阶段利用计算机进行数据处理和图像分析，是目前遥感技术的主要发展方向。遥感技术可通过不同波段的遥感器来获取信息。根据常用的电磁频谱带可将遥感技术分为可见光遥感、红外遥感、紫外遥感和微波遥感。
根据获得的光谱波段数量，遥感技术分为多光谱遥感和高光谱遥感。常见的基于遥感技术的医学影像检查主要包括X线检查、电子计算机断层扫描（computed tomography，CT） 检查和
近年来，遥感技术的发展使医学辅助检查进入了一个多层次、多角度、全方位的新时代。红外热成像（infrared thermal imaging，ITR）、微波成像（microwave imaging，MI）、太赫兹成像（Terahertz imaging，TI） 和高光谱成像（hyperspectral imaging，HSI） 等高性能新型遥感技术使图像采集和处理更加先进。这些技术可以更加快速、准确地获取清晰的医学图像，检测正常组织和病理组织的差异，在疾病诊疗中展现了良好的应用潜能。本文概述了新型遥感技术及其在疾病诊疗中的优势，着重分析介绍了这一技术在口腔疾病诊疗中的研究现状和应用前景，以期为相关研究提供参考。
1. 医学遥感技术
1.1 ITR
ITR是指利用光电技术检测物体发出的红外辐射，利用热辐射和温度之间的对应关系，将热辐射信号转换为数字图像、高速视频或假彩色场景热图，以清晰显示温度差异。物体发射的红外能量越强，温度越高。通过分析物体表面温度分布的差异可以对病灶进行准确识别和定位。利用红外探测仪和光学成像物镜接收被测目标的红外辐射能量分布图形，并将其反射到红外探测器的光敏元件上，从而获得红外热像。该热像对应于物体表面的热分布场。ITR仪将牙体组织发射的不可见的红外能量转化为可见的热成像，热像上的不同颜色代表了牙齿的不同温度。
ITR具有诸多独特的优势：1） ITR可生成二维热图像，实现数据可视化；2） ITR能够从快速移动的目标和快速变化的热模式中收集数据；3）ITR检测为非侵入性且无辐射，零干预、零损伤、零疼痛；4） ITR检测使用的设备不接触热源，可使用户远离潜在危险。
目前，ITR相机可以灵敏检测到0.01 ℃实时的温度变化，主要用于大规模、快速、无损的
1.2 MI
MI是指利用微波设备监测和获取目标微波波段（波长1 mm~1 m，频率0.3~300 GHz） 的电磁辐射和散射特性来识别远处物体的技术。MI获得的信息与被观察物体的结构、电学性质和表面状态有关。与可见光和ITR相比，MI能提供有关检测目标的更多细节。由于波长较长，组织散射和衍射的影响并不明显，且微波具有一定的穿透能力，因此MI还可以获得深层组织中的信息，从而形成清晰的成像。此外，MI还具有成本低、无害、易操作等优势。
MI可用于脑部疾病的监测和诊断以及人脑功能检测。此外，微波断层扫描的新型成像技术可用于脑血管灌注和灌注相关损伤的检测。利用微波技术，可以实现在30 m范围内采集到心率和呼吸频率的遥感信号，对自然或人为灾害中的救援行动具有积极意义。MI也可以早期通过肿瘤介电特性发现
1.3 TI
太赫兹波是指频率为0.1~10 THz， 波长为30 μm~3 mm，在电磁波谱中位于微波和红外波之间的电磁波。许多生物大分子中基团的振动旋转和构象变化以及许多生物分子相互作用的振动频率大多在太赫兹范围内。太赫兹波生物分子具有独特的光谱，通过该光谱可识别和区别这些分子。太赫兹时域成像系统是一种基于太赫兹波的产生和检测来确定样品的吸收系数、折射率、透射率等光学参数的装置）。整个成像系统由飞秒激光器、太赫兹辐射产生装置及相应的探测装置、延时控制系统和数据采集与信号处理系统组成。飞秒激光产生的激光脉冲通过光分裂系统后可分为泵浦脉冲和探测脉冲。泵浦脉冲通过太赫兹发射元件产生太赫兹辐射，从样品表面反射后得到样品信息。
检测脉冲通过检测元件得到相应的太赫兹时域波形。通过控制泵浦脉冲与检测脉冲之间的时间延迟，使脉冲同时到达太赫兹检测仪器，检测出太赫兹脉冲的整个时域波形。通过傅里叶变换可以得到被测样品的频域谱，从而确定其吸收系数、折射率、透射率等光学参数。太赫兹技术具有以下优异的性能。
首先，太赫兹波是宽带。太赫兹脉冲通常包括几个周期的电磁振荡。单个脉冲的频带可以从千兆赫到几十太赫兹，容易在宽光谱范围内检查物质的特性。其次，太赫兹波具有连贯性。极性物质对太赫兹电磁辐射有很强的吸收能力，这一特征可以区分生物组织的不同状态。第三，太赫兹波具有穿透性。太赫兹波可以穿透衰减非常小的材料，通过它获得的探测图像的分辨率和景深显著提高。第四，太赫兹波具有更高的空间分辨率，比红外更长的波长和更低的色散。第五，太赫兹的能量很小，不会导致分子键断裂，不会电离和伤害被评估的物品。
TI具有诸多优势：1） 可在缩小系统体积的同时保证图像信息的完整性，提高能量利用率和成像速率；2） 使用衍射或基于超材料的光学元件取代体积庞大的抛物面或球面镜进行光学对准，可以实现无源光学中紧凑且低成本的解决方案，能够快速、灵敏地对病变检测成像；3） 电子倍增器更紧凑，仅需提供mV电压便可进行成像，具有低功耗的特性；4） 对成像系统中的量子级联激光器的处理实现了设备小型化。
生物分子和水分子在太赫兹波段具有特征性吸收，利用TI技术，无须标记便可对生物样本进行实时、快速、高灵敏度成像。研究表明：TI可以快速绘制皮肤水合图，检测
Zhang等的研究利用太赫兹范围内的等离子体生物传感器，对
1.4 HSI
HSI技术是基于非常多窄波段的影像数据技术，它将成像技术与光谱技术相结合，探测目标的二维几何空间及一维光谱信息，获取高光谱分辨率的连续、窄波段的图像数据。这些数据可以反映样本大小、形状、缺陷等外部质量特征，以及内部物理结构和化学成分的差异。HSI作为一种特殊的光学诊断技术，具有成像系统多样、研究对象广泛、临床诊断实用等特点。该系统主要由5个部分组成：光源、分光设备、检测设备、灰度相机和计算机。光源照射样品，通过前透镜进入狭缝，不同波长的光根据不同的偏转程度进行传播；然后一维图像上的每个点被衍射，并被分光镜设备分割成一个光谱带，辐射到探测器上。探测器上每个像素的位置和强度分别代表光谱和强度。
通过机械扫描获得整个物体的图像和光谱数据，获得空间二维图像。然而，通过狭缝的光能很低，因此有必要选择高灵敏度的相机。高光谱设备产生空间维数（x，y） 和光谱维数（λ） 的三维观测数据立方体，不仅可以获得图像中每个点的光谱数据，还可以获得任意光谱段的图像信息。利用计算机控制HSI系统采集、处理和分析特定应用的数据和光谱数据，并为高光谱图像提供存储空间。HSI技术可用于识别机体组织各种病理状况。
例如，高光谱组织氧合图谱系统可以区分缺血和正常血流状况，以评估
Thiem等将HSI用于游离带蒂皮瓣移植术后的围手术期监测。Heimes等采用HSI早期评估动脉灌注和闭塞情况，结果与金标准——改良的艾伦试验（modified Allen’s test，MAT） 结果一致，这表明HSI能更早、更客观地发现皮瓣状态的变化。HSI具有“图谱合一”的优势，当病变引起组织成分（如蛋白质、核酸和水分） 在含量和结构形态等方面发生变化时，就会引发光谱曲线在波形、峰值强度和波长等方面的改变。因此，相较传统CT通过形态学变化获取细胞异常信息，HSI能够在组织细胞形态未发生明显变化之前就获取到细胞的异常信息，实现对病变的早发现。
快照式HSI的成像过程无须扫描，能够一次性获取目标物体的图像信息和光谱信息。该类仪器系统内部不存在移动部件或其他动态调节组件，抗干扰能力强，且成像速度快，因此适用于移动速度较快的目标物体，并且可以达到实时监测的目的。传统CT和MRI技术在检测时，各部位并非同时成像，更适用于对静止物体进行三维成像，物体移动则会导致图像的伪影或重叠。
综上，新型遥感技术探测范围大、数据采集速度快、周期短、手段多样、获取信息量大。尤其是MI和TI、HSI，具有瞬时成像、实时传输、快速处理、快速获取信息和动态监测的优势，使损伤检测的范围更广、速度更快。集成化、小型化的新型传感器的发展使遥感技术的图像采集更加先进。高清晰度的目标图像信息有助于准确检测异常目标。
如基于悬浮晶体管的新型非制冷热传感器，采用标准互补金属氧化物半导体-绝缘体上硅（complementary metal oxide semiconductor-silicon on insulator， CMOS-SOI） 工艺制造，并通过干法蚀刻释放，被称为数字化温度感应半导体金属氧化物半导体（temperature sensingsemiconductor metal oxide semiconductor，TMOS）。TMOS使用晶体管作为感测元件，在内部增益、低功率、低成本技术和高温度灵敏度方面具有显著优势。遥感技术在人体内部空间的三维建模和定位、手术导航、病变成像和病变早期识别等方面具有更高的精度。
2. 遥感成像技术在口腔疾病诊疗中的应用
2.1
龋病是在细菌感染等多种因素的作用下，以牙体硬组织无机物质脱矿和有机物质溶解为特征的进行性破坏性疾病。临床上龋病检查最常用的是X线，但X线具有辐射，不适合某些特殊人群且只有龋病发展到一定程度才能在X线上有显示，研发能够早期诊断龋齿的检查技术具有重要意义。
已有研究将近红外成像（near infrared thermal imaging，NIRI）、OCT、TI和HSI应用于早期龋坏的检测。研究表明，NIRI能使光更彻底地进入牙齿组织，与X射线检查相比，NIRI更适合识别釉质病变。OCT可以检测出距离釉质表面仅0.4 mm深度的早期龋。
在检测近中邻面釉质白垩斑时，OCT图像可显示距釉质表面1 mm深度内的早期龋。传统CT更适用于较大的或已形成龋洞的龋病检测，对于无龋洞形成的早期龋的检测尚缺乏敏感性和特异性，并且CT扫描所成图像上无法准确辨别釉牙骨质界，因此无法获得牙冠长度、牙根长度等更多的牙齿外部形态数据。由于不同的牙体硬组织具有不同太赫兹物理特性，TI可以很好区分釉质和牙本质。
龋坏组织对太赫兹波的吸收系数更高，太赫兹光谱的下降幅度显著大于健康牙体组织的下降幅度，因此TI能够快速、精准地对龋坏组织进行鉴别且不引起周围组织电离。有研究比较了太赫兹脉冲成像（Terahertz pulse imaging， TPI） 系统、锥形束CT （cone beam computer tomography，CBCT） 和口内光刺激荧光粉（intraoral photostimulable phosphor late，PSP） 对龋齿的检测效果，发现3种技术检测结果一致性高，且TI成像的对比度高于CT成像技术。TI还可以对早期龋的矿物含量变化和脱矿深度进行定量分析。
釉质中的太赫兹双折射随着龋齿的发展而减少，信号改变可以提供龋损的位置、大小和严重程度。这提示TI可辅助临床医生诊断早期龋，提供龋病程度评估的量化指标，帮助医生准确快速地去除龋坏组织。
Abdel Gawad等建立了一种HSI系统，在体外对12颗前磨牙和磨牙的牙结石、白斑、牙本质龋齿和釉质龋齿进行区分，结果发现：牙结石、白斑、牙本质龋齿和釉质龋齿分别在λ3=702 nm、λ5=771 nm和λ6=798 nm处具有
2.2
口腔癌症是最常见的头颈部恶性肿瘤之一。准确区分健康组织和癌症组织有利于口腔癌症的早发现、早诊断、早治疗，可以提高治愈率，并改善预后。TI是区分癌细胞和正常细胞的有效工具。Sim等的研究在-20 °C和20 °C下，用频率为0.2~1.2 THz的太赫兹辐射绘制口腔癌的大小、形状和内部位置，并与组织学检查相比较，结果发现：冷冻组织的TI检查灵敏度更高。与室温TI相比，在-20 ℃下口腔癌和正常黏膜之间的太赫兹频谱差异更大。
通过观察太赫兹时域波形，还可以检测到隐藏在组织内的癌性肿瘤。口腔肿瘤的侵袭和黏膜细胞的肿瘤转化会引起细胞结构变形，因此在冷冻温度下使用太赫兹辐射的细胞学方法可能用于检测口腔癌。此外，在一项利用OCT测量189例未受癌累及切缘和51例受癌累及切缘上皮厚度的临床研究中，与组织病理学结果进行比较后发现：OCT测量的敏感性达到92%，特异性达到94%。将上皮厚度与结构变化相结合，可以高精度地区分组织边缘有无受到癌症累及。
HSI可以很好地区分肿瘤和肌肉，准确地检测癌症的边缘和切除组织，有助于
Trajanovski等的研究还应用了HSI来检测舌癌的边缘。Zhou等构思并创建了一种偏振高光谱成像显微镜设备，这也是使用偏振高光谱成像技术识别头颈部癌症的主要实例。由此可见，通过TI和HSI等新型遥感成像技术，有望实现对口腔癌症范围进行无创检测，有助于制定更加精准的手术方案。目前，采用这些技术判断口腔癌症边缘的敏感性和特异性尚缺乏足够的证据，需要大样本高质量的临床研究进一步探索。
2.3 口腔异常组织探测
口腔内组织的微小改变早于疾病的临床表现，早期对异常组织进行判断，有助于疾病的早期诊断。辅助检查如X线片、CBCT等无法对软组织进行检查，但ITR能够检测到炎症反应，从而实现早期诊断急性牙髓炎伴根尖周炎、急性根尖周脓肿、慢性根尖周脓肿。
基于红外的振动成像（vibrothermography，VibroIR） 有助于通过超声波振动产生的摩擦热检测牙本质微裂纹，是一种检测牙本质微观裂纹的新方法。OCT图像中裂纹线具有明显的特征，可以区分出裂纹线，因此OCT可用于判断牙齿是否存在隐裂。Le等的研究中，采用基于OCT的
Wang等的研究表明：采用三维OCT图像测量牙龈的相对体积，可用于监测牙龈从健康组织到疾病组织体积变化，从而有助于评估牙龈的健康。TI可以根据含水量的不同区分釉质、牙本质和牙髓，并获取牙齿的三维信息，有利于临床医生判断病变范围。TI对光谱范围为0.3~3.5 THz的软组织能进行有效分类，可以检测扁平苔藓，准确率超过80%。
HSI可以作为一种非侵入性评估黏膜变化的工具，HSI与深度网络学习相结合，能有效地对健康的口腔脂肪、肌肉和黏膜组织样本进行分类。Urban等建立了高光谱荧光空间频域成像系统，利用0.6 Hz数据采集率的给定快照高光谱成像来识别口腔组织的健康程度和清洁度。Laimer等的研究表明：HSI是区分口腔和唇部汞合金着色与黑色素病的潜在工具。
2.4 在口腔远程诊疗中的应用
数字化遥感成像技术在口腔修复和正畸等远程医疗中也有广泛的应用。口内扫描仪也称电子印模扫描仪，可直接扫描患者口腔，实时获取口内三维信息并监测印模质量，相较于传统方式的取模更加安全、便捷。此外，口内扫描仪还能呈现数字化模型并发送远程会诊。诊断成像是口腔种植治疗计划的重要组成部分，种植术前可以在成像图片上放置牙冠、植入物、基台和骨移植物，以模拟修复效果和过程，评估植入物放置的骨量、质量、密度和美学效果等。
数字化模型扫描技术因具有效率高、舒适度高、精准度高等特点已成为口腔诊疗中的一项重要技术，有着广泛的应用前景。机器人辅助口腔治疗也依赖于遥感技术。种植机器人辅助种植手术可以最大程度实现微创目标，降低手术风险，缩短手术时间，实现标准化种植。手术机器人的自动化、高精确度等特性，使其在口腔医学行业的使用有着特殊的价值。
除了在口腔种植中的应用以外，手术机器人在口腔颌面外科的截骨术、唇腭裂修补术中也有应用。术中高分辨率的三维图像提供了良好的空间感知，提高了手术精度，利于缝合，提高了手术安全性。与传统手术相比，机器人手术的姿势更加合理。
在口腔正畸随访中，一种被称为牙科监控TM系列（dental monitoring system，DM） 的智能手机应用程序能远程监控正畸患者。DM通过智能手机摄像头和特定脸颊牵开器拍摄的口内视频，进行3D重建来追踪牙齿移动，及时发现托槽脱落、结扎线断裂等问题，并在早期解决这些问题以提高治疗效果。Scientific Compliance 发明了Smart Retainer环境微型传感器，可以集成到许多类型的可拆卸正畸矫治器中，为医生收集患者保持器使用情况，从而判断患者的依从性。远程正畸和基于传感器技术的整合可以改善和监测正畸的依从性，通过提醒和视听系统与正畸患者建立沟通渠道，对患者的正畸治疗产生积极影响。
3. 总结展望
临床诊断是医生通过患者的症状，综合临床检查和辅助检查资料，进行综合判断，确定疾病诊断。由于口腔组织的特殊性，临床检查存在主观评价标准的差异，主观评判标准也容易受环境、器械的影响出现不同质的结果。辅助检查能为医生提供客观、同质的诊断依据。作为一种非侵入性技术，遥感技术在龋病、口腔癌症检测和治疗方面的应用已经引起了研究者的关注。
综合本文所述，遥感技术在潜在的龋齿诊断、癌症边缘定位、口腔软硬组织异常分析方面具有高灵敏度和高特异性，在口腔远程医疗中也有广泛的应用，有望为临床医生诊断和治疗提供技术助力。微创医学更为高效、精准和智能化。
通过引入新型成像传感器和先进的数据处理方法，TI和HSI等新兴遥感技术可以更精准地对病变组织进行定位，提高手术精度，减少组织损伤。这些技术还可以无损了解口腔结构、早期预测和检测口腔软硬组织疾病，为进行大规模口腔疾病筛查和监测奠定了基础。然而，遥感在口腔医学领域的应用仍有一些问题，如缺乏专业知识和人员，缺乏成本和数据等。一方面，为了应用遥感技术进行更有效地探测，需要考虑多方面问题，包括遥感数据的持续、快速和及时可用性；遥感图像内存较大，对数据处理器要求较高；还需要对数据收集、处理、建模和结果解释方面的人员进行培训；远程技术的安全性也是必须考虑的问题。
另一方面，遥感仪器设备昂贵，基层医疗机构无法大规模推广使用。先进的遥感设备体积较大，使用方法较为复杂；而遥感信息的获取、解译技术同样比较复杂，成本也比较高，需要多种专业人员的配合才能实现。后续研究需关注这些问题，克服这些障碍，促进医学应用的发展。
综上所述，遥感技术是促进医学发展的重要手段。遥感技术通过与大数据、人工智能等技术结合，在口腔医学领域的应用具有广阔的前景。未来，随着信息处理技术的提高，遥感图像在空间、时间、光谱分辨率和光学信息获取能力方面将有显著提高，遥感技术和医疗技术将相互渗透，在全口腔领域的应用将越来越广泛，会将口腔医学诊断和治疗推入一个新的高度。
来源：曹梦颖,石蕊,于瀚雯,等.遥感成像技术在口腔疾病诊疗应用的研究进展[J].国际口腔医学杂志,2025,52(01):107-116.
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