龋齿是影响人类健康的社区常发疾病,被世界卫生组织定义为世界三大重点防治疾病之一。随着口腔保健意识的增强,龋齿的早期无损检测和诊断成为临床口腔医学领域面临的重要问题。光学方法由于具有无损、可定量、准确等优点被认为是最有发展前景的龋齿早期检测技术。本论文围绕龋齿的光学无损检测技术,系统研究光在牙齿组织中的扩散机理,并从自体荧光光谱和光能量散射两个角度对龋齿早期检测进行研究。构建了牙齿组织光散射模型,分别利用Monte Carlo随机统计方法、有限元数值求解方法、扩散方程解析解三种方法对各向同性牙齿模型中光子密度在组织内的分布情况进行理论分析,并讨论光学参数对光能分布的影响。为基于光散射的龋齿检测提供了理论依据,解决了光学应用于龋齿检测的基础问题。研究牙本质的各向异性光学属性,数值分析了无限长圆柱体光散射模型中入射光波长、入射角度以及圆柱体半径等参数对散射光空间分布的影响,推导了描述各向异性光散射的扩散张量比值的椭圆表达公式,提出利用点光源入射下,前向散射光能量分布的等高线椭圆的长短轴之比表示扩散张量分量的比值。实验结果表明牙本质样本的扩散张量分量比值为Dyy：Dx：Dx=7.49：1.3：1。建立了牙齿矿物质含量的荧光光谱定量评价参数,以羟基磷灰石在405nm激发下的荧光特征光谱443nm和526nm为标准,构建了荧光特征光谱比率,实验测试并计算了不同脱矿程度时,牙釉质和牙本质的荧光特征光谱比率。实验测试了牙齿荧光特征光谱的最小激发光功率密度为141.5mW/cm2。初步验证了基于光散射的平滑面龋和窝沟龋早期检测的可行性,实验研究了连续光谱的氙灯和窄带近红外LED分别作为光源的平滑面龋和窝沟龋早期检测,揭示了近红外波段龋齿检测的能力。设计用于龋损检测的图像采集和数据分析软件,实现了龋损区域的自动识别和龋损程度的定量评价。