RO132296B1

RO132296B1 - Method for identifying micro cracks produced following dental restoration materials adherence to enamel and dentin

Info

Publication number: RO132296B1
Application number: ROA201700298A
Authority: RO
Inventors: Mihaela Streza; Ştefan Gergely; Bogdan Belean
Original assignee: Institutul Naţional De Cercetare Dezvoltare Pentru Tehnologii Izotopice Şi Moleculare
Priority date: 2017-05-18
Filing date: 2017-05-18
Publication date: 2023-05-30
Also published as: RO132296A0

Description

Invenția se referă la o linie experimentală automatizată de termogafie activă și metoda de analiza a datelor pentru investigarea adeziunii la smalț și dentină a materialelor de restaurare dentară.The invention relates to an automated active thermography experimental line and data analysis method for investigating the adhesion to enamel and dentin of dental restorative materials.

Conceptul este unul întâlnit ca principiu în foarte multe alte domenii, ceea ce probabil a făcut ca, la un moment dat, el să fie preluat și utilizat și în medicina dentară, datorită beneficiilor incontestabile pe care le poate oferi. Practic, în stomatologie, scopul final al adeziunii este acela de a uni un substrat solid (țesuturile dentare dure/moi - smalț, dentină, cement) cu un alt substrat, reprezentat de materialul sau materialele de restaurare. De cele mai multe ori la interfața dinte/restaurare există un spațiu accesibil infiltrațiilor marginale care în timp favorizează apariția cariilor secundare.The concept is one found as a principle in many other fields, which probably caused that, at some point, it was also taken up and used in dentistry, due to the undeniable benefits it can offer. Practically, in dentistry, the ultimate goal of adhesion is to join a solid substrate (hard/soft dental tissues - enamel, dentin, cementum) with another substrate, represented by the restorative material or materials. Most of the time at the tooth/restoration interface there is a space accessible to marginal infiltrations that favor the appearance of secondary caries over time.

Lipsa de adeziune între materialele de restaurare și dinte a fost și rămâne o problemă majoră în stomatologie. Calitatea adeziunii la stucturile dentare este o necesitate clinică și practică. Din acest motiv cercetările în domeniul adeziunii la structurile dentare care utilizează tehnici neinvazive sunt un subiect departe de a fi finalizat.Lack of adhesion between restorative materials and the tooth has been and remains a major problem in dentistry. The quality of adhesion to dental structures is a clinical and practical necessity. For this reason, research in the field of adhesion to dental structures using non-invasive techniques is a subject far from being completed.

Datorită sensibilității ridicate a metodei propuse, invenția poate fi folosită pentru studiul adeziunii dinte-obturație, permițând totodată testarea capacității de sigilare a diferitelor tipuri de sisteme adezive dentare, respectiv ale produselor comerciale existente în cadrul fiecărei clase de adezivi dentari. Prin urmare, evaluarea completă a unei restaurări dentare printr-o tehnică neinvazivă este un instrument extrem de util pentru medicii stomatologi.Due to the high sensitivity of the proposed method, the invention can be used for the study of tooth-obturation adhesion, allowing at the same time to test the sealing capacity of different types of dental adhesive systems, respectively of existing commercial products within each class of dental adhesives. Therefore, the complete evaluation of a dental restoration by a non-invasive technique is an extremely useful tool for dentists.

Actualmente în stomatologia restauratoare există două tehnici curente de investigare utilizate doar pentru evaluarea adaptării marginale a compozitelor la dinte: (1) metoda lichidelor penetrante, (2) microscopia electronică de baleiaj (SEM) [1], [2], [3], [4]. Termografia este o metodă folosită pe scară largă în medicina [5], dar prea puțin în stomatologie, în ciuda caracterului său non-invaziv. În stomatologie termografia IR este folosită îndeosebi pentru monitorizarea temperaturii de polimerizare a compozitelor dentare în timpul procesului de întărire [6] [7]. Prin urmare, nu există multe date disponibile în literatură în legătură cu acest subiect. Există trei publicații recente (2013, 2015) în care s-a evaluat interfața dintre materialul de umplutură și dinte prin termografia de detecție sincronă (LIT). Imaginile de amplitudine și de fază au fost analizate în funcție de frecvența de excitare și diametrul zonei de exfoliere pentru obținerea unui contrast maxim [8] [9]. Termografia de detecție sincronă a dat rezultate promițătoare în detectarea defectelor marginale și interne prin analiza imaginilor de amplitudine. Procedura a permis o diagnosticare a microfisurilor foarte fine (până la 1 pm) [10].Currently in restorative dentistry there are two current investigation techniques used only to evaluate the marginal adaptation of composites to the tooth: (1) penetrant liquid method, (2) scanning electron microscopy (SEM) [1], [2], [3], [4]. Thermography is a method widely used in medicine [5], but little in dentistry, despite its non-invasive nature. In dentistry, IR thermography is especially used to monitor the polymerization temperature of dental composites during the curing process [6] [7]. Therefore, there is not much data available in the literature related to this topic. There are three recent publications (2013, 2015) that evaluated the interface between the filling material and the tooth by synchronous detection thermography (LIT). Amplitude and phase images were analyzed as a function of excitation frequency and diameter of the exfoliation zone to obtain maximum contrast [8] [9]. Synchronous detection thermography has shown promising results in detecting marginal and internal defects through amplitude image analysis. The procedure allowed a diagnosis of very fine microcracks (up to 1 pm) [10].

Mandelis și colab. a rezolvat ecuația de difuzie termică ținând cont de fenomenul de împrăștiere multiplă al fotonilor în smalț și a analizat răspunsul fototermic al dintelui în urma procesului de excitare [11], [12], [13], [14]. În general, cu cât împrăștierea luminii într-un anumit volum al dintelui este mai mare, cu atât este mai mare probabilitatea de absorbție a unui foton în această regiune. Prin urmare, undele termice care sunt generate în regiunile poroase sau cu defecte ale dintelui vor avea o amplitudine mai mare decât cele generate în smalțul intact [15], [16]. Cercetările au arătat că radiometria fototermică PTR poate detecta cu succes fisuri în dinte [15], și poate de asemenea monitoriza demineralizarea timpurie și remineralizarea smalțului [15], [16], [17].Mandelis et al. solved the thermal diffusion equation taking into account the phenomenon of multiple scattering of photons in enamel and analyzed the photothermal response of the tooth following the excitation process [11], [12], [13], [14]. In general, the greater the light scattering in a given volume of the tooth, the greater the probability of absorption of a photon in this region. Therefore, thermal waves that are generated in porous or defective regions of the tooth will have a larger amplitude than those generated in intact enamel [15], [16]. Research has shown that PTR photothermal radiometry can successfully detect cracks in the tooth [15], and can also monitor early enamel demineralization and remineralization [15], [16], [17].

La nivel național, nu există nici un grup de cercetare care să aplice termografia de detecție sincronă în medicină. Există doar câteva studii privind evaluarea unor polimeri dentari utilizați în stomatologie prin termografie pasivă. Din aceste motive, considerăm că acest procedeu va aduce multe beneficii la nivel național prin dezvoltarea unor noi concepte și abordări privind studiile de evaluare nedistructivă ale biointerfețelor dentare.At the national level, there is no research group applying synchronous detection thermography in medicine. There are only a few studies on the evaluation of some dental polymers used in dentistry by passive thermography. For these reasons, we believe that this procedure will bring many benefits at the national level by developing new concepts and approaches regarding non-destructive evaluation studies of dental biointerfaces.

Problema tehnică pe care o rezolvă invenția este identificarea microfisurilor care apar1 la interfața dintre un material de umplutură și țesutul dentar.The technical problem that the invention solves is the identification of microcracks that appear at the interface between a filling material and dental tissue.

Metoda de analiză de imagini descrise în prezenta invenție vor permite detecția3 nedistructivă a microfisurilor localizate la interfața material/smalț sau material/dentină cu foarte mare precizie, permițând totodată testarea capacității de sigilare a diferitelor sisteme 5 adezive și/sau compozite dentare.The image analysis method described in the present invention will allow the non-destructive detection3 of microcracks located at the material/enamel or material/dentin interface with very high precision, while also allowing the testing of the sealing capacity of various dental adhesive and/or composite systems.

Metoda de analiză de imagini pentru identificarea microfisurilor care apar la interfața7 dintre un material de umplutură și țesutul dentar, bazată pe utilizarea termografiei de detecție sincronă, care analizează imaginile de amplitudine și imaginile de fază, conform invenției,9 constă în:The image analysis method for identifying microcracks that appear at the interface7 between a filling material and dental tissue, based on the use of synchronous detection thermography, which analyzes amplitude images and phase images, according to the invention,9 consists of:

- crearea unei măști pe o imagine de amplitudine I_A(x,_y) care ascunde o zonă iradiată11 cu laser, zona direct proportională cu un factor de prag a);- creating a mask on an image of amplitude I _A(x , _y) that hides an area irradiated11 with the laser, the area directly proportional to a threshold factor a);

- îmbunătățirea contrastului pe imaginea rezultată folosind un operator laplacian; 13 - stabilirea sensibilității de detecție folosind un prag b), determinarea unei imagini binare în care sunt marcați pixelii care corespund micro-fisurilor dar și defectelor de 15 suprafață;- improving the contrast on the resulting image using a Laplacian operator; 13 - establishing the detection sensitivity using a threshold b), determining a binary image in which the pixels corresponding to micro-cracks but also surface defects are marked;

- stabilirea pe baza unui număr minim de pixeli adiacenți reprezentat de un prag c) 17 a micro-fisurilor pe imaginea de amplitudine;- establishing micro-cracks on the amplitude image based on a minimum number of adjacent pixels represented by a threshold c) 17;

- aplicarea unei proceduri de normalizare si a unei transformări liniare pe baza 19 funcției tangentă hiperbolică pe o imagine de fază I_F(x,_y) urmată de o difuzie anisotropă pentru accentuarea micro-fisurilor; 21- applying a normalization procedure and a linear transformation based on 19 the hyperbolic tangent function on a phase image I _F(x , _y) followed by an anisotropic diffusion to accentuate the micro-cracks; 21

- localizarea micro-fisurilor împreună cu defectele de suprafață pe imaginea de fază prin determinarea trecerilor prin zero ale transformatei Laplace aplicate pe imaginea de fază; 23- locating micro-cracks together with surface defects on the phase image by determining the zero crossings of the Laplace transform applied to the phase image; 2. 3

- determinarea micro-fisurilor eliminând zonele corespunzătoare defectelor de suprafață folosind operația de erodare morfologică cu un element structural de dimensiunea 25 maximă a defectelor de suprafață.- determination of micro-cracks by eliminating the areas corresponding to surface defects using the morphological erosion operation with a structural element of the maximum size of 25 surface defects.

Avantajul metodei constă în posibilitatea extragerii semnalului util din zgomotul termic 27 (raport semnal/zgomot > 100) și exploatarea lui prin tehnici adecvate de prelucrare de imagini. În plus poziționarea automatizată și precisă a spotului laser pe suprafața investigată, 29 în vecinătatea cavității restaurate, va permite obținerea unor imagini termice având un contrast foarte bun. În acest mod se elimină nevoia alinierii optice (foarte consumatoare de 31 timp) necesară investigării fiecărei cavități restaurate în parte, fiind suficientă o singură procedură de calibrare pentru obținerea informațiilor necesare pentru un set întreg de probe. 33The advantage of the method consists in the possibility of extracting the useful signal from thermal noise 27 (signal/noise ratio > 100) and exploiting it through appropriate image processing techniques. In addition, the automated and precise positioning of the laser spot on the investigated surface, 29 in the vicinity of the restored cavity, will allow obtaining thermal images with a very good contrast. In this way, the need for optical alignment (very time consuming) necessary to investigate each restored cavity is eliminated, a single calibration procedure being sufficient to obtain the necessary information for a whole set of samples. 33

Prezentarea pe scurt a desenelor explicative:Brief presentation of explanatory drawings:

- fig. 1, schema bloc a dispozitivului experimental descris de prezenta invenție.35- fig. 1, block diagram of the experimental device described by the present invention.35

Notațiile din această figură se referă la:The notations in this figure refer to:

- 1 - suport probă;37- 1 - evidence support; 37

- 2 - sursa laser de excitare;- 2 - excitation laser source;

- 3 - generator de semnal (lock-in voltmeter);39- 3 - signal generator (lock-in voltmeter); 39

- 4 - camera în infraroșu cu modul de detecție sincronă încorporat;- 4 - infrared camera with built-in synchronous detection mode;

- 5 - program de comandă pentru poziționarea laserului pe suprafața probei; 41 - 6 - interfață pentru poziționarea și controlul oglinzilor, National Instruments NI- 5 - command program for positioning the laser on the sample surface; 41 - 6 - Mirror Positioning and Control Interface, National Instruments NI

USB-6211;43USB-6211;43

- 7 - sistem de oglinzi controlate electric (THORLABS GVSM-002M).- 7 - electrically controlled mirror system (THORLABS GVSM-002M).

- fig. 2, imaginea termică a punctelor de calibrare;45- fig. 2, the thermal image of the calibration points; 45

- fig. 3, suprafața probei investigate în spectrul vizibil;- fig. 3, the surface of the investigated sample in the visible spectrum;

- fig. 4, scanarea dinamică a suprafeței;47- fig. 4, dynamic surface scanning;47

- fig. 5a, detalii constructive ale suportului de probă, în vedere frontală (din partea camerei de termoviziune) și vedere de sus. Notațiile din această figură se referă la:49- fig. 5a, constructional details of the sample holder, in front view (from the thermal imaging camera side) and top view. The notations in this figure refer to:49

- 8 - suport de fixare;- 8 - fixing support;

- 9 - două șuruburi fixe;- 9 - two fixed screws;

- 10 - caneluri;- 10 - grooves;

- 11 - corp mobil.- 11 - mobile body.

- fig. 5b, detalii constructive ale suportului de oglinzi (vedere frontală și de sus). Notațiile din figură se referă la:- fig. 5b, constructional details of the mirror support (front and top view). The notations in the figure refer to:

- 12 - placa de aluminiu cu grosime de 10 mm;- 12 - 10 mm thick aluminum plate;

- 13 - locaș fixare șuruburi;- 13 - housing for fixing screws;

- 14 - orificiu șurub de blocare;- 14 - locking screw hole;

- 15 - șurub blocare randalinat care permite reglajul în plan vertical;- 15 - knurled locking screw that allows adjustment in the vertical plane;

- 16 - adaptor fixare oglizi pe tija verticală.- 16 - mirror fixing adapter on the vertical rod.

- fig. 6, performanța blocului de corecție pentru un set de coordonate reale;- fig. 6, performance of the correction block for a set of real coordinates;

- fig. 7a, derivata a doua spațială a imaginii de amplitudine;- fig. 7a, the second spatial derivative of the amplitude image;

- fig. 7b, imaginea binară a defectului la interfață dentină/material de umplutură;- fig. 7b, binary image of the defect at the dentin/filler interface;

- fig. 8a, imaginea de fază;- fig. 8a, phase image;

- fig. 8b, imaginea corectată după aplicarea funcției tangentă hiperbolică;- fig. 8b, the corrected image after applying the hyperbolic tangent function;

- fig. 8c, derivata a doua spațială a imaginii de fază corectate;- fig. 8c, the second spatial derivative of the corrected phase image;

- fig. 8d, imaginea binară, pornind de la imaginea de fază (inserată imaginea optică a unei felii restaurate de dinte).- fig. 8d, the binary image, starting from the phase image (inset optical image of a restored tooth slice).

Interfețele de restaurare dentare pot prezenta defecte, cunoscute sub numele de microleakages (microfisuri) care nu sunt deloc simplu de diagnosticat. În această metodă, o sursă de excitare modulată în intensitate (lumina) este trimisă pe eșantionul de investigat, generând un câmp de temperatură modulat la locul absorbției. Acest câmp termic modulat emis de probă (un semnal complex având o amplitudine și o fază) poate fi măsurat cu un detector bidimensional în infraroșu (detector IR).Dental restorative interfaces can have defects known as microleaks (microcracks) that are not at all easy to diagnose. In this method, an intensity-modulated excitation source (light) is sent to the sample to be investigated, generating a modulated temperature field at the absorption site. This modulated thermal field emitted by the sample (a complex signal having an amplitude and a phase) can be measured with a two-dimensional infrared detector (IR detector).

Elementele de dificultate ale problemei: Dintele are o structură multistrat (smalț, dentină, pulpă și cement), fiecare strat având propriile sale neomogenități și proprietăți termice și optice. Împrăștierea luminii în dinte este mare, acesta fiind un mediu foarte neomogen din punct de vedere optic. Adâncimea de pătrundere a luminii în dinte depinde de energia fotonilor incidenți: lungimile de undă mari (energii mici ale fotonilor incidenți) sunt mai puțin împrăștiate în comparație cu lungimile de undă scurte (energii mai mari ale fotonilor incidenți), și pot, prin urmare, pătrunde mai adânc în structura dintelui. Așadar cantitatea de lumină împrăștiată este un factor cheie în determinarea adâncimii de pătrundere a luminii în țesut. Un semnal fototermic este generat numai atunci când se eliberează energie termică în urma unui eveniment de absorbție a unui foton în țesutul analizat. Prin urmare, pentru a obține un răspuns fototermic optim (semnal), trebuie aleasă cu grijă lungimea de undă a sursei de excitare, ținând cont atât de coeficienții de împrăștiere, cât și de coeficienții de absorbție ai luminii în smalț și dentină. Datorită absorbției moderate și a împrăștierii puternice, generarea de semnal în astfel de probe semitransparente este slabă, și din acest motiv acestea sunt dificil de investigat. Pentru a crește raportul semnal/zgomot, s-ar putea mări energia sursei de lumină incidentă pe dinte, însă acest lucru poate determina depășirea limitei de siguranță dentară. De pildă, o densitate de putere laser de 2 W/cm² determină o creștere a temperaturii de aproximativ 5°C în interiorul camerei pulpare, ceea ce poate produce traume ireversibile ale dintelui. O soluție ar fi reducerea densității de putere optică în favoarea unor timpi mai lungi de achiziție ai semnalului. Acest lucru se poate realiza prin tehnici de detecție sincronă de semnal.Difficulty elements of the problem: The tooth has a multilayered structure (enamel, dentin, pulp and cementum), each layer having its own inhomogeneities and thermal and optical properties. The scattering of light in the tooth is high, which is a very optically inhomogeneous medium. The depth of light penetration into the tooth depends on the energy of the incident photons: long wavelengths (low incident photon energies) are less scattered compared to short wavelengths (higher incident photon energies), and can therefore penetrates deeper into the tooth structure. So the amount of scattered light is a key factor in determining the depth of light penetration into the tissue. A photothermal signal is generated only when thermal energy is released following a photon absorption event in the analyzed tissue. Therefore, to obtain an optimal photothermal response (signal), the wavelength of the excitation source must be carefully chosen, taking into account both the scattering coefficients and the absorption coefficients of light in enamel and dentin. Due to the moderate absorption and strong scattering, the signal generation in such semi-transparent samples is weak, and for this reason they are difficult to investigate. To increase the signal-to-noise ratio, the energy of the light source incident on the tooth could be increased, but this may cause the dental safety limit to be exceeded. For example, a laser power density of 2 W/cm ² causes a temperature increase of about 5°C inside the pulp chamber, which can cause irreversible trauma to the tooth. One solution would be to reduce the optical power density in favor of longer signal acquisition times. This can be achieved by synchronous signal detection techniques.

Metoda descrisă de prezenta invenție se bazează pe utilizarea termografiei de detecție sincronă IR cuplată cu algoritmi de procesare de imagini pentru recunoaștere de contururi, în scopul caracterizării nedistructive a interfețelor dentare.The method described by the present invention is based on the use of IR synchronous detection thermography coupled with image processing algorithms for contour recognition, for the purpose of non-destructive characterization of dental interfaces.

Noutatea adusă de prezenta invenție constă în:1The novelty brought by the present invention consists in:1

1) posibilitatea controlului foarte precis al poziției spotului laser pe suprafața investigată (cu precizie de ordinul a 1 pixel) prin deflexia laserului pe un sistem de oglinzi 3 controlate electric.1) the possibility of very precise control of the position of the laser spot on the investigated surface (with a precision of the order of 1 pixel) by deflecting the laser on a system of 3 electrically controlled mirrors.

2) implementarea unor algoritmi de prelucrare de imagini care îmbunătățesc calitatea5 imaginilor rezultate prin accentuarea semnăturii zonelor cu defecte și reducerea efectului de neclaritate al imaginilor (blurring) datorat efectelor de disipare laterală a căldurii.72) the implementation of some image processing algorithms that improve the quality5 of the resulting images by emphasizing the signature of defect areas and reducing the blurring effect of the images due to the effects of lateral heat dissipation.7

Schema bloc a liniei experimentale de termografie de detecție sincronă în vederea analizei interfețelor dentare este reprezentată în fig. 1.9The block diagram of the experimental line of synchronous detection thermography for the analysis of dental interfaces is represented in fig. 1.9

Voltmetrul selectiv lock-in SR generează semnalul de referință pentru laserul modulat în intensitate (cu frecvența de excitare f₀). Prin deflexia pe sistemul de oglinzi controlate 11 electric, fasciculul laser este dirijat foarte precis în vecinătatea interfeței dentare analizate. Felia de dinte restaurată este fixată rigid pe un sistem de poziționare a probei. Semnalul ter- 13 mic generat de probă este înregistrat de camera termografică. Semnalul termic și semnalul de referință sunt trimise la modulul de detecție sincronă al camerei care procesează infor- 15 mația primită. În final se obțin imaginile de amplitudine și de fază corespunzătoare frecvenței de excitare, filtrându-se practic semnalele cu alte frecvențe decât frecvența de excitare f₀. 17The lock-in selective voltmeter SR generates the reference signal for the intensity-modulated laser (with excitation frequency f ₀ ). Through the deflection on the electrically controlled mirror system 11, the laser beam is directed very precisely in the vicinity of the analyzed tooth interface. The restored tooth slice is rigidly fixed on a specimen positioning system. The thermal signal generated by the sample is recorded by the thermographic camera. The thermal signal and the reference signal are sent to the synchronous detection module of the camera which processes the received information. Finally, the amplitude and phase images corresponding to the excitation frequency are obtained, practically filtering the signals with frequencies other than the excitation frequency f ₀ . 17

Imaginile rezultate sunt afișate pe un calculator, de unde sunt exportate pentru procesare.The resulting images are displayed on a computer, from where they are exported for processing.

Optimizarea eficientă a procedeului propus de prezenta invenție poate fi făcută numai 19 prin utilizarea unor metode bazate pe măsurători experimentale de mare precizie, cuplate cu algoritmi de procesare de imagini. Imaginile de amplitudine și faza obținute în urma 21 detecției sincrone conțin informații despre prezența unei fisuri sau a unei zone demineralizate (comparativ cu smalțul intact) care constau într-o perturbare a undei termice 23 deasupra zonei cu defect. Această variație poate fi de doar câțiva mK, imposibil de detectat prin termografie pasivă (fluctuațiile termice . 0,5 K). Algoritmii de prelucrare de imagini 25 accentuează informația utilă deasupra zonei cu defect și elimină zgomotele, iar în final se obține o imagine binară (o matrice de pixeli cu valorile zero sau 1) care furnizează semnătura 27 particulară a defectului pe suprafață.Effective optimization of the process proposed by the present invention can only be done 19 by using methods based on high-precision experimental measurements, coupled with image processing algorithms. The amplitude and phase images obtained from 21 synchronous detection contain information about the presence of a crack or a demineralized area (compared to intact enamel) consisting of a disturbance of the thermal wave 23 above the defect area. This variation can be only a few mK, impossible to detect by passive thermography (thermal fluctuations . 0.5 K). Image processing algorithms 25 emphasize the useful information above the defect area and remove noises, and finally a binary image (an array of pixels with the values zero or 1) is obtained that provides the particular signature 27 of the defect on the surface.

Automatizarea parametrilor experimentali pentru îmbunătățirea contrastului imaginilor 29 termiceAutomation of experimental parameters for improving the contrast of thermal images 29

Întrucât distanța față de interfața investigată la care se iradiază țesutul dentar și/sau 31 materialul de umplutură trebuie controlată foarte precis, procesul de aliniere a fost automatizat prin deflexia spotului laser de către un ansamblu de oglinzi pe două axe (X-Y), 33 care sunt controlate electric. Spotul este deflectat prin mișcarea compusă a celor două oglinzi. În felul acesta se evită alinierea mecanică a probei/sistemului de excitare, proces 35 care este foarte consumator de timp. Ansamblul sistemului de control al oglinzilor trebuie să fie capabil să evite erorile de măsură [18], [19], [20]. Aceste erori sunt: (i) erori de planeitate 37 în fixarea pe masa optică a oricărui element care compune sistemul optic; (ii) erori de paralaxă între camera FLIR și sistemul de poziționare al probei, erori datorate poziționării 39 unghiulare a laserului după ieșirea din sistemul de oglinzi.Since the distance from the investigated interface at which the dental tissue and/or 31 filling material is irradiated must be very precisely controlled, the alignment process was automated by deflecting the laser spot by an assembly of two-axis (X-Y) mirrors, 33 which are electrically controlled. The spot is deflected by the compound movement of the two mirrors. In this way mechanical alignment of the sample/excitation system is avoided, a very time-consuming process. The mirror control system assembly must be able to avoid measurement errors [18], [19], [20]. These errors are: (i) flatness errors 37 in fixing on the optical table any element that makes up the optical system; (ii) parallax errors between the FLIR camera and the sample positioning system, errors due to the angular positioning of the laser after exiting the mirror system.

Modelul matematic: corecția de paralaxă 41Mathematical model: parallax correction 41

Erorile de planeitate și erorile de paralaxă se corectează utilizând un tip de transformată care se numește transformată homografică sau transformată de proiecție. 43Flatness errors and parallax errors are corrected using a type of transform called the homographic transform or projection transform. 43

Această transformată definește o relație geometrică între toate punctele din planul de intrare (A) și toate punctele din planul de ieșire (B). Utilizarea transformatei proiecției presupune 45 existența unui număr de minimum 4 puncte în planul A care au coordonatele cunoscute. Acestor puncte trebuie să le corespundă tot un număr de minimum 4 puncte în planul B. 47This transform defines a geometric relationship between all points in the input plane (A) and all points in the output plane (B). The use of the projection transform presupposes the existence of a minimum of 4 points in plane A that have known coordinates. These points must also correspond to a minimum of 4 points in plan B. 47

Acest tip de transformată geometrică impune cel puțin prezența unui patrulater în planul de intrare, rezultând astfel un sistem de conversie cu 8 grade de libertate.This type of geometric transform requires at least one quadrilateral in the input plane, thus resulting in a conversion system with 8 degrees of freedom.

Imaginea de ieșire va avea o formă geometrică modificată dar având precis cunoscute coordonatele punctelor proiectate din planul A în planul B. Astfel este de interes să se determine coordonatele necunoscute ale unui punct din planul B (u, v) prin proiecția unui punct arbitrar din planul A având coordonatele cunoscute (x, y).The output image will have a modified geometric shape but with precisely known coordinates of the projected points from plane A to plane B. Thus it is of interest to determine the unknown coordinates of a point in plane B (u, v) by projecting an arbitrary point in the plane A having known coordinates (x, y).

Forma generalizată a transformatei proiecției este dată de sistemul de ecuații:The generalized form of the projection transform is given by the system of equations:

a A x 0 y₀ 1 0 0 0 - x₀u ₀ - y ₀ u ₀ x 0 y ₀ 1 0 0 0 - x ₀ u ₀ - y ₀ u ₀ b ^b b ^b ' u 0 ' ' u 0 ' 0 0 0 ^x0 y 0 ^{1 - x} 0 V 0 ^- y 0 ^v 00 0 0 ^x 0 y 0 ^{1 - x} 0 V 0 ^- y 0 ^v 0 v0 v0 c c x 1 y 11 0 0 0 - x 1 u 1 - y 1 u 1 x 1 y 11 0 0 0 - x 1 u 1 - y 1 u 1 Ί Ί u₁ u ₁ 0 0 0 x1 y1 1 - x1 v1 - y1 v1 0 0 0 x1 y1 1 - x1 v1 - y1 v1 ^dd = = v₁ v ₁ (1) (1) ^ee Μ Μ Μ M M M Μ M f f xn-1 y_n-1 ^{1 0 0 0 - x}n-1 nn-1 ^- X_n-1 un-1xn-1 y _n -1 ^{1 0 0 0 - x} n-1 nn-1 ^- X _n -1 un-1 un-1 1 to 1 ^gMr 0 0 0 ^χ , y , 1 —^χ ,v , — y ,v , _ n-1 yn-1 n-1 n-1 yn-1 n-10 0 0 ^χ , y , 1 — ^χ ,v , — y ,v , _ n-1 yn-1 n-1 n-1 yn-1 n-1 L h i L h i Vn-1 Vn-1

unde coeficienții a, b, c, d, e, f, g, h sunt necunoscutele, iar vectorul [u₀ v₀ ...] reprezintă coordonatele electrice corespunzătoare planului B.where the coefficients a, b, c, d, e, f, g, h are the unknowns, and the vector [u ₀ v ₀ ...] represents the electrical coordinates corresponding to plane B.

Pentru fiecare coordonată x, y din planul A se determină noile coordonate electrice (u, v) aparținând planului B și care se exprimă asfel:For each coordinate x, y in plane A, the new electrical coordinates (u, v) belonging to plane B are determined and expressed as follows:

ax + by + c u =--------gx + hy + 1 dx + ey + f gx + hy + 1 (2)ax + by + c u =--------gx + hy + 1 dx + ey + f gx + hy + 1 (2)

Semnificația geometrică a constantelor calculate a, b, c, d, e, f, g, h este următoarea: a : coeficient de scalare pe axa X având valoarea Y neschimbată b: coeficient de scalare pe axa X proporțional cu distanța lui Y până la origine c: coeficient de translație al originii pe axa X d: coeficient de scalare pe axa/proporțional cu distanța lui X până la origine e: coeficient de scalare pe axa Y având valoarea X neschimbată f: coeficient de translație al originii pe axa Y g: coeficient de scalare proporțional pentru X și Y în funcție de X h: coeficient de scalare proporțional pentru X și Y în funcție de YThe geometric meaning of the calculated constants a, b, c, d, e, f, g, h is as follows: a : scaling coefficient on the X axis with the Y value unchanged b: scaling coefficient on the X axis proportional to the distance of Y to origin c: translation coefficient of origin on X axis d: scaling coefficient on axis/proportional to distance of X to origin e: scaling coefficient on Y axis with X value unchanged f: translation coefficient of origin on Y axis g : proportional scaling factor for X and Y as a function of X h: proportional scaling factor for X and Y as a function of Y

Constantele a, b, c, d, e, f, g, h se determină după o procedură prealabilă de calibrare: se introduc coordonatele geometrice inițiale ale celor 4 puncte de calibrare cărora le corespund coordonatele electrice inițiale ale oglinzii, după care se rezolvă sistemul de ecuații (1) și se determină noile coordonate electrice aparținând planului B care sunt corelate cu coordonatele geometrice din planul A prin relația (2)The constants a, b, c, d, e, f, g, h are determined after a prior calibration procedure: the initial geometric coordinates of the 4 calibration points corresponding to the initial electrical coordinates of the mirror are entered, after which the system is solved of equations (1) and the new electrical coordinates belonging to plane B are determined which are correlated with the geometric coordinates in plane A by relation (2)

Transformata proiecției este cea mai complexă dintre transformatele geometrice, deoarece include în setul de operații matematice operațiile de: translație, rotație, forfecare și scalare.The projection transform is the most complex of the geometric transforms, because it includes in the set of mathematical operations the operations of: translation, rotation, shear and scaling.

Se poate astfel afirma faptul că, prin manipularea corectă a setului de coordonate din planul A respectiv planul B, utilizarea singulară a transformatei proiecției asigură corecția integrală a setului de erori apărute în sistemul optic. Construcția sistemului de ecuații liniare presupune o interfață software pentru preluarea automată a coordonatelor pentru planul A reprezentat de către FOV al camerei FLIR, respectiv planul B reprezentat de suprafața probei scanate. Interfața software este prezentată în Anexa I.It can thus be stated that, through the correct manipulation of the set of coordinates in plane A and plane B respectively, the singular use of the projection transform ensures the integral correction of the set of errors appearing in the optical system. The construction of the system of linear equations requires a software interface for the automatic retrieval of the coordinates for plane A represented by the FOV of the FLIR camera, respectively plane B represented by the surface of the scanned sample. The software interface is presented in Appendix I.

Procesarea imaginilor termograficeThermographic image processing

Modelul matematic utilizatThe mathematical model used

Analiza imaginilor de amplitudineAnalysis of amplitude images

În ceea ce privește imaginea de amplitudine l_A(x, _y), metoda propusă pentru detecția micro-fisurilor constă în următoarele etape:Regarding the amplitude image l _A(x , _y) , the proposed method for the detection of micro-cracks consists of the following steps:

(i) introducerea unui factor de prag a), care creează o mască pentru imaginea de amplitudine;(i) introducing a threshold factor a), which creates a mask for the amplitude image;

A ( x, ^{A ( X}, y V ^A max < aA ( x, ^{A ( X} , y V ^A max < a

y) A > a ^y max if ify) A > a ^y max if if

Masca, i.e. M_a(x, y), este definită conform ecuației (3), unde A_max este amplitudinea15 maximă iar A(x, y) este amplitudinea pixelului p_x,y de coordonate (x, y). Cu cât factorul de prag a) este mai mare cu atât zona mascată este mai mare.17 (ii) aplicarea derivatei spațiale de ordinul 2 (laplacian), în scopul de a sublinia contrastul local, care conține semnalul util19 (iii) filtrarea spațială a fluctuațiilor sursei de excitare și binarizarea imaginii (introducerea celui de-al doilea factor de prag b);21The mask, ie M _a (x, y), is defined according to equation (3), where A _max is the maximum amplitude15 and A(x, y) is the amplitude of the pixel p _x,y of coordinates (x, y). The higher the threshold factor a) is, the larger the masked area is.17 (ii) the application of the spatial derivative of the 2nd order (Laplacian), in order to emphasize the local contrast, which contains the useful signal19 (iii) the spatial filtering of fluctuations of the excitation source and image binarization (introduction of the second threshold factor b);21

Pentru a obține imaginea rezultată în urma binarizării, un al doilea factor de prag b(b > 1) a fost introdus. Operatorul Laplacian este aplicat imaginii de intrare rezultând 23 imaginea L² I_A(p_x, _y) = L² A(x, y). Imaginea rezultată în urma aplicării celui de-al doilea prag este dată de ecuația (4). 25To obtain the resulting image after binarization, a second threshold factor b(b > 1) was introduced. The Laplacian operator is applied to the input image resulting in the image L ² I _A (p _x , _y ) = L ² A(x, y). The image resulting from the application of the second threshold is given by equation (4). 25

X i^{1 if V 2 A (x}, y^{) χΦ} a ^(X, y) < ^A mi_n/b ₍₎ X i ^{1 if V 2 A (x} , y ^{) χΦ} a ^(X , y) < ^A _min /b ₍₎

Φ_δ (x, y) = i , l0 if V² A(x,y) ΧΦa(x,y) > A^/b unde A_min este valoarea minimă a expresiei L² A(x, y) χ M_a(x, y).Φ _δ (x, y) = i , l0 if V ² A(x,y) ΧΦa(x,y) > A^/b where A _min is the minimum value of the expression L ² A(x, y) χ M _a (x, y).

Cu cât factorul de prag b) este mai mare, cu atât sensibilitatea de detecție este mai31 mare dar și zgomotul este mai ridicat. Cu cât parametrul c este mai mare cu atât un număr mai mare de pixeli interconectați este considerat semnificativ pentru a forma o fisură.33 (iv) filtrarea imaginii rezultate prin introducerea celui de al treilea factor (c) care permite păstrarea unui număr minim de pixeli adiacenți.35The higher the threshold factor b), the higher the detection sensitivity but also the higher the noise. The larger the parameter c, the larger number of interconnected pixels is considered significant to form a crack.33 (iv) filtering the resulting image by introducing the third factor (c) that allows keeping a minimum number of pixels adjacent.35

Analiza imaginilor de fazăAnalysis of phase images

Etapele de prelucrare folosind imaginea de fază, sunt următoarele:37 (v) etapa de pre-procesare, (vi) etapa de detectare a marginilor bazată pe 2D Laplacianul imaginii și39 (vii) o procedură de rafinare bazată pe morfologia matematică pentru extragerea defectului de suprafață.41The processing steps using the phase image are as follows:37 (v) the pre-processing step, (vi) the edge detection step based on the 2D Laplacian of the image and39 (vii) a refinement procedure based on the mathematical morphology to extract the defect of surface.41

Preprocesarea presupune o procedură de normalizare și scalare a informației, urmată de o transformare liniară pe baza funcției tangentă hiperbolică (tanh). Rolul acestei 43 transformări neliniare este de îmbunătățire a imagnilor, și anume diminuare a fundalului și accentuare a informației utile în raport cu pragul k. Efectul rezultat este acela de intensificare 45 a informației de contur. Următorul pas din cadrul etapei de pre-procesare este o difuzie anisotropă pe bază de ecuații cu derivate parțiale (PDE) pentru eliminarea zgomotului și 47 accentuarea contururilor (fără a distruge informația legată de contur).Preprocessing involves a normalization and scaling procedure of the information, followed by a linear transformation based on the hyperbolic tangent (tanh) function. The role of this 43 non-linear transformation is to improve the images, i.e. diminishing the background and emphasizing the useful information in relation to the k-threshold. The resulting effect is to enhance 45 the contour information. The next step in the pre-processing step is an anisotropic diffusion based on partial differential equations (PDE) to remove noise and 47 enhance contours (without destroying the contour information).

Considerând imaginea pe nivele de gri obținută în urma pre-procesarii I^T ca imagine de intrare, în urma aplicării Laplacianului obținem o altă imaginie notată cu L(I^T). Valorile pixelilor imaginii rezultate sunt descrise de ecuația (5).Considering the gray level image obtained after I ^T pre-processing as an input image, after applying the Laplacian we obtain another image denoted by L(I ^T ). The pixel values of the resulting image are described by equation (5).

(5)(5)

Trecerile prin zero în cazul imaginii rezultate L(I^T) marchează contururile.Zero crossings in the case of the resulting image L(I ^T ) mark the contours.

Exemplu de realizareExample of realization

Imaginea obținută de la camera FLIR trebuie să fie corelată cu coordonatele corecte în care laserul expune proba testată. În acest scop înaintea fiecărei sesiuni de măsurare se face o calibrare a sistemului optic și a circuitului de control al oglinzilor. Prima secvență din program generează un set de coordonate pentru calibrare astfel; Interfața NI USB-6211 folosește cele două canale de ieșire AO0, AO1 pentru a genera câte o tensiune de comandă pentru fiecare canal x, y. Controlul electric al oglinzilor presupune comanda acestora în 4 cadrane, astfel că verificarea calibrării interfeței de comandă se rezumă la măsurarea tensiunii de 0 V pe fiecare axă. Valorile X = 0 V și Y = 0 V corespund punctului de coordonate 0,0 în planul probei de măsurat. Pentru început se generează coordonatele 0,0 pentru corelarea axei optice, cu echivalentul electric al poziției de origine mecanică a oglinzilor. În continuare, oglinzile sunt astfel controlate pe axele X-Y încât laserul să proiecteze un dreptunghi delimitat la colțuri printr-un punct luminos care delimitează câmpul optic al camerei FLIR. Coordonatele acestor puncte se pot controla interactiv de la panoul de comandă al programului în toate cele IV cadrane. Pentru a menține o vizibilitate bună a dreptunghiului de calibrare, pentru început intensitatea luminoasă a laserului nu este modulată iar viteza de eșantionare a semnalului la ieșirea interfeței de comandă este de 500 Hz.The image obtained from the FLIR camera must be correlated with the correct coordinates where the laser exposes the test sample. For this purpose, a calibration of the optical system and the mirror control circuit is done before each measurement session. The first sequence in the program generates a set of coordinates for calibration like this; The NI USB-6211 interface uses the two output channels AO0, AO1 to generate a control voltage for each x, y channel. The electrical control of the mirrors requires their control in 4 quadrants, so checking the calibration of the control interface boils down to measuring the voltage of 0 V on each axis. The values X = 0 V and Y = 0 V correspond to the coordinate point 0.0 in the plane of the sample to be measured. To begin with, the coordinates 0,0 are generated for the correlation of the optical axis, with the electrical equivalent of the mechanical origin position of the mirrors. Next, the mirrors are so controlled on the X-Y axes that the laser projects a rectangle bounded at the corners by a bright spot that delimits the optical field of the FLIR camera. The coordinates of these points can be controlled interactively from the control panel of the program in all IV quadrants. In order to maintain a good visibility of the calibration rectangle, initially the light intensity of the laser is not modulated and the sampling rate of the signal at the output of the control interface is 500 Hz.

Punctele de calibrare obținute pe suprafața probei și achiziționate cu ajutorul camerei FLIR sunt prezentate în fig. 1. Fig. 3 prezintă suprafața probei investigate în spectrul vizibil. Pentru calibrare s-a confecționat un eșantion opac din PVC care nu difuzează lumina. Pentru imaginea obținută în IR, se poate observa deplasarea centrului optic datorită acumulării erorilor de paralaxă. Reducerea erorilor de corelare între planul imaginii obținute de către camera FLIR, respectiv planul generat prin scanarea laserului, se face aplicând modelul matematic de corecție de paralaxă.The calibration points obtained on the sample surface and acquired with the FLIR camera are shown in fig. 1. Fig. 3 shows the surface of the investigated sample in the visible spectrum. An opaque PVC sample that does not diffuse light was made for calibration. For the image obtained in IR, the shift of the optical center can be observed due to the accumulation of parallax errors. The reduction of correlation errors between the plane of the image obtained by the FLIR camera, respectively the plane generated by scanning the laser, is done by applying the mathematical model of parallax correction.

Procesarea numerică are următoarele performanțe: corectează erorile de paralaxă apărute la nivelul întregului sistem optic și asigură conversia între sistemul de referință al planului camerei FLIR și planul în care se găsește proba de lucru. Imediat după marcarea cu câte o etichetă alocată coordonatelor pentru calibrare, laserul este poziționat la coordonate aflate în afara FOV a camerei FLIR pentru a evita supraîncălzirea probei.Numerical processing has the following performances: it corrects parallax errors occurring throughout the optical system and ensures the conversion between the reference system of the FLIR camera plane and the plane in which the work sample is located. Immediately after marking with a tag assigned to the coordinates for calibration, the laser is positioned at coordinates outside the FOV of the FLIR camera to avoid overheating the sample.

Punctele de interes de pe suprafața probei se marchează pentru a stabili traiectoria pe care fasciculul laser va explora suprafața. Un exemplu de scanare dinamică a suprafeței de interes este redat în fig. 4. Detaliile constructive ale suportului de probă și ale suportului de oglinzi sunt prezentate în fig. 5.Points of interest on the sample surface are marked to establish the path along which the laser beam will explore the surface. An example of dynamic scanning of the surface of interest is shown in fig. 4. The construction details of the sample holder and the mirror holder are shown in fig. 5.

Programul care gestionează camera FLIR permite salvarea punctelor marcate într-un fișier de tip txt. Acest fișier este ulterior citit de către aplicația scrisă în LabView pentru a introduce în mod automat corecțiile menționate mai sus. Performanța blocului de corecție pentru un set de coordonate reale este prezentată în fig. 6. Se evidențiază corelația perfectă în raport cu fig. 2 respectiv 3. Punctul marcat în roșu indică poziția centrului optic. Deplasarea simetrică de pe axa Y se datorează inversiunii imaginii camerei FLIR.The program that manages the FLIR camera allows saving the marked points in a txt file. This file is later read by the application written in LabView to automatically insert the corrections mentioned above. The performance of the correction block for a set of real coordinates is shown in fig. 6. The perfect correlation in relation to fig. 2 and 3 respectively. The point marked in red indicates the position of the optical center. The symmetrical displacement on the Y-axis is due to the inversion of the FLIR camera image.

Prelucrare de imagini 1Image processing 1

Interfețele dentare au fost analizate utilizând procedurile de aliniere și de prelucrare de imagini descrise mai sus. Camera de termoviziune utilizată este de tip FLIR 7200, având 3 o matrice de 256 x 320 detectori cuantici de InSb sensibili în intervalul 1,5 pm - 5,1 pm, o sensibilitate în temperatura de 25 mK și distanță focală a obiectivului tip G1 de 30 mm. 5 Frecvența de achiziție a camerei a fost de 100 Hz. Frecvența de excitare a radiației laser (laser Nd: Y/AG , P = 50 mW și 8 = 532 nm) a fost f = 0,5 Hz. Radiația laser a fost focalizată 7 în vecinătatea interfeței restaurate astfel încât aceasta să se găsească în zona de difuzie a căldurii, pentru a obține informații legate de eventualele discontinuități (microgapuri) 9 localizate la interfață.The tooth interfaces were analyzed using the alignment and image processing procedures described above. The thermal imaging camera used is a FLIR 7200 type, having 3 an array of 256 x 320 InSb quantum detectors sensitive in the range 1.5 pm - 5.1 pm, a temperature sensitivity of 25 mK and a focal length of the G1 type lens of 30 mm. 5 The acquisition rate of the camera was 100 Hz. The excitation frequency of the laser radiation (Nd: Y/AG laser, P = 50 mW and δ = 532 nm) was f = 0.5 Hz. The laser radiation was focused 7 in the vicinity of the restored interface so that it is in the heat diffusion zone, in order to obtain information related to possible discontinuities (microgaps) 9 located at the interface.

Rezultatele analizei de imagini sunt reprezentate în fig. 7 și 8. 11The results of the image analysis are represented in fig. 7 and 8. 11

Pe lângă discontinuitatea detectată la interfața material de umplutură-dentină pornind de la imaginea de amplitudine (fig. 7b), se observă în imaginea de fază prezența unor 13 discontinuități foarte fine localizate la interfața material de umplutură-smalț (fig. 8d) Acest lucru semnifică faptul că imaginea de fază este mai sensibilă decât imaginea de amplituduine 15 în detectarea microgapurilor.In addition to the discontinuity detected at the filling material-dentin interface starting from the amplitude image (fig. 7b), the presence of 13 very fine discontinuities located at the filling material-enamel interface can be observed in the phase image (fig. 8d) This means that the phase image is more sensitive than the amplitude image 15 in detecting microgaps.

BibliografieBibliography

[1] Meriwether L.A., Blen B.J., Benson J.H., Hatch R.H., Tantbirojn D., Versluis A., Shrinkage stress compensation in composite-restored teeth: Relaxation or hygroscopic 21 expansion, Dental Materials, vol. 29, Issue: 5, pp. 573-579, (2013).[1] Meriwether L.A., Blen B.J., Benson J.H., Hatch R.H., Tantbirojn D., Versluis A., Shrinkage stress compensation in composite-restored teeth: Relaxation or hygroscopic 21 expansion, Dental Materials, vol. 29, Issue: 5, pp 573-579, (2013).

[2] Tuncer D., Celik C., Cehreli S.B. et al.: Comparison of microleakage of a multi- 23 mode adhesive system with contemporan/adhesives in class II resin restorations, Journal of Adhesion Science and Technology, vol. 28, pp. 1288-1297, (2014). 25[2] Tuncer D., Celik C., Cehreli S.B. et al.: Comparison of microleakage of a multi-23 mode adhesive system with contemporary/adhesives in class II resin restorations, Journal of Adhesion Science and Technology, vol. 28, pp. 1288-1297, (2014). 25

[3] Zhang Y., Yu Q., Wang Y., Non-thermal atmospheric plasmas in dental restoration: Improved resin adhesive penetration, Journal of Dentistry, vol. 42, pp 1033-1042, 27 (2014).[3] Zhang Y., Yu Q., Wang Y., Non-thermal atmospheric plasmas in dental restoration: Improved resin adhesive penetration, Journal of Dentistry, vol. 42, pp 1033-1042, 27 (2014).

[4] Kim R.J.Y., Choi N.S., Ferracane J., Lee I. B.: Acoustic emission analysis of the29 effect of simulated pulpal pressure and cavity type on the tooth-composite interfacial debonding, Dental Materials, vol. 30, pp. 876-883, (2014).31[4] Kim R.J.Y., Choi N.S., Ferracane J., Lee I.B.: Acoustic emission analysis of the29 effect of simulated pulpal pressure and cavity type on the tooth-composite interfacial debonding, Dental Materials, vol. 30, pp. 876-883, (2014).31

[5] B.B. Lahiri, S. Bagavathiappan,T. Jayakumar, John Philip, Medical applications of infrared thermography: A review, Infrared Physics & Technology, 55, pp. 221-235, (2012). 33[5] B.B. Lahiri, S. Bagavathiappan, T. Jayakumar, John Philip, Medical applications of infrared thermography: A review, Infrared Physics & Technology, 55, pp. 221-235, (2012). 33

[6] Sertac Aksakalli, Abdullah Demir, Murat Selek, Sakir Tasdemir: Temperature increase during orthodontic bonding with different curing units using an infrared camera, Acta35[6] Sertac Aksakalli, Abdullah Demir, Murat Selek, Sakir Tasdemir: Temperature increase during orthodontic bonding with different curing units using an infrared camera, Acta35

Odontologica Scandinavica (doi: 10.3109/00016357.2013.794954), (2013).Odontologica Scandinavica (doi: 10.3109/00016357.2013.794954), (2013).

[7] Gomes M., Devito-Moraes A., Francei C., Moraes R., Pereira T., Froes-Salgado 37 N., Yamazaki L., Silva L., Zezell D., Temperature Increase at the Light Guide Tip of 15 Contemporary LED Units and Thermal Variation at the Pulpal Floor of Cavities: An Infrared 39[7] Gomes M., Devito-Moraes A., Francei C., Moraes R., Pereira T., Froes-Salgado 37 N., Yamazaki L., Silva L., Zezell D., Temperature Increase at the Light Guide Type of 15 Contemporary LED Units and Thermal Variation at the Pulpal Floor of Cavities: An Infrared 39

Thermographic Analysis. Dentistry, vol. 38, no.3, pp 324-33, (2013).Thermographic Analysis. Dentistry, vol. 38, no. 3, pp 324-33, (2013).

[8] Gu, Ja-Uk; Choi, Nak-Sam; NDE of the Internai hole defect of Dental composite 41 restoration using infared lock-in thermography, Journal of the Korean Society for Nondestructive Testing, vol. 33, pp 40-45, (2013). 43[8] Gu, Ja-Uk; Choi, Nak-Sam; NDE of the Internal hole defect of Dental composite 41 restoration using infrared lock-in thermography, Journal of the Korean Society for Nondestructive Testing, vol. 33, pp 40-45, (2013). 43

[9] Gu, Ja-Uk; Choi, Nak-Sam: Evaluation of Delamination of Dental Composite Restoration using Infrared Lock-in Thermography, Composite Research, vol. 25, 45 pp. 236-240, (2012).[9] Gu, Ja-Uk; Choi, Nak-Sam: Evaluation of Delamination of Dental Composite Restoration using Infrared Lock-in Thermography, Composite Research, vol. 25, 45 pp. 236-240, (2012).

[10] M. Streza &al.: Lock-in thermography, penetrant inspection and scanning 47 electron microscopy forquantitative evaluation of open micro-cracks at the tooth-restoration interface, J. Phys. D: Appl. Phys, vol. 48, pp. 105401 (2015). 49[10] M. Streza &al.: Lock-in thermography, penetrant inspection and scanning 47 electron microscopy for quantitative evaluation of open micro-cracks at the tooth-restoration interface, J. Phys. D: Appl. Phys, vol. 48, pp. 105401 (2015). 49

[11] A. Mandelis & al.: Novel dental depth profilometric imaging using simultaneus frequency-domain infrared photothermal radiometry and laser luminescence, Proceeding ofSPIE, vol. 3916, pp.130, (2000).[11] A. Mandelis & al.: Novel dental depth profilometric imaging using simultaneous frequency-domain infrared photothermal radiometry and laser luminescence, Proceeding ofSPIE, vol. 3916, pp.130, (2000).

[12] A. Matvienko, R. Jeon, A. Mandelis, S. H. Abrams, B. T. Amaechi: Photothermal detection of Incipient Dental Caries: Experimental and Modeling, Proc. of SPIE, vol. 6759 67590J-1, (2007).[12] A. Matvienko, R. Jeon, A. Mandelis, S. H. Abrams, B. T. Amaechi: Photothermal detection of Incipient Dental Caries: Experimental and Modeling, Proc. of SPIE, vol 6759 67590J-1, (2007).

[13] R. J. Jeon, A. Mandelis, V. Sanchez, and S. H. Abrams: Non-intrusive, noncontacting frequency-domain photothermal radiometry and luminescence depth profilometry of natural carious and artificial sub-surface lesions în human teeth, Journal of Biomedical Optics, vol. 9, no. 4, pp. 804-819, (2004).[13] R. J. Jeon, A. Mandelis, V. Sanchez, and S. H. Abrams: Non-intrusive, noncontacting frequency-domain photothermal radiometry and luminescence depth profilometry of natural carious and artificial sub-surface lesions in human teeth, Journal of Biomedical Optics, vol. 9, no. 4, pp. 804-819, (2004).

[14] A. Matvienko, A. Mandelis, R. J. Jeon, and S. H. Abrams: Theoretical analysis of coupled diffuse-photon-density and thermal-wave field depth profiles photothermally generated în layered turbid dental structures, Journal of Applied Physics, vol. 105, no. 10, p. 102022, (2009).[14] A. Matvienko, A. Mandelis, R. J. Jeon, and S. H. Abrams: Theoretical analysis of coupled diffuse-photon-density and thermal-wave field depth profiles photothermally generated in layered turbid dental structures, Journal of Applied Physics, vol. 105 , no. 10, p. 102022, (2009).

[15] R. J. Jeon et al.: In vitro detection and quantification of enamel and root caries using infrared photothermal radiometry and modulated luminescence, Journal of Biomedical Optics, vol. 13, no. 3, p. 034025, (2008).[15] R. J. Jeon et al.: In vitro detection and quantification of enamel and root caries using infrared photothermal radiometry and modulated luminescence, Journal of Biomedical Optics, vol. 13, no. 3, p. 034025, (2008).

[16] R. J. Jeon, C. Han, A. Mandelis, V. Sanchez, and S. Abrams: Diagnosis of Pit & Fissure Caries using Frequency-Domain Infrared Photothermal Radiometry and Modulated Laser Luminescence, Caries Research, vol. 38, no. 6, pp. 497-513, (2004).[16] R. J. Jeon, C. Han, A. Mandelis, V. Sanchez, and S. Abrams: Diagnosis of Pit & Fissure Caries using Frequency-Domain Infrared Photothermal Radiometry and Modulated Laser Luminescence, Caries Research, vol. 38, no. 6, pp. 497-513, (2004).

[17] N. Tabatabaei, A. Mandelis, M. Dehghany, K. H. Michaelian, and B. T. Amaechi, On the sensitivity of Thermophotonic Lock-ln Imaging and Polarized Raman Spectroscopy to early dental caries diagnosis, Journal of Biomedical Optics 17, p. 02502, (2012).[17] N. Tabatabaei, A. Mandelis, M. Dehghany, K. H. Michaelian, and B. T. Amaechi, On the sensitivity of Thermophotonic Lock-ln Imaging and Polarized Raman Spectroscopy to early dental caries diagnosis, Journal of Biomedical Optics 17, p. 02502 , (2012).

[18] Harvey Rhody, Chester F. Carison, Geometric Image Transformation, Rochester Institute of Technology, 2005.[18] Harvey Rhody, Chester F. Carison, Geometric Image Transformation, Rochester Institute of Technology, 2005.

[19] National Instruments, DAQ M Series, NI USB-621x User Manual, 2009.[19] National Instruments, DAQ M Series, NI USB-621x User Manual, 2009.

[20] THORLABS, User guide for GVSx01 and GVSx02, Scanning Glavo Systems, 2015.[20] THORLABS, User guide for GVSx01 and GVSx02, Scanning Glavo Systems, 2015.

Claims

Claim 1

Image analysis method for identifying microcracks that appear at the interface3 between a filling material and dental tissue, based on the use of synchronous detection thermography, which analyzes amplitude images and phase images, characterized by5 that it consists of:

- creating a mask on an image of amplitude I _A(x , _y) that hides an area irradiated7 with laser, the area directly proportional to a threshold factor a);

- improving the contrast on the resulting image using a Laplacian operator; 9

- establishing the detection sensitivity using a threshold b), determining a binary image in which the pixels corresponding to micro-cracks but also surface defects are marked;

- establishing micro-cracks on the amplitude image based on a minimum number of adjacent pixels represented by a threshold c) 13;

- applying a normalization procedure and a linear transformation based on the hyperbolic tangent function on a phase image I _F(x , _y) followed by an anisotropic diffusion to accentuate the micro-cracks; 17

- locating micro-cracks together with surface defects on the phase image by determining the zero crossings of the Laplace transform applied to the phase image; 19

- determination of micro-cracks by eliminating the areas corresponding to surface defects using the morphological erosion operation with a structural element of maximum size 21 of the surface defects.