Denne undersøgelse præsenterer en halvautomatisk digital billedanalyseprocedure til planimetrisk kvantificering af afsløret tandplak baseret på billeder erhvervet med et intraoralt fluorescenskamera. Metoden muliggør hurtig og pålidelig kvantificering af plak i forskningsmiljøet.
Akkumulering af tandplak kvantificeres ved hjælp af kliniske indekser eller ellers det planimetriske plakindeks (PPI), som måler det relative areal af en tand, der er dækket af plakaflejringer. Sammenlignet med kliniske indekser har PPI en højere diskriminerende effekt, men traditionel planimetry er en tidskrævende analyse, da de plakdækkede og rene tandområder skal bestemmes manuelt for hvert billede ved hjælp af billedbehandlingssoftware. Her præsenterer vi en metode til halvautomatisk planimetrisk kvantificering af tandplak, som muliggør hurtig behandling af op til 1.000 billeder samtidigt. Metoden udnytter den forstærkede kontrast mellem afsløret plak, lydtandoverflader og blødt væv i fluorescensbilleder erhvervet med et intraoralt kamera. Omhyggelig udførelse af de kliniske procedurer og nøjagtig billedoptagelse er afgørende skridt for en vellykket semi-automatiseret identifikation af de plakdækkede områder. Metoden er velegnet til planimetry på sunde ansigts- og orale tandoverflader, på de fleste kompositharpiksrestaureringer og på tænder med ortodontiske beslag, men ikke på metalliske restaureringer. Sammenlignet med traditionelle PPI-optagelser reducerer halvautomatiseret planimetry betydeligt den tid, der bruges på analysen, såvel som det subjektive menneskelige input, hvilket øger reproducerbarheden af planimetriske målinger.
Kvantificeringen af plak i forskningsmiljøet sker enten ved hjælp af kliniske indekser eller på anden måde ved registrering af det planimetriske plakindeks (PPI)1. Kliniske indekser, såsom Turesky-modificeret Quigley-Hein-plakindeks, er afhængige af den visuelle vurdering af plakdækning af en operatør og den efterfølgende tildeling af en score på en ordinær skala2. Mens scoringen er hurtig, kræver brugen af kliniske indekser besværlig inter-eksaminator og intra-eksaminator kalibrering, og bedømmelsen lider altid af en vis grad af subjektivitet 3,4,5. Da antallet af scoringer desuden er begrænset, kan kliniske indekser muligvis ikke detektere relevante forskelle i plakdækning6.
For planimetriske optagelser bestemmes omfanget af plakdækning på digitale billeder ved at dividere det plakdækkede område med det samlede areal af tandoverfladen7. Brugen af en kontinuerlig skala øger nøjagtigheden og viser høj diskriminerende kraft i statistisk analyse 8,9,10. Desuden kan man argumentere for, at planimetry er mindre subjektivt, da indekset beregnes og ikke estimeres af eksaminator11. Traditionelt er plakdækkede og samlede tandområder blevet bestemt manuelt for PPI-optagelser ved at tegne interesseområder i hvert billede ved hjælp af billedbehandlingssoftware 7,12. Derfor var planimetrisk analyse tidligere meget tidskrævende, hvilket reducerede dens anvendelighed til større kliniske studier6.
På traditionelle billeder med hvidt lys er kontrasten mellem plakdækkede områder, rene tandområder og det omgivende væv svag, og dermed hæmmes automatiseret billedbehandling, som typisk er afhængig af intensitetsbaseret detektion af objekter, alvorligt13,14. Billeder, der er erhvervet med et fluorescenskamera, viser en signifikant forbedret kontrast mellem afsløret plak, rene tænder, der automatisk fluorescerer stærkt i det grønne spektrum, og ikke-fluorescerende blødt væv1.
Her præsenterer vi en metode til halvautomatisk planimetry, der i høj grad reducerer den tid, der bruges på billedanalyse sammenlignet med traditionelle PPI-optagelser. Metoden anvender standard afsløringsprocedurer, et kommercielt tilgængeligt fluorescenskamera og et gratis billedanalyse. De parametre, der er vigtige for billedoptagelse og billedanalyse, samt typiske fejl og begrænsninger ved metoden, diskuteres.
Den præsenterede metode til semi-automatiseret planimetry baseret på fluorescensbilleder udgør en forbedring af plakkvantificering på sunde tandoverflader i forskningsmiljøet sammenlignet med traditionel planimetry20. Halvautomatisk planimetry giver mulighed for samtidig bestemmelse af PPI i op til 1.000 billeder ved hjælp af en forudbestemt efterbehandlingsalgoritme. Dermed er metoden betydeligt mere tidseffektiv end konventionel planimetry, hvor de samlede tandområder og plakdækkede områder bestemmes manuelt ved at tegne interesseområder i et billedbehandlingsprogram 7,12. Derudover reduceres omfanget af menneskelig vurdering i billedanalysen til valget af en lysstyrketærskel for billedsegmentering. Derved behandles alle billederne ens, og eksaminatorsubjektivitetens indflydelse reduceres kraftigt11.
De kritiske trin i protokollen er overvejende relateret til de kliniske procedurer, som skal udføres på en meget standardiseret måde for optimal billedkvalitet. Den afslørende opløsning skal påføres forsigtigt og ensartet, og billederne skal erhverves lige efter skylning og lufttørring for at undgå udvaskning af farvestoffet og dermed tab af billedkontrast. Desuden skal tandkødsblødning undgås, da hæmoglobin kan forbedre den registrerede fluorescens i den røde kanal19. Billedoptagelsen skal udføres med rumlyset dæmpet for at reducere interferensen af omgivende lys, og patienterne skal åbne munden tilstrækkeligt, så antagonisttænderne ikke vises på billederne. Kamerahovedet skal placeres vinkelret på tandaksen for at undgå at fange en del af den okklusale overflade og kontralaterale tænder.
Artefakter, der skyldes suboptimal billedoptagelse, kan – i de fleste tilfælde – fjernes under billedanalysen, dog på bekostning af en betydeligt øget behandlingstid. Nogle artefakter, der genkendes som objekter under segmentering, kan ryddes ved simpel sletning i objekteditoren. Hvis artefakter flyder sammen med de områder, der genkendes som plak, skal de resulterende objekter opdeles i objekteditoren, før de fjernes. I ekstreme tilfælde kan operatøren være nødt til at vende tilbage til den manuelle bestemmelse af de rene tand- og plakdækkede områder ved at tegne områder af interesse i softwaren. Hvis alle de kliniske procedurer udføres nøjagtigt, består operatørens eneste subjektive input under billedanalysen i at bestemme afskæringsværdierne for de tærskelbaserede segmenteringer. Generelt er de plakdækkede og rene tandområder veldefinerede på billederne, men det skal nævnes, at små forskelle i de valgte tærskler påvirker de beregnede PPI-værdier, omend i relativt lav grad. Da alle billeder, der er erhvervet til en bestemt undersøgelse, kan segmenteres med identiske tærskler, påvirker det subjektive valg af afskæringsværdier ikke forskellene mellem behandlingen eller patientgrupperne.
Ligesom manuel planimetry er halvautomatisk planimetry ikke egnet til langsgående optagelser af plaqueopbygning på grund af brugen af en afslørende opløsning. Erythrosin kan forstyrre biofilmvækst gennem en antibakteriel aktivitet21,22,23, men vigtigst af alt kræver den fremtrædende plet professionel plakfjernelse, før patienten sendes hjem. Den beskrevne metode kan dog anvendes til regelmæssig kvantificering af sædvanlige plakniveauer i klinikken. En anden begrænsning af halvautomatisk planimetry opstår på grund af størrelsesforskellene mellem individuelle tænder. Selvom afstanden mellem kameraet og tandoverfladen og dermed synsfeltets størrelse kan standardiseres, kan de erhvervede billeder omfatte dele af nabotænderne. Disse kan ikke fjernes ved en batchoperation, men kun ved manuel beskæring af billederne under analysen. Mens halvautomatisk planimetry er passende til kvantificering af supragingival plaque og calculus24 på sunde tandoverflader, skal fremtidigt arbejde bestemme, hvordan den beskrevne metode påvirkes af udviklingsdefekter25, kaviterede og ikke-kaviterede karieslæsioner samt alvorlig plet.
Afslutningsvis er halvautomatisk planimetry en metode, der muliggør hurtig og pålidelig kvantificering af plakarealdækning ved hjælp af et fluorescenskamera. Det kan anvendes i kliniske forsøg, der vurderer de novo plaquedannelse i forskellige patientgrupper eller effekten af forskellige behandlingsregimer på fjernelse af plak.
The authors have nothing to disclose.
Forfatterne takker Dirk Leonhardt for hans fremragende hjælp til additiv fremstilling af de specialfremstillede afstandsstykker. Lene Grønkjær, Javier E. Garcia, Charlotte K. Vindbjerg og Sussi B. Eriksen anerkendes for deres tekniske support under undersøgelsen. Forfatterne vil også gerne takke Matthias Beck for teknisk support til brugen af fluorescenskameraet og Mette R. Jørgensen for frugtbare diskussioner.
3D Sprint Basic | 3D systems | Additive manufacturing software | |
5% erythrosine; Top Dent Rondell Röd | Top Dent Lifco Dental AB | 6327 | Disclosing solution |
D1000 lab scanner | 3 Shape | Lab scanner used to scan the camera head | |
DBSWIN 5.17.0 | Dürr Dental | Software for VistaCam | |
Digital image analysis in microbial ecology (Daime), version 2.2.2 | Freeware for image analysis | ||
LC-3D Print Box | NextDent | Polymerization unit | |
Meshmixer 3.5 | Autodesk | Freeware for designing custom-made spacer | |
NextDent 5100 | 3D systems | 3D-printer | |
NextDent Ortho IBT | 3D systems | Material for spacer | |
Ultrasound bath T660/H | Elma Schmidbauer GmbH | ||
VistaCam iX HD Smart intraoral camera | Dürr Dental | Coupled with a fluorescence camera head |