В этом исследовании представлена полуавтоматическая процедура анализа цифровых изображений для контурного количественного определения выявленного зубного налета на основе изображений, полученных с помощью интраоральной флуоресцентной камеры. Этот метод позволяет быстро и надежно количественно определить зубной налет в исследовательской среде.
Накопление зубного налета количественно определяется с использованием клинических индексов или, в противном случае, контурного индекса зубного налета (PPI), который измеряет относительную площадь зуба, покрытую отложениями зубного налета. По сравнению с клиническими показателями, ИПП обладает более высокой дискриминационной способностью, но традиционная планиметрия является трудоемким анализом, так как покрытые зубным налетом и чистые участки зубов должны определяться вручную для каждого изображения с помощью программного обеспечения для обработки изображений. Здесь мы представляем метод полуавтоматического контурного количественного определения зубного налета, который позволяет быстро обрабатывать до 1000 изображений одновременно. Метод использует усиленный контраст между обнаруженным зубным налетом, звуковыми поверхностями зубов и мягкими тканями на флуоресцентных изображениях, полученных с помощью интраоральной камеры. Тщательное выполнение клинических процедур и получение точных изображений являются важными шагами для успешной полуавтоматической идентификации областей, покрытых зубным налетом. Метод подходит для планиметрии на здоровых поверхностях лицевых и ротовых зубов, на большинстве реставраций из композитных смол и на зубах с ортодонтическими брекетами, но не на металлических реставрациях. По сравнению с традиционными записями PPI, полуавтоматическая планиметрия значительно сокращает количество времени, затрачиваемого на анализ, а также субъективный вклад человека, тем самым повышая воспроизводимость контурных измерений.
Количественная оценка зубного налета в исследовательской среде выполняется либо с использованием клинических индексов, либо, в противном случае, путем записи контурного индекса зубного налета (ИПП)1. Клинические показатели, такие как модифицированный Турески индекс бляшек Куигли-Хейна, основаны на визуальной оценке покрытия бляшек оператором и последующем присвоении балла по порядковой шкале2. Несмотря на то, что оценка происходит быстро, использование клинических показателей требует кропотливой межэкзаменаторской и внутриэкзаменаторской калибровки, а рейтинг всегда страдает определенной степенью субъективности 3,4,5. Более того, поскольку количество баллов ограничено, клинические показатели могут не обнаруживать существенных различий в покрытии бляшками6.
Для контурных записей степень покрытия зубным налетом определяют на цифровых снимках путем деления площади, покрытой зубным налетом, на общую площадь поверхности зуба7. Использование непрерывной шкалы повышает точность и показывает высокую дискриминационную силу в статистическом анализе 8,9,10. Более того, можно возразить, что планиметрия менее субъективна, так как индекс рассчитывается, а не оценивается экзаменатором11. Традиционно покрытые зубным налетом и общие площади зубов определялись вручную для записи PPI путем рисования областей, представляющих интерес на каждом изображении, с помощью программного обеспечения для обработки изображений 7,12. Следовательно, контурный анализ ранее занимал очень много времени, что снижало его применимость для более крупных клинических исследований6.
На традиционных изображениях в белом свете контраст между областями, покрытыми зубным налетом, чистыми участками зубов и окружающими тканями слабый, и, таким образом, автоматизированная обработка изображений, которая обычно основана на обнаружении объектов на основе интенсивности, сильно затруднена13,14. Изображения, полученные с помощью флуоресцентной камеры, показывают значительно улучшенный контраст между выявленным зубным налетом, чистыми зубами, которые сильно флуоресцируют в зеленом спектре, и нефлуоресцентными мягкими тканями1.
Здесь мы представляем метод полуавтоматической планиметрии, который значительно сокращает время, затрачиваемое на анализ изображений, по сравнению с традиционными записями PPI. В методе используются стандартные процедуры раскрытия, коммерчески доступная флуоресцентная камера и бесплатное программное обеспечение для анализа изображений. Обсуждаются параметры, важные для получения и анализа изображений, а также типичные ошибки и ограничения метода.
Представленный метод полуавтоматической планиметрии на основе флуоресцентных изображений представляет собой улучшение количественного определения зубного налета на звуковых поверхностях зубов в исследовательской среде по сравнению с традиционной планиметрией20. Полуавтоматическая планиметрия позволяет одновременно определять PPI на 1000 изображениях с использованием заранее определенного алгоритма постобработки. Таким образом, метод значительно более эффективен по времени, чем обычная планиметрия, где общие площади зубов и области, покрытые зубным налетом, определяются вручную путем рисования интересующих областей в программном обеспечении для обработки изображений 7,12. Кроме того, степень человеческого суждения при анализе изображений сводится к выбору порога яркости для сегментации изображения. Таким образом, все изображения обрабатываются одинаково, и влияние субъективности экзаменатора значительно снижается11.
Критические шаги в протоколе в основном связаны с клиническими процедурами, которые должны выполняться строго стандартизированным образом для оптимального качества изображения. Раскрывающий раствор должен наноситься аккуратно и равномерно, а изображения должны быть получены сразу после ополаскивания и сушки на воздухе, чтобы избежать вымывания красителя и, следовательно, потери контрастности изображения. Кроме того, следует избегать кровотечения из десен, поскольку гемоглобин может усиливать зарегистрированную флуоресценцию в красном канале19. Захват изображения должен выполняться при приглушенном освещении комнаты, чтобы уменьшить помехи окружающего света, и пациенты должны достаточно открывать рот, чтобы зубы-антагонисты не появлялись на изображениях. Головка камеры должна быть расположена перпендикулярно оси зуба, чтобы избежать захвата части окклюзионной поверхности и контралатеральных зубов.
Артефакты, возникающие в результате неоптимального получения изображения, в большинстве случаев могут быть удалены во время анализа изображения, хотя и за счет значительно увеличенного времени обработки. Некоторые артефакты, распознаваемые как объекты во время сегментации, можно очистить простым удалением в редакторе объектов. Если артефакты сливаются с областями, распознанными как бляшка, полученные объекты должны быть разделены в редакторе объектов перед удалением. В крайних случаях оператору, возможно, придется вернуться к ручному определению чистых зубов и покрытых зубным налетом участков, рисуя интересующие области в программном обеспечении. Если все клинические процедуры выполняются точно, единственный субъективный ввод оператора во время анализа изображения состоит в определении значений среза для сегментации на основе порога. Как правило, покрытые зубным налетом и чистые участки зубов четко определены на изображениях, но следует отметить, что небольшие различия в выбранных пороговых значениях действительно влияют на расчетные значения ИПП, хотя и в относительно низкой степени. Поскольку все изображения, полученные для конкретного исследования, могут быть сегментированы с одинаковыми пороговыми значениями, субъективный выбор пороговых значений не влияет на различия между группами лечения или пациентами.
Так же, как и ручная планиметрия, полуавтоматическая планиметрия не подходит для продольной регистрации накопления зубного налета из-за использования раскрывающего раствора. Эритрозин может препятствовать росту биопленки за счет антибактериальной активности21,22,23, но самое главное, заметное пятно требует профессионального удаления зубного налета перед отправкой пациента домой. Тем не менее, описанный метод может быть использован для регулярной количественной оценки привычных уровней бляшек в клинике. Еще одно ограничение полуавтоматической планиметрии возникает из-за различий в размерах между отдельными зубами. Хотя расстояние между камерой и поверхностью зуба и, следовательно, размер поля зрения могут быть стандартизированы, полученные изображения могут включать части соседних зубов. Они не могут быть удалены пакетной операцией, а только путем ручной обрезки изображений во время анализа. В то время как полуавтоматическая планиметрия подходит для количественной оценки наддесневого налета и зубного камня24 на здоровых поверхностях зубов, в будущих работах необходимо будет определить, как на описанный метод влияют дефектыразвития 25, кавитированные и некавитационные кариозные поражения, а также сильное окрашивание.
В заключение, полуавтоматическая планиметрия – это метод, который позволяет быстро и надежно количественно определить площадь бляшек с помощью флуоресцентной камеры. Он может быть использован в клинических испытаниях, которые оценивают образование зубного налета de novo у разных групп пациентов или влияние различных схем лечения на удаление зубного налета.
The authors have nothing to disclose.
Авторы благодарят Дирка Леонхардта за его превосходную помощь в аддитивном производстве прокладок, изготовленных по индивидуальному заказу. Лене Гронкьер, Хавьер Э. Гарсия, Шарлотта К. Виндбьерг и Сусси Б. Эриксен благодарны за техническую поддержку во время исследования. Авторы также хотели бы поблагодарить Маттиаса Бека за техническую поддержку в использовании флуоресцентной камеры и Метте Р. Йоргенсен за плодотворные обсуждения.
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 |