Summary
מחקר זה מציג הליך ניתוח תמונה דיגיטלי חצי אוטומטי לכימות פלנימטרי של רובד דנטלי חשוף בהתבסס על תמונות שנרכשו במצלמת פלואורסצנטיות אינטרה-אוראלית. השיטה מאפשרת כימות מהיר ואמין של פלאק דנטלי בסביבת המחקר.
Abstract
הצטברות פלאק דנטלי מכומתת באמצעות מדדים קליניים או, אחרת, מדד פלאק פלנימטרי (PPI), המודד את השטח היחסי של שן המכוסה על ידי משקעי פלאק. בהשוואה למדדים קליניים, ל- PPI יש כוח הבחנה גבוה יותר, אך פלנימטריה מסורתית היא ניתוח הגוזל זמן, מכיוון שיש לקבוע ידנית את אזורי השיניים המכוסים בפלאק ונקיים עבור כל תמונה באמצעות תוכנת עיבוד תמונה. כאן אנו מציגים שיטה לכימות פלנימטרי חצי אוטומטי של פלאק דנטלי, המאפשר עיבוד מהיר של עד 1,000 תמונות בו זמנית. השיטה מנצלת את הניגודיות המשופרת בין פלאק חשוף, משטחי שן קול ורקמות רכות בתמונות פלואורסצנטיות שנרכשו במצלמה אינטרה-אוראלית. ביצוע קפדני של ההליכים הקליניים ורכישת תמונה מדויקת הם צעדים חיוניים לזיהוי חצי אוטומטי מוצלח של האזורים המכוסים בפלאק. השיטה מתאימה לפלנימטריה על משטחי שיניים תקינים בפנים ובפה, ברוב שחזורי השרף המרוכבים, ועל שיניים עם סוגריים אורתודונטיים, אך לא על שחזורים מתכתיים. בהשוואה להקלטות PPI מסורתיות, פלנימטריה חצי-אוטומטית מפחיתה במידה ניכרת את משך הזמן המושקע בניתוח, כמו גם את הקלט האנושי הסובייקטיבי, ובכך מגדילה את יכולת השחזור של מדידות פלנימטריות.
Introduction
כימות הרובד הדנטלי בסביבת המחקר מתבצע באמצעות מדדים קליניים או, אחרת, על ידי רישום מדד הרובד הפלנימטרי (PPI)1. מדדים קליניים, כגון מדד רובד קוויגלי-היין (Quigley-Hein plaque index) של טורסקי, מסתמכים על הערכה חזותית של כיסוי פלאק על ידי מפעיל ועל הקצאה עוקבת של ציון בסולם סודר2. בעוד שהציון מהיר, השימוש במדדים קליניים דורש כיול מייגע של בין בודקים ותוך בודקים, והדירוג תמיד סובל ממידה מסוימת של סובייקטיביות 3,4,5. יתר על כן, מכיוון שמספר הציונים מוגבל, המדדים הקליניים עלולים שלא לזהות הבדלים רלוונטיים בכיסוי הפלאק6.
עבור רישומים פלנימטריים, מידת כיסוי הפלאק נקבעת בתמונות דיגיטליות על ידי חלוקת האזור המכוסה פלאק בשטח הכולל של משטח השן7. השימוש בסולם רציף מגביר את הדיוק ומראה כוח הבחנה גבוה בניתוח סטטיסטי 8,9,10. יתר על כן, ניתן לטעון כי הפלנימטריה פחות סובייקטיבית, שכן המדד מחושב ולא מוערך על ידי הבוחן11. באופן מסורתי, אזורי השן המכוסים בפלאק ובסך הכל נקבעו באופן ידני עבור רישומי PPI על ידי ציור אזורי עניין בכל תמונה באמצעות תוכנת עיבוד תמונה 7,12. כתוצאה מכך, ניתוח פלנימטרי היה בעבר גוזל זמן רב, מה שהפחית את תחולתו למחקרים קליניים גדולים יותר6.
בתמונות מסורתיות של אור לבן, הניגוד בין אזורים מכוסים פלאק, אזורי שיניים נקיים והרקמות הסובבות הוא קלוש, ולכן עיבוד תמונה אוטומטי, המסתמך בדרך כלל על זיהוי מבוסס עוצמה של אובייקטים, נפגע קשות13,14. תמונות המתקבלות באמצעות מצלמה פלואורסצנטית מראות ניגודיות משופרת משמעותית בין פלאק שנחשף, שיניים נקיות הפולטות פלואורסצנטיות חזקות בספקטרום הירוק, ורקמות רכות שאינן פלואורסצנטיות1.
כאן, אנו מציגים שיטה לפלנימטריה חצי אוטומטית המפחיתה באופן משמעותי את הזמן המושקע בניתוח תמונה בהשוואה להקלטות PPI מסורתיות. השיטה משתמשת בנוהלי גילוי סטנדרטיים, מצלמת פלואורסצנטיות זמינה מסחרית ותוכנה חופשית לניתוח תמונות. הפרמטרים החשובים לרכישת תמונה וניתוח תמונה, כמו גם טעויות אופייניות ומגבלות של השיטה, נדונים.
Protocol
המחקר אושר על ידי הוועדה האתית של אזור Midtjylland (1-10-72-259-21) ובוצע בהתאם להצהרת הלסינקי ותיקוניה.
1. ייצור ספייסר בהתאמה אישית (אופציונלי)
הערה: ניתן להשתמש בספייסר המודפס בתלת-ממד בהתאמה אישית במהלך רכישת תמונה כדי לתקנן את מיקום ראש המצלמה. הספייסר אינו חובה להקלטת תמונות הפלואורסצנטיות.
- עיצוב הספייסר
- עצבו ספייסר שמתאים לראש המצלמה של מצלמת הפלואורסצנטיות האינטרה-אוראלית. לשם כך, בצע סריקה של ראש המצלמה באמצעות סורק דיגיטלי. ייבאו את הסריקה לתוכנה ייעודית.
- עצבו את הספייסר כך שיתאים לראש המצלמה עם המורפולוגיה הרצויה ומרחק המיקום לראש המצלמה (כלומר, 4 מ"מ). ייצוא כקובץ STL (דוגמה לעיצוב מצורפת כקובץ משלים S1).
- ייצור תוספתי של הספייסר
- פתח את התוכנה לייצור תוספים המשויכת למדפסת ובחר את ההגדרות הבסיסיות. לחץ על מדפסת | בחר את מדפסת התלת-ממד הזמינה | הבא | צורה: נקה | הבא | מצב הדפסה: 50 מיקרון | הבא | סגנון בנייה: רגיל | הבא.
- ייבא את קובץ STL על ידי לחיצה על קובץ | ייבוא | בחר את קובץ STL | פתוח.
- הגדר את מיקום הספייסר בפלטפורמת ההדפסה; לחץ על שינוי צורה, וגרור את המרווח לפינה של הפלטפורמה קרוב ככל האפשר לפני השטח של הפלטפורמה.
- להדפסת ספייסרים נוספים לחצו על העתק | תבנית ליניארית. התאימו את הספירה והמרחק כך שיתאימו אובייקטים נוספים לפלטפורמת ההדפסה, ולחצו על הגדר.
- כדי לעצב את התמיכה של האובייקטים, לחץ על תמיכה חכמה | סגנון: כללי | צור | סוג: שער | צור תמיכה.
- שלח את משימת ההדפסה למדפסת התלת-ממד. לחץ על הוסף לתור. התוכנה מבצעת באופן אוטומטי בדיקת איכות של קובץ STL כדי לזהות שגיאות בעת הוספה לתור. לאחר מכן, לחץ על הוסף לתור | שם משרה | מניית F4X | הוסף לתור.
- הרכיבו פלטפורמת הדפסה נקייה במדפסת התלת-ממד והוסיפו שרף מתאים. לחץ על התחל עבודה וסרוק את קוד ה- QR של השרף. ודא שפלטפורמת ההדפסה ריקה ונקייה, שמגש השרף מלא ושהשרף עורבב לפני ההוספה. לחץ על התחל עבודה.
- בסיום עבודת ההדפסה, הסר את הספייסרים מפלטפורמת ההדפסה.
- נקו את הספייסרים באמבט אולטרסאונד עם איזופרופנול למשך 3 דקות. חזור על הניקוי באמצעות איזופרופנול טרי. ייבשו את הספייסרים באוויר.
- אבטחו את הפילמור הכולל של החומר על ידי פילמור הספייסרים בתנור לאחר הריפוי למשך 10 דקות.
- הסירו את חומר התמיכה והכתימו את הספייסרים כדי למנוע חדירת אור דרך החומר.
2. גילוי פלאק ורכישת תמונות
- הרכיבו את הספייסר בהתאמה אישית על מצלמת הפלואורסצנטיות (אופציונלי). חבר את המצלמה האינטרה-אוראלית למחשב ופתח את תוכנת המצלמה.
- לחץ על מטופל | מטופל חדש ליצירת המטופל במערכת. מלא את פרטי המטופל. לחץ על מטופל | שמור כדי לשמור את נתוני המטופל. לחץ על וידאו. המצלמה האינטרה-אוראלית מוכנה כעת לשימוש.
- עמעמו את אורות החדר.
- יש למרוח צבע גילוי אדום (כלומר, 5% אריתרוזין) עם כדורית צמר גפן על משטחי השן המעניינים כדי לחשוף את הפלאק.
- יש להנחות את המטופל לשטוף במים במשך 10 שניות כדי להסיר עודפי צבע. יש להסיר כל כתם חניכיים באמצעות גלולת צמר גפן. יש לייבש כל שן באוויר למשך 3 שניות.
- מקם את המצלמה האינטרה-אוראלית במצב אופקי מול השן המעניינת, כאשר הספייסר נוגע בחניכיים/שיניים סמוכות. קבל את התמונה הפלואורסצנטית על-ידי לחיצה על לחצן המצלמה.
הערה: ודא שכל משטח השן הממוקד ונלכד בתמונה מבלי לכלול משטחי שן אנטגוניסט או קונטרה-לטרלי. - חזור על שלבים 2.4-2.6 עבור כל השיניים המעניינות.
- סמן את כל התמונות בתוכנת המצלמה. לחץ על שמור תמונות / סרטונים בתפריט.
הערה: ודא שהתמונות נשמרות במצב "פלאק" ולא במצב "עששת". הסמל P/C בתפריט מציין את המצב הנוכחי. - כדי לייצא את התמונות, עבור אל המציג. בחרו את התמונות שייוצאו. לחץ על קובץ | ייצוא (שמירה בשם...) | כל התמונות של המטופל לייצא את התמונות . בחלון הייצוא, בחר את ההגדרות הבאות: מצב: רגיל | נתיב ייצוא: בחר את התיקיה הרצויה | בחירת סוג תמונה: סמן את התיבה הימנית | מצב תמונה: נתונים מקוריים. הרחב את חלון הייצוא כדי להציג אפשרויות נוספות. בחר את האפשרויות הבאות: שם הקובץ מכיל: מספר כרטיס או קלט משתמש או שם מטופל | פורמט: TIF. לחץ על אישור כדי לייצא את התמונות.
- לחלופין, הגדר ייצוא קבצים אוטומטי לפני ההדמיה. לחץ על אפשרויות | הצג תצורה | מודולים | מציג | ייצוא/דוא"ל | אפשרויות ייצוא | מצב: ייצוא אוטומטי | נתיב ייצוא: בחר את התיקיה הרצויה | מצב תמונה: נתונים מקוריים. בחר את האפשרויות הבאות: שם הקובץ מכיל: מספר כרטיס או קלט משתמש או שם מטופל | פורמט: TIF. לחץ על אישור כדי להגדיר את הגדרות ברירת המחדל לייצוא. כאשר ייצוא הקבצים האוטומטי מוגדר, התמונות ייוצאו באופן אוטומטי בעת שמירתן (שלב 2.8).
3. ניתוח תמונה דיגיטלית
הערה: ניתן לבצע את ניתוח התמונה הדיגיטלית בכל עת לאחר רכישת התמונה. ניתן לעבד במקביל אצוות של עד 1,000 תמונות פלואורסצנטיות. אם הניתוח של אצוות תמונה גדולות חורג מכוח המחשוב, ייתכן שגודל התמונה יוקטן לפני הניתוח.
- כימות שטח השן הכולל
- שנו את שמות כל התמונות במספרי אינדקס רציפים (כלומר, Planimetry_001, Planimetry_002,...). ייבאו את סדרת התמונות הפלואורסצנטיות לתוכנה ייעודית לניתוח תמונות (כלומר Daime15) במצב אדום-ירוק-כחול (RGB) על ידי לחיצה על קובץ | ייבוא תמונות | ייבוא כצבע.
- בצע פילוח מבוסס סף של סדרת התמונות על ידי לחיצה על סגמנט | סגמנטציה אוטומטית | סף מותאם אישית. הגדר את הסף "נמוך" מעל עוצמת הרקמות הרכות של הפה (כלומר, 80). השאירו את אחוז החסימה "הגבוה" על 255. לפיכך, רק השיניים (הן אזורים נקיים והן אזורים מכוסים פלאק) מזוהים כאובייקטים בתוכנה. לחץ על החל | בסדר | פלח! כדי ליזום את הפילוח.
- פתח את הוויזואליזר על ידי לחיצה כפולה על שם סדרת התמונות. הזן את עורך האובייקטים (OBJ). בצעו בקרת איכות חזותית של התמונות המקוטעות, ומחקו לכלוכים על ידי דחייה ומחיקה של אובייקטים כאלה.
- מיזוג שאר העצמים בכל התמונות (בכל התמונות | מיזוג עצמים שנבחרו). עכשיו, יש אובייקט אחד לכל תמונה. כימות שטח השן הכולל בכל תמונה (אנליזה | מדידת אובייקטים | נקה הכל | פיקסלים). יצא את הנתונים.
- כימות האזורים מכוסי הרובד
- ייבא שוב את סדרת התמונות הפלואורסצנטיות לתוכנה, הפעם עם ערוצי צבע מפוצלים באדום, ירוק וכחול (קובץ | ייבוא תמונות | ייבוא כאפור). סגור את תמונות הערוץ הכחול. העברת שכבת העצם מתמונות RGB לתמונות הערוץ האדום (מקטע | העברת שכבת עצם).
- מחיקת פיקסלים שאינם אובייקטים בתמונות הערוץ האדום באמצעות עורך האובייקטים (בכל התמונות | מחק פיקסלים שאינם אובייקטים (ווקסלים)). רקמות רכות מוסרות כעת מהתמונות.
- כדי לשפר את הניגודיות בין אזורי השן המכוסים בפלאק לבין אזורי השיניים הנקיים, הכפל את סדרת התמונות של הערוץ האדום פי שניים (עריכה | מחשבון תמונות | כפל | פרמטרים: פקטור 2.00 | הגשת מועמדות | בסדר).
- להסרת אזורי שיניים נקיים מהתמונות, הפחיתו את סדרת התמונות של הערוץ הירוק מסדרת התמונות המשופרת של הערוץ האדום (עריכה | מחשבון תמונות | תמונות אופרנד שני: Planimetry_green | חיסור | הגשת מועמדות | בסדר).
- כדי לזהות את האזורים מכוסי הפלאק על השיניים, בצע פילוח מבוסס סף של סדרת התמונות המתקבלת (סגמנט | סגמנטציה אוטומטית | סף מותאם אישית). הגדר את הסף "נמוך" מעל עוצמת אזורי השן הנקיים (כלומר, 80). השאירו את אחוז החסימה "הגבוה" על 255. רק אזורים מכוסים פלאק מזוהים כאובייקטים בתוכנה. לחץ על החל | בסדר | פלח! כדי ליזום את הפילוח.
- בצעו בקרת איכות חזותית של התמונות המחולקות בעורך האובייקטים, ומחקו לכלוכים באמצעות דחייה ומחיקה של עצמים כאלה. מיזוג שאר העצמים בכל התמונות (בכל התמונות | מיזוג עצמים שנבחרו). כימות האזור המכוסה פלאק בכל תמונה (ניתוח | מדידת אובייקטים | נקה הכל | פיקסלים). יצא את הנתונים.
- פתח את טבלאות הנתונים המיוצאות בתוכנה ייעודית. חישוב PPI לפי משוואה (1):
משוואה (1)
Representative Results
השיטה המוצגת מאפשרת כימות פלנימטרי מהיר ואוטומטי למחצה של אזורים מכוסי פלאק בשיניים (איור 1). משקעי פלאק מודגמים על-ידי אריתרוזין, בעוד שאזורי שיניים נקיים, כמו גם הכדורית הנרכשת, נותרים ללא כתמים16 (איור 2A). כאשר תמונות נרכשות באמצעות מצלמת פלואורסצנטיות, הניגודיות בין אזורי השיניים הנקיים, האזורים המכוסים בפלאק והרקמות הרכות שמסביב משתפרת במידה ניכרת (איור 2B,C). מצלמת הפלואורסצנטיות פועלת עם שני חלונות גילוי, אחד בירוק ואחד בספקטרום האדום. בהשוואה לאזורי השיניים הנקיים, האזורים המכוסים בפלאק נראים מעט בהירים יותר בתעלה האדומה (איור 2D,E). בתעלה הירוקה, האוטופלואורסצנטיות של השן מוסווית במידה ניכרת באזורים המכוסים בפלאק (איור 2F). אפקט המסיכה הזה מנוצל במהלך ניתוח תמונות, כשתמונות הערוץ הירוק מופחתות מתמונות הערוץ האדום (איור 2G). הניגודיות החזקה בין האזורים הנקיים והאזורים המכוסים בפלאק בתמונות המתקבלות (איור 2H) מאפשרת קביעה חצי-אוטומטית ומבוססת סף עוצמה של ה-PPI. ניתן לעבד עד 1,000 תמונות פלואורסצנטיות בו-זמנית.
ניתן להשתמש בספייסר המודפס בתלת-ממד בהתאמה אישית כדי לשפר את המיקום הסטנדרטי של ראש המצלמה במרחק זהה מהשן המעניינת. הספייסר גם מגן על השן מפני אור הסביבה ובכך משפר את הניגודיות בין הרובד השנחשף, אזורי השן הנקיים והרקמות הרכות שמסביב בתמונות שנרכשו. הספייסר מותקן על ראש המצלמה בעזרת שלושה רכיבי שמירה (איור 3).
השיטה המתוארת יכולה לשמש לרישומים פלנימטריים של הרובד הטרשתי והחשבון העל-גבי הן על משטחי הפנים והן על משטחי השיניים של הפה (איור 4A-D). בהתאם לעקמומיות של קשת השיניים, זה יכול להיות קשה למקם את הספייסר במגע הדוק עם החניכיים ובכך לשמור על אותו מרחק בין ראש המצלמה לבין השן. מכיוון שכיסוי אזור הפלאק נקבע ביחס לאזור השן הכולל, סביר להניח שהבדלים כאלה לא ישפיעו על רישומי ה- PPI. חומרים שונים בצבע שן זוהרים בספקטרום הירוק בעוצמות משתנות17,18,19. לפיכך, בדרך כלל ניתן לקבוע את ה-PPI באמצעות אלגוריתם ניתוח התמונה הסטנדרטי על שיניים עם צמנט יונומר זכוכית ושחזורי שרף מרוכבים (איור 4E-H). לעומת זאת, שחזורי אמלגם ויציקה בדרך כלל נפלטים בצורה חלשה הן בתעלה האדומה והן בירוקה, ולכן לא ניתן לקבוע את כיסוי הפלאק על משטחים כאלה (איור 4I,J). הדבר נכון גם לגבי סוגריים אורתודונטיים מתכתיים, אולם מאחר שמשטח הסוגר בדרך כלל אינו נכלל ברישומי PPI, פלנימטריה חצי-אוטומטית מתאימה למטופלים אורתודונטיים (איור 4K,L).
הזיהוי החצי-אוטומטי המוצלח של אזורים מכוסים פלאק בתמונות פלואורסצנטיות תלוי מאוד בביצוע זהיר של כל שלבי ההליך הקליני. אם יותר מדי אור סביבתי נכנס לתמונות, בהירות הרקע בערוץ האדום גדלה, מה שמקשה על ההבחנה בין השיניים לרקמות הרכות (איור 5A,B). לכן, אורות החדר צריכים להיות מעומעמים במהלך לכידת התמונה. אם המטופל אינו פותח את הפה מספיק במהלך רכישת התמונה, ניתן לבצע הדמיה של שיניים אנטגוניסטיות יחד עם השן המעניינת ולעכב את העיבוד החצי-אוטומטי (איור 5C). כאשר הפלנימטריה מבוצעת על קדם-טוחנות או טוחנות, הזווית הנכונה של המצלמה חשובה כדי למנוע הדמיה של חלקי המשטח הנסתר (איור 5D,E). לאחר חשיפת פיקדונות הלוח, על המפעיל להמשיך מיד לרכישת התמונה. אחרת, אריתרוזין עלול להישטף, ואת הניגוד בין אזורי השן מכוסה פלאק נקי עלול להיות חלש מדי. עם זאת, במקרים מסוימים, התמיסה החושפת עלולה להכתים מאוד את החניכיים, וייתכן שהכתם לא יוסר במהלך השטיפה הבאה (איור 5F). כדי למנוע הערכת יתר של האזור המכוסה פלאק, ניתן להפחית את הכתם על ידי שטיפה נוספת או על ידי ניגוב עדין של החניכיים עם כדור כותנה.
איור 1: תהליך עבודה לכימות אוטומטי למחצה של כיסוי פלאק על משטחי שיניים. קיצור: PPI = אינדקס פלאק פלנימטרי. אנא לחץ כאן כדי להציג גרסה גדולה יותר של איור זה.
איור 2: הליך ניתוח תמונה דיגיטלית. (A) תמונת אור לבן של רובד חשוף (שן 26, היבט פנים). (B) תמונה תואמת המתקבלת באמצעות מצלמה פלואורסצנטית (מצב אדום-ירוק-כחול [RGB]). שימו לב לניגודיות המשופרת בין אזור השן המכוסה פלאק לאזור השן הנקייה. (C) שטח השן הכולל, המסומן בקו המתאר הכתום, מזוהה על ידי סגמנטציה מבוססת סף עוצמה. (D) שכבת העצם מתמונת RGB מועברת לתמונת הערוץ האדום (קו מתאר כתום), והפיקסלים שאינם אובייקטים (רקע, רקמות רכות) נמחקים. (E) בהירות תמונות הערוץ האדום משופרת פי שניים. (F) תמונת הערוץ הירוק. שימו לב לירידה באוטופלואורסצנטיות באזורים המכוסים בפלאק. (G) לאחר חיסור תמונת הערוץ הירוק (F) מתמונת הערוץ האדום ששונתה (E), ניכר הניגוד בין האזורים מכוסי הפלאק לבין אזורי השיניים הנקיים. (H) לאחר פילוח מבוסס סף עוצמה, האזורים מכוסי הפלאק מזוהים כעצמים (קו מתאר כתום), וניתן לחשב את מדד הרובד הפלנימטרי (PPI) (PPI = 81.6%). אנא לחץ כאן כדי להציג גרסה גדולה יותר של איור זה.
איור 3: ספייסר בהתאמה אישית. ספייסר בהתאמה אישית במבט מהצד (A), הצד (B) והצד (C) האחורי. (D) מצלמת פלואורסצנטיות עם הספייסר המותקן (מתאר כתום). אנא לחץ כאן כדי להציג גרסה גדולה יותר של איור זה.
איור 4: יישומים ומגבלות של פלנימטריה חצי-אוטומטית. (A) תמונת פלואורסצנטיות של משטח שן פנים. (B) תמונה מעובדת תואמת המציגה את האזורים מכוסי הרובד (מתאר כתום; אינדקס פלאק פלנימטרי [PPI] = 51.9%). (C) תמונת פלואורסצנטיות של משטח שן הפה. (D) תמונה מעובדת תואמת המציגה את האזורים המכוסים ברובד (קו מתאר כתום; PPI = 14.5%). (ה-ה) תמונות של שיניים עם שחזורי שרף מרוכבים. השיקום ב-E פלואורסצנטי חזק בספקטרום הירוק, ואילו השיקום ב-G נראה מעט חיוור יותר מאזורי השיניים הנקיות שמסביב. בשתי התמונות, ניתן לקבוע את PPI באמצעות אלגוריתם ניתוח התמונה הסטנדרטי. (ו,ח) תמונות מעובדות המציגות את האזורים המכוסים ברובד (קווי מתאר כתומים; PPI = 20.3% ו-20.2%, בהתאמה). (ט,י) תמונות פלואורסצנטיות של שן עם שחזור אמלגם (I) ושן עם כתר מתכת-קרמי (J, מתאר כחול, נוסף ידנית). שני השחזורים אינם פלואורסצנטיים, ולא ניתן לכמת את משקעי הפלאק באמצעות פלנימטריה חצי אוטומטית. (K) תמונת פלואורסצנטיות של שן עם תושבת אורתודונטית מתכתית. מכיוון שהסוגריים אינם נכללים בניתוח, ניתן לקבוע את ה- PPI באמצעות אלגוריתם ניתוח התמונה הסטנדרטי (L, מתאר כתום, PPI = 31.5%). אנא לחץ כאן כדי להציג גרסה גדולה יותר של איור זה.
איור 5: השפעת הפרוצדורות הקליניות על איכות התמונה והתוצאות של פלנימטריה חצי-אוטומטית . (A) תמונת פלואורסצנטיות שנרכשה באמצעות אורות חדר מעומעמים. שטח השן הכולל נקבע כראוי לאחר פילוח תמונה מבוסס סף (מתאר כתום). (B) תמונת פלואורסצנטיות של אותה שן שנרכשה כשאורות החדר דולקים. בשל פליטת רקע מוגברת בספקטרום האדום, הסגמנטציה מבוססת הסף אינה מצליחה להבדיל במדויק בין משטחי השן לבין הרקמות הרכות הסובבות אותה (מתאר כתום). (C) תמונת פלואורסצנטיות שנרכשה עם פתיחת פה לא מספקת. השיניים האנטגוניסטיות שלא נחשפו נראות בתמונה, ולכן נכללות באזור השן הכולל (קווי מתאר כתומים). כדי לקבל אינדקס פלאק פלנימטרי נכון, יש להסיר אותם ידנית במהלך ניתוח התמונה. (D) תמונה פלואורסצנטית המתקבלת עם מיקום אופטימלי של ראש המצלמה. שטח השן הכולל (מתאר כתום) מוגבל להיבט הפנים. (E) תמונה פלואורסצנטית של השן ב-D שנרכשה עם זווית תת-אופטימלית של ראש המצלמה. חלק מהמשטח החסום נלכד, וכתוצאה מכך שטח השן הכולל גדל (מתאר כתום). (F) תמונת אור לבן של לוח גלוי עם כתמים בולטים של החניכיים. הפליטה הגבוהה בספקטרום האדום עלולה להוביל להערכת יתר של האזור המכוסה בפלאק. אנא לחץ כאן כדי להציג גרסה גדולה יותר של איור זה.
קובץ משלים S1: לחץ כאן להורדת קובץ זה.
Discussion
השיטה המוצגת לפלינימטריה חצי-אוטומטית המבוססת על תמונות פלואורסצנטיות מהווה שיפור בכימות פלאק דנטלי על משטחי שן קול בסביבת המחקר בהשוואה לפלינימטריה מסורתית20. פלנימטריה חצי-אוטומטית מאפשרת קביעה סימולטנית של PPI בעד 1,000 תמונות באמצעות אלגוריתם שנקבע מראש לאחר עיבוד. בכך, השיטה חסכונית בזמן באופן משמעותי מהפלנימטריה הקונבנציונלית, שבה סך כל אזורי השיניים והאזורים המכוסים בפלאק נקבעים ידנית על ידי שרטוט אזורי עניין בתוכנת עיבוד תמונה 7,12. בנוסף, מידת שיקול הדעת האנושי בניתוח התמונה מצטמצמת לבחירת סף בהירות לסגמנטציה של תמונות. בכך מתייחסים לכל הדימויים כאחד, והשפעת הסובייקטיביות של הבוחן מצטמצמת מאוד11 .
השלבים הקריטיים בפרוטוקול קשורים בעיקר לפרוצדורות הקליניות, אשר צריכות להתבצע בצורה סטנדרטית ביותר לאיכות תמונה אופטימלית. יש למרוח את תמיסת החשיפה בעדינות ובאחידות, ויש לרכוש את התמונות מיד לאחר השטיפה והייבוש באוויר כדי למנוע שטיפה של הצבע ובכך אובדן ניגודיות התמונה. יתר על כן, דימום חניכיים צריך להימנע, שכן המוגלובין עשוי לשפר את פלואורסצנטיות נרשם בערוץ האדום19. לכידת התמונה צריכה להתבצע כאשר אורות החדר מעומעמים כדי להפחית את ההפרעה של אור הסביבה, והמטופלים צריכים לפתוח את פיהם במידה מספקת, כך שהשיניים האנטגוניסטיות לא יופיעו בתמונות. ראש המצלמה חייב להיות ממוקם בניצב לציר השן כדי למנוע לכידת חלק מהמשטח החסום והשיניים הנגדיות.
לכלוכים הנובעים מרכישת תמונה לא אופטימלית ניתן - ברוב המקרים - להסיר במהלך ניתוח התמונה, אם כי על חשבון זמן עיבוד גדול משמעותית. חלק מהממצאים המזוהים כאובייקטים במהלך הסגמנטציה ניתנים לניקוי על ידי מחיקה פשוטה בעורך האובייקטים. אם לכלוכים מתאימים לאזורים המזוהים כלוחית, יש לפצל את העצמים המתקבלים בעורך האובייקטים לפני ההסרה. במקרים קיצוניים, ייתכן שהמפעיל יצטרך לחזור לקביעה ידנית של השן הנקייה והאזורים המכוסים בפלאק על ידי ציור אזורי עניין בתוכנה. אם כל ההליכים הקליניים מבוצעים במדויק, הקלט הסובייקטיבי היחיד של המפעיל במהלך ניתוח התמונה מורכב מקביעת ערכי החתך עבור הסגמנטציות מבוססות הסף. באופן כללי, אזורי השיניים המכוסים בפלאק והנקיים מוגדרים היטב בתמונות, אך יש לציין כי הבדלים קטנים בספים שנבחרו אכן משפיעים על ערכי ה- PPI המחושבים, אם כי במידה נמוכה יחסית. מכיוון שניתן לפלח את כל התמונות שנרכשו עבור מחקר מסוים עם ערכי סף זהים, הבחירה הסובייקטיבית של ערכי הסף אינה משפיעה על ההבדלים בין קבוצות הטיפול או המטופל.
בדיוק כמו פלנימטריה ידנית, פלנימטריה חצי אוטומטית אינה מתאימה להקלטות אורכיות של הצטברות פלאק עקב שימוש בתמיסת גילוי. אריתרוסין עלול להפריע לצמיחת ביופילם באמצעות פעילות אנטיבקטריאלית21,22,23, אך חשוב מכל, הכתם הבולט מחייב הסרת פלאק מקצועית לפני שהמטופל נשלח הביתה. עם זאת, השיטה המתוארת עשויה לשמש לכימות קבוע של רמות הרובד הרגיל במרפאה. מגבלה נוספת של פלנימטריה חצי אוטומטית נובעת מהבדלי הגודל בין שיניים בודדות. למרות שניתן לתקנן את המרחק בין המצלמה למשטח השן, ומכאן גם את גודל שדה הראייה, התמונות הנרכשות עשויות לכלול חלקים מהשיניים השכנות. לא ניתן להסיר אותם על ידי פעולת אצווה אלא רק על ידי חיתוך ידני של התמונות במהלך הניתוח. בעוד פלנימטריה חצי אוטומטית מתאימה לכימות של פלאק סופרגינגיוואלוחשבון 24 על משטחי שן קול, עבודה עתידית תצטרך לקבוע כיצד השיטה המתוארת מושפעת מפגמים התפתחותיים25, נגעי עששת קוויטציה ולא קוויטציה, כמו גם כתמים חמורים.
לסיכום, פלנימטריה חצי אוטומטית היא שיטה המאפשרת כימות מהיר ואמין של כיסוי שטח הפלאק באמצעות מצלמה פלואורסצנטית. ניתן להשתמש בו בניסויים קליניים המעריכים היווצרות רובד דה נובו בקבוצות חולים שונות או את ההשפעה של משטרי טיפול שונים על הסרת פלאק.
Disclosures
המחקר מומן על ידי Novozymes A/S וקרן החדשנות דנמרק (מענק מספר 9065-00244B). למממנים לא היה כל תפקיד באיסוף, ניתוח ופרשנות הנתונים או בכתיבת הדו"ח.
Acknowledgments
המחברים מודים לדירק לאונהרדט על עזרתו המצוינת בייצור תוספים של ספייסרים בהתאמה אישית. Lene Grønkjær, Javier E. Garcia, Charlotte K. Vindbjerg ו-Sussi B. Eriksen זוכים להכרה על תמיכתם הטכנית במהלך המחקר. המחברים רוצים גם להודות למתיאס בק על התמיכה הטכנית בשימוש במצלמת הפלואורסצנטיות ולמטה ר. יורגנסן על דיונים פוריים.
Materials
| Name | Company | Catalog Number | Comments |
| 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 |
References
- Pretty, I. A., Edgar, W. M., Smith, P. W., Higham, S. M. Quantification of dental plaque in the research environment. Journal of Dentistry. 33 (3), 193-207 (2005).
- Turesky, S., Gilmore, N. D., Glickman, I. Reduced plaque formation by the chloromethyl analogue of victamine C. Journal of Periodontology. 41 (1), 41-43 (1970).
- Marks, R. G., et al. Evaluation of reliability and reproducibility of dental indices. Journal of Clinical Periodontology. 20 (1), 54-58 (1993).
- Matthijs, S., Sabzevar, M. M., Adriaens, P. A. Intra-examiner reproducibility of 4 dental plaque indices: Dental plaque indices. Journal of Clinical Periodontology. 28 (3), 250-254 (2001).
- Shaloub, A., Addy, M. Evaluation of accuracy and variability of scoring-area-based plaque indices. Journal of Clinical Periodontology. 27 (1), 16-21 (2000).
- Söder, P. -Ö, Jin, L. J., Söder, B. Computerized planimetric method for clinical plaque measurement. European Journal of Oral Sciences. 101 (1), 21-25 (1993).
- Lang, N. P., Ostergaard, E., Loe, H. A fluorescent plaque disclosing agent. Journal of Periodontal Research. 7 (1), 59-67 (1972).
- Staudt, C. B., et al. Computer-based intraoral image analysis of the clinical plaque removing capacity of 3 manual toothbrushes. Journal of Clinical Periodontology. 28 (8), 746-752 (2001).
- Smith, M. R. Parametric vs. nonparametric. Analyzing the periodontal and gingival indicies. Journal of Periodontal Research. 17 (5), 514-517 (1982).
- Quirynen, M., Dekeyser, C., van Steenberghe, D. Discriminating power of five plaque indices. Journal of Periodontology. 62 (2), 100-105 (1991).
- Al-Anezi, S. A., Harradine, N. W. T. Quantifying plaque during orthodontic treatment. The Angle Orthodontist. 82 (4), 748-753 (2012).
- Smith, R. N., Brook, A. H., Elcock, C. The quantification of dental plaque using an image analysis system: reliability and validation. Journal of Clinical Periodontology. 28 (12), 1158-1162 (2001).
- Kang, J., Ji, Z., Gong, C. Segmentation and quantification of dental plaque using modified kernelized fuzzy C-means clustering algorithm. 2010 Chinese Control and Decision Conference. , 788-791 (2010).
- Klaus, K., Glanz, T., Glanz, A. G., Ganss, C., Ruf, S. Comparison of quantitative light-induced fluorescence-digital (QLF-D) images and images of disclosed plaque for planimetric quantification of dental plaque in multibracket appliance patients. Scientific Reports. 10 (1), 4478 (2020).
- Daims, H., Lücker, S., Wagner, M. Daime, a novel image analysis program for microbial ecology and biofilm research. Environmental Microbiology. 8 (2), 200-213 (2006).
- Arnim, S. S. The use of disclosing agents for measuring tooth cleanliness. Journal of Periodontology. 34 (3), 227-245 (1963).
- Meller, C., Klein, C. Fluorescence properties of commercial composite resin restorative materials in dentistry. Dental Materials Journal. 31 (6), 916-923 (2012).
- Kiran, R., Chapman, J., Tennant, M., Forrest, A., Walsh, L. J. Detection of tooth-colored restorative materials for forensic purposes based on their optical properties: An in vitro comparative study. Journal of Forensic Sciences. 64 (1), 254-259 (2019).
- Shakibaie, F., Walsh, L. J. Fluorescence imaging of dental restorations using the VistaCam intra-oral camera. Australian Journal of Forensic Sciences. 51 (1), 3-11 (2019).
- Rey, Y. C. D., Rikvold, P. D., Johnsen, K. K., Schlafer, S. A fast and reliable method for semi-automated planimetric quantification of dental plaque in clinical trials. Journal of Clinical Periodontology. , (2022).
- Baab, D. A., Broadwell, A. H., Williams, B. L. A comparison of antimicrobial activity of four disclosant dyes. Journal of Dental Research. 62 (7), 837-841 (1983).
- Begue, W. J., Bard, R. C., Koehne, G. W.
- Marsh, P. D., et al. Antibacterial activity of some plaque-disclosing agents and dyes (short communication). Caries Research. 23 (5), 348-350 (1989).
- Shakibaie, F., Walsh, L. J. Dental calculus detection using the VistaCam. Clinical and Experimental Dental Research. 2 (3), 226-229 (2016).
- Seow, W. Developmental defects of enamel and dentine: Challenges for basic science research and clinical management. Australian Dental Journal. 59, 143-154 (2014).
