Halbautomatische planimetrische Quantifizierung von Zahnbelag mittels intraoraler Fluoreszenzkamera
27. Januar 2023
In dieser Arbeit wird ein halbautomatisiertes digitales Bildanalyseverfahren zur planimetrischen Quantifizierung von offengelegtem Zahnbelag auf Basis von Bildern vorgestellt, die mit einer intraoralen Fluoreszenzkamera aufgenommen wurden. Die Methode ermöglicht eine schnelle und zuverlässige Quantifizierung von Zahnbelag im Forschungsumfeld.
Die halbautomatische Planimetrie ermöglicht eine schnelle, genaue und objektive Quantifizierung von Bereichen, die in klinischen Studien mit Zahnbelag bedeckt sind. Im Vergleich zur herkömmlichen Planimetrie, bei der mit Plaque bedeckte Bereiche manuell vom Bediener definiert werden, ist die halbautomatische Planimetrie objektiver und reduziert die Bearbeitungszeit erheblich. Montieren Sie zunächst den speziell angefertigten Abstandshalter an der Fluoreszenzkamera, schließen Sie die Intraoralkamera an einen Computer an und öffnen Sie die Kamerasoftware.
Klicken Sie auf Patient und dann auf Neuer Patient, um die Patienteninformationen im System zu erstellen und auszufüllen. Klicken Sie anschließend auf Patient und Speichern, um die entsprechenden Daten zu speichern. Klicken Sie auf Video und die Intraoralkamera ist nun einsatzbereit.
Tragen Sie einen roten Farbstoff, der 5 % Erythrosin enthält, mit einem Wattekügelchen auf die gewünschten Zahnoberflächen auf, um die Plaque freizulegen. Weisen Sie den Patienten an, ihn 10 Sekunden lang mit Wasser abzuspülen, um den überschüssigen Farbstoff zu entfernen. Entfernen Sie Zahnfleischflecken mit einem Wattebausch und trocknen Sie jeden Zahn drei Sekunden lang an der Luft.
Platzieren Sie die intraorale Kamera in einer horizontalen Position vor dem gewünschten Zahn, wobei der Abstandshalter die Gingiva oder die Nachbarzähne berührt. Stellen Sie sicher, dass die gesamte gewünschte Zahnoberfläche scharf ist und im Bild erfasst wird, ohne Antagonisten oder kontralaterale Zahnoberflächen einzubeziehen. Erfassen Sie das Fluoreszenzbild, indem Sie die Kamerataste drücken.
Führen Sie die Verfärbung und Bildaufnahme für alle Zähne von Interesse durch. Markieren Sie dann alle Bilder in der Kamerasoftware und klicken Sie im Menü auf Bilder und Videos speichern, um sicherzustellen, dass die Bilder im Plaque-Modus und nicht im Kariesmodus gespeichert werden. Das Symbol P oder C im Menü zeigt den aktuellen Modus an.
Um die Bilder zu exportieren, gehen Sie zu Viewer und wählen Sie die Bilder aus, die exportiert werden sollen. Klicken Sie auf Datei und Exportieren, Speichern unter und dann auf Alle Bilder des Patienten, um die Bilder zu exportieren. Wählen Sie im Fenster Exportieren die Einstellung Modus Standard und klicken Sie auf Exportpfad.
Wählen Sie den gewünschten Ordner aus und aktivieren Sie unter Auswahl des Bildtyps das linke Kontrollkästchen und wählen Sie Bildstatus als Originaldaten aus dem Pulldown-Menü. Erweitern Sie das Exportfenster, um weitere Optionen anzuzeigen, und wählen Sie Dateiname enthält, um Kartennummer oder Benutzereingabe oder Patientenname auszuwählen. Wählen Sie dann Als TIF formatieren und klicken Sie auf OK, um die Bilder zu exportieren.
Alternativ können Sie vor dem Imaging einen automatischen Dateiexport einrichten, indem Sie nacheinander auf Optionen, Konfiguration anzeigen, Module, Viewer, Export oder E-Mail, Exportoptionen klicken und dann den Autoexport-Modus auswählen. Klicken Sie auf Exportpfad, wählen Sie den gewünschten Ordner aus und wählen Sie den Bildstatus als Originaldaten aus. Wählen Sie Dateiname enthält, um Kartennummer oder Benutzereingabe oder Patientenname auszuwählen.
Wählen Sie dann Als TIF formatieren und klicken Sie auf OK, um die Standardexporteinstellungen einzurichten. Die digitale Bildanalyse kann jederzeit nach der Bildaufnahme durchgeführt und bis zu 1000 Fluoreszenzbilder parallel verarbeitet werden. Benennen Sie alle Bilder mit fortlaufenden Indexnummern um.
Importieren Sie die Fluoreszenzbildserie in einer speziellen Bildanalysesoftware im Rot-, Grün- und Blaumodus, indem Sie auf Datei, Bilder importieren und Als Farbe importieren klicken. Führen Sie eine Schwellenwert-Basissegmentierung der Bildserie durch, indem Sie auf Segment, Automatische Segmentierung und dann auf Benutzerdefinierter Schwellenwert klicken. Stellen Sie den unteren Schwellenwert über der Intensität der oralen Weichteile ein und belassen Sie den oberen Schwellenwert bei 255.
So erkennt die Software nur die Zähne mit sauberen und mit Plaque bedeckten Bereichen als Objekte. Klicken Sie auf Übernehmen, OK und Segmentieren, um die Segmentierung zu starten. Öffnen Sie den Visualizer mit einem Doppelklick auf den Namen der Bildserie und rufen Sie den Objekteditor auf.
Führen Sie eine visuelle Qualitätskontrolle der segmentierten Bereiche durch, und löschen Sie Artefakte, indem Sie solche Objekte ablehnen und löschen. Führen Sie die verbleibenden Objekte in allen Bildern zusammen, indem Sie in alle Bilder klicken und ausgewählte Objekte zusammenführen. Jetzt gibt es nur noch ein Objekt pro Bild.
Quantifizieren Sie die gesamte Zahnfläche in jedem Bild, indem Sie nacheinander auf "Analyse", "Objekte messen", "Alle löschen" und dann auf "Pixel" klicken. Exportieren Sie abschließend die Daten. Importieren Sie die Fluoreszenzbildserie erneut in die Software, diesmal mit geteilten roten, grünen und blauen Farbkanälen, indem Sie auf Datei, Bilder importieren und Als Grau importieren klicken.
Schließen Sie die Bilder des blauen Kanals und übertragen Sie die Objektebene von den roten, grünen und blauen Bildern auf die Bilder des roten Kanals, indem Sie auf Segmentieren und Objektebene übertragen klicken. Löschen Sie Nicht-Objekt-Pixel in den Rotkanal-Bildern mit dem Objekt-Editor in allen Bildern und löschen Sie Nicht-Objekt-Pixel. Weichteile werden nun aus den Bildern entfernt.
Multiplizieren Sie die Rotkanal-Bildserie mit dem Faktor 2, indem Sie nacheinander auf Bearbeiten, Bildrechner, Multiplikation, Parameter klicken und einen Faktor von 2,00 eingeben. Klicken Sie dann auf Anwenden und OK, um den Kontrast zwischen mit Plaque bedeckten und sauberen Zahnbereichen zu verbessern. Um saubere Zahnbereiche aus den Bildern zu entfernen, subtrahieren Sie die Bildserie des grünen Kanals von der Bildserie des erweiterten roten Kanals, indem Sie auf Bearbeiten, Bildrechner, Bilder des zweiten Operanden, Planimetrie grün, Subtraktion, Anwenden klicken und dann OK.To die mit Plaque bedeckten Bereiche auf den Zähnen identifizieren, eine Segmentierung der Schwellenbasis durchführen und die verbleibenden Objekte wie zuvor gezeigt zusammenführen.
zur Quantifizierung der gesamten Zahnfläche Quantifizieren Sie die gesamten mit Plaque bedeckten Bereiche in jedem Bild, indem Sie nacheinander auf Analyse, Objekte messen, Alle löschen und dann auf Pixel klicken. Exportieren Sie abschließend die Daten. Öffnen Sie die exportierten Datentabellen in einer speziellen Software und berechnen Sie den planimetrischen Plaque-Index, PPI, gemäß Gleichung eins.
Plaqueablagerungen werden durch Erythrosin sichtbar gemacht, während saubere Zahnareale und das erworbene Pellikel unverfärbt bleiben. Bilder, die mit einer Fluoreszenzkamera aufgenommen wurden, verstärken den Kontrast zwischen den sauberen Zahnbereichen, den mit Plaque bedeckten Bereichen und den umgebenden weichen Stellen erheblich. Im Vergleich zu den sauberen Zahnbereichen erscheinen die mit Plaque bedeckten Bereiche im Rotkanal etwas heller.
Im Grünkanal wird die Autofluoreszenz des Zahnes in den mit Plaque bedeckten Bereichen deutlich maskiert. Dieser Maskierungseffekt wird ausgenutzt, um die Bilder des grünen Kanals vom roten Kanal zu subtrahieren. Der starke Kontrast zwischen den sauberen und den mit Plaque bedeckten Bereichen in den resultierenden Bildern ermöglicht eine auf Intensitätsschwellen basierende, halbautomatische Bestimmung des PPI.
Die beschriebene Methode kann für planimetrische Aufnahmen der supergingivaalen Plaque und des Zahnsteins sowohl auf Gesichts- als auch auf Mundzahnoberflächen verwendet werden. Unterschiedliche zahnfarbene Materialien fluoreszieren im grünen Spektrum mit unterschiedlicher Intensität. Daher kann der PPI in der Regel mit einem Standard-Bildanalysealgorithmus an Zähnen mit Glasionomerzement und Kompositrestaurationen bestimmt werden.
Im Gegensatz dazu emittieren Amalgam- und Gipsrestaurationen in der Regel sowohl im roten als auch im grünen Kanal schwach, so dass es nicht möglich ist, die Plaqueabdeckung auf solchen Oberflächen zu bestimmen. Das Gleiche gilt für kieferorthopädische Metallbrackets, aber da die Bracketoberfläche in der Regel von PPI-Aufzeichnungen ausgeschlossen ist, ist die halbautomatische Planimetrie für kieferorthopädische Patienten geeignet. Bei der halbautomatischen Identifizierung von mit Plaque bedeckten Bereichen ist die Unterscheidung zwischen Zähnen und Weichgewebe schwierig, wenn zu viel Umgebungslicht eindringt.
Eine unzureichende Mundöffnung erschwert die teilautomatisierte Verarbeitung. Wenn die Planimetrie an Prämolaren oder Molaren durchgeführt wird, ist eine korrekte Kamerawinkelung von entscheidender Bedeutung, um die Abbildung von Teilen der Kaufläche zu vermeiden. Es ist sehr wichtig, die Zähne zu trocknen und das Licht im Raum zu dimmen, bevor Sie ein Bild aufnehmen.
Achten Sie darauf, dass Sie keine Antagonistenzähne oder Teile der Kaufläche erfassen.
Übersicht
Diese Studie stellt ein halbautomatisiertes Verfahren der digitalen Bildanalyse zur Quantifizierung von Zahnbelag mithilfe einer intraoralen Fluoreszenzkamera vor. Die Methode verbessert die Genauigkeit und Effizienz der Belagsbeurteilung in klinischen Studien.
Wesentliche Studienkomponenten
Bereich der Wissenschaft
- Zahnmedizinische Forschung
- Bildanalyse
- Klinische Studien
Hintergrund
- Die traditionelle Planimetrie beruht auf der manuellen Abgrenzung von Plaquearealen.
- Intraorale Fluoreszenzkameras verbessern die Visualisierung von Zahnbelägen.
- Schnelle und objektive Quantifizierungsmethoden sind für die klinische Forschung unerlässlich.
- Durch digitale Bildanalyse können mehrere Bilder gleichzeitig verarbeitet werden.
Zweck der Studie
- Entwicklung einer halbautomatisierten Methode zur Quantifizierung von Zahnbelag.
- Verkürzung der Verarbeitungszeit im Vergleich zu herkömmlichen Methoden.
- Verbesserung der Objektivität bei der Messung der Belagsfläche.
Verwendete Methoden
- Verwendung eines individuellen Abstandshalters und einer intraoralen Fluoreszenzkamera.
- Auftragung eines roten Anfärbemittels zur Visualisierung von Plaque.
- Bildaufnahme und -verarbeitung mit spezieller Software.
- Segmentierung basierend auf Schwellenwerten zur Quantifizierung der Plaqueflächen.
Hauptergebnisse
- Die halbautomatisierte Methode reduziert die Verarbeitungszeit signifikant.
- Ein verbesserter Kontrast zwischen sauberen und plakkebedeckten Bereichen wurde erreicht.
- Bis zu 1000 Bilder können parallel verarbeitet werden.
- Die Quantifizierung der Plakkeflächen war genau und zuverlässig.
Schlussfolgerungen
- Die entwickelte Methode ist wirksam zur Quantifizierung von Zahnbelag.
- Sie bietet einen objektiveren Ansatz im Vergleich zu manuellen Methoden.
- Diese Technik kann in klinischen Studien der zahnmedizinischen Forschung von Vorteil sein.
Häufig gestellte Fragen
Exemplarische Branchenrelevanz
Mithilfe der halbautomatischen planimetrischen Quantifizierung von Zahnbelag mittels intraoraler Fluoreszenzbildgebung lässt sich der Bedarf an objektiven, hochdurchsatzfähigen Messverfahren in der zahnmedizinischen Forschung und klinischen Studien abdecken. Durch die Verringerung des manuellen Aufwands und die Steigerung der Reproduzierbarkeit verbessert diese Methode die Vorhersagesicherheit in Studien zu Maßnahmen zur Verbesserung der Mundgesundheit und ermöglicht die Erzeugung belastbarer Daten für frühe Entwicklungs- und Validierungsphasen. Der Ansatz ist besonders relevant für Projektteams, die skalierbare und standardisierte Quantifizierungsworkflows in der Entwicklung zahnmedizinischer Produkte anstreben.
Strategische Anwendungen in der biopharmazeutischen Forschung und Entwicklung
Frühe Entdeckung und Zielvalidierung
- Ermöglicht die objektive Quantifizierung von Zahnbelag für hypothesengetriebene Studien.
- Reduziert die Bedienerabhängigkeit und unterstützt die funktionelle Validierung oraler Gesundheitsziele.
- Erleichtert reproduzierbare Messungen, die für die mechanistische Entschärfung von Risiken in der zahnmedizinischen Forschung entscheidend sind.
Screening und Assay-Entwicklung
- Bereitet validierte, bildbasierte Assays für die nachgeschaltete Untersuchung von Mundpflegeverbindungen vor.
- Unterstützt die Assay-Standardisierung und Reproduzierbarkeit durch halbautomatisierte Analyse.
- Ermöglicht schnelle, quantitative Ausgaben, die für Hochdurchsatz-Screening-Umgebungen geeignet sind.
Translationale und präklinische Forschung
- Ermöglicht die Abstimmung von Quantifizierungsmethoden mit translationalen Biomarker-Strategien in der Mundgesundheit.
- Stellt durch die Bereitstellung robuster, skalierbarer Messverfahren eine lückenlose Kontinuität von der Entdeckung bis zur präklinischen Validierung sicher.
- Unterstützt risikoadjustierte Entscheidungen über die Weiterentwicklung zahnmedizinischer Therapeutika und Geräte.
Pipeline- und Workflow-Integration
Dieser halbautomatische planimetrische Workflow integriert sich in die Entdeckungs- bis präklinische Fortschrittskette für die zahnmedizinische Forschung und ermöglicht eine skalierbare Quantifizierung von der frühen Hypothesenprüfung bis zur präklinischen Validierung.
- Entdeckungsbioanalyse: Unterstützt die Hypothesenprüfung und die Aufklärung von Wegen durch objektive Plaque-Messungen.
- Screening: Liefert assaysbereite, reproduzierbare und quantitative Ergebnisse zur Plaque-Fläche für die Bewertung von Wirkstoffen.
- Analytik: Erzeugt standardisierte Datentabellen für den statistischen Vergleich der Plaque-Bedeckung unter verschiedenen Bedingungen.
- Translationale Forschung: Verbindet Entdeckungs- und präklinische Phasen durch konsistente, hochdurchsatzfähige Quantifizierung.
- Unternehmensweite Wiederverwendung: Bietet eine wiederverwendbare digitale Bildgebung und Analysefunktion für vielfältige zahnmedizinische Forschungsprogramme.
Operative und unternehmerische Auswirkungen
- Wissenschaftlicher Wert: Erhöht die Vorhersagesicherheit und verringert mechanistische Unschärfen in Studien zur Mundgesundheit.
- Operativer Wert: Standardisiert die Plaque-Quantifizierung, verbessert die Reproduzierbarkeit und ermöglicht die Skalierung auf große Bilddatensätze.
- Strategischer Wert: Verbessert die Qualität von Go/No-Go-Entscheidungen und die Kapitalallokation, indem robuste, objektive Datengenerierung ermöglicht wird.
- Portfolio-Wirkung: Unterstützt die risikoadjustierte Priorisierung und Weiterentwicklung von Maßnahmen zur Zahngesundheit.
Durchführungsüberlegungen
- Erfordert Fachkenntnisse in digitaler Bildgebung und schwellenbasierten Segmentierungsanalysen.
- Benötigt Zugang zu intraoralen Fluoreszenzkameras und kompatibler Bildanalyse-Software.
- Erfordert eine standardisierte Vorgehensweise bei den Bildgebungsprotokollen und der Datenverarbeitung über verschiedene Teams hinweg.
- Muss den Arbeitsablauf an unterschiedliche restaurative Materialien anpassen und metallische Oberflächen wie angegeben ausschließen.
- Berücksichtigt praktische Einschränkungen wie Umgebungslicht, Patientenkooperation und anatomische Zugänglichkeit.
Biopharma-Häufige Fragen
Chapters in this video
0:04
Introduction
0:38
Plaque Disclosure and Image Acquisition
3:34
Digital Image Analysis: Quantification of the Total Tooth Area
5:09
Digital Image Analysis: Quantification of the Plaque-Covered Areas
7:04
Results: Semi-Automated Planimetric Quantification of Plaque-Covered Areas on Teeth
9:07
Conclusion
