Research Article
Please note that some of the translations on this page are AI generated. Click here for the English version.
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.
Исследование было одобрено Этическим комитетом региона Мидтьюлланд (1-10-72-259-21) и выполнено в соответствии с Хельсинкской декларацией и поправками к ней.
1. Изготовление прокладки по индивидуальному заказу (опционально)
ПРИМЕЧАНИЕ: Изготовленная на заказ 3D-печатная прокладка может использоваться во время получения изображения для стандартизации положения головки камеры. Спейсер не является обязательным для записи флуоресцентных изображений.
2. Раскрытие бляшек и получение изображений
3. Анализ цифровых изображений
ПРИМЕЧАНИЕ: Анализ цифровых изображений может быть выполнен в любое время после получения изображения. Пакеты до 1,000 флуоресцентных изображений могут обрабатываться параллельно. Если анализ больших пакетов изображений превышает вычислительную мощность, размер изображения может быть уменьшен до анализа.
Представленный метод позволяет проводить быструю, полуавтоматическую контурную количественную оценку покрытых зубным налетом участков зубов (рис. 1). Отложения зубного налета визуализируются эритрозином, в то время как чистые участки зубов, а также приобретенная пленка остаются неокрашенными16 (рис. 2А). При получении изображений с помощью флуоресцентной камеры контраст между чистыми участками зубов, участками, покрытыми зубным налетом, и окружающими мягкими тканями значительно усиливается (рис. 2B, C). Флуоресцентная камера работает с двумя окнами обнаружения, одно в зеленом и одно в красном спектре. По сравнению с чистыми участками зубов, покрытые зубным налетом участки кажутся немного ярче в красном канале (рис. 2D, E). В зеленом канале автофлуоресценция зуба значительно маскируется на участках, покрытых зубным налетом (рис. 2F). Этот эффект маскировки используется во время анализа изображений, когда изображения зеленого канала вычитаются из изображений красного канала (рис. 2G). Сильный контраст между чистыми и покрытыми зубным налетом участками на полученных изображениях (рис. 2H) позволяет полуавтоматическое определение ИПП на основе порога интенсивности. Одновременно можно обрабатывать до 1000 флуоресцентных изображений.
Изготовленная на заказ 3D-печатная прокладка может быть использована для улучшения стандартизированного позиционирования головки камеры на одинаковом расстоянии от интересующего зуба. Спейсер также защищает зуб от окружающего света и тем самым усиливает контраст между обнаруженным зубным налетом, чистыми участками зуба и окружающими мягкими тканями на полученных изображениях. Распорка крепится на головку камеры с помощью трех крепежных элементов (рис. 3).
Описанный метод может быть использован для контурной регистрации наддесневого налета и зубного камня как на лицевой, так и на оральной поверхности зубов (рис. 4A-D). В зависимости от кривизны зубной дуги может быть трудно расположить спейсер в тесном контакте с деснами и тем самым сохранить одинаковое расстояние между головкой камеры и зубом. Поскольку покрытие площади зубного налета определяется относительно общей площади зуба, такие различия вряд ли повлияют на записи ИПП. Различные материалы цвета зубов флуоресцируют в зеленом спектре с разной интенсивностью17,18,19. Следовательно, PPI обычно можно определить с помощью стандартного алгоритма анализа изображений на зубах со стеклоиономерными цементами и реставрациями из композитной смолы (рис. 4E-H). Напротив, амальгамные и литые реставрации обычно слабо излучают как в красном, так и в зеленом каналах, и, таким образом, невозможно определить покрытие бляшек на таких поверхностях (рис. 4I, J). То же самое относится и к металлическим ортодонтическим брекетам, но, поскольку поверхность брекета обычно исключается из записей ИПП, полуавтоматическая планиметрия подходит для ортодонтических пациентов (рис. 4K, L).
Успешная полуавтоматическая идентификация покрытых бляшками участков на флуоресцентных изображениях в значительной степени зависит от тщательного выполнения всех этапов клинической процедуры. Если на изображения попадает слишком много окружающего света, яркость фона в красном канале увеличивается, что затрудняет дифференциацию между зубами и мягкими тканями (рис. 5A, B). Поэтому во время съемки изображения необходимо приглушить свет в комнате. Если пациент недостаточно открывает рот во время получения изображения, зубы-антагонисты могут быть изображены вместе с интересующим зубом и затруднить полуавтоматическую обработку (рис. 5C). Когда планиметрия выполняется на премолярах или молярах, правильный угол наклона камеры важен, чтобы избежать визуализации частей окклюзионной поверхности (рис. 5D, E). Как только отложения налета будут обнаружены, оператор должен немедленно приступить к получению изображения. В противном случае эритрозин может вымыться, и контраст между покрытыми зубным налетом и чистыми участками зубов может стать слишком слабым. В некоторых случаях, однако, раскрывающий раствор может сильно окрашивать десну, и пятно не может быть удалено во время следующего полоскания (рис. 5F). Чтобы избежать завышения площади, покрытой зубным налетом, пятно можно уменьшить дополнительным полосканием или аккуратным протиранием десны ватным шариком.
Рисунок 1: Рабочий процесс для полуавтоматической количественной оценки покрытия зубным налетом на поверхности зубов. Аббревиатура: PPI = контурный индекс бляшки. Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы просмотреть увеличенную версию этого рисунка.
Рисунок 2: Процедура анализа цифровых изображений. (A) Изображение обнаруженного зубного налета в белом свете (зуб 26, лицевой аспект). (B) Соответствующее изображение, полученное флуоресцентной камерой (режим Red-Green-Blue [RGB]). Обратите внимание на усиленный контраст между покрытыми зубным налетом и чистыми участками зубов. (C) Общая площадь зуба, отмеченная оранжевым контуром, определяется путем сегментации на основе порога интенсивности. (D) Слой объекта из изображения RGB переносится на изображение красного канала (оранжевый контур), а необъектные пиксели (фон, мягкие ткани) удаляются. (E) Яркость изображений красного канала увеличивается в два раза. (F) Изображение зеленого канала. Обратите внимание на снижение автофлуоресценции в областях, покрытых зубным налетом. (G) После вычитания изображения зеленого канала (F) из модифицированного изображения красного канала (E) очевиден контраст между областями, покрытыми зубным налетом, и чистыми участками зубов. (H) После сегментации на основе порога интенсивности области, покрытые бляшкой, идентифицируются как объекты (оранжевый контур), и может быть рассчитан контурный индекс бляшек (PPI) (PPI = 81,6%). Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы просмотреть увеличенную версию этого рисунка.
Рисунок 3: Распорка, изготовленная на заказ. Изготовленная на заказ прокладка, просматриваемая спереди (A), сбоку (B) и сзади (C). (D) Флуоресцентная камера с установленной прокладкой (оранжевый контур). Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы просмотреть увеличенную версию этого рисунка.
Рисунок 4: Применение и ограничения полуавтоматической планиметрии. (А) Флуоресцентное изображение лицевой поверхности зуба. (B) Соответствующее обработанное изображение, показывающее области, покрытые бляшкой (оранжевый контур; контурный индекс бляшки [PPI] = 51,9%). (C) Флуоресцентное изображение поверхности зуба полости рта. (D) Соответствующее обработанное изображение, показывающее области, покрытые бляшкой (оранжевый контур; PPI = 14,5%). (Е-Х) Изображения зубов с реставрациями из композитной смолы. Реставрация в E сильно флуоресцирует в зеленом спектре, тогда как реставрация в G кажется немного слабее, чем окружающие чистые участки зуба. На обоих изображениях PPI можно определить с помощью стандартного алгоритма анализа изображений. (Ф,Х) Обработанные изображения, показывающие области, покрытые бляшкой (оранжевые контуры; PPI = 20,3% и 20,2% соответственно). (И,Ж) Флуоресцентные изображения зуба с амальгамной реставрацией (I) и зуба с металлокерамической коронкой (J, синий контур, добавляется вручную). Обе реставрации являются нефлуоресцентными, и отложения бляшек не могут быть количественно определены с помощью полуавтоматической планиметрии. (K) Флуоресцентное изображение зуба с металлическим ортодонтическим брекетом. Поскольку скобка исключена из анализа, PPI можно определить с помощью стандартного алгоритма анализа изображений (L, оранжевый контур, PPI = 31,5%). Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы просмотреть увеличенную версию этого рисунка.
Рисунок 5: Влияние клинических процедур на качество изображения и результаты полуавтоматической планиметрии . (A) Флуоресцентное изображение, полученное при приглушенном освещении помещений. Общая площадь зуба определяется правильно после сегментации изображения на основе порога (оранжевый контур). (B) Флуоресцентное изображение того же зуба, полученное при включенном комнатном освещении. Из-за повышенного фонового излучения в красном спектре сегментация на основе порога не может точно различать поверхности зуба и окружающие мягкие ткани (оранжевый контур). (C) Флуоресцентное изображение, полученное при недостаточном открытии рта. Нераскрытые зубы-антагонисты видны на изображении и, таким образом, включены в общую площадь зуба (оранжевые контуры). Чтобы получить правильный контурный индекс бляшек, их необходимо удалить вручную во время анализа изображений. (D) Флуоресцентное изображение, полученное при оптимальном расположении головки камеры. Общая площадь зуба (оранжевый контур) ограничена лицевым аспектом. (E) Флуоресцентное изображение зуба в D , полученное с субоптимальным углом наклона головки камеры. Захватывается часть окклюзионной поверхности, в результате чего увеличивается общая площадь зуба (оранжевый контур). (F) Изображение раскрытого зубного налета в белом свете с заметным окрашиванием десны. Высокое излучение в красном спектре может привести к завышению площади, покрытой зубным налетом. Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы просмотреть увеличенную версию этого рисунка.
Дополнительный файл S1: Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы загрузить этот файл.
Исследование было профинансировано компанией Novozymes A/S и Инновационным фондом Дании (номер гранта 9065-00244B). Спонсоры не играли никакой роли в сборе, анализе и интерпретации данных или в написании отчета.
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.
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 системы | Программное обеспечение для аддитивного производства | |
| 5% эритрозина; Top Dent Rondell Rö d | Наверх Дент Lifco Dental AB | 6327 | Раскрывающий раствор |
| D1000 лабораторный сканер | 3 Shape | Lab сканер используется для сканирования камеры головки | |
| DBSWIN 5.17.0 | Dü rr Стоматологическое | программное обеспечение для VistaCam | |
| Цифровой анализ изображений в микробной экологии (Daime), версия 2.2.2 | Бесплатное программное обеспечение для анализа изображений | ||
| LC-3D Print Box | NextDent | Установка полимеризации | |
| Meshmixer 3.5 | Autodesk | Бесплатное программное обеспечение для проектирования распорки на заказ | |
| NextDent 5100 | 3D системы | 3D-принтер | |
| NextDent Ortho IBT | 3D systems | Материал для спейсера | |
| Ультразвуковая ванна T660/H | Elma Schmidbauer GmbH | ||
| VistaCam iX HD Smart интраоральная камера | Dü rr Dental | В сочетании с флуоресцентной камерой |
