כימות פלנימטרי חצי אוטומטי של פלאק דנטלי באמצעות מצלמת פלואורסצנטיות אינטרה-אוראלית
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
Representative Results
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
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
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
| 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. -. &. #. 2. 1. 4. ;., 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. Microbial inhibition by erythrosin. Journal of Dental Research. 45 (5), 1464-1467 (1966).
- 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).
