本研究提出了一种半自动数字图像分析程序,用于基于口内荧光相机获取的图像对所披露的牙菌斑进行平面定量。该方法可以在研究环境中快速可靠地定量牙菌斑。
牙菌斑积累使用临床指数或其他平面牙菌斑指数(PPI)进行量化,该指数测量被牙菌斑沉积物覆盖的牙齿的相对面积。与临床指标相比,PPI具有更高的辨别能力,但传统的平面测量是一种耗时的分析,因为必须使用图像处理软件手动确定每个图像的牙菌斑覆盖和清洁牙齿区域。在这里,我们提出了一种对牙菌斑进行半自动平面定量的方法,该方法可以同时快速处理多达1,000张图像。该方法利用了用口腔内摄像头获取的荧光图像中公开的牙菌斑、健全的牙齿表面和软组织之间的增强对比度。仔细执行临床程序和准确的图像采集是成功半自动识别斑块覆盖区域的关键步骤。该方法适用于健全的面部和口腔牙齿表面、大多数复合树脂修复体和带正畸托槽的牙齿的平面测量,但不适用于金属修复体。与传统的PPI记录相比,半自动平面测量大大减少了分析所花费的时间以及主观的人工输入,从而提高了平面测量的可重复性。
研究环境中牙菌斑的定量要么使用临床指数进行,要么通过记录平面学牙菌斑指数(PPI)1进行。临床指标,如Turesky修饰的Quigley-Hein斑块指数,依赖于操作员对斑块覆盖率的目视评估以及随后在序数量表2上分配分数。虽然评分很快,但临床指标的使用需要费力的检查员间和检查者内部校准,并且评分总是受到一定程度的主观性的影响3,4,5。此外,由于评分数量有限,临床指标可能无法检测到斑块覆盖率的相关差异6。
对于平面记录,牙菌斑覆盖的范围是通过将牙菌斑覆盖面积除以牙齿表面的总面积7来确定的。使用连续量表可提高准确性,并在统计分析中表现出很高的判别力8,9,10。此外,有人可能会争辩说,平面测量不那么主观,因为指数是由考官计算而不是估计的11。传统上,通过使用图像处理软件7,12在每个图像中绘制感兴趣的区域,手动确定PPI记录的牙菌斑覆盖面积和总牙齿区域。因此,平面分析以前非常耗时,这降低了其在大型临床研究中的适用性6。
在传统的白光图像上,牙菌斑覆盖的区域、干净的牙齿区域和周围组织之间的对比度很微弱,因此,通常依赖于基于强度的物体检测的自动图像处理受到严重阻碍13,14。用荧光相机采集的图像显示,公开的牙菌斑、在绿色光谱中强烈发出强烈自发荧光的清洁牙齿和非荧光软组织之间的对比度显着增强1。
在这里,我们提出了一种半自动平面测量方法,与传统的PPI记录相比,该方法大大减少了图像分析所花费的时间。该方法采用标准公开程序、市售荧光相机和图像分析免费软件。讨论了对图像采集和图像分析很重要的参数,以及该方法的典型错误和局限性。
与传统平面测量法20相比,所提出的基于荧光图像的半自动平面测量方法在研究环境中改善了健全牙齿表面的牙菌斑定量。半自动平面测量允许使用预先确定的后处理算法同时测定多达 1,000 张图像中的 PPI。因此,该方法比传统的平面测量法更具时间效率,在传统的平面测量中,总牙齿面积和牙菌斑覆盖区域是通过在图像处理软件7,12中绘制感兴趣的区域手动确定的。此外,图像分析中的人为判断范围减少到图像分割的亮度阈值的选择。因此,对所有图像一视同仁,审查员主观性的影响大大降低11.
协议中的关键步骤主要与临床程序有关,临床程序需要以高度标准化的方式执行以获得最佳图像质量。必须轻柔均匀地涂抹公开溶液,并且应在冲洗和风干后立即获取图像,以避免染料被冲刷,从而损失图像对比度。此外,需要避免牙龈出血,因为血红蛋白可能会增强红色通道19中记录的荧光。图像捕获应在房间灯光调暗的情况下进行,以减少环境光的干扰,并且患者需要充分张开嘴巴,以使图像中不会出现拮抗剂牙齿。摄像头必须垂直于齿轴放置,以避免捕获部分咬合面和对侧牙齿。
在大多数情况下,在图像分析过程中可以消除由次优图像采集产生的伪影,但代价是处理时间大大增加。在分割过程中被识别为对象的一些工件可以通过在对象编辑器中进行简单的删除来清除。如果工件与识别为斑块的区域汇合,则在删除之前,必须在对象编辑器中拆分生成的对象。在极端情况下,操作员可能不得不通过在软件中绘制感兴趣的区域来手动确定干净的牙齿和牙菌斑覆盖的区域。如果所有临床程序都准确执行,则操作员在图像分析期间的唯一主观输入包括确定基于阈值的分割的截止值。通常,图像中明确定义了牙菌斑覆盖和清洁的牙齿区域,但需要提及的是,所选阈值的微小差异确实会影响计算的PPI值,尽管程度相对较低。由于为特定研究获取的所有图像都可以使用相同的阈值进行分割,因此临界值的主观选择不会影响治疗或患者组之间的差异。
就像手动平面测量一样,由于使用披露溶液,半自动平面测定法不适合斑块积聚的纵向记录。赤藓红氨酸可能通过抗菌活性干扰生物膜生长21,22,23,但最重要的是,突出的污渍需要在患者被送回家之前去除专业的斑块。然而,所述方法可用于临床中习惯性斑块水平的定期定量。半自动平面测量的另一个限制是由于单个牙齿之间的尺寸差异而出现的。尽管相机与牙齿表面之间的距离以及视野的大小可以标准化,但获取的图像可能包括相邻牙齿的部分。这些不能通过批处理操作删除,而只能通过在分析过程中手动裁剪图像来删除。虽然半自动平面测量适用于定量健全牙齿表面上的牙龈上斑块和结石24,但未来的工作必须确定所述方法如何受到发育缺陷25,空化和非空化龋齿病变以及严重染色的影响。
总之,半自动平面测量是一种可以使用荧光相机快速可靠地量化斑块区域覆盖率的方法。它可以用于评估不同患者群体中 新发 斑块形成或不同治疗方案对斑块去除的影响的临床试验。
The authors have nothing to disclose.
作者感谢Dirk Leonhardt在定制间隔条的增材制造方面的出色帮助。Lene Grønkjær,Javier E. Garcia,Charlotte K. Vindbjerg和Sussi B. Eriksen在研究期间的技术支持得到了认可。作者还要感谢Matthias Beck在荧光相机使用方面的技术支持,并感谢Mette R. Jørgensen富有成效的讨论。
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