Deze studie presenteert een semi-geautomatiseerde digitale beeldanalyseprocedure voor de planimetrische kwantificering van onthulde tandplak op basis van beelden verkregen met een intraorale fluorescentiecamera. De methode maakt een snelle en betrouwbare kwantificering van tandplak in de onderzoeksomgeving mogelijk.
Accumulatie van tandplak wordt gekwantificeerd met behulp van klinische indices of, anders, de planimetrische plaque-index (PPI), die het relatieve gebied van een tand meet dat bedekt is met plaqueafzettingen. In vergelijking met klinische indices heeft de PPI een hoger discriminerend vermogen, maar traditionele planimetrie is een tijdrovende analyse, omdat de met plaque bedekte en schone tandgebieden handmatig voor elk beeld moeten worden bepaald met behulp van beeldverwerkingssoftware. Hier presenteren we een methode voor de semi-geautomatiseerde planimetrische kwantificering van tandplak, die de snelle verwerking van maximaal 1.000 afbeeldingen tegelijkertijd mogelijk maakt. De methode maakt gebruik van het verbeterde contrast tussen onthulde plaque, geluidstandoppervlakken en zachte weefsels in fluorescentiebeelden die zijn verkregen met een intraorale camera. Zorgvuldige uitvoering van de klinische procedures en nauwkeurige beeldacquisitie zijn cruciale stappen voor de succesvolle semi-geautomatiseerde identificatie van de met plaque bedekte gebieden. De methode is geschikt voor planimetrie op gezonde gezichts- en mondtandoppervlakken, op de meeste composietharsrestauraties en op tanden met orthodontische beugels, maar niet op metaalrestauraties. In vergelijking met traditionele PPI-opnames vermindert semi-geautomatiseerde planimetrie de hoeveelheid tijd die aan de analyse wordt besteed aanzienlijk, evenals de subjectieve menselijke input, waardoor de reproduceerbaarheid van planimetrische metingen wordt verhoogd.
De kwantificering van tandplak in de onderzoeksomgeving wordt uitgevoerd met behulp van klinische indices of, anders, door de planimetrische plaque-index (PPI)1 te registreren. Klinische indices, zoals de Turesky gemodificeerde Quigley-Hein plaque-index, vertrouwen op de visuele beoordeling van plaquedekking door een operator en de daaropvolgende toewijzing van een score op een ordinale schaal2. Hoewel de score snel is, vereist het gebruik van klinische indices een moeizame kalibratie tussen examinatoren en intra-examinatoren, en de beoordeling lijdt altijd aan een zekere mate van subjectiviteit 3,4,5. Bovendien, omdat het aantal scores beperkt is, kunnen klinische indices geen relevante verschillen in plaquedekking detecteren6.
Voor planimetrische opnames wordt de mate van plaquedekking bepaald op digitale afbeeldingen door het met plaque bedekte gebied te delen door het totale oppervlak van het tandoppervlak7. Het gebruik van een continue schaal verhoogt de nauwkeurigheid en toont een hoge discriminerende kracht in statistische analyse 8,9,10. Bovendien kan men stellen dat planimetrie minder subjectief is, omdat de index wordt berekend en niet geschat door de examinator11. Traditioneel worden met plaque bedekte en totale tandoppervlakken handmatig bepaald voor PPI-opnames door gebieden van belang in elk beeld te tekenen met behulp van beeldverwerkingssoftware 7,12. Bijgevolg was planimetrische analyse voorheen zeer tijdrovend, waardoor de toepasbaarheid ervan voor grotere klinische studies werd verminderd6.
Op traditionele witlichtbeelden is het contrast tussen met plaque bedekte gebieden, schone tandgebieden en de omliggende weefsels zwak, en dus wordt geautomatiseerde beeldverwerking, die meestal afhankelijk is van de op intensiteit gebaseerde detectie van objecten, ernstig belemmerd13,14. Beelden die zijn verkregen met een fluorescentiecamera tonen een aanzienlijk verbeterd contrast tussen onthulde plaque, schone tanden die sterk fluoresceren in het groene spectrum en niet-fluorescerende zachte weefsels1.
Hier presenteren we een methode voor semi-geautomatiseerde planimetrie die de tijd die wordt besteed aan beeldanalyse aanzienlijk vermindert in vergelijking met traditionele PPI-opnames. De methode maakt gebruik van standaard openbaarmakingsprocedures, een in de handel verkrijgbare fluorescentiecamera en een freeware voor beeldanalyse. De parameters die belangrijk zijn voor beeldacquisitie en beeldanalyse, evenals typische fouten en beperkingen van de methode, worden besproken.
De gepresenteerde methode voor semi-geautomatiseerde planimetrie op basis van fluorescentiebeelden vormt een verbetering van de kwantificering van tandplak op geluidstandoppervlakken in de onderzoeksomgeving in vergelijking met traditionele planimetrie20. Semi-geautomatiseerde planimetrie maakt de gelijktijdige bepaling van de PPI in maximaal 1.000 afbeeldingen mogelijk met behulp van een vooraf bepaald nabewerkingsalgoritme. Daardoor is de methode aanzienlijk tijdsefficiënter dan conventionele planimetrie, waarbij de totale tandoppervlakken en met plaque bedekte gebieden handmatig worden bepaald door interessante gebieden te tekenen in een beeldverwerkingssoftware 7,12. Bovendien wordt de mate van menselijk oordeel in de beeldanalyse teruggebracht tot de keuze van een helderheidsdrempel voor beeldsegmentatie. Daardoor worden alle beelden gelijk behandeld en wordt de invloed van de subjectiviteit van de examinator sterk verminderd11.
De kritieke stappen in het protocol zijn voornamelijk gerelateerd aan de klinische procedures, die op een sterk gestandaardiseerde manier moeten worden uitgevoerd voor een optimale beeldkwaliteit. De onthullende oplossing moet voorzichtig en gelijkmatig worden aangebracht en de beelden moeten direct na het spoelen en aan de lucht drogen worden verkregen om een uitspoeling van de kleurstof en dus een verlies van beeldcontrast te voorkomen. Bovendien moet gingivale bloeding worden vermeden, omdat hemoglobine de geregistreerde fluorescentie in het rode kanaal19 kan verbeteren. De beeldopname moet worden uitgevoerd met de kamerlichten gedimd om de interferentie van omgevingslicht te verminderen en de patiënten moeten hun mond voldoende openen, zodat de antagonistische tanden niet in de afbeeldingen verschijnen. De camerakop moet loodrecht op de tandas worden geplaatst om te voorkomen dat een deel van het occlusale oppervlak en de contralaterale tanden worden vastgelegd.
Artefacten die het gevolg zijn van suboptimale beeldacquisitie kunnen – in de meeste gevallen – tijdens de beeldanalyse worden verwijderd, maar ten koste van een aanzienlijk langere verwerkingstijd. Sommige artefacten die tijdens segmentatie als objecten worden herkend, kunnen worden gewist door eenvoudige verwijdering in de objecteditor. Als artefacten samenvallen met de gebieden die als plaque worden herkend, moeten de resulterende objecten worden gesplitst in de objecteditor voordat ze worden verwijderd. In extreme gevallen moet de operator mogelijk terugkeren naar de handmatige bepaling van de met tanden en tandplak bedekte gebieden door gebieden te tekenen die van belang zijn in de software. Als alle klinische procedures nauwkeurig worden uitgevoerd, bestaat de enige subjectieve input van de operator tijdens de beeldanalyse uit het bepalen van de afkapwaarden voor de op drempels gebaseerde segmentaties. Over het algemeen zijn de met plaque bedekte en schone tandgebieden goed gedefinieerd in de afbeeldingen, maar er moet worden vermeld dat kleine verschillen in de gekozen drempels de berekende PPI-waarden beïnvloeden, zij het in relatief lage mate. Aangezien alle beelden die voor een bepaald onderzoek zijn verkregen, kunnen worden gesegmenteerd met identieke drempels, heeft de subjectieve keuze van de afkapwaarden geen invloed op de verschillen tussen de behandeling of patiëntengroepen.
Net als handmatige planimetrie is semi-geautomatiseerde planimetrie niet geschikt voor longitudinale registraties van plaqueopbouw vanwege het gebruik van een onthullende oplossing. Erythrosine kan interfereren met de groei van de biofilm door een antibacteriële activiteit21,22,23, maar het belangrijkste is dat de prominente vlek professionele plaqueverwijdering vereist voordat de patiënt naar huis wordt gestuurd. De beschreven methode kan echter worden gebruikt voor de regelmatige kwantificering van gebruikelijke plaqueniveaus in de kliniek. Een andere beperking van semi-geautomatiseerde planimetrie ontstaat door de grootteverschillen tussen individuele tanden. Hoewel de afstand tussen de camera en het tandoppervlak en dus de grootte van het gezichtsveld kan worden gestandaardiseerd, kunnen de verkregen beelden delen van de naburige tanden bevatten. Deze kunnen niet worden verwijderd door een batchbewerking, maar alleen door handmatig bijsnijden van de afbeeldingen tijdens de analyse. Hoewel semi-geautomatiseerde planimetrie geschikt is voor de kwantificering van supragingivale plaque en calculus24 op gezonde tandoppervlakken, zal toekomstig werk moeten bepalen hoe de beschreven methode wordt beïnvloed door ontwikkelingsdefecten25, cavitated en niet-cavitated cariëslaesies, evenals ernstige kleuring.
Kortom, semi-geautomatiseerde planimetrie is een methode die de snelle en betrouwbare kwantificering van de dekking van plaquegebieden mogelijk maakt met behulp van een fluorescentiecamera. Het kan worden gebruikt in klinische onderzoeken die de novo plaquevorming in verschillende patiëntengroepen of het effect van verschillende behandelingsregimes op plaqueverwijdering beoordelen.
The authors have nothing to disclose.
De auteurs bedanken Dirk Leonhardt voor zijn uitstekende hulp bij de additieve productie van de op maat gemaakte afstandhouders. Lene Grønkjær, Javier E. Garcia, Charlotte K. Vindbjerg en Sussi B. Eriksen worden erkend voor hun technische ondersteuning tijdens het onderzoek. De auteurs willen ook Matthias Beck bedanken voor de technische ondersteuning bij het gebruik van de fluorescentiecamera en Mette R. Jørgensen voor vruchtbare discussies.
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 |