Questo studio presenta una procedura semi-automatizzata di analisi delle immagini digitali per la quantificazione planimetrica della placca dentale divulgata sulla base di immagini acquisite con una telecamera a fluorescenza intraorale. Il metodo consente la quantificazione rapida e affidabile della placca dentale nell’ambiente di ricerca.
L’accumulo di placca dentale viene quantificato utilizzando indici clinici o, altrimenti, l’indice di placca planimetrica (PPI), che misura l’area relativa di un dente coperta da depositi di placca. Rispetto agli indici clinici, il PPI ha un potere discriminatorio più elevato, ma la planimetria tradizionale è un’analisi che richiede tempo, poiché le aree dei denti coperte di placca e pulite devono essere determinate manualmente per ogni immagine utilizzando un software di elaborazione delle immagini. Qui presentiamo un metodo per la quantificazione planimetrica semi-automatica della placca dentale, che consente l’elaborazione rapida di fino a 1.000 immagini contemporaneamente. Il metodo sfrutta il maggiore contrasto tra placca rivelata, superfici dentali sonore e tessuti molli nelle immagini a fluorescenza acquisite con una telecamera intraorale. Un’attenta esecuzione delle procedure cliniche e un’accurata acquisizione delle immagini sono passaggi cruciali per il successo dell’identificazione semi-automatica delle aree coperte di placca. Il metodo è adatto per la planimetria su superfici facciali e orali sane, sulla maggior parte dei restauri in resina composita e su denti con staffe ortodontiche, ma non su restauri metallici. Rispetto alle tradizionali registrazioni PPI, la planimetria semi-automatica riduce notevolmente la quantità di tempo dedicato all’analisi, nonché l’input umano soggettivo, aumentando così la riproducibilità delle misure planimetriche.
La quantificazione della placca dentale nell’ambiente di ricerca viene eseguita utilizzando indici clinici o, altrimenti, registrando l’indice di placca planimetrica (PPI)1. Gli indici clinici, come l’indice di placca di Quigley-Hein modificato da Turesky, si basano sulla valutazione visiva della copertura della placca da parte di un operatore e sulla successiva assegnazione di un punteggio su una scala ordinale2. Mentre il punteggio è rapido, l’uso di indici clinici richiede una laboriosa calibrazione inter-esaminatore e intra-esaminatore, e la valutazione soffre sempre di un certo grado di soggettività 3,4,5. Inoltre, poiché il numero di punteggi è limitato, gli indici clinici potrebbero non riuscire a rilevare differenze rilevanti nella copertura della placca6.
Per le registrazioni planimetriche, l’estensione della copertura della placca viene determinata su immagini digitali dividendo l’area coperta di placca per l’area totale della superficie del dente7. L’uso di una scala continua aumenta l’accuratezza e mostra un elevato potere discriminatorio nell’analisi statistica 8,9,10. Inoltre, si potrebbe sostenere che la planimetria è meno soggettiva, in quanto l’indice è calcolato e non stimato dall’esaminatore11. Tradizionalmente, le aree dei denti coperte di placca e totali sono state determinate manualmente per le registrazioni PPI disegnando le regioni di interesse in ciascuna immagine utilizzando il software di elaborazione delle immagini 7,12. Di conseguenza, l’analisi planimetrica era in precedenza molto dispendiosa in termini di tempo, il che ne riduceva l’applicabilità per studi clinici più ampi6.
Nelle tradizionali immagini a luce bianca, il contrasto tra le aree coperte di placca, le aree dei denti pulite e i tessuti circostanti è debole e, quindi, l’elaborazione automatica delle immagini, che in genere si basa sul rilevamento basato sull’intensità degli oggetti, è gravemente ostacolata13,14. Le immagini acquisite con una telecamera a fluorescenza mostrano un contrasto significativamente migliorato tra placca rivelata, denti puliti che si auto-fluorescenti fortemente nello spettro verde e tessuti molli non fluorescenti1.
Qui presentiamo un metodo per la planimetria semi-automatica che riduce notevolmente il tempo dedicato all’analisi delle immagini rispetto alle tradizionali registrazioni PPI. Il metodo impiega procedure di divulgazione standard, una telecamera a fluorescenza disponibile in commercio e un freeware di analisi delle immagini. Vengono discussi i parametri importanti per l’acquisizione e l’analisi delle immagini, nonché gli errori tipici e le limitazioni del metodo.
Il metodo presentato per la planimetria semi-automatica basata su immagini a fluorescenza costituisce un miglioramento nella quantificazione della placca dentale sulle superfici dei denti sani nell’ambiente di ricerca rispetto alla planimetria tradizionale20. La planimetria semi-automatica consente la determinazione simultanea del PPI in un massimo di 1.000 immagini utilizzando un algoritmo di post-elaborazione predeterminato. In tal modo, il metodo è considerevolmente più efficiente in termini di tempo rispetto alla planimetria convenzionale, in cui le aree totali dei denti e le aree coperte di placca sono determinate manualmente disegnando le regioni di interesse in un software di elaborazione delle immagini 7,12. Inoltre, l’estensione del giudizio umano nell’analisi delle immagini è ridotta alla scelta di una soglia di luminosità per la segmentazione dell’immagine. In tal modo, tutte le immagini sono trattate allo stesso modo e l’influenza della soggettività dell’esaminatore è notevolmente ridotta11.
I passaggi critici del protocollo sono prevalentemente legati alle procedure cliniche, che devono essere eseguite in modo altamente standardizzato per una qualità dell’immagine ottimale. La soluzione divulgante deve essere applicata delicatamente e uniformemente e le immagini devono essere acquisite subito dopo il risciacquo e l’asciugatura all’aria per evitare un lavaggio del colorante e, quindi, una perdita di contrasto dell’immagine. Inoltre, il sanguinamento gengivale deve essere evitato, poiché l’emoglobina può aumentare la fluorescenza registrata nel canale rosso19. L’acquisizione dell’immagine deve essere eseguita con le luci della stanza attenuate per ridurre l’interferenza della luce ambientale e i pazienti devono aprire sufficientemente la bocca, in modo tale che i denti antagonisti non appaiano nelle immagini. La testa della telecamera deve essere posizionata perpendicolarmente all’asse del dente per evitare di catturare parte della superficie occlusale e dei denti controlaterali.
Gli artefatti derivanti da un’acquisizione di immagini non ottimale possono – nella maggior parte dei casi – essere rimossi durante l’analisi dell’immagine, anche se a scapito di un tempo di elaborazione notevolmente aumentato. Alcuni elementi riconosciuti come oggetti durante la segmentazione possono essere cancellati mediante semplice eliminazione nell’editor oggetti. Se gli artefatti sono confluenti con le aree riconosciute come placca, gli oggetti risultanti devono essere suddivisi nell’editor di oggetti prima della rimozione. In casi estremi, l’operatore potrebbe dover ricorrere alla determinazione manuale delle aree pulite coperte di denti e placca disegnando le regioni di interesse nel software. Se tutte le procedure cliniche vengono eseguite in modo accurato, l’unico input soggettivo dell’operatore durante l’analisi dell’immagine consiste nel determinare i valori di cutoff per le segmentazioni basate sulla soglia. Generalmente, le aree dei denti ricoperte di placca e pulite sono ben definite nelle immagini, ma va detto che piccole differenze nelle soglie scelte influenzano i valori PPI calcolati, anche se in misura relativamente bassa. Poiché tutte le immagini acquisite per un particolare studio possono essere segmentate con soglie identiche, la scelta soggettiva dei valori di cutoff non influisce sulle differenze tra il trattamento o i gruppi di pazienti.
Proprio come la planimetria manuale, la planimetria semiautomatica non è adatta per le registrazioni longitudinali dell’accumulo di placca a causa dell’uso di una soluzione divulgatrice. L’eritrosina può interferire con la crescita del biofilm attraverso un’attività antibatterica21,22,23, ma soprattutto, la macchia prominente richiede la rimozione professionale della placca prima che il paziente venga mandato a casa. Tuttavia, il metodo descritto può essere utilizzato per la quantificazione regolare dei livelli abituali di placca nella clinica. Un’altra limitazione della planimetria semi-automatica deriva dalle differenze di dimensioni tra i singoli denti. Sebbene la distanza tra la telecamera e la superficie del dente e, quindi, la dimensione del campo visivo possano essere standardizzate, le immagini acquisite possono includere parti dei denti vicini. Questi non possono essere rimossi da un’operazione batch, ma solo dal ritaglio manuale delle immagini durante l’analisi. Mentre la planimetria semi-automatica è appropriata per la quantificazione della placca sopragengivale e del calcolo24 su superfici dentali sane, il lavoro futuro dovrà determinare in che modo il metodo descritto è influenzato da difetti dello sviluppo25, lesioni cariose cavitate e non cavitate, nonché macchie gravi.
In conclusione, la planimetria semiautomatica è un metodo che consente la quantificazione rapida e affidabile della copertura dell’area della placca utilizzando una telecamera a fluorescenza. Può essere impiegato in studi clinici che valutano la formazione di placche de novo in diversi gruppi di pazienti o l’effetto di diversi regimi di trattamento sulla rimozione della placca.
The authors have nothing to disclose.
Gli autori ringraziano Dirk Leonhardt per la sua eccellente assistenza nella produzione additiva dei distanziatori su misura. Lene Grønkjær, Javier E. Garcia, Charlotte K. Vindbjerg e Sussi B. Eriksen sono riconosciuti per il loro supporto tecnico durante lo studio. Gli autori desiderano inoltre ringraziare Matthias Beck per il supporto tecnico sull’uso della telecamera a fluorescenza e Mette R. Jørgensen per le fruttuose discussioni.
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