Clinical research of masticatory efficiency with the use of computer analysis occlusions

Full Text

Введение В современном обществе возрастают требования к стоматологическому лечению. Одной из важнейших составляющих восстановления качества жизни стоматологического больного является воссоздание функции жевания в условиях физиологической нормы пациента, адаптации его в социуме [1]. По данным ВОЗ, теми или иными стоматологическими заболеваниями страдает до 99% населения мира. Такие заболевания, как неопластические, неспецифические инфекции, травмы, могут приводить к обширным дефектам челюстно-лицевой области, что влечет за собой резкие деформации [2]. Заболевания челюстно-лицевой области даже в начальной стадии влияют на качество жевания и жевательную эффективность [3]. Существует ряд методов прямого измерения жевательной эффективности, предусматривающих проведение жевательной пробы [4-6]. Очевидно, применение таких прямых методов связано с большими временными затратами, которые далеко не всегда оправданы. Это привело к созданию косвенных методов оценки жевательной эффективности, среди которых известно определение жевательной эффективности с применением компьютерного анализа данных. Некоторые из этих методов основаны на анализе окклюзиограмм, обрабатываемых определенным образом в компьютерных программах - графических редакторах [7]. Как правило, эти методы также трудоемки и не всегда приводят к точному результату, поскольку оценивают только площадь контактов [8]. На данный момент не существует явно выраженного достоверного соответствия между площадью окклюзионных контактов и величиной жевательной эффективности. Актуальным решением данных вопросов являются разработка и внедрение программы, которая уточняет и облегчает процесс измерения жевательной эффективности пациента. Цель исследования - клиническая апробация и калибровка программы, которая систематизирует, группирует и анализирует многообразие данных, влияющих на эффективность жевания, автоматизируя, уточняя и облегчая процесс измерения жевательной эффективности. Материал и методы Сотрудниками кафедры ортопедической стоматологии и ортодонтии РязГМУ совместно с кафедрой радиотехнических устройств РГРТУ были проведены исследования, направленные на изучение возможности автоматизации оценки жевательной эффективности косвенными методами, что позволило бы добиться сокращения времени оценки и повышения точности благодаря исключению влияния человеческого фактора на саму величину оценки. В качестве исходных материалов для оценки жевательной эффективности использовали окклюзиограммы, полученные как сканированные на просвет пластинки базисного воска с отпечатками зубов пациентов в положении центральной окклюзии [9]. Существенным фактором является то, что при таком методе снятия окклюзиограммы появляется возможность не только учитывать площадь окклюзионных контактов, как это делалось при применении упомянутых выше методов оценки жевательной эффективности [7-8], но и полностью использовать данные об окклюзионном рельефе, глубине смыкания зубных рядов, качестве каждого окклюзионного контакта. Одним из важнейших направлений в описываемом исследовании является разработка математического метода, позволяющего автоматически переходить от окклюзио- граммы пациента к величине его жевательной эффективности, что исключает влияние человеческого фактора, такого как опыт врача, ошибки из-за невнимательности, погрешность расчета и других, на результат оценки. С этой целью в компьютерной системе инженерных и научных расчетов MATLAB 7 была разработана оригинальная программа, основанная на проекционных методах анализа многомерных данных, из них в качестве основного принят метод проекции на латентные структуры [10]. Этот метод позволяет находить скрытые закономерности в многомерных данных, т. е. в данном случае сопоставлять величину жевательной эффективности на окклюзиограмме конкретного пациента, автоматически учитывая всю сложность окклюзионного ландшафта, представленную на скане анализируемого отпечатка восковой пластины. Для функционирования программы создается так называемый обучающий набор исходных данных - сканов, для каждого из которых сопоставляется величина жевательной эффективности, измеренная методом жевательной пробы у пациента, которому принадлежит отпечаток окклюзии на скане. Данные из обучающего набора подвергаются математической обработке в программе, после чего она может принять новый скан и вычислить жевательную эффективность пациента, которому он принадлежит. Точность вычисления жевательной эффективности по скану, неизвестному для программы заранее, т. е. не входящему в обучающий набор сканов, зависит от многих факторов, среди которых главные - представительность обучающего набора и количество главных компонент математического анализа, используемое в применяемом методе проекции на латентные структуры. В настоящее время программа использует сканы размером 1470 х 925 пикселей, снятые в режиме с 256 оттенками серого цвета. Для создания обучающего набора данных для программы нами было обследовано 140 студентов в возрасте от 18 до 23 лет. У обследуемых получали окклюзиограмму, регистрируя соотношения зубных рядов в положении центральной окклюзии на пластинке воска базисного, а затем проводили жевательные пробы для определения жевательной эффективности. Из 140 полученных сканов 122 вошли в обучающий набор, а остальные использовались для тестирования работы программы. Результаты и обсуждение Полученные результаты анализировали и сопоставляли в программе, функционирующей в среде MATLAB. Предварительная проверка достоверности результатов проводилась на этапе создания обучающего набора данных (сканов), для чего использовали типовой метод кроссвалидации, т. е. перекрестной проверки. Этот метод заключается в последовательном исключении из обучающего набора каждого из образцов и вычисления жевательной эффективности для исключенной окклюзиограммы как для неизвестной, после чего появляется возможность сравнить известную величину жевательной эффективности для этого скана с полученной расчетным путем. На этапе предварительной проверки выясняется, насколько представителен обучающий набор сканов окклюзиограмм, и при необходимости повышения точности этот набор пополняется новыми сканами. Величина среднеквадратической ошибки оценки жевательной эффективности при проверке методом кросс-валидации с использованием 122 образцов составила около 1 %, что дало возможность считать методику расчета работоспособной, а использованный обучающий набор достаточно представительным. Далее по наилучшей точности оценки жевательной эффективности было определено оптимальное число главных компонент математического анализа, которое колебалось от 19 до 22. После этого программе были предложены для расчета жевательной эффективности 18 «неизвестных» ей сканов окклюзиограмм, т. е. никогда не входивших в обучающий набор. Ошибка расчета жевательной эффективности при этом по сравнению с определенной прямым методом жевательной пробы составила от 0,87 до 2,56%, что, на наш взгляд, является приемлемым результатом. Заключение В данной работе были представлены результаты исследований, направленных на применение автоматизированного компьютерного метода определения жевательной эффективности по сканированной окклюзиограмме с использованием математических проекционных методов анализа многомерных данных. Обсуждается результат работы компьютерной программы, использующей данный метод. Результаты исследований можно признать удовлетворительными, поскольку они обеспечивают приемлемую для практики точность оценки жевательной эффективности, позволяют существенно экономить время и свести к минимуму влияние человеческого фактора. Дальнейшая работа в этом направлении позволит внедрить представленный метод оценки жевательной эффективности в клиническую практику.

About the authors

N. E Mitin

Ryazan State Medical University named after academician I.P. Pavlov

390005, Ryazan, Russia

Tat’yana Anatol’evna Vasil’eva

Ryazan State Medical University named after academician I.P. Pavlov

Email: tata-v@bk.ru
390005, Ryazan, Russia

E. V Vasilev

Ryazan State Radio Engineering University

390005, Ryazan, Russia

M. I Sanferova

Ryazan State Medical University named after academician I.P. Pavlov

390005, Ryazan, Russia

References

Supplementary files