Методика определения жевательной эффективности с применением оригинальной компьютерной программы на основе методов анализа многомерных данных

Аннотация

В статье представлена методика определения жевательной эффективности с помощью разработанной компьютерной программы, созданной на основе методов анализа многомерных данных. С помощью описанного метода можно исследовать жевательную эффективность по скану окклюзиограммы, полученной на воске. Точность исследования сравнивается с современной функциональной жевательной пробой.

Полный текст

Восстановление функции жевания -это один из основных результатов качественно проведенного стоматологического лечения, будь то ортопедическое, ортодон-тическое или, в меньшей мере, терапевтическое лечение [1, 7, 13]. Нарушение или неправильное восстановление рельефа окклюзионного ландшафта [11] ведет к увеличению тревожности пациента из-за нарушения жизненно важной функции жевания [4]. Несмотря на многообразие возможных современных исследований стоматологического пациента, существующих на данное время [8, 14], методы определения жевательной эффективности остаются максимально информативными и в полной мере характеризующими качество восстановления функции жевания [12, 15]. Они делятся на статистические (например, по Н.И. Агапову)- не самые точные, подсчитывают усредненное значение эффективности по стандартным таблицам [9]; функциональные (жевательные пробы, например, по И.С. Рубинову) проводимые индивидуально для каждого пациента, очень трудоемкие и сложные в исполнении [6]; методы с применением компьютерного обеспечения (например, по А.А. Долгалеву, T-scan), дорогостоящие, требующие большого количества дополнительных манипуляций и специализированного оборудования [2, 10]. Цель исследования: сравнительный анализ качества разработанной оригинальной компьютерной программы для определения жевательной эффективности на основе методов анализа многомерных данных. Материалы и методы На кафедре ортопедической стоматологии и ортодонтии РязГМУ были проведены исследования, направленные на измерение жевательной эффективности. На основании этого совместно с кафедрой радиотехнических устройств РГРТУ была разработана компьютерная программа, автоматизирующая оценку жевательной эффективности косвенными методами. Качество работы программного продукта сравнивалось с результатами проведенной 129 Российский медико-биологический вестник имени академика И.П. Павлова, № 1, 2016 г. современной функциональной жевательной пробы. В качестве исходных данных для функционирования алгоритма оценки жевательной эффективности в разработанной нами компьютерной программе используются скан пластинки базисного воска с окклюзиограммой пациента в центральной окклюзии. Окклюзиограмму получали по методике И. В. Потапова [5]. Восковая пластинка сканируется на просвет, в результате чего на сканированном изображении окклюзионные контакты различаются по яркости, которая зависит от плотности смыкания зубов-антагонистов. Зависимость величины жевательной эффективности от площади, расположения и яркости областей, соответствующих окклюзионным контактам, весьма сложная, поэтому для анализа скана и вычисления оценки жевательной эффективности в программе применяется один из статистических методов анализа многомерных данных - метод проекции на латентные структуры (PLS-2). Используемый метод подразумевает необходимость предварительного создания обучающего набора сканов окклюзио-грамм, каждому из которых сопоставляется величина жевательной эффективности, измеренная методом функциональной жевательной пробы у пациента, которому принадлежит данная окклюзиограмма. Таким образом, результаты измерения жевательной эффективности методом функциональной жевательной пробы являются эталонными, и на их основе программа оценивает жевательную эффективность неизвестного, т.е. не входящего в обучающий набор скана окклюзиограммы. Точность оценивания жевательной эффективности зависит от нескольких факторов, среди которых наиболее важными являются: - представительность обучающего набора сканов окклюзиограмм; - точность эталонных значений жевательной эффективности, сопоставленных сканам окклюзиограмм, входящих в обучающий набор; - параметры и настройки алгоритма PLS-2, используемого для расчета оценочной величины жевательной эффективности: количество так называемых главных компонент анализа, разрешение сканированного изображения. В результате исследовательской работы с программой были найдены оптимальные значения указанных параметров для получения наилучшей точности компьютерного оценивания жевательной эффективности в сравнении с результатами функциональной жевательной пробы, принимаемыми за эталон. Таким образом, было установлено, что при использовании сканов размером 1470х925 пикселов, снятых в монохромном режиме с 256 оттенками серого цвета, необходимо учитывать в расчете от 18 до 22 главных компонент анализа. Для создания обучающего набора данных для программы нами были получены сканы окклюзиограмм у 40 студентов в возрасте от 19 до 23 лет с проведением у них функциональной жевательной пробы. Дальнейшее расширение обучающего набора не приводило к существенному увеличению точности работы программы. В исследуемую группу (40 человек) отбирались молодые лица с ортогнатиче-ским прикусом и интактным зубным рядом. В качестве эталонной жевательной пробы была взята проба экспресс - оценки эффективности жевания, разработанная коллективом авторов под руководством профессора В.Н. Трезубова [3]. Эта проба является современной и достаточно легкой в исполнении. Пищевым тестовым материалом в данной пробе является ядро миндального ореха или кубик моркови весом 0,5-1 грамм. Испытуемому предлагается пережевывать тестовый материал до появления рефлекса глотания, то есть непреодолимого желания проглотить материал. По данным разработчиков пробы, в норме это желание возникает через 16 секунд у лиц с ортогнатическим прикусом и интактным зубным рядом. Далее, анализируя время, потраченное на жевание испытуемым, выбирается значение предва Российский медико-биологический вестник имени академика И.П. Павлова, № 1, 2016 г. рительной жевательной эффективности для данного человека, сведенное исследователями в таблицу. При пережевывании тестового материала за 16 секунд и менее жевательная эффективность составила 100%, за 17 секунд - 94,1%, за 18 секунд -88,9% и т.д. Уточненная эффективность жевания высчитывалась с учетом поправочных коэффициентов на возраст и на состояние зубных рядов. Результаты и их обсуждение При получении значений жевательной эффективности экспресс - методом функциональной пробы по В.Н. Трезубо-ву 70% исследуемых пережевали тестовый материал за 16 секунд, 20% - за 17 секунд, 10% - за 18 секунд, что соответствует значениям предварительной жевательной эффективности 100%, 94,1% и 88,9% соответственно. При этом значения предварительной и уточненной жевательной эффективности совпадают, так как внесение поправок на возраст и состояние зубных рядов не дало изменений: оба поправочных коэффициента для нашей группы испытуемых равны 1 (К1=1,0; К2=1,0). Значение жевательной эффективности, измеренной с помощью разработанной компьютерной программы, составили у 60% обследуемых - 95-100%, у 30% -90-93%, у 10% - 86-89%. Сравнение результатов оценивания жевательной эффективности, полученных с помощью описываемой компьютерной программы с данными, полученными методом жевательной пробы, позволяют предположить: - применение методов анализа многомерных данных по отношению к сканам окклюзиограмм для оценивания жевательной эффективности можно считать оправданным, поскольку при этом результаты анализа хорошо коррелируют с результатами, полученными методом функциональной жевательной пробы; S' STOM_PLS_2.fig 131 Российский медико-биологический вестник имени академика И.П. Павлова, № 1, 2016 г. - найденные сочетания параметров работы алгоритма расчета оценки жевательной эффективности, о которых упоминалось выше, позволяют добиться точности определения жевательной эффективности в пределах 4.. .6 % по отношению к результатам жевательной пробы, принимаемой в данном исследовании за эталонную величину для каждого конкретного пациента. Дальнейшее развитие метода компьютерного исследования жевательной эффективности по сканам окклюзиограмм предполагает проведение оценки жевательной эффективности у пациентов с дефектами твердых тканей коронковой части зуба, малыми и средними дефектами зубного ряда. Заключение В данной статье обсуждается результат работы специализированной оригинальной компьютерной программы, основанной на автоматизации обработки сканированных окклюзиограмм, полученных на воске, с последующим сравнением данных жевательной эффективности, измеренных с помощью современной функциональной жевательной пробы. Результаты определения жевательной эффективности с помощью функциональной пробы несколько более точные, но трудоемкость метода и скорость его проведения оставляют желать лучшего. Измерение жевательной эффективности с помощью разработанной компьютерной программы можно признать удовлетворительными, так как точность исследования достаточно высока, не на много уступает точности функциональной пробы. Метод доступен, легок в применении, экономичен во времени и снимает вероятность ошибки измерения за счет отсутствия влияния человеческого фактора и полной автоматизации расчетов. Дальнейшее развитие данного направления исследований позволит внедрить представленный метод определения жевательной эффективности на этапах стоматологического лечения в клиническую практику.