Введение

Объектом изучения и клинического воздействия в ортодонтии является зубочелюстно-лицевая область, а конечной целью стоматологических вмешательств служит достижение морфологического, функционального и эстетического оптимума [1]. Одним из первых авторов, предложивших исследование мягкотканных ориентиров для характеристики профиля лица в цефалометрическом анализе двухмерных боковых рентгенологических снимков головы был R. Ricketts (1957) [цит. по 2]. В анализе учитывались длина верхней губы, носогубный угол, расположение губ по отношению к эстетической плоскости (esthetic line), соединяющей наиболее выпуклые точки носа и подбородка на профиле лица. С течением времени появились другие методы, а работы множества авторов доказали целесообразность включения мягкотканных характеристик профиля лица в цефалометрические исследования для планирования вмешательств в зубочелюстную систему [3—8].

В современном мире самым информативным и распространенным методом цефалометрического анализа головы человека считается анализ двухмерных рентгеновских снимков в боковой проекции [9, 10].

Для выполнения данного исследования применяют аналоговые и цифровые рентгеновские изображения. С наступлением эры высоких технологий и интенсивно развивающихся компьютерных разработок цифровые системы визуализации используются все шире по сравнению с традиционной пленочной рентгенографией [10—12]. Применение цифровых изображений оптимизирует процесс получения данных пациента за счет возможности использования программ для ЭВМ, позволяющих сократить время, затрачиваемое на анализ и обработку изображения, длительное время хранить информацию и сопоставлять ее на разных этапах лечения, что особенно актуально для визуализации эстетических изменений лица [13].

Однако на этапе идентификации опорных точек, которая выполняется исследователем ручным методом на изображении, возможны ошибки отслеживания, идентификации ориентиров и измерений конкретного ориентира или неточность в его определении [11].

Проблема клинической достоверности определения мягкотканных ориентиров на телерентгенологических снимках в боковой проекции определила актуальность данного исследования.

Цель исследования — выявление согласованности мнений экспертов при идентификации позиций опорных точек для изучения мягкотканного профиля лица на цифровых телерентгенологических снимках боковой проекции черепа.

Материал и методы

В исследовании использовалось 100 цифровых двухмерных рентгенограмм в боковой проекции. Рентгенограммы были выбраны случайным образом из архива заранее обезличенных данных пациентов, содержащего более 500 цефалограмм. Рандомизация в исследовании обеспечивалась выбором случайных номеров с помощью генератора. Сгенерированные числа соответствовали коду цефалограммы, которая включалась в дальнейшую работу из архива. Процесс отбора продолжался до тех пор, пока не была сформирована база из 100 рентгенологических снимков.

Критериями включения были снимки пациентов до лечения, после лечения и во время ортодонтического лечения со сменным и постоянным прикусом, с частичным отсутствием зубов, с ортодонтическими аппаратами, ортопедическими конструкциями и неправильным положением головы в цефалостате. Пол пациентов, возраст, расовая группа, тип окклюзии и скелетный рисунок не учитывались. Критерии исключения отсутствовали.

Все рентгенологические исследования выполнялись на рентгеновском аппарате Planmeca (Prolin XC) (Planmeca OY, Финляндия) с максимальной мощностью 80 кВп. Размер цифровых рентгенограмм составил 2016×2696 пикселей. Изображения были масштабированы серым с 8 бит на пиксель. Размер пикселя на цефалограммах составлял 0,26 мм, разрешение — 96 точек на дюйм, файлы имели формат.png.

Одиннадцать врачей-ортодонтов с опытом работы от 1 до 8 лет вручную определяли ориентиры. Ориентир был локализован с помощью программного обеспечения, в котором доступны функции улучшения изображения, такие как увеличение/уменьшение, изменение яркости и контрастности для лучшего поиска ориентиров (программа Paint.Net). Ориентиры были идентифицированы с помощью графического курсора на цифровом изображении (инструмент «карандаш»), размер ориентира составлял 1 пиксель. Выявленные ориентиры можно было редактировать и менять их положение для достижения результата, удовлетворяющего исследователя. Среднее положение 11 ручных локализаций каждого ориентира было принято как базовый ориентир. Затем в автоматическом режиме производилось сравнение всех ориентиров с базовым.

Обработка изображений, выделение первичной статистики, отсеивание выбросов, обработка статистики выполнены в автоматическом режиме с помощью скриптов на языке Python. Причинами исключения данных из статистической обработки служили отсутствие изображения; отсутствие точки на изображении или наличие 2 отдельных точек и более на изображении. Отсеивание выбросов осуществлялось при отклонении точки от среднего более чем на значение доверительного интервала для оценки математического ожидания с надежностью 0,95 (по всем специалистам для данного изображения). Чаще всего это свидетельствовало о том, что специалист по ошибке или невнимательности поставил неверный ориентир.

Для оценки степени согласованности мнения экспертов при локализации ориентиров была рассмотрена случайная величина r^(j) — эвклидово расстояние между точкой , локализованной i-м экспертом (i=1, ... , M) на j-м изображении (j=1, ... , N) и средней по всем экспертам точкой , координаты которой определяются соответственно:

, .

Указанное эвклидово расстояние для каждой точки, локализованной i-м экспертом (i=1, ... , M) на j-м изображении (j=1, ... , N), определяется следующим образом:

.

Математическое ожидание случайной величины r^(j вычисляется по формуле:

,

ее дисперсия, соответственно, равна:

.

Рассчитаны коэффициенты вариации (отношение квадратного корня из дисперсии к математическому ожиданию случайной величины r):

.

Таким образом, была обработана мягкотканная точка nasion (n), включенная рядом авторов в свои методы (L. Farkas, G. Korkhaus, A. Schwarz, Фадеева—Кузаковой и др.) в профилометрические измерения мягкотканного профиля ортодонтических пациентов и 10 ориентиров, предложенных R. Ricketts для определения мягкотканного профиля лица [2]:

1-я группа точек. Мягкотканные точки: наиболее выпуклая точка кончика носа (Pn), наиболее выступающая точка на коже подбородка (Pog), наиболее выступающая часть верхней губы (Ls), наиболее выступающая часть нижней губы (Li), вершина носогубного угла (Sn);

2-я группа точек. Определяет окклюзионную плоскость, относительно которой проводят измерения верхней губы и прогнозируют вероятность появления «десневой улыбки» в процессе лечения: режущий край первого верхнего резца (А1), режущий край нижнего первого резца (B1).

3-я группа твердотканных точек. Эта группа необходима для определения мягкотканного профиля лица: передняя ость носа (ANS), orbitale (Or) — нижняя точка орбит, porion (Po) — высокая точка на верхней границе наружного слухового прохода. Эти ориентиры наиболее часто используются в общих анализах [14].

Результаты и обсуждение

После определения положения 11 ручных локализаций каждого ориентира был определен базовый ориентир, относительно которого осуществлялось сравнение каждого ориентира, проставленного врачом-специалистом. На рис. 1 можно видеть разброс точек, определенных ручным методом на двухмерных рентгеновских изображениях.

Рис. 1. Абсолютные отклонения для каждого из ориентиров на всех изображениях.

В табл. 1 приведены основные результаты статистической обработки полученных данных: средние и максимальные значения абсолютных отклонений для каждого из ориентиров, среднеквадратичное отклонение (СКО) и доверительный интервал.

Таблица 1. Результаты статистической обработки полученных данных

Примечание. СКО — среднеквадратичное отклонение.

На рис. 2 наглядно представлены максимальные и средние значения абсолютных отклонений по всем исследуемым точкам.

Рис. 2. Максимальные и средние абсолютные отклонения для каждого из ориентиров.

Для интерпретации результатов, полученных в исследовании, произведен анализ доступной литературы [12, 15—19], который позволил считать клинически допустимыми отклонения в координатах опорных точек до 4 мм, хорошими — до 2 мм и отличными — до 1 мм; при этом результаты цефалометрической расшифровки рентгеновского снимка авторы признают достоверными лишь в случае, если число опорных точек с отклонением, превышающим удовлетворительные значения, не превышает 20% [19].

Для каждого ориентира подсчитано число изображений со средним отклонением менее 1 мм, от 1 до 2 мм, от 2 до 4 мм и более 4 мм (табл. 2).

Таблица 2. Отклонения точек мягкотканного профиля лица от базового ориентира

Несмотря на серьезные недостатки в определении отдельных точек на привычных всем ортодонтам телерентгенологических исследованиях в боковой проекции головы, в целом метод определения мягкотканных профилометрических ориентиров дал удовлетворительные результаты более чем в 85,87% локализаций анатомических ориентиров и может считаться клинически достоверным.

При оценке степени согласованности мнений экспертов были получены значения коэффициента вариации случайных чисел для каждой определяемой точки по каждому из 100 рентгенологических снимков (рис. 3 на цв. вклейке). Это показатель разброса абсолютных отклонений ориентиров, т.е. мера согласованности мнений экспертов. Коэффициент вариации больше 1 свидетельствует о сильной вариации случайной величины по отношению к средней величине.

Рис. 3. Коэффициенты вариации случайных величин r(j).

На рис. 3 можно наблюдать относительно невысокий разброс ориентиров, локализованных экспертами, однако наблюдаются также показатели, превышающие 1. Кроме того, в табл. 3 приведены средние значения коэффициента вариации для каждого ориентира. Эти значения позволяют судить о степени согласованности экспертов по отдельно взятому показателю.

Таблица 3. Коэффициент вариации отклонений для ориентиров

Таким образом, для точки DT только 13,13% отклонений локализованных ориентиров от базового попадают в область значений до 1 мм; 38,2% — до 2 мм; 73,3% — до 4 мм и 26,7% более 4 мм. Это свидетельствует о неудовлетворительных результатах определения точки DT врачами-специалистами на двухмерных рентгенологических снимках боковой проекции головы. При идентификации точки EN 67,24% отклонений локализованных ориентиров от базового располагаются в интервале до 1 мм; 94,22% — до 2 мм; 99,27% — до 4 мм и лишь 0,73% — более 4 мм. Режущий край первого верхнего резца отлично определяют в 50,25% случаев, хорошо — в 76,13%, удовлетворительно — в 88,57%, неудовлетворительно — в 11,43%; показатели для нижнего резца составляют 55,68; 81,48; 90,29 и 9,71% соответственно. Кожную точку верхней губы в 69,15% исследований локализуют с очень высокой степенью достоверности, в 91,65% — с хорошей, в 98,48% — с удовлетворительной и лишь 1,52% имеют неудовлетворительные результаты; на нижней губе показатели составляют 48,38; 80,63; 96,53 и 3,47% соответственно. Кожная подносовая точка также имеет хорошую визуализацию и без труда определяется специалистами в 82,25% с отличной локализацией, в 95,82% — с хорошей, в 99,34% — с удовлетворительной и всего в 0,66% случаев имеют неудовлетворительное расположение. Накожная точка n отлично определяется лишь в 18,43%, хорошо — в 48,75%, удовлетворительно — 83,93% и неудовлетворительно — в 16,07%. Твердотканный ориентир SNA, также применяющийся при профилометрических измерениях длины нижней губы по Shwartz, вызывает затруднения у врачей-ортодонтов лишь в 8,96% случаев, тогда как в 42,13% точка определяется отлично, хорошо — в 70,3%, удовлетворительно — в 91,04%. При этом твердотканные ориентиры Po и Or, определяющие положение Франкфуртской горизонтали при цефалометрическом анализе двухмерных изображений головы, вызывают существенные затруднения: неудовлетворительные результаты получены для 54,8 и 21,8% локализаций соответственно; удовлетворительные — 45,2 и 78,64%; хорошие — 14,68 и 45,65%, а отличные лишь в 3,63 и 19,66%.

В среднем коэффициент вариации по всем показателям, включенным в исследование, не превышал 1. Таким образом, можно констатировать хорошую согласованность экспертных мнений в определении ориентиров мягкотканного профиля лица. При этом наилучшая согласованность экспертных мнений наблюдается при идентификации мягкотканных ориентиров верхней и нижней губы (точки LL и EN) со средними коэффициентами вариации 0,557726 и 0,566349, а наименьшая согласованность наблюдается относительно твердотканной точки Po со средним коэффициентом вариации 0,819904.

Заключение

Таким образом, несмотря на то что в целом метод определения мягкотканного профиля лица дает удовлетворительные результаты исследования, требуется совершенствование средств и методов идентификации опорных координат.

Участие авторов:

Концепция и дизайн исследования — Н.В. Попов, И.О. Аюпова

Сбор и обработка материала — И.О. Аюпова, А.И. Ивлева

Написание текста — И.О. Аюпова, А.И. Ивлева

Редактирование — А.В. Колсанов, Н.В. Попов

Авторы заявляют об отсутствии конфликта интересов.

Participation of authors:

Concept and design of the study — N.V. Popov, I.O. Ayupova

Data collection and processing — I.O. Ayupova, A.I. Ivleva

Text writing — I.O. Ayupova, A.I. Ivleva

Editing — A.V. Kolsanov, N.V. Popov

The authors declare no conflict of interests.