Ezt az oldalt automatikusan lefordították, és a fordítás pontossága nem garantált. Kérjük, olvassa el a angol verzió forrásszöveghez.

AI fogíny egészségének értékelése okostelefonnal

2024. december 3. frissítette: Richard Tai-Chiu Hsung, The University of Hong Kong

Automatikus többszintű fogínybetegség-észlelés mély neurális hálózaton alapuló: algoritmus és rendszer

Háttér A leggyakoribb fogászati ​​betegségek a fogszuvasodás (szuvasodás) és az ínybetegségek (gingivitis és parodontitis). Nyilvánvaló, hogy ezeket a betegségeket a foglepedék (bakteriális biofilm) okozza. Bár a legtöbb beteg minden nap mos fogat, nem tudja minden fogát tisztán tartani. A szájban nehezen hozzáférhető területek, például zsúfolt területek, hátsó fogak vagy interdentális területek általában érintettek (helyspecifikus). Egy alapos, professzionális fogtisztítást követően a lepedék néhány napon belül elkezd felhalmozódni a fogfelületen az íny széléhez közel. Klinikai vizsgálatok azt mutatják, hogy a plakk rendszeres megszakítására van szükség, és ez megelőzheti és megállíthatja az ínybetegséget. A fogászati ​​betegségek kialakulása azonban évekbe telhet, a betegnek általában nincsenek fájdalomtünetei, kivéve, ha a betegség előrehaladott stádiumba lépett. Jelentős mennyiségű erőforrást és klinikai időt használtak fel arra, hogy motiválják és utasítsák a betegeket, hogy tartsák tisztán szájukat, de az eredmények nem kielégítőek. Kívánatos egy automatizált technika alkalmazása a szájhigiénia napi ellenőrzésére, hogy szükség esetén tudjunk kezelést kérni.

A betegek válaszreakciója az íny szélén felgyülemlett plakk gyulladása, amely több vérsejtet juttat a helyre a bakteriális invázió elleni küzdelem érdekében. Az íny gyulladása a vörösség (szín) növekedésében, a térfogat növekedésében (ödéma) és a felületi jellemzők elvesztésében (foltosodás; gumiszálak kötődése) nyilvánul meg. Ezek az érintett területek a fogorvossal végzett szemrevételezéssel a konzultáció során vagy intraorális fényképezéssel azonosíthatók. A kutatás célja a mély neurális hálózat technológia alkalmazása az ínygyulladás intraorális fotókból történő kimutatására. Mivel a gyulladás célpontja az íny szélén található, változatos alakú és méretű, ezért pixel szintű szemantikai szegmentációra van szükség.

Ebben a kutatásban a mély neurális hálózat (DNN) megközelítésének átfogó tanulmányozását tervezzük az ínybetegségek automatikus többszintű kimutatására. A szabványosított intraorális fotózást 1200 esetre gyűjtik, és több fogorvos "beteg" (gyulladásos), "egészséges" vagy "kérdőjelezhető" címkével látja el. A rendszer betanításához/validálásához csak az az ínyterület kerül felhasználásra, amelyen a fogorvosok azonos minősítéssel rendelkeznek. A sikeresen kifejlesztett rendszer segítségével szükség esetén mobileszközével figyelemmel kísérheti fogínyének egészségét. Minimális többletköltséggel megelőzhetik a két fő szájbetegséget (a fogszuvasodást és az ínybetegségeket). Ez fontos hozzájárulás lesz az állami fogászati ​​ellátás népszerűsítéséhez.

A tanulmány célja Ennek a tanulmánynak az a célja, hogy megtanítsa és validálja a számítógépet az ínygyulladás automatikus monitorozására szabványosított intraorális fotók és okostelefonos szelfi segítségével.

  1. összegyűjteni 1200 standard intraorális fényképet, amelyeket véletlenszerűen kivágtak a képzési és validációs készletekbe.
  2. az ínygyulladás címkéinek képét négy egészségi állapotszintre (egészséges, megkérdőjelezhető egészséges, megkérdőjelezhető beteg és beteg) fejleszteni, és fogorvosok által ellenőrizni.
  3. intelligens rendszer kifejlesztése a gyulladt betegségi helyek automatikus felismerésére négy egészségi állapottal.
  4. a mobil eszközökkel történő észlelés képfelvételi protokolljának fejlesztése és szabványosítása.

Hipotézis Egy diagnosztikai eszköznek képesnek kell lennie a valódi betegség és a valódi egészség diagnosztizálására, amelyet érzékenységnek (pozitív, ha valódi betegség) és specifitásnak (negatív, ha valódi egészség) írnak le. Az elsődleges eredmény a vevő működési jellemzői (ROC) görbe (AUC) alatti terület lesz. A tanulmány hipotézise, ​​hogy a képzett ínydetektáló rendszer nagy érzékenységgel és specificitással képes detektálni az ínygyulladás változásait.

A tanulmány áttekintése

Állapot

Toborzás

Körülmények

Részletes leírás

I. Bevezetés A legelterjedtebb fogászati ​​betegségek a fogszuvasodás (szuvasodás) és az ínybetegségek (gingivitis és parodontitis). Bizonyított, hogy ezeket a betegségeket a foglepedék (bakteriális biofilm) okozza [1]-[3]. Bár a legtöbb beteg minden nap mos fogat, nem tudja minden fogát tisztán tartani. A szájban nehezen hozzáférhető területek, például zsúfolt területek, hátsó fogak vagy interdentális területek általában érintettek (helyspecifikus) [4]. Az alapos, professzionális fogtisztítást követően néhány napon belül a lepedék felhalmozódik a fogak felszínén, az íny széléhez közel. Klinikai vizsgálatok azt mutatják, hogy a plakk rendszeres megszakítására van szükség, és ez megelőzheti és megállíthatja az ínybetegségeket [5]. A fogászati ​​betegségek kialakulása azonban évekbe telhet, a páciensnek általában nincsenek fájdalomtünetei [6], kivéve, ha a betegség előrehaladott stádiumba lépett. Jelentős mennyiségű erőforrást és klinikai időt fordítottak arra, hogy motiválják és utasítsák a betegeket, hogy tartsák tisztán szájukat, de az eredmények nem kielégítőek. Kívánatos egy automatizált technika alkalmazása a szájhigiénia napi ellenőrzésére, hogy szükség esetén tudjunk kezelést kérni.

A betegek válaszreakciója az íny szélén felgyülemlett plakk gyulladása, amely több vérsejtet juttat a helyre, hogy harcoljon a bakteriális invázió ellen [7]. Az ínygyulladás fokozott vörösségben (szín), térfogatnövekedésben (ödéma) és a felületi jellemzők elvesztésében (foltosodás, ínyszálak kötődése) nyilvánul meg [8]. Ezek a beteg helyek a fogorvosok vizuális vizsgálatával azonosíthatók. Ezenkívül az íny gyulladásos elváltozásai intraorális fényképezéssel is felismerhetők. A kutatás célja mesterséges intelligens (AI) technikák alkalmazása az ínygyulladás intraorális fényképekről történő kimutatására. Mivel a gyulladás célpontja az íny szélén található, változatos alakú és méretű, ezért pixel szintű szemantikai szegmentációra van szükség. Ehhez a kutatáshoz néhány előzetes kutatási munkát végeztünk. DeepLabv3+ [9] enkóder-dekódoló hálózat könnyű gerincvel A MobileNetV2 [10] segítségével az ínygyulladás pixelenkénti szemantikai szegmentációját végezték el az intraorális fényképekből. A fényképeket egy több mint 15 éves klinikai tapasztalattal rendelkező fogorvos indexeli, hogy megkapja az index kategóriájú képeket a hálózati képzéshez.

II. Mások munkája Az ínybetegségek intraorális képek alapján történő automatizált szegmentálására mély tanulási megközelítéssel tett első kísérletet a [11] javasolja. Autoencoder hálózati architektúrát alkalmaz mély konvolúciós neurális hálózattal. A felhasznált adatkészlet 150 egyén 405 színnel kiegészített intraorális biomarker képét tartalmazza. A fogínygyulladásos területeket fogorvos jelölte meg, és a képzett hálózat a vevő működési karakterisztikája alatti területtel (AUC) 0,746 tudja megjósolni a gyulladást. A pontossági és visszahívási értékek 0,347 és 0,621. A hálózatot betanították a beteg íny címkézésére. A fogak egyes fogkőit is beteg ínynek jósolták, mivel sárgás színe technikailag közel áll a beteg ínyéhez. Sőt, az érdektelen ínyterület egyes részeit is beteg ínynek jósolták. Az általános szegmentáció nem kielégítő.

III. Előzetes munkáink Az elővizsgálathoz a Hongkongi Egyetem (HKU) Fogorvostudományi Karáról származó, parodontológiai kezelésen átesett betegek intraorális fényképeit gyűjtöttük össze. A tanulmányt a HKU intézményi felülvizsgálati bizottsága hagyta jóvá (UW20-230). Összesen 110 standard intraorális fényképet gyűjtöttünk különböző felbontással. Ezeket manuálisan vágják különböző kisebb képekre, és a célcímkék a lehető legnagyobb képet foglalják el, ami nagyon előnyös az edzéshez. A kivágott kép mérete 512×512-re egységes. Az elkészült adatkészlet két halmazra oszlik, 337 képre a képzéshez és 110 képre az érvényesítéshez. Tekintettel arra, hogy egy pácienshez több kép is tartozik, így az adathalmaz felosztása során ugyanannak a páciensnek a képe nem jelenik meg a két felosztott adathalmazban. Négy egészségi állapotra vannak felosztva (egészséges, megkérdőjelezhető egészséges, megkérdőjelezhető beteg és beteg), és több mint 15 éves klinikai tapasztalattal rendelkező fogorvos igazolta. A javasolt szemantikus szegmentációs architektúra a DeepLabv3+ hálózaton alapul, az Xception és a MobileNetV2 gerinchálózatával. Kísérleti eredmények mutatják a javasolt rendszer hatékonyságát, amely a fogászati ​​önellenőrzés mobilalkalmazással történő alkalmazásának lehetőségét mutatja, különösen a járványügyi járvány idején, ahol a fogorvos látogatása nehézkes, sőt lehetetlen. A javasolt hálózati modell képes megjósolni az érdeklődő ínyterület kontúrját. A kísérleti eredmények azt mutatják, hogy a javasolt szegmentációs modell az ínygyulladás területének nagy részét pontosan négy kategóriába tudja osztani. A millió forint 0,3514. Úgy gondolják, hogy az adatkészlet bővítésével és a hálózati struktúra optimalizálásával a teljesítmény tovább javítható. Az előzetesről szóló kutatómunka [16]-ban jelent meg.

IV. Kulcskérdések és kutatási hiányosságok

V. Nincs többszintű helyspecifikus szemantikus szegmentációs neurális hálózati modell az ínygyulladás intraorális fényképről történő automatikus kimutatására.

B. Nincs jól jelzett edzési adatkészlet az intraorális fényképről készült ínygyulladás automatikus kimutatásának alkalmazására.

Referencia:

  1. J.K. Clarke: "A bakteriális faktor a fogszuvasodás etiológiájában", British Journal of experimental pathology, vol. 5, sz. 3, pp. 141-147, 1924.
  2. S.S. Socransky, A.D. Haffajee, "A destruktív periodontális betegség bakteriális etiológiája: jelenlegi koncepciók", Journal of periodontology, vol. 63, pp. 322-331, 1992.
  3. W.F. Liljemark, C. Bloomquist, "Human oral microbial ecology and dental caries and periodontális betegségek", Critical Reviews in Oral Biology & Medicine, vol. 7, sz. 2, pp. 180-198, 1996.
  4. H.J. Breen, N.W. Johnson, P.A. Rogers: "Fizikai szondázással észlelt helyspecifikus kötődési szint változás kezeletlen krónikus felnőttkori parodontitisben: tanulmányok áttekintése 1982-1997", Journal of periodontology, vol. 70, sz. 3, pp. 312-328, 1999.
  5. H. Löe, "Szájhigiénia a fogszuvasodás és a parodontális betegségek megelőzésében", International dental Journal, vol. 50, sz. 3, pp. 129-139, 2000.
  6. L. Croxson: „A periodontális tudatosság: a parodontális egészség kulcsa”, International dental Journal, vol. 43, (2 1. melléklet) pp. 167-177, 1993.
  7. R. Genco, J. Slots, "Host Responses Host Responses in Periodontal Diseases", Journal of dental research, vol. 63. sz. 3, pp. 441-451, 1984.
  8. G.C. Armitage, "A periodontális betegségek klinikai értékelése", Periodontology 2000, vol. 7, sz. 1, 39-53., 1995.
  9. L.C. Chen, Y. Zhu, G. Papandreou, F. Schroff és H. Adam, „Encoder-decoder with atrous separable convolution for semantic image segmentation”, Proceedings of the European Conference on Computer vision (ECCV), 2018, pp. 801-818.
  10. M. Sandler, A. Howard, M. Zhu, A. Zhmoginov és L. Chen, „MobileNetV2: Inverted Residuals and Linear Bottlenecks”, 2018-ban IEEE/CVF konferencia a számítógépes látásról és mintafelismerésről, Salt Lake City, UT, USA , 2018, pp. 4510-4520.
  11. A. Rana, G. Yauney, L.C. Wong, O. Gupta, A. Muftu és P. Shah, „A gingival betegségek automatizált szegmentálása orális képek alapján”, 2017-ben IEEE Healthcare Innovations and Point of Care Technologies (HI-POCT), Bethesda, MD, USA, 2017, pp. . 144-147.
  12. O. Ronneberger, P. Fischer, T. Brox, "U-Net: Convolutional Networks for Biomedical Image Segmentation", in 18. International Conference on Medical Image Computing and Computer-Assisted Intervention (MICCAI), 2015, pp. 234-241.
  13. B. Zoph, V. Vasudevan, J. Shlens és Q.V. Le, „Learning Transferable Architectures for Scalable Image Recognition”, 2018-ban, IEEE/CVF konferencia a számítógépes látásról és mintafelismerésről, Salt Lake City, UT, USA, 2018, pp. 8697-8710.
  14. F. Chollet, "Xception: Deep Learning with Depthwise Separable Convolutions", 2017 IEEE Conference on Computer Vision and Pattern Recognition (CVPR), Honolulu, HI, USA, 2017, pp. 1800-1807.
  15. M.X. Tan és Q.V. Le, „EfficientNet: Rethinking Model Scaling for Convolutional Neural Networks”, Proceedings of the 36th International Conference on Machine Learning, PMLR, 2019, vol. 97, pp. 6105-6114.
  16. G.-H. Li, T.-C. Hsung, B. W.-K. Ling, W. Y.-H. Lam, G. Pelekos és C. McGrath, "Automatic Site-Specific multiple level disease detection based on deep neural network", 2021. 15. Nemzetközi Szimpózium az Orvosi Információs és Kommunikációs Technológiáról (ISMICT) (ISMICT2021), Xiamen, Kína, április 2021.

Tanulmány típusa

Megfigyelő

Beiratkozás (Becsült)

1200

Kapcsolatok és helyek

Ez a rész a vizsgálatot végzők elérhetőségeit, valamint a vizsgálat lefolytatásának helyére vonatkozó információkat tartalmazza.

Tanulmányi kapcsolat

  • Név: Tai Chiu Hsung, PhD
  • Telefonszám: (852)28590270
  • E-mail: tchsung@hku.hk

Tanulmányozza a kapcsolattartók biztonsági mentését

  • Név: Yu Hang Lam, MDS
  • Telefonszám: (852)28590306
  • E-mail: retlaw@hku.hk

Tanulmányi helyek

      • Hong Kong, Hong Kong
        • Toborzás
        • Faculty of Dentistry, The University of Hong Kong
        • Kapcsolatba lépni:
          • Yu Hang Lam, MDS
          • Telefonszám: (852) 28590306
          • E-mail: retlaw@hku.hk

Részvételi kritériumok

A kutatók olyan embereket keresnek, akik megfelelnek egy bizonyos leírásnak, az úgynevezett jogosultsági kritériumoknak. Néhány példa ezekre a kritériumokra a személy általános egészségi állapota vagy a korábbi kezelések.

Jogosultsági kritériumok

Tanulmányozható életkorok

18 év és régebbi (Felnőtt, Idősebb felnőtt)

Egészséges önkénteseket fogad

Igen

Mintavételi módszer

Nem valószínűségi minta

Tanulmányi populáció

A célcsoport a The Prince Philip Dental Hospitalba járó felnőtt alanyok, akik képesek tájékozott beleegyezést adni.

Leírás

Bevételi kritériumok:

  1. A Prince Philip Fogászati ​​Kórházba (PPDH) járó felnőtt alanyok, akik képesek tájékozott beleegyezést adni.
  2. Olyan alanyok, akiknél csak ínygyulladást diagnosztizáltak, és 24 vagy több foguk van.
  3. Azok az alanyok, akik egyébként egészségügyileg egészségesek.
  4. Azok az alanyok, akik több fogorvosi látogatáson is részt vehetnek.

Kizárási kritériumok:

  1. Akut fogászati ​​fertőzésben vagy fájdalomban szenvedő alanyok.
  2. Azok az alanyok, akiknek szájnyálkahártya-betegségeik vannak, amelyek kizárják a lágyrészek visszahúzódását fényképekhez.
  3. Azok az alanyok, akik rögzített készülékben vannak fogszabályozó kezelésre.
  4. Azok az alanyok, akik terhesek vagy egészségügyileg alkalmatlanok a parodontális térképezésre, vagy antibiotikum-kezelést igényelnek (pl. fertőző endocarditis kockázata)

Tanulási terv

Ez a rész a vizsgálati terv részleteit tartalmazza, beleértve a vizsgálat megtervezését és a vizsgálat mérését.

Hogyan készül a tanulmány?

Tervezési részletek

  • Megfigyelési modellek: Csak esetre
  • Időperspektívák: Leendő

Kohorszok és beavatkozások

Csoport / Kohorsz
Beavatkozás / kezelés
Gingivitis minták

Bevételi kritériumok:

  1. A PPDH-ban részt vevő felnőtt alanyok tájékozott beleegyezését adhatják.
  2. Olyan alanyok, akiknél csak ínygyulladást diagnosztizáltak, és 24 vagy több foguk van.
  3. Azok az alanyok, akik egyébként egészségügyileg egészségesek.
  4. Azok az alanyok, akik több fogorvosi látogatáson is részt vehetnek.

Kizárási kritériumok

  1. Akut fogászati ​​fertőzésben vagy fájdalomban szenvedő alanyok.
  2. Azok az alanyok, akiknek szájnyálkahártya-betegségeik vannak, amelyek kizárják a lágyrészek visszahúzódását fényképekhez.
  3. Azok az alanyok, akik a rögzített készülékben vannak fogszabályozó kezelésre.
  4. Azok az alanyok, akik terhesek vagy egészségügyileg alkalmatlanok a parodontális térképezésre, vagy antibiotikum-kezelést igényelnek (pl. fertőző endocarditis kockázata)
A szájról készült fotók műanyag visszahúzóval készülnek, hogy visszahúzzák az alany arcát és ajkát. Ez egy standard klinikai eljárás, amely nem invazív, és nem okoz semmilyen kárt vagy káros hatást az alanyokra.

Mit mér a tanulmány?

Elsődleges eredményintézkedések

Eredménymérő
Intézkedés leírása
Időkeret
Szabványos intraorális fényképek adatbázisa, ínygyulladás címkével
Időkeret: 2023.01.01-2025.12.31
  1. Az 1200 szabványos intraorális fényképet tartalmazó adatbázis a valódi ínygyulladással négy egészségi állapotba sorolja a képeket (egészséges, megkérdőjelezhető egészséges, megkérdőjelezhető beteg és beteg), amelyeket fogorvosok fejlesztettek ki és ellenőriztek.
  2. Intelligens rendszer a gyulladt betegségi helyek automatikus felismerésére négy egészségügyi állapotszinttel.
2023.01.01-2025.12.31

Másodlagos eredményintézkedések

Eredménymérő
Intézkedés leírása
Időkeret
A páciens az okostelefonos szelfik használatáról számolt be
Időkeret: 2023.01.01-2025.12.31
A páciensek által az okostelefonos szelfik használatának eredményét vizuális analóg skálán (VAS) rögzítik.
2023.01.01-2025.12.31

Együttműködők és nyomozók

Itt találhatja meg a tanulmányban érintett személyeket és szervezeteket.

Tanulmányi rekorddátumok

Ezek a dátumok nyomon követik a ClinicalTrials.gov webhelyre benyújtott vizsgálati rekordok és összefoglaló eredmények benyújtásának folyamatát. A vizsgálati feljegyzéseket és a jelentett eredményeket a Nemzeti Orvostudományi Könyvtár (NLM) felülvizsgálja, hogy megbizonyosodjon arról, hogy megfelelnek-e az adott minőség-ellenőrzési szabványoknak, mielőtt közzéteszik őket a nyilvános weboldalon.

Tanulmány főbb dátumok

Tanulmány kezdete (Tényleges)

2022. január 1.

Elsődleges befejezés (Becsült)

2025. december 31.

A tanulmány befejezése (Becsült)

2025. december 31.

Tanulmányi regisztráció dátumai

Először benyújtva

2023. január 5.

Először nyújtották be, amely megfelel a minőségbiztosítási kritériumoknak

2023. január 5.

Első közzététel (Tényleges)

2023. január 17.

Tanulmányi rekordok frissítései

Utolsó frissítés közzétéve (Becsült)

2024. december 6.

Az utolsó frissítés elküldve, amely megfelel a minőségbiztosítási kritériumoknak

2024. december 3.

Utolsó ellenőrzés

2024. május 1.

Több információ

A tanulmányhoz kapcsolódó kifejezések

Terv az egyéni résztvevői adatokhoz (IPD)

Tervezi megosztani az egyéni résztvevői adatokat (IPD)?

ELDÖNTETLEN

IPD terv leírása

A projekt befejezéséig az egyes résztvevők adatait nem osztjuk meg. A terv elkészültekor felülvizsgáljuk.

Gyógyszer- és eszközinformációk, tanulmányi dokumentumok

Egy amerikai FDA által szabályozott gyógyszerkészítményt tanulmányoz

Nem

Egy amerikai FDA által szabályozott eszközterméket tanulmányoz

Nem

az Egyesült Államokban gyártott és onnan exportált termék

Nem

Ezt az információt közvetlenül a clinicaltrials.gov webhelyről szereztük be, változtatás nélkül. Ha bármilyen kérése van vizsgálati adatainak módosítására, eltávolítására vagy frissítésére, kérjük, írjon a következő címre: register@clinicaltrials.gov. Amint a változás bevezetésre kerül a clinicaltrials.gov oldalon, ez a webhelyünkön is automatikusan frissül. .

Iratkozz fel