Содержание к диссертации
Введение
ГЛАВА 1. Современное состояние вопроса о методиках лучевой диагностики для изучения анатомического строения зубов (обзор литературы) 13
1. 1. Понятие о микрофокусной технологии съемки, сравнительная характеристика оборудования для микрофокусной рентгенографии, анализ работ и тенденций по развитию микрокомпьютерной томографии 13
1. 2. Методы лучевой диагностики для изучения анатомического строения зубов. Анализ исследований и результатов 28
ГЛАВА 2. Материалы и методики исследования 33
2.1. Общая характеристика экспериментального материала 33
2.2. Общая характеристика методов лучевой диагностики 39
2.3. Методики обработки изображения. Обработка и анализ цифровых микрофокусных рентгенограмм 45
2.4. Статистические методы обработки изображений 49
ГЛАВА 3. Результаты сравнительной характеристики микрофокусной рентгенографии зубов 53
ГЛАВА 4. Результаты экспериментальных исследований по сравнительной характеристике тест-объектов (фантомов) зубов 69
4.1. Возможности рентгенологических методик в визуализации анатомических структур зубов. Оценка общего количества каналов 69
4.2 Возможности рентгенологических томографических методик в оценке объема и площади поверхности анатомических структур зубов. Вычисление и анализ размера зуба 92
Заключение 118
Выводы 138
Практические рекомендации
- Методы лучевой диагностики для изучения анатомического строения зубов. Анализ исследований и результатов
- Методики обработки изображения. Обработка и анализ цифровых микрофокусных рентгенограмм
- Возможности рентгенологических методик в визуализации анатомических структур зубов. Оценка общего количества каналов
- Возможности рентгенологических томографических методик в оценке объема и площади поверхности анатомических структур зубов. Вычисление и анализ размера зуба
Введение к работе
Актуальность темы исследования
Исследование анатомического строения зубов традиционно находится в фокусе повышенного внимания врачей различных стоматологических специальностей [Трутень В.П., 2007; Зубарева А.А., 2009; Алпатова В.Г., 2010]. Оценка морфологического строения корневых каналов, получение новых данных о дополнительных ответвлениях (канальцах), изучение размеров и форм пульпарной камеры (полости зуба), типов корневых каналов, их позиционирования в корне – необходимое у словие дл я последующего терапевтического и хирургического, в первую очередь – эндодонтического, лечения [Николаев Д.В., 2007; Петровская В.В., 2011]. Анатомия корневых каналов влияет на эффективность их обработки намного больше, чем применяемый метод эндодонтического вмешательства [Okiin J. et al., 2001].
Кроме того, вид и строение апикальных отверстий зубов отличаются большим разнообразием и ограниченностью визуализации их с п омощью радиовизиографии [Воробьев Ю.И., 1989; Дударев А.Л., 2005]. В то же время наряду с бурным развитием методов обработки изображений поя вилась реальная возможность объемного представления зуба и всех его анатомических составляющих, что позволяет создать анатомические модели зубов, необходимые для пространственного их представления [Лежнев Д .А., 2010; Петровская В.В., 2011; Ружило-Калиновская И., Ружило Т.-К., 2012].
Таким образом, изучение анатомии зубов в объемно-пространственном изображении является новым научным направлением, позволяющим в дальнейшем осуществить виртуальное представление (моделирование) и прогнозирование методов лечения, в том числе эндодонтического [Balzs B., 2012].
Степень разработанности темы
В последние несколько лет появились научные исследования, посвященные изучению морфологических особенностей зубов с помощью микротомографических сканеров [Balzs B., 2012; Hosoya N. et al., 2012], которые предназначены для получения изображений в ультравысоком разрешении, сравнимом с гистологическим, но без разрушения структуры зуба [Balzs B., 2012; Hosoya N. et al., 2012]. Применение микротомографических сканеров расширило представление об анатомии зубочелюстной системы [Ruddle C.J., 1995; Peters O.A., 2004], а ряду исследователей позволило при помощи объемной реконструкции получить и опубликовать атлас анатомии зубов человека [Флинн М.Дж. и др., 2004]. Известно, что чем меньше фокус на
трубке, тем выше разрешающая способность при большом увеличении [Hellstern F., Ggeibel M.A., 2013; Потрахов Е.Н., Потрахов Н.Н., 2001, 2004]. Но авторы не использовали все преимущества микрокомпьютерной томографии (микро-КТ), заключающиеся в возможности получить прямое многократное увеличение изображения (более 10 раз) без потери качества. Кроме того, съемка на основе плоскопанельных детекторов по принципу спирального сканирования нивелировала преимущества микрофокусной рентгенографии (МФРГ), и в результате получили только реконструированное изображение [Флинн М.Дж., 2008]. Также многие исследователи фактически не использовали принцип конусно-лучевой компьютерной томографии (КЛКТ), когда за одно вращение трубки на 360 удается получать первично-объемное изображение (изометрический воксель) всего объекта [Дударев А.Л., 2001; Васильев А.Ю., 2005; Ружило-Калиновская И., Ружило Т.-К., 2012; Balzs B., 2012]. Сочетание технологии микрофокусной съемки и принципов КЛКТ открыло бы новые возможности объемного представления органа (на примере зуба), позволяя получить мелкие малоконтрастные детали анатомического строения.
Цель исследования. Изучение возможностей цифровой микрофокусной рентгенографии с прямым увеличением изображения в оценке анатомического строения зубов.
Задачи исследования:
1. Провести сравнительный анализ возможностей цифровой
микрофокусной рентгенографии, конусно-лучевой компьютерной томографии,
конусно-лучевой компьютерной томографии высокого разрешения,
мультисрезовой компьютерной томографии и микрокомпьютерной томографии
в оценке анатомических структур зубов.
-
Изучить особенности увеличенного изображения, полученного и микрофокусного источника для исследования объектов малых размеров (зубов).
-
Разработать физико-технические условия микрофокусной съемки в сочетании принципом конусно-лучевой компьютерной томографии ля изучения анатомического строения однокорневых и многокорневых зубов человека.
-
Провести сравнительную рентгенологическую оценку анатомического строения зубов современного и древнего человека.
Научная новизна исследования. Впервые были получены объемные цифровые микрофокусные конусно-лучевые компьютерные томограммы зубов.
Впервые были созданы специальные тест-объекты (фантомы) малых биологических объектов на примере групп зубов (патент на полезную модель №136318 от 10.01.2014).
Впервые был проведен сравнительный анализ возможностей ЦМФРГ, КЛКТ, КЛКТ-ВР, МСКТ и микро-КТ в оценке анатомического строения малых объектов (на примере однокорневых и многокорневых зубов).
Впервые были изучены особенности зубов из аланского захоронения Мамисидон в сравнении с современными зубами.
Впервые доказана высокая эффективность сочетанного применения микрофокусной технологии съемки, конусного распространения рентгеновских лучей и специализированных программ получения изображений, что привело к созданию нового класса приборов.
Методология и методы исследования. Диссертационное исследование выполнялось в несколько этапов.
На первом этапе изучалась отечественная и зарубежная литература, посвященная данной проблеме. Всего проанализировано 218 источников, из них 113 отечественных, 105 зарубежных.
На втором этапе были проанализированы данные сравнительного анализа групп убов - современных и из аланского захоронения Мамисидон - с помощью ЦМФРГ.
На третьем этапе проводили сравнительный анализ лучевых методов исследования (ЦМФРГ, КЛКТ, КЛКТ-ВР, МСКТ и микро-КТ), оценивали анатомические структуры зубов по количественным и объемным характеристикам. Проводили статистическую обработку полученных результатов.
Характеристика экспериментального материала (n = 23) включала рентгеновские исследования зубов, удаленных по медицинским показаниям. Другие зубы (n = 19) относились к археологическим находкам и принадлежали раннесредневековому населению Северной Осетии VII-IX вв. Лучевые исследования выполняли на кафедре лучевой диагностики БОУ ВПО «МГМСУ им. А.И. Евдокимова». Было произведено 252 микрофокусных рентгенограммы, на МСКТ было получено 16175 изображений, при КЛКТ и КЛКТ-ВР получено 12896 конусно-лучевых изображений, в том числе 4719 - в стандартном режиме и 8177 - в режиме высокого разрешения, при микро-КТ получено 45686 изображений.
Теоретическая практическая значимость работы состояла в
создании новой методики рентгеновского исследования - цифровой микрофокусной конусно-лучевой компьютерной томографии - для изучения
анатомии убов человека. Создан экспериментальный прототип конусно-лучевого компьютерного томографа на основе съемки из микрофокусного источника рентгеновского изображения. Проведенное исследование позволило теоретически и экспериментально обосновать преимущества рентгенографии с применением микрофокусного источника, а также были получены микрофокусные конусно-лучевые объемные изображения, что может лечь в основу создания нового класса диагностического рентгеновского оборудования и получения первично-объемных изображений.
Также сравнительная характеристика ЦМФРГ, КЛКТ, КЛКТ-ВР, МСКТ и микро-КТ позволила оценить диагностическую эффективность каждой из методик относительно друг друга в диагностике анатомического строения зубов.
Полученные результаты позволили охарактеризовать строение зубов как у современных, так и у живших в средневековье людей (из аланского захоронения Мамисидон), что необходимо для последующего изучения антропогенеза.
Положения, выносимые на защиту:
1. Сочетанное применение микрофокусной технологии съемки,
конусного распространения рентгеновских лучей и специализированных
программ получения изображений обладает наибольшей эффективностью в
оценке мелких деталей изображения и получения дополнительной информации
об анатомических структурах малых объектов (зубов).
2. Сравнительное исследование томографических технологий позволило
провести ранжирование методик возможностям характеристик
количественных показателей (основных и дополнительных каналов), наличия
патологических включений, оценки объема и площади поверхности зубов у
современных и древних людей.
3. Изучение различных рупп зубов с помощью всех известных
рентгеновских томографических технологий у современных и древних людей
из аланского захоронения Мамисидон показало разнородные тенденции.
Протокол диссертационного исследования на тему «Цифровая микрофокусная технология рентгенографии в оценке анатомического строения зубов (экспериментальное исследование)» был одобрен Межвузовским комитетом по этике при ГБОУ ВПО «МГМСУ им. А.И. Евдокимова» Минздрава России (протокол № 09-13 от 26.09.2013).
Внедрение результатов исследования. В настоящее время результаты работы используются в учебном процессе кафедр лучевой диагностики и нормальной анатомии ГБОУ ВПО «Московский государственный медико-
стоматологический университет им. А.И. Евдокимова» Минздрава России, ГБОУ ВПО «Новосибирская государственная медицинская академия» Минздрава РФ, на кафедре антропологии ГБОУ ВПО «Московский государственный университет» Минобрнауки России, на кафедре электронных приборов и устройств ГБОУ ВПО «Санкт-Петербургский электротехнический институт (ЛЭТИ) им. В.И. Ульянова (Ленина)».
Апробация работы. Результаты работы прошли широкое научное и общественное обсуждение и были доложены на международных, всероссийских и региональных съездах и научно-практических конференциях:
-
VI Всероссийский Национальный конгресс по лучевой диагностике и терапии «Радиология - 2012 (Москва, 2012)
-
3-я Межрегиональная научно-практическая конференция «Байкальские встречи» (Иркутск, 2012)
-
IX научно-практическая конференция радиологов Узбекистана «Современные методы медицинской визуализации и интервенционной радиологии» (Ташкент, 2012)
-
VII Всероссийский Национальный конгресс по лучевой диагностике и терапии «Радиология - 2013» (Москва, 2013)
-
European Congres of Radiology - ESR 2013 (Vienna, 2013)
-
XXX Всероссийская научно-практическая конференция «Стоматология XXI века», симпозиум «Дифференциальная диагностика хронических очагов инфекции лицевого черепа и роблемы, решаемые в амбулаторной стоматологии, челюстно-лицевой ргии оториноларингологии» (Москва, 2013)
-
VI Невский радиологический форум «НРФ-2013» (Санкт-Петербург, 2013)
-
V Евразийский радиологический орум «Научно-технический прогресс и радиология» (Астана, Казахстан, 2013)
-
Научно-практическая конференция «Лучевая диагностика при заболеваниях опорно-двигательного аппарата» (Волгоград, 2013)
-
XXXI Всероссийская научно-практическая конференция СтАР «Актуальные проблемы стоматологии», Всероссийский симпозиум «Биотехнология и тканевая инженерия в стоматологии и челюстно-лицевой хирургии» (Москва, 2014)
-
Внеочередной VII Юбилейный Невский радиологический фрум «НРФ-2014» (Санкт-Петербург, 2014)
-
VIII Невский радиологический форум «НРФ-2015» (Санкт-Петербург, 2015)
13. III Cъезд лучевых диагностов Юга России (Краснодар, 2015)
Диссертация была апробирована на совместном заседании кафедр лучевой диагностики и детской терапевтической стоматологии ГБОУ ВПО МГМСУ им. А. И. Евдокимова Минздрава России (протокол № 133 от 25 декабря 2014 г.).
Публикации по теме диссертации. Результаты исследований по теме
диссертации представлены в 23 печатных работах, в том числе 6 из них - в
журналах, рекомендованных ВАК Минобразования России. Написано учебно-
методическое пособие «Микрофокусная радиовизиография
стоматологической практике» (М.: Либри Плюс, 2015.- 66 с). Получен патент
на полезную модель №136318 «Тест-объект для оценки диагностических
возможностей рентгенографических систем» от 26 июля 2013 г. Оформлен
электронный есурс ИНИПИ РАО ОФЕРНиО «База данных цифровых
микрофокусных рентгенограмм прямым многократным увеличением
изображения однокорневых и многокорневых зубов человека» № 19768 от
17.12.2013 г.
Объем и структура работы. Диссертация изложена на 167 страницах машинописного текста и состоит из введения, четырех глав, заключения, выводов, практических рекомендаций и списка литературы. Включает 36 таблиц и 60 рисунков. Список литературы содержит 215 источников, из них 111 отечественных и 104 иностранных.
Методы лучевой диагностики для изучения анатомического строения зубов. Анализ исследований и результатов
Стремительное развитие рентгеновской и компьютерной техники в последние десятилетия привело к возникновению множества новых современных методов лучевого исследования, применяемых в клинической практике [107]. Однако, несмотря на многообразие методик, существуют неоднозначные суждения об ошибках при различных видах исследования зубов, возникающих как в результате погрешностей укладки исследуемого, индивидуального строения зубочелюстной системы, так и из-за особенностей самих методик. Для детального анализа спектра возможностей технологий лучевого обследования в стоматологии был проведен анализ современных данных зарубежной и отечественной литературы. В работах всех авторов отмечается единая тенденция к поиску методов рентгенологического обследования при максимальном увеличении изображения с хорошим разрешением для лучшей визуализации мелких структур, возможностей мультипланарной реконструкции, компьютерной обработки полученного материала и снижения дозы лучевой нагрузки на пациента во время исследования. Прогресс лучевой техники отразился на методологических подходах к лучевому исследованию челюстно-лицевой области ЧЛО [92, 107]. Совокупность методов позволяет получить максимальную диагностическую информацию, что является необоснованным в плане получения лучевой нагрузки. Требуется оптимизация исследований, учитывая соотношение «лучевая нагрузка – информативность», а также более полное установление диагностических возможностей методики микро-КТ в оценке зуба для определения ее места в стоматологии и внедрения ее в клиническую практику. Предпосылками к развитию микро-КТ послужили исследования конца 70-х годов XX в., когда ученые подошли к изучению возможностей микровизуализации с помощью рентгеновских лучей [1–3, 24–31, 113]. В этот период была открыта МФРГ с прямым многократным увеличением изображения – рентгенологическая методика, основанная на получении первично увеличенного изображения за счет использования микроскопически малого (не более 100 мкм) фокусного пятна анодной трубки и уменьшения расстояния фокус–объект с одновременным увеличением расстояния объект– пленка [1–3, 24–27, 29, 90, 113]. Данная рентгенографическая методика сразу стала актуальной и востребованной благодаря новым открывающимся возможностям визуализации малых объектов [2, 3, 24, 25–27, 30, 113, 131, 157, 163]. Главными преимуществами МФРГ считаются низкая, по сравнению со стандартной рентгенографией, лучевая нагрузка, что было доказано теоретически, экспериментально и в практическом применении, а также способность получать первично увеличенные в 5, 10, 25 раз и более изображения с высокой степенью разрешения, что значительно увеличивает диагностические способности в клинической практике [1–4, 6, 12, 14–18, 77,
В мире многими странами-производителями выпускается значительное количество микрофокусных рентгеновских аппаратов разных типов, однако исследования в Российской Федерации являются одними из передовых и ведутся еще с 70-х годов прошлого века [1, 63, 64, 70, 83, 84, 86, 131].
В настоящее время спектр применения МФРГ стал достаточно широк, особенно в стоматологии, травматологии и антропологии, где важнейшую роль играют пространственное разрешение и способность выявления мелких деталей (структур) [1–3, 9–11, 13, 27, 30, 66, 87, 113, 150, 157]. Также ведется значительное количество различных научных работ с применением микрофокусной технологии в других отраслях, в том числе в ветеринарии, фармакологии и судебной медицине, где применение данной методики дает максимальную диагностическую эффективность благодаря высокому пространственному разрешению, устранению полутеней, эффекту глубины резкости и псевдообъемности [2, 3, 24, 28, 29, 42, 43, 49, 50, 52, 53, 71, 76, 215]. Применение МФРГ показало свою высокую диагностическую значимость, особенно для исследований ЧЛО в детской практической стоматологии, ввиду значительно более низкой дозы лучевой нагрузки по сравнению с другими рентгенологическими методиками исследования [4, 6, 12, 14–18, 29, 51, 77, 103, 107, 129]. Использование портативных аппаратов для МФРГ существенно снизило вероятность диагностических ошибок за счет улучшения качества изображения [6, 7, 9–15, 18, 20–23, 41, 98, 102–107]. Также МФРГ остается единственным нетомографическим методом лучевой диагностики с возможностью изучения анатомического строения зубов, за счет способности увеличения изображения без потери его качества [1–3, 14, 22, 56, 64, 65, 77, 98, 107]. Существует множество различных научных исследований, связанных с диагностической эффективностью применения МФРГ в травматологии и ортопедии [13, 32, 57, 77]. Так, статистически были доказаны высокие чувствительность и специфичность (до 98%) МФРГ в диагностике полиартропатий [2]. Также была обоснована высокая эффективность в выявлении скрытых переломов конечностей, за счет высокого пространственного разрешения и возможности увеличения изображения [2, 46, 47, 56, 88, 89, 91, 96, 112].
В последние годы особенно пристальное внимание стоматологов привлекает специальная методика рентгеновского исследования – ЦМФРГ с прямым многократным увеличением рентгеновского изображения [38, 40, 97, 123, 199]. Ее отличительной особенностью является получение рентгеновских изображений различных объектов с помощью источников излучения, размер фокусного пятна которых не превышает 0,1 мм. Сущность рентгенографии с прямым многократным увеличением изображения состоит в производстве снимков при меньшем, чем при обычной рентгенографии, расстоянии между фокусом рентгеновской трубки и объектом при удалении пленки от объекта. Рентгеновское излучение из точечного источника имеет характер расходящегося пучка. При этом все детали изображения увеличиваются в размерах, в то время как нерезкость и зернистость регистрирующей системы остаются неизмененными [38, 40, 92, 94, 95, 97, 100, 101].
Представляется актуальным изучение возможностей МФРГ с прямым многократным увеличением изображения в эндодонтии [1]. Так, например, ряд исследователей указывают на актуальность осуществления качественного эндодонтического лечения постоянных зубов у пациентов с различными воспалительными заболеваниями зубочелюстной системы (ЗЧС) [1, 48, 69]. В научной работе В. Г. Алпатовой (2010) представлены данные о возникновении ошибок и осложнений при эндодонтическом лечении без учета анатомических особенностей эндодонта [1]. Также сравнительный анализ цифровой рентгенографии с многократным увеличением изображения и радиовизиографии при эндодонтическом лечении в экспериментальном исследовании продемонстрировал наибольшую информативность цифровой микрофокусной рентгенографии с увеличением в 5–7 раз. Применение ЦМФРГ с многократным увеличением при планировании и проведении эндодонтического лечения многокорневых зубов за счет эффекта псевдообъема позволяет уменьшить количество необходимых исследований, упростить процедуру позиционирования во время исследования, а также интерпретацию результатов [69].
Методики обработки изображения. Обработка и анализ цифровых микрофокусных рентгенограмм
Статистические методы обработки изображений Оценка выборочных характеристик, получаемых с помощью различных методов лучевой диагностики, проводилось с использованием методов описательной статистики. Для оценки параметров центральности рассчитывали выборочное среднее значение, а также медианное значение. Очевидно, что в случае относительно небольших данных и дискретной шкалы измерения медианное значение давало более адекватное представление о локализации распределения, чем среднее значение, – особенно в тех случаях, когда распределение данных было обусловлено смешанными значениями.
Кроме того, при оценке таких данных, как количество каналов и патологических включений, для более адекватного представления о локализации выборочного распределения рассчитывались также значения 25-го и 75-го перцентилей. Данные значения представляли собой те границы, в пределах которых расположено 50% выборочных значений (по определению, 25% значений лежали левее 25-го перцентиля, а оставшиеся 25% значений превышали 75-й перцентиль). Для данных с хорошей количественной шкалой рассчитывалось также выборочное стандартное отклонение соответствующих значений.
В работе использовались методы визуализационного представления данных. Строились круговые диаграммы, гистограммы, бокс-плоты и графики плотности распределений. Для визуализации результатов многомерного анализа строились двумерные и трехмерные облака рассеяния.
В целях обобщения данных использовался кластерный анализ. На основании первичного анализа данных множество анализируемых зубов разделялось на предопределенное число кластеров в целях повышения возможностей дальнейшей интерпретации результатов. Использовался метод К-средних, в котором в процессе оптимизации для каждого кластера итеративно пересчитывается центроид, а выборочные наблюдения относились к тому или иному кластеру на основании меры их близости к центроиду (в данном случае минимизировалось суммарное квадратичное отклонение точек кластеров от их центров).
Для сравнения выборочных значений, полученных для современных и древних зубов, использовался непараметрический критерий Манна–Уитни для независимых выборок. Непараметрический критерий был выбран по причине небольшого объема выборки и невозможности статистически корректно проверить предположение о нормальности анализируемых выборочных распределений. Статистически достоверными считались различия, значимые на уровне р 0,05.
Для сравнения выборочных значений, полученных с помощью различных методик для одних и тех же образцов зубов, использовался непараметрический критерий Вилкоксона для связанных выборок. Достоверными считались различия, значимые на уровне р 0,05.
В том случае, когда шкала получаемых значений была достаточно тонкой (в случае оценивания объемов и площади поверхности на определенных срезах), использовался также параметрический критерий Стьюдента (t-критерий). Для того чтобы избежать искажения в значимости результатов сравнения, вместо традиционного оценивания доверительных интервалов, основанного на допущениях о распределении, доверительные интервалы строились с использованием бутстрапа (bootstrap). Доверительные интервалы, основанные на построении бутстрап-распределений, строились также для оценок среднего значения и стандартного распределения соответствующих параметров.
Построение доверительных интервалов методом бутстрапа было основано на многократной репликации случайных выборок на основе имеющейся выборки. Получаемая в результате каждой репликации псевдовыборка равнялась исходной по объему, однако могла не содержать некоторые значения исходной выборки, а другие значения исходной выборки содержать многократно. Для каждой такой псевдовыборки была подсчитана соответствующая статистика – среднее значение, стандартное отклонение или (в случае связной репликации двух переменных) соответствующее значение t-статистики. Многократное повторение процедуры случайной генерации псевдовыборок позволяло получить распределение интересующей статистики – среднего значения, стандартного отклонения или величины t-критерия. Соответствующие перцентили этих распределений задавали границы доверительных интервалов для этих статистик – например, 2,5% и 97,5% перцентили задавали границы двустороннего 95% доверительного интервала. В случае построения доверительного интервала для t-статистики возможно также сказать, в скольких процентах псевдовыборок анализируемые различия оказались значимыми, и сделать корректный вывод о случайности либо достоверности различий в исходной выборке. Во всех случаях использования бутстрап-анализа в данном исследовании генерировалось 5000 псевдовыборок.
Статистическая обработка данных и визуализация результатов проводились с использованием программных продуктов MS Excel 14.0, IBM SPSS Statistics v.20 и Statistica 7.0. Алгоритмы бутстрап-анализа были реализованы в программной среде R (R version 3.1.1).
Таким образом, были использованы все современные рентгеновские и томографические технологии для анализа мелкоструктурных изменений малых объектов на примере зубов современного человека и зубов, найденных в аланском захоронении Мамисидон.
Возможности рентгенологических методик в визуализации анатомических структур зубов. Оценка общего количества каналов
Из таблицы 10 видно, что различия между современными и древними зубами не превысили уровень значимости в 0,05, а значит, можно считать, что анализируемые современные и древние зубы систематически различались по количеству основных каналов. Таким образом, необходимо отметить, что у зубов современных людей количество основных каналов было несколько больше, чем в группе зубов древних людей.
Сравнительная оценка количества дополнительных ответвлений от основных каналов Как видно из таблицы 11, дополнительных ответвлений от основных каналов с помощью микрофокусной увеличенной рентгенографии не было обнаружено в 84% зубов современного человека и в 95% зубов древних людей. Таблица 11 Оцененное количество дополнительных ответвлений от основных Приведенные на рисунке 17 гистограммы и бокс-плоты показывают, что для древних зубов количество обнаруженных дополнительных ответвлений от основных каналов было больше, чем для современных зубов. Оценка достоверности различий современных и древних зубов по параметру «количество дополнительных ответвлений основных каналов» проводилась с использованием непараметрического критерия Манна–Уитни для несвязанных выборок. Результаты статистической оценки приведены в таблице 12.
Уровень значимости 0,21 Как видно из таблицы 12, различия не достигли уровня значимости 0,05, и это свидетельствует о том, что анализируемые группы древних и современных зубов по данным МФРГ не различались достоверно по количеству обнаруживаемых дополнительных ответвлений (дентиклей) от основных каналов. Таким образом, нет никаких оснований предполагать, что анализируемые древние и современные зубы будут различаться по каким-либо количественным характеристикам, в данном случае – по количеству дополнительных ответвлений.
На цифровых микрофокусных рентгенограммах представлены примеры определяемых в области дистальных отделов дополнительных ответвлений (дентиклей) от основных корневых каналов зубов (рисунок 18 а, б; рисунок 19 а, б).
Цифровые микрофокусные рентгенограммы бокового резца нижней челюсти группы аланского захоронения: а – с прямым увеличением в 5 раз; б – дополнительное цифровое увеличение изображения (фрагмент) зоны корня зуба в 5 раз, где в дистальном отделе корневого канала определяется отходящий от него (красная стрелка) дополнительный корневой канал (зеленая стрелка)
Цифровые микрофокусные рентгенограммы второго моляра нижней челюсти современной группы: а – с прямым увеличением в 5 раз; б – дополнительное цифровое увеличение изображения (фрагмент) зоны корня зуба в 5 раз, где в дистальном отделе корневого канала (красная стрелка) определяется отходящий от него дополнительный корневой канал (зеленая стрелка)
Необходимо также отметить, что только при выполнении прицельных микрофокусных исследований с цифровым увеличением изображения до 20 раз появлялась возможность визуализировать мелкие дополнительные каналы и ответвления, не определяемые при использовании других рентгенологических методик.
Сравнительная оценка количества патологических включений в коронковой части зубов По данным МФРГ, количество обнаруживаемых патологических включений в коронковой части было невелико. У 79,0% древних зубов и 82,0% современных зубов патологических включений в коронковой части при МФРГ обнаружено не было. В таблице 13 представлены данные по количеству патологических включений, оцененных по методу Манна–Уитни для несвязанных выборок. Ни для одного зуба количество обнаруженных включений не превысило единицы (рисунок 20).
Распределение оцененного количества патологических включений в коронковой части древних и современных зубов
Для того чтобы избежать допущений о форме распределения количества патологических включений в коронковой части, сравнение анализируемых древних и современных зубов по этому параметру производилось с использованием непараметрического критерия Манна–Уитни для несвязанных выборок (рисунок 21).
Цифровые микрофокусные рентгенограммы зубов с увеличением в 7 раз, где в структуре пульпарной камеры отмечаются зоны затенения без четких границ с неровными контурами, высокой интенсивности, не прилегающие к стенкам: а – левый второй премоляр нижней челюсти зуба из аланского захоронения группы Мамисидон, б – второй премоляр верхней челюсти из современной группы со свободными дентиклями в пульпе Сравнительная оценка количества патологических включений в корневой части Патологические включения в корневой части оценивались по общему количеству во всех корневых каналах. Как видно из таблицы 14, распределение включений в корневых каналах было практически одинаковым и не превышело пяти в обеих группах у современных зубов и четырех у зубов аланского захоронения.
Бокс-плот показывает, что основные 50% данных (между 25-м и 75-м перцентилями) лежат в одних и тех же границах и для древних, и для современных зубов (рисунок 24). Однако для современных зубов и медианное значение, и максимальное значение количества патологических включений в корневой части выше, чем аналогичные параметры для древних зубов. Результаты приведены в таблице 15.
Возможности рентгенологических томографических методик в оценке объема и площади поверхности анатомических структур зубов. Вычисление и анализ размера зуба
Но на рисунках 41 и 42 в группах МСКТ – КЛКТ и МСКТ – КЛКТ-ВР определяется неравномерное распределение групп зубов. Отмечается, что анализу с помощью МСКТ подвергались зубы, преимущественно принадлежащие к кластеру 2, а соответственно это зубы короткие и широкие, в которых, как правило, было более одного корневого канала. Очевидно, что каждая из анализируемых методик выявляла дистальные отделы корневых каналов по-разному, поэтому при дальнейшем анализе возникла гипотеза о чувствительности каждой из методик для разных уровней выявления. Но достоверных различий между группами МСКТ и КЛКТ получено не было.
Сравнительный анализ величин объема каналов, оцененных с помощью КЛКТ и микро-КТ: а – полные данные, б – данные после исключения очевидного отклоняющегося значения
«Облака рассеивания» (рисунок 43, а, б, рисунок 44 и 45) показывают статистически достоверные различия на высоком уровне значимости. Как видно из таблицы 31, были получены значительные различия группах микро-КТ – КЛКТ, микро-КТ – КЛКТ-ВР и микро-КТ – МСКТ. Это связано с тем, что при подсчете объема погрешность в методиках КЛКТ, КЛКТ-ВР и МСКТ происходит по всем трем значениям объема, например: VКЛКТ = LКЛКТНКЛКТ ВКЛКТ, Vмикро-КТ=Lмикро-КТНмикро-КТВмикро-КТ, где V – объем, L – длина, H – высота, B – ширина; допускаем, что при каждом измерении микро-КТ оценивает длину (ширину, высоту) в 2 раза больше, чем КЛКТ, т. е. Hмикро-КТ = 2Hклкт, то же для ширины и высоты. Тогда, подставляем это все в формулу объема микро-КТ: Vмикро-КТ = (2LКЛКТ) (2 НКЛКТ) (2 ВКЛКТ), а теперь для решения уравнения раскрываем скобки в умножении и группируем три множителя 2:
Таким образом, полученные результаты свидетельствовали о значительном количестве потерянных данных в визуализации корневого канала. Очевидно, что объем каналов, оцененный с помощью микро-КТ, существенно превышал оценки, полученные с помощью других методик. Далее для каждого зуба был подсчитан дополнительный индекс – отношение объема каналов, полученного с помощью микро-КТ, к соответствующим оценкам, полученным с помощью других методик. Для величин этого индекса были подсчитаны соответствующие средние и медианные значения, выборочное максимальное и минимальное значение, а также выборочные квартили. Результаты представлены в таблице 32. Гистограммы полученных индексов представлены на рисунке 46, а – г.
Величины отношения оценок объема, полученных с помощью микро-КТ, к оценкам, полученным с помощью других методик сравнения: а – КЛКТ, б – КЛКТ-ВР, в – МСКТ, г – все методики
Очевидно, что полученные значения распределены со смещением и медианное значение по выборке в целом является более информативным, чем выборочное среднее.
В паре методик микро-КТ – КЛКТ медианное значение рассчитанного индекса составило 6,25; иными словами, объем каналов, оцененный с помощью микро-КТ, в среднем по выборке в 6 раз превышал объем каналов, оцененных для тех же зубов с помощью КЛКТ. В случае минимального различия объем каналов по микро-КТ превышал аналогичный объем по КЛКТ в 2 раза, максимального – в 13 раз; половина анализируемых зубов лежали в границах превышения от 3 до 9 раз. В таблице 32 приведен еще один индекс – превышение в оценке по одному измерению. Речь идет о том, что объем определялся в трехмерном пространстве и является по существу произведением соответствующих размеров: длины, ширины и высоты. Поэтому, говоря о превышении в оценке объема, необходимо понимать, что они означают в терминах разницы в подсчете одномерных параметров. По каждому измерению (длине, ширине и высоте) микро-КТ оценивала размер канала в среднем в 1,8 раза выше, чем КЛКТ. Данный критерий, полученный как корень третьей степени из пропорции объемов, дает хорошее представление о разнице методик в размерах одномерных параметров, так как является в некотором роде интегральным, в отличие от оценок, полученных по отдельным срезам.
В паре методик микро-КТ – КЛКТ-ВР медианное значение превышения составило 3,87, т.е. микро-КТ выявляло объем каналов в среднем в 4 раза выше, чем КЛКТ-ВР. Минимальное значение индекса составило около 1 (практически нет различий в оценках), максимальное – 15. Половина значений рассчитанного индекса лежит в границах от 3 до 11. В терминах разницы в оценивании по каждому из измерений (длине, ширине и высоте) речь идет о том, что микро-КТ оценивало размеры в среднем в 1,57 раза выше, чем КЛКТ-ВР.
В паре методик микро-КТ – МСКТ медианное значение рассчитанного индекса составило 5,13. Объем каналов, оцененный с помощью микро-КТ, превышал аналогичный объем, подсчитанный с помощью МСКТ, в среднем в 5 раз. Минимальное значение этой оценки составило 0,5 (в единственном случае МСКТ дало оценку объема каналов большую, чем микро-КТ), максимальное значение – 11. Половина значений полученного индекса лежит в границах от 2 до 7. С точки зрения разницы по каждому из одномерных параметров, микро-КТ оценивало одномерные размеры в среднем в 1,8 раз выше, чем МСКТ.
Необходимо заметить также, что при анализе выборочного среднего значения можно говорить о том, что в анализируемых трех парах методик практически не наблюдалось разницы в величине рассчитываемого индекса – во всех случаях объем каналов, рассчитанный с помощью микро-КТ, превышал аналогичные объемы, полученные с помощью других методик, в среднем в 5–6 раз. Анализ медианного значения позволяет сделать более детальные выводы: величина превышения была наибольшей для КЛКТ, затем по величине превышения следовало сравнение с МСКТ, наименьшим превышение оказалось для КЛКТ-ВР. Отметим, однако, еще раз, что и в наилучшем случае (в сравнении с КЛКТ-ВР) микро-КТ оценивала объем каналов почти в 4 раза выше.
Вычисление и анализ объема современных зубов Далее сравнение КЛКТ, КЛКТ-ВР и МСКТ проводилось с точки зрения точности отностительно друг друга. В таком случе не требовалась верификация; очевидно, что данные полученные с помощью микро-КТ, были бы более точными, что могло бы переключить акцент работы только на его анализ. Чтобы отойти от привязанности к микро-КТ, сравнивали только эти методики относительно друг друга и выявили степени различия между ними.
Все зубы оценивались по наиболее объемному признаку – объему, но без учета корневых каналов. Это связано с оценкой возожности создания прогностической модели для 3D-принтинга, что позволило бы врачам-стоматологам планировать эндодонтическое вмешательство на физической модели, а также избежать ошибок и затруднений.