автореферат диссертации по информатике, вычислительной технике и управлению, 05.13.09, диссертация на тему:Разработка моделей и алгоритмов визуализации функционально-динамических характеристик нижней челюсти методом бесконтактной компьютерной диагностики

На правах рукописи

РГБ ОД

СУПОНЕЦКАЯ МАРИАННА АНАТОЛЬЕВНА г

3 АПР 2000

РАЗРАБОТКА МОДЕЛЕЙ И АЛГОРИТМОВ ВИЗУАЛИЗАЦИИ ФУНКЦИОНАЛЬНО-ДИНАМИЧЕСКИХ ХАРАКТЕРИСТИК НИЖНЕЙ ЧЕЛЮСТИ МЕТОДОМ БЕСКОНТАКТНОЙ КОМПЬЮТЕРНОЙ ДИАГНОСТИКИ

Специальность 05.13.09 - Управление в биологических и медицинских системах (включая применение вычислительной техники)

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата медицинских наук

ВОРОНЕЖ - 2000

Работа выполнена на межвузовской кафедре «Управление в социальной сфере и медицине» Воронежского государственного технического университета

Научный руководитель: доктор технических наук,

профессор Мутафян М.И.

Научный консультант: доктор медицинских наук,

профессор Коротких Н.Г.

Официальные оппоненты:

доктор медицинских наук, профессор Губина Л.К.

кандидат медицинских наук Земченков В.М.

Ведущая организация: Московский государственный медико-

стоматологический университет

Защита состоится 10 марта 2000 г. в 16 часов в конференц-зале на заседании диссертационного совета Д 063.81.04 при Воронежском государственном техническом университете по адресу: 394006, г. Воронеж, Московский проспект, 14.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Воронежского государственного технического университета.

Автореферат разослан 8 февраля 2000 г.

Ученый секретарь диссертационного совета

" Пасмурное С.М.

РЬМ с, 0

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. Современная ориентация медицинских технологий на количественные методы исследований и объективизацию диагностических критериев привела к разработке целого класса клинических информационно - диагностических систем, основанных на достижениях медицинской визуализации.

Особая роль отводится им в стоматологических исследованиях.

Известно, что определение и регистрация положения нижней челюсти в центральной окклюзии является важным моментом ортопедического лечения патологии твердых тканей зубов и их частичного отсутствия. От результатов этого этапа зависит в наибольшей степени качество будущего протеза и функционирование зубочелюстной системы (ЗЧС).

В настоящее время методы регистрации движений нижней челюсти развиваются и совершенствуются. Особый интерес для клиники ортопедической стоматологии представляет регистрация и оценка комплексных трехмерных движений нижней челюсти при различных функциональных пробах.

Одним из наиболее значимых достижений в автоматизации стоматологических научных исследований явилось применение регистрирующих компьютерных систем, которые позволили существенно сократить время исследования и повысить точность измерений. Однако, большинство го них, как и при использовании традиционных методов, требуют установления в полости рта различных приспособлений, что нарушает физиологичность исследования, и не позволяют измерять параметры движений нижней челюсти в пространстве и во времени одновременно.

Очевидно, что рациональная методика диагностики динамических характеристик ЗЧС должна строиться при выполнении самых ответственных этапов исследования на естественном жевательном аппарате без какого-либо воздействия извне.

Учитывая недостатки известных методов регистрации движений нижней челюсти, был создан принципиально новый метод диагностики функциональных состояний ЗЧС, основанный на бесконтактной регистрации движений нижней челюсти, с возможностью визуализации результатов исследований, работающий в комплексе с автоматизированной системой обработки изображений.

Таким образом, тематика диссертации, связанная с разработкой моделей и алгоритмов визуализации фуншдюнально-динамических характеристик нижней челюсти методом бесконтактной компьютерной диагностики, позволяющих объективизировать информацию о функциональных состояниях ЗЧС является актуальной.

Работа выполнена в соответствии с межвузовской комплексной научно-технической программой 12.11 "Перспективные информационные технологии в высшей школе", в соответствии с одним из основных научных направлений программно-целевого исследования Воронежской государственной медицинской академии им. Н.Н.Бурденко «Современные методы и технологии в диагностике, лечении и профилактике заболеваний челюстно-лицевой области» и в рамках одного из основных направлений Воронежского государственного технического университета "Биокибернетика, компьютеризация в медицине".

Цели » задачи исследования. Целью работы является разработка моделей и алгоритмов визуализации функционально-динамических характеристик нижней челюсти на основе использования бесконтактной компьютерной диагностики.

Для достижения этой цели в работе необходимо поставить и решить следующие задачи:

на основе критического анализа используемых в стоматологических исследованиях методах функциональной диагностики зубочелюстной системы выявить основные направления повышения их эффективности;

построить модель информационно-диагностической системы для исследования функционально-динамических характеристик нижней челюсти бесконтактным методом;

алгоритмизировать процесс регистрации и обработки изображений для восстановления траекторий движения нижней челюсти;

разработать структуру информационной карты пациента, позволяющую хранить результаты различных типов обследования (от анамнестических данных, траекторий движения нижней челюсти до реальных изображений);

сформировать структуру автоматизированной обучающей системы, обеспечивающей выбор метода лечения больных при частичной вторичной адентии, на основе гипермедиа технологий и разработать ее информационное и программное обеспечение;

провести исследование и верификацию предложенных моделей и алгоритмов по результатам клинического эксперимента.

Методы исследования. В работе применялись методы теории управления, математической статистики и математического моделирования, оценки окклюзионных и артикуляционных соотношений зубных радов, компьютерной графики, цифровой обработки изображений и анализа сигналов. Научная новизна результатов исследования. Технология бесконтактной диагностики функционально-динамических характеристик зубочелюстной системы, обеспечивающая возможность в режиме реального времени восстановления и комплексной визуализации траек-тооий движения нижней челюсти.

Методика определения индекса жевательной эффективности ЗЧС, позволяющая характеризовать динамику процесса жевания и учитывать латеральную асимметрию жевательных движений.

Структура информационной карты пациента, отличающаяся возможностью хранения результатов различных типов обследования (от анамнестических данных, траекторий движения нижней челюсти до реальных изображений).

Технология создания автоматизированных информационных лечебно-диагностических и обучающих систем, обеспечивающая возможность формирования логических моделей принятия решений на основе интерпретации таблиц решений и принципов гипермедиа навигации.

Практическая значимость и результаты внедрения.

Внедрение разработанных моделей и алгоритмов позволило: существенно повысить качество и воспроизводимость экспертных выводов; объективизировать процесс сбора диагностических данных; значительно сократить время обработки с последующим их накоплением и анализом.

Медицинская эффективность работы заключается в возможности осуществления рациональной тактики обследования ЗЧС на основе повышения качества диагностического процесса с учетом индивидуального подхода к пациенту и возможности хронологически отслеживать динамику изменения состояний его ЗЧС, осуществлять верификацию эффективности ортопедического лечения объективным методом.

Применение программного инструментария, основанного на интерпретации таблиц решений, позволяет автоматизировать процедуры создания информационных лечебно-диагностических и обучающих систем, расширить круг разработчиков засчст непрограммирующих пользователей. Автоматизированная система по курсу «Теоретические и клинические основы выбора метода лечения больных при частичной втосичной адентии» позволяет ч? основе использования большого иллюстративного материала и элементов контроля знаний проводить обучение студентов и врачей-интернов.

Автоматизированная система обработки изображений внедрена в Воронежском областном клиническом лечебно-диагностическом центре, на кафедре ортопедической стоматологии Воронежской государственной медицинской академии им. Н.Н. Бурденко. Материалы диссертации используются в учебном процессе межвузовской кафедры "Системного анализа и управления в медицинских и педагогических системах" при обучении студентов специальности 190500 - "Биотехнические и медицинские аппараты и системы" в курсе "Автоматизация обработки биомедицинской информации", дипломном и курсовом проектировании. Годовой экономический эффект от внедрения составляет 15 тыс. тблей (в ценах 1999 г.).

Апробация работы. Основные положения диссертационной работы докладывались и обсуждались на следующих конференциях, семинарах и совещаниях: III международной конференции "Новые информационные технологии в медицине и экологии" (Гурзуф, 1997); Всероссийской научно-технической конференции "Биотехнические, медицинские и экологические системы и комплексы» (Рязань, 1997); I международном симпозиуме «Электроника в медицине. Мониторинг, диагностика, терапия» (С-Петербург, 1998); III международной научно-технической конференции "Физика и радиоэлектроника в медицине и биотехнологии» (Владимир,

1998); III международной научно-технической конференции "Пожилой больной. Качество жизни» (Москва, 1998); IV международной электронной научной конференции "Современные проблемы информатизации" (Воронеж,

1999); семинарах межвузовских кафедр «Системного анализа и управления в медицинских и педагогических системах», «Управление в социальной сфере и медицине», а также ежегодных научных конференциях профессорско-преподавательского состава Воронежского государственного технического университета.

Публикации. Основные результаты диссертации опубликованы в 12 печатных работах, перечень которых приведен в конце автореферата.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав и заключения, изложенных на 186 е., приложений на 6 е., списка литературы из 175 наименований, содержит 61 рисунок, 12 таблиц.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обосновывается актуальность работы, сформулированы цель и задачи исследования, их научная новизна, практическая значимость полученных результатов, показываются основные пути решения сформулированных ппобттсм и задач.

В первой главе диссертации проводится анализ медицинских компьютерных систем, основанных на принципах обработки визуальной информации; делается вывод о том, что каждая из них значительно повышает надежность, качественность, обоснованность и воспроизводимость выводов, существенно расширяет диагностические возможности при общем сокращении трудозатрат.

Обосновывается вывод о необходимости разработки автоматизированной информационно-диагностической системы, в основу которой положены модели и алгоритмы визуализации функционально-динамических характеристик ЗЧС.

Подчеркивается, что только бесконтактные методы регистрации характеристик ЗЧС могут отразить истинную картину соотношений всех элементов

ЗЧС без искажений, вносимых контакгаыми датчиками. Данный способ диагностики позволяет получить истинную ответную рефлекторную реакцию на раздражитель, которым является тестовый продукт.

На основе результатов анализа современных достижений функциональной диагностики ЗЧС определяются требования, предъявляемые к информационно-диагностической системе: 1) осуществлять автоматизированный процесс съема и обработки изображений, который позволит проводить измерения функционально-динамических характеристик бесконтактным способом и определять строго индивидуальную информацию о физиологическом состоянии элементов ЗЧС; 2) обеспечить возможность проведения врачом-исследователем наглядной обработки экспериментальных данных (от числовых массивов до набора реальных изображений); 3) обеспечить информационную поддержку формирования карт обследования пациентов с возможностью хранения разнотипной информации (от анамнестических данных до траекторий движения нижней челюсти, томограмм и изображений лица пациента на всех этапах ортопедического лечения); 4) иметь возможность интегрировать полученные экспериментальные данные по диагностике ЗЧС в учебные автоматизированные информационные системы, разработанные с учетом современных достижений гипермедиа технологий. Перечисленные требования должны быть реализованы в результате выполнения комплекса работ, который определяется как цель и задачи исследования.

Вторая глава посвящена вопросу построения моделей и алгоритмов диагностики функционально-динамических состояний ЗЧС на основе автоматизированной системы обработки изображений.

' —►к {V}' т.

_Г Этап ^регистрации }

( Модель | 1 регистрации '

{ьк

1=1

О-

Доц. измерения

Этап моделирования и обработан

Этап визуализации и анализа результатов

Модель

¿1

Автомат из. система

1 г

ЛРм}

и

[ Визу ¡1=1 чция . 11 I

1 Доп. моде-

(Вектор ¡Вектор признаков , наблюдений зарегистр. объекта

^Вектор параметров : изучаемой модели

!а !

Р!

Рис. Структурная схема ииформационио-диагностической системы

В основе информационной модели диагностического процесса лежит представление ее как канала связи, осуществляющее согласование потока информации, поступающего с объекта, с пропускной способностью исследователя. Функционирование медицинского объекта можно рассматривать как функциональное преобразование вектора состояний в вектор диагностических сигналов (вектор изображений) (рис. 1).

Состояние любого медицинского объекта можно описать векторным полем 5 = (Р, К), где р =(Рь р^,..,р„) - физические характеристики, описывающие объект в процессе наблюдений; К =(х(1:), у(0, т{{), 1) - пространственно-временные координаты.

В составе автоматизированной информационно-диагностической системы обработки изображений (АСОИ), позволяющей в режиме реального времени регистрировать и анализировать динамику изменения соотношений элементов ЗЧС бесконтактным способом с учетом индивидуальных особенностей пациента, было спроектировано и изготовлено специальное стоматологическое кресло со съемной верхней зеркальной насадкой (рис. 2). Регистрировались расстояния между опорными точками на

лице пациента, которые представляют собой метки белого цвета диаметром 2-3 мм, нанесенные на нижнюю часть лица пациента (Иазюп и Спайоп).

В настоящем исследовании использовались четыре тактических схемы обработки информации, основанные на различном расположении опорных

Рис. 2. Принципиальная схема расположения зеркальной насадки

меток на лине пациента и положении его лица относительно поворотных зеркал (табл. 1). Исходя из рассмотренных тактических схем, формировалась сводная информационная карта, в которой представлено соответствие раз-Л1гчных типов проекций лица пациента, топологии опорных меток и основных типов визуализации данных для различных прикладных диагностических задач (общее количество графиков - более 150).

Таблица 1

Основные тактические схемы измерений_

N Тип проекции Размерность

1 фронтальная 2D

2 сагиттальная левая 2D

сагиттальная плавая 2D

Л J сагиттальная левая + фронтальная 2,5D

сагиттальная правая + фронтальная 2,5D

4 фронтальная + сагиттальные (левая + правая) 3D

Алгоритмы обработки информации включали реализацию следующих основных этапов: 1) предварительная регистрация фронтальных проекций точек Спаиоп и Кзбюп; 2) оценки степени асимметрии движений нижней челюсти; 3) регистрация фронтальной проекции точек №5юп и Спаиоп совместно с точками, расположенными на боковых поверхностях нижней челюсти и спроецированных в плоскость регистрации с помощью зеркал; 4) кластеризация и восстановление X, У координат точек; 5) восстановление ЗБ координат движения точек нижней челюсти; 6) определение траектории движения головки височно-нижнсчелюстного сустава, состояния физиологического покоя нижней челюсти и жевательной эффективности; 7) визуализация результатов; 8) формирование базы данных.

Подчеркивается, что эффективная регистрация и анализ информации возможны только на основе удобного программного инструментария, позволяющего активно визуализировать экспериментальные данные.

Обработка результатов_______

измерении проводилась с ис- I --■?.

пользованием программной сре- j| ------1 •■

ды |PROC, применение которой Г

П реобрачоваттяр. t^J Авали-} j l^j Вылод

I. »": даишлс F^rj результатов

J/ И

позволяет исследователю иметь рис. 3. Функциональная структура конвейера гибкий программный инструмен- оС'1"1Яотки ш'форм"ц"и

тарий обработки поступающего потока информации. Функциональная структура конвейерной обработки представлена на рис. 3. Организация конвейеров обработки данных позволяет связывать программы-примитивы в любой комбинации для достижения необходимого конечного результата.

Рассмотрим процесс трехмерного восстановления траекторий движения нижней челюсти. Специфика моделей и обрабатывающих программ в трехмерной машинной графике обусловлена необходимостью передавать ощущение глубины пространства, пространственной формы и структуры объектов. В обобщенном виде процедуру синтеза изображения можно представить в виде: Сгл —А* Сзэ, где взо - математическая модель наблюдаемого трехмерного объекта или сцены; А - оператор преобразования; От - двухмерное изображение, сформированное системой машинной графики.

Принципиальная схема обработки изображений при восстановлении трехмерных траекторий движений нижней челюсти имеет вид, представленный на рис. 4. В его основу положено использование конвейера обработки графической информации. Отдельным блоком выделен модуль эвристической фильтрации, который, исходя из представлений исследователя и множества моделей наблюдения, позволяет выделять (или детализировать) информацию необходимую для анализа.

Регистрация изображений

Бинеари зшрш

Отсечение Шумов

Выделение кластеров

Восстановление траекторий но плоскостям

£

Эвристическая филып рация

30 визуализация

Ж

П роецировшше

"Произвольная" визуализация

Модель 1

Модель 2

Экспорт

Печать

Преобразование в граф-

Запись в архив

Рис. 4. Принципиальная схема обработки изображений при восстановлении ЗО траекторий движения нижней челюсти

Алгоритм обработки данных при определении траектории движения головки височно-нижнечелюстного сустава (ВНЧС) включал следующие этапы: 1) регистрация и восстановление траектории движения опорных меток на лице пациента; 2) определение масштабного коэффициента пересчета пиксел/мм; 3) индивидуальная статистическая оценка и анализ для всех меток траекторий движения с использованием дескриптивной статистики, гистограмм ирования и визуализации; 4) нахождение траектории движения точки Б (рис. 2.)методом треугольника; 5) построение регрессионных моделей, описывающих характер движения мыщелка, причем степень аппроксимирующего полинома подбиралась исходя из специфики исследования.

Ключевое место в составе информационного обеспечения АСОИ отводится алгоритму кластеризации изображений, поскольку от его быстродействия и устойчивости к помехам непосредственно зависит эффекпгвность восстановления траекторий движения. Кластеризация каждого кадра изображений осуществляется программой СЬА8Т, предназначенной для выделения из каждого кадра координат опорных меток и отсечения точечного и строчного зашумления. В ее основе заложен следующий алгоритм (рис. 5). Эффективность подавления помех во многом зависит от выбора значений порогов Т1,Т2, задаваемых в зависимости от освещенности лица пациента.

Предложена методика определения нового показателя - индекса жевательной эффективности ЗЧС, основанная на автоматизированной обработке последовательности изображений при жевательной функциональной пробе. Жевательная эффективность оценивалась по количеству жевательных движений тестового продукта с учетом асимметрии движений за определенный промежуток времени.

Индекс жевательной эффективности Ы представляет собой комбинированную величину р;13мерности 11/с]. вида:

' м

д жевании _в _еоштцу _времепи

Показано, что предложенный индекс является важной характеристикой эффективности ЗЧС, поскольку, в отличие от оценки традиционного конечного результата жевания, позволяет описывать динамику самого процесса с учетом латеральной асимметрии жевательных движений.

Принципиальная схема алгоритма определения индекса жевательной эффективности представлена на рис. 6, в основу которого положено использование математического аппарата Фурье-преобразований для устранения высокочастотных составляющих (помех), присутствующих на кривой «истинного» жевания.

На рис. 7 представлено сравнение традиционного способа определения жевательной эффективности и предложенного в настоящей работе, при этом следует отметить, что в отличие от Ктрад индекс 1(1 позволяет учитывать степень асимметрии жевания. Принципиальная структура поведения предложенного индекса жевательной эффективности представлена на рис. 8. Необходимо подчеркнуть, что выбор порогов детерминации для разделения степеней условной эффективности является отдельной важной экспериментальной работой, которую необходимо провести с использованием и верификацией всего арсенала современных методов диагностики ЗЧС.

{ Начало )

» - |

Нахождение в строке • кадр* последовательности точек мисс, длкны

Сортировка масста координат кластеров тиров с заданной метрикой Ь

Формирование выходного фаАла координат

Кадр пуст 1

Рис. 5. Принципиальная схема алгоритма кластеризации

с

Начало )

Изготовление тестового продукта

Запись последовател ьности изображений движения опорных меток при жевании

X

Восстановление траекторий движения Спайоп, N8510(1 по фронтальным - проекциям _

Нормировка движений 1 точек с учетом наклонов н поворотов ГОЛОВЫ 1

В1е^'1лтешз«~ гр «фия

иЙД ]

Фильтрация (пороговые обремдав) с выделением процесса желания

| Панорамирование графика I процесса жевания

О пределе к»е асимметрии движений нижней челюсти

~ Определение преимущественной ГТрррнм жрийниу Запись во временный архив

Чтение временного архива

Вычисление прямого Фу рь е-преобразован ня

Выбор набора порогов для обрезания

Вычисление обратного Фурье-преобразования

Подсчет числа жеваний в единицу времени по отфильтрованной _кривой

Формирование индекса жевательной эффективности М

I Формирование информационной карты

Запись в информационную карту пациента

Конец

Рис. 6. Принципиальная схема алгоритма определения индекса жевательной эффективности

Инджс ЖГЯЙПЛШЛ

Рас. 7. Сравнение традиционного способа определения жевательной эффектввностп а предложенного в настоящей работе

Уишиимп«

состояния прфнгоаиетстм

Эффохта»™« Тремжпие

Пярмигмяе Шталпгтгегае

Рис Ä Принципиальная структура юменашя индекса жевательной эффективности

В третьей главе рассматривается разработка информационного обеспечения автоматизированной системы.

Проводится алгоритмизация процесса формирования интерактивных процедур принятия решений при планировании ортопедического лечения при частичной вторичной адентии на основе таблиц решений Ломбарда.

Для этого определяются множества входных параметров и исходов, формулируется конечная цель системы и необходимые ограничения на процесс ее достижения (правила игры). Далее формируется граф алгоритма, нумеруются все его вершины. Затем для каждого узла формулируется вектор вопросов Ai и соответствующий ему вектор действий (диалоговых процедур) Di. Далее формируется матрица инциденций, которая представляет собой таблицу, элементами которой являются 1, в случае, если траектория прошла через данную вершину и 0, если данная вершина оказалась вне траектории движения. Затем для каждой траектории движения по графу формируется коэффициент идентификации, представляющий собой уникальное число разрядности равной числу вершин графа. Следующий этап - анализ матрицы инциденций исходя из набора конечных исходов: для каждого исхода выписываются соответствующие траектории движения и их коэффициенты идентификации. Окончательным этапом является генерация промежуточного псевдокода идентификации траекторий.

Показано, что использование аппарата таблиц решений в качестве инструментальной поддержки разработчика информационных систем позволяет расширить круг пользователей и унифицировать способы доступа к объектам «предметного мира», в качестве которых могут выступать автоматизированные обучающие системы, логические модели лечебно-диагностического процесса и, в частности, информационные карты.

Полученные данные каждого исследования заносили в специально разработанную информационную карту обследования, которая представляет собой расширенную модификацию ранее предложенной на кафедре ортопедической стоматологии ВГМА им. H.H. Бурденко с учетом полученных в дан-

Клиника кафедры ... ВГМА нм.Н.Н.Бурденко

Фамилия Имя Отчество _

Год рождения

Имева фай до* с аэображеяшма

3D проекция

Имена фдцоя с траектормд

К

iMM/ryggrJ

ной работе результатов. По содержанию, в первую очередь, это касается индекса жевательной эффективности и индекса дисфункции Helkimo. При обследовании больных оценивались степень выраженности следующих пяти клинических симптомов: 1) подвижность нижней челюсти; 2) функция сустава; 3) наличие боли при пальпации жевательных мышц; 4) наличие боли при пальпации ВНЧС; 5) наличие боли при движении нижней челюсти. Каждый из симптомов оценивался баллами.

По способу организации, разработанная автоматизированная информационная карта обсле-довашм пациентов позволяет хранить результаты различных типов обследования (от анамнестических данных, траекторий движения нижней челюсти до реальных изображений) (рис. 9). В качестве платформы для реализации карты было выбрано ее HTML представление, что обеспечило возможность организации доступа к различным

типам диагностических данных, простоту и удобство модификации, в том числе для распределенной WWW-обработки.

Описывается информационное обеспечение АОС по курсу «Теоретические и клинические основы выбора метода лечения бальных при частичной вторичной адентии», в основу которой заложены принципы гипермедиа навигации и элементов контроля знаний обучаемых. Информационная структура АОС включает 4 раздела: 1) теоретический - по классификации дефектов зубного ряда по Кеннеди; 2) по выбору конструкций протезов при частичной вторичной адентии; 3) по теоретическому обзору типов кламмеров и бюгельных протезов; 4) итоговый контролирующий. Графическая база данных включает в себя характерные изображения дефектов зубных рядов, конструкций кламмеров и протезов.

Жевательная npofta Специальная проба

L Время жевэтшаого цила И L Мавс. »«1лхтуда отцшюрп (ютсел|

2. Колячеспо жемтельиых 2. Макс, «шлятуда ■НАРЯжейня яжжвей челюсти вперед (есть/ют^

1 Симметричность кшгелша Ддаьеяяй

4. Прсимущеспекная сто ре в в жвмввв 3. Сдкг яижвей чедвпи (eoVwrl

Индекс жеькельнов Индекс дисфуякцяи DI

Результаты измерений Заключение ■аирммемвм ИТ 1ыц ми

i. Рашшк межлу овориьм точима пра цштрашюя оилквп (мм)

2. йютошяе между ооорцьш цепам ■ ооскнкяв относят, фиэвол. покоя (мм)

Результаты КХ-исследования вргс шх

X Межзрпждое ржхгояшМкм)

Рис. 9. Принципиальная структура информационной карты обследования пациента

Четвертая глава посвящена особенностям реализации разработанных моделей и алгоритмов визуализации. Приводятся характеристики и параметры отдельных элементов АСОИ ЦОКЛЬ. Обсуждаются проблемы калибровки и координатных привязок. Подробно описаны методики и алгоритмы реконструкции траекторий движения опорных меток на лице пациента.

Проводится исследование и верификация функционально-динамических характеристик нижней челюсти по результатам клинического эксперимента. Всего было обследовано 130 человек, распределение которых по группам представлено в табл. 2.

Таблица 2.

Группы I П

Возраст 19-25 26-30 31-36 36-40 19-25 26-35

Мужчин 25 5 5 5 12 12

Женщин 25 5 5 5 13 13

Всего 50 10 10 10 25 25

I группу составили 80 человек (мужчин - 40, женщин - 40) в возрасте 19-40 лет с интакгными зубными рядами, ортогнатаческим прикусом и без видимых патологических изменений челюстно-лицевой области. II группу составили 50 человек с частичным отсутствием зубов. Она была разделена на 2 возрастные подгруппы. Количество отсутствующих зубов 1 и более. Так как частичное отсутствие зубов у различных пациентов неодинаково, выделено 4 класса дефектов зубных рядов: 1-й класс - дефекты зубных рядов при сохранности ангагонтфующих зубов в трех функционально-ориентированных группах; 2-й класс - дефекты зубных рядов при сохранности антагонистов в двух функционально-ориентированных группах; 3-й класс - дефекты зубных рядов при сохранности антагонистов в одной функционально-ориентированной группе; 4-й класс - дефекты зубных рядов без сохранения антагонистов во всех трех функционально-ориентированных группах. На первом этапе методом анализа выдвижения челюсти определялась относительная величина коэффициента асимметрии выдвижения нижней челюсти. Полученные данные каждого обследованного заносились в информационную карту обследования.

Для исследуемых всех групп изучались следующие пробы: разговорная и жевательная, представляющие собой комплекс функциональных движений ЗЧС. Жевательная проба заключается в том, что исследуемому предлагается разжевать на произвольной стороне жевания тестовую порцию стандартного пищевого продукта с последующим ее проглатыванием. Разговорная проба состояла: из состояния центральной окклюзии исследуемый производит дважды с максимальной амплитудой открывание и закрывание рта; пауза 2-3 секунды; счет от 1 до 10; глотательное движение; приведение челюсти в со-

стояние физиологического покоя; пауза длительностью 15 секунд; завершают пробу боковые движения нижней челюсти с максимальной амплитудой. Измерение величины межокклюзионного расстояния проводилось в состоянии сглатывания. Измерялось расстояние между точками Каэюп, Стайоп в состоянии покоя. Осуществлялась процедура нормирования движения точки впалой с учетом непроизвольного перемещения головы обследуемого.

Визуализация траекторий движения всех (/) опорных меток на лице пациента для всех тактических схем измерений подразделялась на следующие основные классы: 1) индивидуальные траектории X/ и/или У,- как функция времени (рис. 10); 2) индивидуальные траектории XV¡; (рис. 11); 3) гис-тограммные представления траекторий X; и/или У; и/или ХУ/ (рис. 12).

Ыааоп

Опйш

150 151 152 153 154 155 156 167 158 159 160 161 162 П*рмаирми по оси X

Рис. 10. Траектории перемещай, Ыаясп и ^ Трае™°Ршг *Ч»«Ч«« опорных

СшИоп во фронтальной плоскости при ~ 80 плоскости при

„„ _ . проведении жевательной пробы

проведении жевательной пробы ¡-я г

Суммарное распределение амплитуд вертикального перемещения нижней челюсти представлено на рис. 12, анализ которого позволяет выделить группировку точек, свидетельствующих о следующей цепочке функциональных состояний нижней челюсти: состояние центральной окклюзии-> состояние покоя (функционального и физиологического) состояние функционального равновесия максимальное открывание рта.

Восстановленные трехмерные траектории движения нижней челюсти под различными полярными углами представлены на рис. 13, 14. Анализ рисунков позволяет легко определить и интерпретировать максимальный размах движения нижней челюсти в горизонтальной плоскости, отчетливо видны центральная окклюзия и резцовый путь.

<i

a

0 to 20 30 40 SO

Nl)in=10 Объги выбор* и = 150

MU» «177 A»«r= I S3.4287

Ми « Ш Slqni« = 2.J326

Рис. 12. Гистограмма вертикальной просгциа У СпМюп при проведений жевательной пробы

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ РАБОТЫ Исходя из анализа используемых в стоматологических исследованиях методах функциональной диагностики ЗЧС, выявлены основные направления повышения их эффективности, основанные на: бесконтактных способах регистрации, анализе динамики протекания процессов, активизации визуальной обработки информации.

Для повышения эффективности диагностики функциональных характеристик ЗЧС разработана структура автоматизированной информационно-диагностической системы обработки изображений, позволяющей анализировать динамику изменения соотношений элементов ЗЧС бесконтактным способом с учетом индивидуальных

Fa с. 13. Восгтанолление 3D траехтораи движения точжи Citation при проведении функциональной пробы

Рис. 14. Восстановление 30 траектории движения пючт СпаИоп при проведении функциональной пробы

особенностей пациента. Применение компьютерной системы обработки изображений позволяет: объективизировать процесс получения информации о функциональном состоянии ЗЧС, так как исключает мануальный контакт врача-исследователя с пациентом; не зависит от психологического состояния того и другою, а также от профессиональных навыков врача; позволяет значительно сократить время обработки диагностических данных с последующим их накоплением и анализом; осуществлять верификацию эффективности ортопедического лечения.

В составе автоматизированной системы алгоритмизирован процесс обработки изображений, обеспечивающий возможность в режиме реального времени восстановления и комплексной визуализации траекторий движения нижней челюсти. Были разработаны: 1) алгоритм кластеризации изображений, позволяющий вычислять центры тяжести опорных меток на лице пациента и реконструировать траектории их движений; 2) алгоритм восстановления траекторий движения головок ВНЧС; 3) алгоритм трехмерного восстановления и визуализации траекторий движений нижней челюсти; - которые обеспечивают возможность эффективной регистрации функционально-динамических состояний ЗЧС с повышенной точностью.

Разработана структура информационный карты пациента, отличающаяся возможностью автоматизированного хранения и обработки результатов различных типов обследования (от анамнестических данных, траекторий движения нижней челюсти до реальных изображений), включающая предложенный индекс жевательной эффективности ЗЧС.

Сформирована структура, разработано информационное и программное обеспечение автоматизированной обучающей системы по курсу «Теоретические и клинические основы выбора метода лечения больных при частичной вторичной аденгии», в основу которой заложены принципы гипермедиа навигации и представления информации. Предложенная технология создания автоматизированных информационных лечебно-диагностических и обучающих систем обеспечивает возможность формирования логических моделей принятия решений на основе интерпретации таблиц решений.

Результаты исследований используются в клинике ортопедической стоматологии и в учебном процессе при подготовке специалистов соответствующего профиля.

Основное содержание работы изложено в следующих публикациях:

1. Разработка программного инструментария формирования интерактивных автоматизированных систем на основе интерпретации таблиц решашй/ М.И. Мута-фян М.И, В.И. Тужикова В.И., A.B. Шатов A.B. М.А. Супонецкая // Компьютеризация в медицине: Сб. науч. тр. Воронеж: Изд-во ВГТУ, 1996. -С.47-53.