Применение ЭВМ для диагностики зубочелюстных аномалий

В последнее время больше внимания стали уделять вопросам ускорения диагностики зубочелюстно-лицевых аномалий, по­вышения ее качества и надежности, разработке методов, ус­коряющих ортодонтическое лечение и позволяющих достигнуть устойчивых результатов. Один из путей решения указанных проблем — широкое использование ЭВМ.

Последние два десятилетия характеризуются широким про­никновением методов прикладной математики в медицину, особенно для решения задач диагностики. Накопленный опыт в отдельных областях медицины, в том числе в кардиологии, показал, что можно разрабатывать алгоритмы диагностики и соответствующие программы для ЭВМ. В сомнительных ситу­ациях характерным решением является «отказ от диагноза». В таких случаях используют дополнительную информацию и диагноз ставит врач.

Машинный метод диагностики в ортодонтии имеет преиму­щества перед клиническими: используя его, можно суммиро­вать многолетний опыт работы многих высококвалифицирован­ных специалистов; применение ЭВМ ускоряет диагностику в каждом конкретном случае.

Для машинной диагностики важно, чтобы информацию можно было анализировать легко и однозначно, чтобы коли­чественное различие одних и тех же признаков обеспечивало получение объективных данных для окончательного суждения.

Методы исследования в современной ортодонтии базируют­ся на изучении количественных параметров в трехмерной системе координат, ориентированной относительно черепа, поэтому получаемые данные пригодны для машинной обработки.

Применение ЭВМ для диагностики в ортодонтии возможно благодаря следующим факторам:

1) разработаны методы количественной оценки отклонений в строении органов зубочелюстной системы и всего ли­цевого скелета;

2) информация, получаемая при изучении ТРГ головы, достаточная для анализа полученных данных и постанов­ки диагноза;

3) число параметров, которые должны быть измерены, относительно невелико (около 40), но они информатив­ны. Однако для установления дифференциального диаг­ноза необходимо большее количество данных;

4) накоплены статистические материалы по изучению исто­рий болезней, диагностических моделей челюстей, кото­рые в совокупности с данными телерентгенографического изучения головы достаточны для разработки диагно­стических алгоритмов.

При разработке системы методов машинной диагностики в ортодонтии можно выделить несколько направлений исследова­ния: во-первых, статистический анализ данных, во-вторых, непосредственную разработку алгоритмов диагностики, в-треть­их, разработку математической модели зубочелюстной системы.

Качество диагностики определяется как информацией, так и алгоритмами, обрабатывающими ее. Принципы построения алгоритмов диагностики различны. Можно выделить три класса алгоритмов, которые целесообразно исследовать в первую оче­редь: алгоритм «врача», соответствующий логике квалифици­рованного врача-диагноста, алгоритм, основанный на теории статистических решений, и алгоритм, построенный на распоз­навании образов. Перспективным направлением является раз­работка математической модели зубочелюстной системы с ее реализацией на ЭВМ. Такая модель позволит получать инфор­мацию в необходимом объеме и проводить эксперименты на ЭВМ, моделируя соответствующие аномалии.

Использование методов теории статистических решений, распознавания образов, моделирования искусственного интел­лекта в свою очередь оказывает влияние на врачей.

В процессе внедрения машинной диагностики возникают математические, медицинские и организационные трудности. Однако преимущества этих методов очевидны, поскольку они способствуют ускорению дифференциальной диагностики и уменьшению количества ошибок, что позволяет достигать пос­ледовательности и преемственности в оказании помощи боль­ному, улучшает научную организацию труда, планирование ортодонтической помощи и прогнозирование потребности в ней.

Современные методы исследования в ортодонтии базируют­ся на изучении данных в трехмерной системе координат, ори­ентированной относительно черепа.

Ф. Я. Хорошилкина, Ю. М. Малыгин совместно с математи­ками Г. А. Фрейманом, В. А. Биллигом, Е. Л. Берсеневой (1977) разработали методику ортодонтической диагностики с помо­щью ЭВМ. Анализ боковых ТРГ головы был проведен по методу Шварца с дополнениями, предложенными Р. Bimler, R. Frankel, Ф. Я. Хорошилкиной, А. П.Колотковым. В диагностической карте регистрировали полученные характеристики: фамилию и имя больного (№ 1), пол (№ 2), возраст (№ 3), дату выполнения ТРГ (№ 4), линейные и угловые величины (параметры 5—67). Исследование включало статистический анализ полученных данных, разработку алгоритмов диагностики и математической модели зубочелюстной системы. Были созданы алгоритмы диагностики и пакет диагностических программ для их последующей реализации на ЭВМ М-222 и ЕС-1020. Алгоритм «вра­ча» основан на теории статистических решений и построен на распознавании образов. Использованы четыре математических метода распознавания образов.

На основании проведенных исследований определено стро­ение лицевого скелета при ортогнатическом (I), дистальном (II) и мезиальном (III) прикусах с учетом периодов их фор­мирования (сменный и постоянный прикусы). Диагностика включала два этапа: установление основного диагноза (I, II, III) и уточнение локализации зоны нарушения (дентоальвео-лярные и гнатические).

Наибольшую диагностическую ценность имеют параметры со статистически различимыми средними значениями. В резуль­тате статистического анализа 63 телерентгенографических раз­меров при ортогнатическом прикусе и патологическом обна­ружены пять наиболее информативных и хорошо различимых параметров (углы NAPg, NAB, ABSpP, величина сагиттальной щели и положение первых верхних премоляров относительно «стресс-оси» по Бимлеру). Они характеризуют положение че­люстей относительно друг друга и переднего участка осно­вания черепа. Полученные данные подтверждают клиническую диагностику сагиттальных аномалий по соотношению зубных рядов в прикусе и подтверждают их влияние на степень вы­пуклости или вогнутости профиля лица. Перечисленные пара­метры особенно надежны для машинной дифференциальной диагностики дистального и мезиального прикусов. При орто­гнатическом прикусе пять указанных размеров, как и большин­ство других, занимают промежуточное положение по сравне­нию с таковыми при дистальном и мезиальном прикусах. Это затрудняет отграничение патологии от нормы, поэтому допол­нительно оценивались хорошо (углы NAPg, MM, T) или удовлетворительно (углы SeNPg, SeNB, IMP, Pn—Pg) разли­чимые параметры (табл. 8.2).

При поступлении телерентгенографических данных в ЭВМ проводится их сортировка, позволяющая отнести случай к I, П или III классу путем сравнения с нормой. Проверка такого диагностического подхода подтвердила его надежность. Вероят­ность правильной диагностики подклассов II, и П^ с помощью ЭВМ позволила установить следующее: при сравнении под­классов II,— II, выделены параметры 27, 51, 44, 50, 53, веро­ятность правильного диагноза при II, — 96,08%, при II- — 94,74%.

Выявлены оптимальные параметры, на основании которых можно установить основной диагноз и локализацию нарушений. Например, при рассмотрении дистального прикуса выделены лодклассы II, и II, по Энглу.

Таблица8.2. Вероятность правильной диагностики сагиттальныхано­малий прикуса с помощью ЭВМ

Немаловажное значение имеет разработка модели лицевого скелета, отражающейосновные закономерности его строения. Она представляетсобой геометрическую фигуру,отображаю­щую положение основных анатомических ориентиров и линий ссылок. Их взаимоположение характеризуется совокупностью линейных и угловых параметров,полученных при измерении боковых ТРГ. В модели лицевого скелета различают краниаль­нуюи гнатическую части, разделяемые плоскостьюSpP. В гнатической части наиболее информативны следующие разме­ры:mt|, МТд и угол Go.

Нами выявлен участок лицевого скелета, подвергающийся лишьнезначительным изменениям, несмотря на индивидуаль­ные,половые, возрастные различия как в норме, так и при патологии.Это область лицевого скелета с координатамиn — N — Se — Со — Or — Н — п, определяемыми поанатоми­ческим ориентирам.

Создан алгоритм изучения лицевого скелета. Расположение выделенных точек определяют в системе координатхОу, где осьОх прямая Рп, осьОу —прямая N — Se. Другие точки и плоскостификсируют относительно ранее найденных.