توموگرافی انسجام نوری با میدان دید وسیع برای تشخیص های ساختاری و عملکردی در دندانپزشکی

توموگرافی انسجام نوری با میدان دید وسیع برای تشخیص های ساختاری و عملکردی در دندانپزشکی

ترجمه با مهندس شکوفه ساتری

خلاصه

ما در اینجا ساخت و پاسخ عملکرد یک پروب اسکن داخل دهانی سه بعدی (3-D) بر اساس توموگرافی انسجام نوری (OCT) را گزارش می‌کنیم که تشخیص ساختاری و عملکردی سه بعدی دندان‌های انسان را امکان‌پذیر می‌سازد. سیستم OCT با استفاده از یک منبع جابجایی OCT (SS-OCT) با طول موج مرکزی 1310 نانومتر پیکربندی شد. کاوشگر اسکن با استفاده از یک آینه MEMS و یک کولیماتور نوری ساخته شده است. SS-OCT پیاده‌سازی شده مجهز به پروب اسکن مبتنی بر MEMS وضوح محوری 10 اینچ میکرومتر و محدوده اسکن 8  ×  8  mm2 را به همراه داشت. تصاویر مقطعی دو بعدی (2-D) از دندان ها توسط پروب اسکن بر اساس OCT به دست آمد. تصویر حجمی سه بعدی با ترکیب مجموعه ای از تصاویر دو بعدی که شامل اطلاعات داخلی و ساختاری دندان های انسان است به دست آمد. برای استفاده از سیستم OCT به‌عنوان یک اسکنر داخل دهانی، تصاویر حجمی سه‌بعدی با همپوشانی جزئی به‌طور متوالی جمع‌آوری و بخیه شدند. دوخت سه بعدی بر اساس الگوریتم نزدیکترین نقطه تکراری اجرا شد. امکان سنجی پروب اسکن داخل دهانی بر اساس توانایی آن در تصویربرداری و توصیف ساختار و عملکرد دندان های انسان نشان داده شده است.

1. مقدمه

در حال حاضر، استاندارد طلایی برای تشخیص دندان، اشعه ایکس است. با این حال، اشعه ایکس محدودیت هایی در وضوح و کنتراست دارد و تشخیص ریزترک در دندان ها و حفره های اولیه را دشوار می کند. برای حل این مشکلات در دندانپزشکی، بسیاری از محققین توموگرافی انسجام نوری (OCT) را با وضوح و کنتراست بالا مورد مطالعه قرار داده‌اند. 1-8 مطالعات عمدتاً بر روی تشخیص زودهنگام پوسیدگی، ارزیابی کیفیت و ضخامت عاج، و ارزیابی ترمیم تمرکز دارند. حتی اگر OCT می تواند تصاویر تشخیصی با وضوح بالا و تصاویر حجمی را ارائه دهد، محدودیت سرعت اکتساب تصویر و میدان دید (FOV) سیستم OCT، گرفتن مداوم سه بعدی (3-D) را دشوار می کند. ) ساختارها یا تصاویر تشخیصی کل دندان در حفره دهان.

برای به دست آوردن تصاویر سه بعدی با سرعت بالا در دندانپزشکی، اسکنرهای داخل دهانی سه بعدی با استفاده از روش‌های نوری مختلف مورد مطالعه قرار گرفته‌اند. اسکنرهای سه بعدی داخل دهانی برای گرفتن قالب‌های دیجیتال دنبال شده‌اند. ۱۱-۱۶ هدف از قالب‌گیری در دندانپزشکی عبارت است از انتقال اطلاعات سه بعدی از دهان بیمار به یک مدل تا حد امکان دقیق و راحت.17 اطلاعات سه بعدی برای دستیابی به ترمیم دقیق یا ایجاد برنامه تشخیص و درمان برای بیمار استفاده شده است. با این حال، اکثر اسکنرهای داخل دهانی سه بعدی فقط اطلاعات سطحی (ساختاری) سه بعدی را از دندان ها به دست می آوردند و از جمع آوری اطلاعات تشخیصی از حفره دهان جلوگیری می کردند.

برای گسترش FOV محدود، یک الگوریتم دوخت سه بعدی مبتنی بر رویکرد نزدیکترین نقطه تکراری (ICP) می تواند برای تولید تصاویر حجمی ترکیبی سه بعدی روی یک FOV بزرگتر از تصاویر حجمی OCT که تا حدی همپوشانی دارند، استفاده شود. الگوریتم دوخت سه بعدی عمدتاً از دو مرحله تشکیل شده است. نقاط مشخصه از هر تصویر حجمی استخراج می‌شوند و یکی از حجم‌ها بر اساس نقاط مشخصه با حجم دیگر ادغام می‌شود. توجه کمی به گسترش FOV محدود شده است. لی و همکاران 18 از برجستگی های عروق خونی استخراج شده از تصاویر دو بعدی (2 بعدی) OCT فوندوس که با جمع کردن شدت OCT در امتداد داده های اسکن محوری (A-scans) به دست آمده بود، به عنوان نقاط مشخصه استفاده کردند و یک تبدیل را بر اساس تخمین زدند. نقاط ویژگی روش 18 اولین کار بر روی دوخت سه بعدی برای تصاویر حجمی OCT بود. وانگ و همکاران 19 از آشکارساز لبه ای برای استخراج نقاط مشخصه استفاده کردند و با استفاده از رویکرد ICP، تغییر شکل را بر اساس نقاط مشخصه تخمین زدند.

با این حال، روش های ذکر شده در بالا 18،19 را نمی توان برای تصاویر حجمی OCT دندان استفاده کرد. روش مبتنی بر برجستگی عروق خونی 18 محدود به مواردی است که ساختار عروقی به وضوح قابل مشاهده است. از آنجایی که ساختار عروقی در موارد تصاویر OCT دندانی قابل مشاهده نیست، روش 18 برای اعمال تصاویر حجمی OCT دندانی مناسب نبود. روش مبتنی بر اطلاعات لبه19 گاهی اوقات به دلیل تغییرات در روشنایی و بازتاب غیرمرتبط با ویژگی های شبکیه و همچنین نویز لکه ای، ویژگی های متناظر صحیح بین دو تصویر حجم OCT را شناسایی نمی کند.

در این مطالعه، ما اجرای یک پروب دستی مبتنی بر OCT با سرعت بالا را گزارش می‌کنیم که می‌تواند اطلاعات سطحی (ساختاری) و همچنین تشخیصی (عملکردی) دندان‌ها و لثه‌ها را به دست آورد. کاوشگر دستی پیشنهادی از یک سیستم پرسرعت منبع جاروب OCT (SS-OCT) مجهز به یک کاوشگر اسکن مبتنی بر MEMS برای به دست آوردن تصاویر حجمی سه بعدی که حاوی اطلاعات سطحی و تشخیصی هستند، استفاده کرد، همانطور که از یک سری 2- بازسازی شده است. D تصاویر مقطعی. برای گسترش FOV، نقاط ویژگی مناسب برای تصاویر حجمی OCT دندانپزشکی را با آستانه گذاری هر تصویر حجمی استخراج کردیم، و سپس یک رویکرد ICP را پیاده سازی کردیم، که یک تصویر حجمی 3 بعدی ترکیبی را روی یک FOV بزرگ از تصاویر حجمی با همپوشانی جزئی ایجاد می کند. . در آزمایشات، ما