Sveikas žmogaus dantis (kairėje), rentgeno spindulių kompiuteriniu mikrotomografu nufotografuotas vienas iš projekcinių jo vaizdų (viduryje), o dešinėje – konvoliuciniu neuroniniu tinku atpažinti įtrūkimai (raudoni), emalis (žalias), ir dentinas (mėlynas). Mokslininkų kolektyvo nuotr.

Vieno pažangiausių šiuolaikinės mikroskopijos tyrimo metodų – rentgeno spindulių kompiuterinio mikrotomografo ir mašininio mokymosi derinys leido pirmą kartą pažvelgti į danties viduje esantį mikroįtrūkimų tinklą ir nesuardant bandinio pamatyti jo trimatį (3D) vaizdą. Vilniaus universiteto mokslininkai dr. Irma Dumbrytė (Odontologijos institutas), doc. Donatas Narbutis (Teorinės fizikos ir astronomijos institutas), prof. Mangirdas Malinauskas (Lazerinių tyrimų centras), bendradarbiaudami su kolegomis iš Stanfordo (dr. Artūras Vailionis, JAV) ir Svinburno (prof. Saulius Juodkazis, Australija) universitetų, „Scientific Reports“ žurnale publikavo straipsnį „Revelation of Microcracks as Tooth Structural Element by X-ray Tomography and Machine Learning“.

„Danties paviršiuje esančius mikroįtrūkimus gali pastebėti tiek gydytojas odontologas, tiek pacientas. Iki šiol nėra žinoma, ar tokie danties paviršiuje esantys mikroįtrūkimai yra tik estetinė problema, ar gali lemti danties pažeidimą ir į tai reikėtų atsižvelgti odontologams planuojant pacientų gydymą. Tai ypač aktualu gydytojams ortodontams, kurie ant dantų klijuoja breketus. Didesnio bandinių skaičiaus tyrimas ir kiekybinis įtrūkimų charakterizavimas visų pirma sudarytų galimybę parengti rekomendacijas gydytojams ir padėtų įvertinti, kokiais atvejais ir kaip reikėtų dokumentuoti dantų mikroįtrūkimus prieš pradedant gydymo procedūras“, – pasakoja dr. I. Dumbrytė.

Šio tyrimo metu bandiniai (t. y. dantys) buvo skenuojami naudojant rentgeno spindulių kompiuterinį mikrotomografą, kuris leidžia labai detaliai pažvelgti į tiriamąjį objektą, bet klinikinėje praktikoje kol kas nėra taikomas.

„Mikrotomografe bandinys yra peršviečiamas rentgeno spinduliais, o projekcinis vaizdas fotografuojamas tiriamąjį objektą vis pasukant nedideliu kampu. Taip per keletą valandų surenkama daugiau kaip tūkstantis dvimačių nuotraukų, iš kurių atkuriamas objekto didelės raiškos 3 D vaizdas. Šis metodas leidžia 3D erdvėje išskirti įvairaus tankio struktūras. Taip galima nesunkiai pamatyti danties sudedamąsias dalis: įtrūkimus, emalį, dentiną ir pulpos kamerą. Gautus duomenis peržiūrėjus ir tinkamai sužymėjus, apmokomi dirbtiniai neuroniniai tinklai, kurie leidžia pasiekti gerą segmentavimo kokybę visame objekto tūryje. Tad šis metodas padeda automatizuoti erdvinį danties struktūrinių dalių atpažinimą ir suvokti jų išsidėstymą“, – pasakoja Stanfordo universiteto mokslininkas dr. A. Vailionis.

Šiandien odontologijoje vis plačiau taikomi mašininio mokymosi algoritmai, kurie leidžia konstruoti tikslius trimačius dantų išsidėstymo burnoje modelius, padeda planuoti implantacijos procedūras, dokumentuoti ir sekti ortodontinio gydymo eigą. Taip pat kuriami modeliai, skirti dvimačių panoraminių rentgeno nuotraukų analizei. Tokias nuotraukas apdorojant dirbtinio intelekto algoritmais, galima greitai įvertinti, ar dantys turi pažeidimų. Doc. D. Narbutis pasakoja, kad mokslinio tyrimo metu vizualizuojant segmentuotus mikrotomografijos duomenis, apdorotus naudojant dirbtinį neuroninį tinklą, į šią sritį buvo pažvelgta iš astrofizikos perspektyvos.

„Mikrotomografija leidžia pasiekti keleto mikrometrų skiriamąją gebą ir pamatyti danties vidinę struktūrą daug detaliau nei įprastoje danties rentgeno nuotraukoje plika akimi. Bandinius tinkamai susegmentavus buvo įdomu eksperimentuoti su šviesa – tarsi kiekvienas vokselis (t. y. pikselio atitikmuo 3D erdvėje) galėtų ją skleisti, sugerti arba atspindėti. O tuomet parinkti, kaip vokseliai turėtų šviesti ar vieni kitus uždengti, kad rezultatas atrodytų suprantamai ir patraukliai, žiūrint įvairiomis kryptimis, ir galėtume išryškinti tai, kas domina, pvz., tik danties emalyje esančius įtrūkimus, visą jų tinklą ar dentino paviršiaus struktūrą“, – aiškina VU Teorinės fizikos ir astronomijos instituto mokslininkas doc. D. Narbutis.

Sveikų tiriamųjų dantų įtrūkimai (raudoni) neapsiriboja tik emaliu, bet sudaro unikalius 3D darinius visame danties tūryje ir galbūt yra sudedamoji stiprių dantų, galinčių ištverti dideles kasdienes apkrovas, struktūrinė dalis. Mokslininkų kolektyvo nuotr.

Šis tyrimas yra puikus tarpdisciplininio ir tarptautinio darbo pavyzdys. Jis atveria galimybes Vilniaus universiteto mokslininkams vieniems pirmųjų pritaikyti novatoriškus tyrimo metodus, atnešančius daug žadančių rezultatų.

„Astronomijos duomenų apdorojimo metodai, perkelti į medicinos lauką, leidžia pažiūrėti į šią temą įdomiu, kiek netikėtu ir net intriguojančiu kampu“, – sako Svinburno universiteto mokslininkas prof. S. Juodkazis.

Jam antrina ir prof. M. Malinauskas išskirdamas tarptautiškumo ir tarpdiscipliniškumo svarbą šiame moksliniame tyrime.

„Darbas įprasmintas naudojant fizikines priemones – rentgeno spindulių kompiuterinę mikrotomografiją, kurią atliko Stanfordo universiteto mokslininkas dr. A. Vailionis. Ji buvo panaudota tiriant biologinį bandinį – dantis, o gautus vaizdus analizavome mašininio mokymosi metodais ir interpretavome biofizikiniame kontekste – visa tai atveria naujas galimybes medicinai“, – teigia prof. M. Malinauskas.