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Titel:Einfluss der digitalen Bildbearbeitung auf das Beurteilungsergebnis des International Caries Detection and Assessment System (ICDAS) in der studentischen Ausbildung
Autor:Hoppe, Raphael
Weitere Beteiligte: Jablonski-Momeni, Anahita (Prof. (apl.) Dr.)
Erscheinungsjahr:2019
URI:http://archiv.ub.uni-marburg.de/diss/z2019/0333
DOI: https://doi.org/10.17192/z2019.0333
URN: urn:nbn:de:hebis:04-z2019-03337
DDC: Medizin, Gesundheit
Titel(trans.):Influence of digital image processing on the evaluation results of the ICDAS method of visual caries detection by students

Dokument

Schlagwörter:
diagnostic performance, digitale Abbildungen, ICDAS, focus stacking, digitale Abbildungen, Kariesdetektion, ICDAS, ICDAS, reproducibillity, focus stacking, diagnostische Güte, caries detection, Lehre, digital images, Kariesdetektion, Reproduzierbarkeit, Reproduzierbarkeit, diagnostische Güte, focus stacking, education, Lehre

Zusammenfassung:
Einfluss der digitalen Bildbearbeitung auf das Beurteilungsergebnis des International Caries Detection and Assessment System (ICDAS) in der studentischen Ausbildung Problemstellung: Ein Hauptziel der zahnmedizinischen Ausbildung besteht in der Vermittlung profunder Fähigkeiten zur Kariesdetektion. Die visuelle Inspektion stellt nach wie vor das wichtigste Diagnoseinstrument in der täglichen Praxis dar. Das International Caries Detection and Assessment System (ICDAS) hat sich als valides und vielseitig nutzbares visuelles Diagnoseprotokoll erwiesen. Es ermöglicht eine Standardisierung des Diagnoseprozesses und ordnet den verschiedenen Erkrankungsstadien entsprechende Therapieempfehlungen zu. Für die didaktische Vermittlung der Methode erscheint die digital-visuelle Beurteilung fotografischer Zahnabbildungen als probates Mittel. Zielsetzung: Die vorliegende Studie zielte darauf ab, den Einsatz digital optimierter makrofotografischer Zahnabbildungen zur Heranführung Studierender an ICDAS zu evaluieren. Zwei verschiedene Techniken zur Erstellung aussagekräftiger Abbildungen wurden getestet. Zudem wurde untersucht, inwieweit die Oberflächenfeuchtigkeit der Zahnproben, Einfluss auf die spätere digital-visuelle Beurteilung hat. Die Untersuchungen erfolgten durch Studierende der Zahnheilkunde in unterschiedlichen Fachsemestern. Es wurde analysiert, ob der klinisch-diagnostische Erfahrungsstand der Probanden Auswirkungen auf Reproduzierbarkeit und diagnostische Güte hat. Material und Methode: Für die Studie standen insgesamt 60 Zähne zur Verfügung (5 Schneidezähne, 1 Eckzahn, 8 Prämolaren, 46 Molaren). Von den Patienten wurde eine schriftliche Einwilligung zur Verwendung der Zähne für Forschungszwecke eingeholt. Die Zähne wiesen alle Stadien der Zahnkaries (ICDAS Kariescode 0-6) auf. Nach einer gründlichen Reinigung wurden sie durch zwei approbierte Referenzuntersucher (A: langjährige Berufserfahrung; B: Ausbildungsassistent) begutachtet. Für jeden Zahn wurde ein ICDAS-Referenzwert definiert (Konsensdiagnose). Die Ablichtung der Zähne und Generierung der Bilddateien erfolgte nach einem standardisierten Schema, jeweils mit trockener und feuchter Zahnoberfläche: Foto konv (Einzelaufnahme, Fokussierung auf den Punkt MP, Blende f/22); Foto comp (digital zusammengefügte Aufnahme aus 10-15 Einzelbildern, Fokussierung auf mehrere Schärfe-Ebenen zwischen den Punkten HP und TP, Blende f/5,6). Die digitale Verknüpfung der Einzelbilder erfolgte mit der Bildbearbeitungssoftware Helicon Focus Version 5.3.3. Die Abbildungen wurden den Probanden aus Untersuchergruppe A (6. FS, keine klinische ICDAS-Erfahrung) und B (10. FS, bereits klinische ICDAS-Erfahrung erworben) digital zur Verfügung gestellt. Sie beurteilten die Aufnahmen zweimal im Abstand einer Woche. Beim zweiten Untersuchungsdurchgang kamen 2/3 der Abbildungen erneut zum Einsatz (randomisiert). Für die statistische Auswertung wurde das Programm MedCalc 12.4.0 verwendet. Zur Bestimmung der Untersucher-Reproduzierbarkeit wurden gewichtete Kappa-Koeffizienten berechnet. Sensitivität und Spezifität wurden auf D1- (Schmelz und Dentinkaries) und D3-Niveau (Dentinkaries) ermittelt. Die diagnostische Güte wurde durch Berechnung der Area under the (ROC-)curve (AUC) bestimmt. Als Referenzwert dienten die Konsensdiagnosen der Referenzuntersucher. Ergebnisse: Die Kappa-Werte für die Intra-Untersucher-Reproduzierbarkeit lagen für beide Gruppen im Bereich einer moderaten bis fast perfekten Übereinstimmung (κw=0,531-0,898). Bei der Inter-Untersucher-Reproduzierbarkeit wurden Werte von κw=0,432-0,730 dokumentiert (moderate bis substantielle Übereinstimmung). Es konnten keine statistisch signifikanten Unterschiede zwischen den Gruppen festgestellt werden (t-Test; p=0,231 bzw. p=0,969). Auf D1-Niveau lag die ermittelte Sensitivität bei 40-100%, die Spezifität bei 30-100%. Auf D3-Niveau wurde eine Sensitivität von 3-91% und Spezifität von 67100% dokumentiert. Die diagnostische Güte beider Gruppen war hoch (AUC Gruppe A: 0,809-0,933, Gruppe B: 0,801-0,961). Auf D1-Niveau erreichten Studierende mit klinischer ICDAS-Erfahrung (Gruppe B) bei der Bewertung von Abbildungen mit digital erweiterter Schärfentiefe (Foto comp), getrockneter Zahnoberfläche (Foto trocken), sowie der Parameterkombination (Foto comp/trocken) signifikant höhere AUC-Werte (nicht parametrischer Test; p=<0,001-0,004). Auf D3-Niveau unterschied sich die diagnostische Güte zwischen beiden Untersuchergruppen nicht signifikant. Diskussion und Schlussfolgerung: Fotografische Abbildungen sind prinzipiell gut zur Heranführung Studierender an die visuelle Kariesdiagnostik geeignet. Der ICDAS Kariescode konnte von allen Studierenden, unabhängig ihrer klinisch-diagnostischen Erfahrung, bei der digital-visuellen Bewertung von Zahnabbildungen eingesetzt werden. Erfahrenere Studierende profitierten insbesondere bei der Detektion von Schmelzkaries von Abbildungen mit digital erhöhter Schärfentiefe und getrockneter Zahnoberfläche. Hochqualitative Abbildungen sind daher zur ergänzenden Anwendung v.a. in höheren Semestern bzw. postgradualen Weiterbildungen durchaus empfehlenswert.

Summary:
Influence of digital image processing on the evaluation results of the ICDAS method of visual caries detection by students Objectives: Main object in dental education is to transfer deeper knowlege for detection of carious lesions. The most important tool in daily use is the visual inspection of teeth. The International Caries Detection and Assessment System (ICDAS) has been proven to be a valid and multi-purposed visual diagnostic-protocol. A standardization of diagnostic process has been given and it is useful to point out conformable therapy concepts for different stages of disease. Digital-visual examinations of teeth-images seem to be a suitable didactical method to teach ICDAS to students. Aim: This study aims to evaluate the use of ICDAS applied by undergraduate students when digitally optimized macrophotography images of extracted teeth are used. Two different methods have been used to produce significant images. Another aim was to prove influence of humidity on teeth-surface to results of digital-visual image examinations. Test subjects were undergraduate third- and fifth-year-students respectively. It has been analyzed if a different stage of clinical experience had effects on reproducibility and diagnostical quality of the present examination. Material and method: 60 extracted human teeth were used for this study (5 incisors, 1 canine, 8 premolars, 46 molars). Prior to extraction informed consent had been obtained from the patients about the use of the teeth for research purposes. Teeth with various stages of carious lesions have been used (ICDAS codes 0-6). Teeth had been cleaned and checked thoroughly by two approbated examiners for reference (A: longstanding expert knowledge; B: postgraduate assistant). An ICDAS-reference-score was determined for every tooth (consent diagnosis). Photocopy of teeth and image-generating followed a standardized setting. Pictures had been taken under dried and humidified surface conditions: Foto konv (single shot, focussing on spot MP, aperture f/22); Foto comp (digitally stitched image from 10-15 single shots, focussing on different levels of image definition between spot HP and TP, aperture f/5,6). The digital stitch of the single shots was made with Helicon Focus Version 5.3.3 (image editing program). Images were digitally delivered to subject groups A (third-year-students, no clinical experience of using ICDAS) and B (fifth-year-students, moderate clinical experience of using ICDAS). Group A and B had to assess the images twice in one week. During the second cycle of evaluation 2/3 of images were reassessed (randomized). Statistical analysis was performed using MedCalc 12.4.0. Examiner reproducibility was calculated using weighted kappa-values. Sensitivity and specifity of examinations were determined on D1- (enamel and dentine-caries) and D3-level of caries detection (dentine-caries). Diagnostic performance (area under the ROC-curve) was calculated using ICDAS consensus scores of reference-examiners A/B (ICDAS-reference-scores). Results: Intraexaminer-reproducibility for group A and B was between κw=0.531-0.898 (moderate to nearly perfect reproducibility). Inter-examiner-reproducibility was between κw=0.4320.730 (moderate to substantial reproducibility). Differences between groups were statistically non-significant (t-test; p=0.231 respectively p=0.969). At D1-level of caries detection sensitivity was between 40-100%, specifity was 30-100%. At D3-level sensitivity was 3-91%, specifity was 67-100%. Diagnostic perfomance of both groups was high (AUC group A: 0.809-0.933; group B: 0.801-0.961). At D1-level of caries detection students of group B had significantly better AUCs when digitally stitched images (Foto comp), images with dried tooth-surface (Foto trocken) and parametercombination (Foto comp/trocken) were used (non-parametrical test; p=<0.001-0.004). At D3-level of caries detection differences in diagnostic performance between both groups were statistically non-significant. Conclusion: Basically tooth-images are suitable to introduce students to visual caries inspection. Third- and fifth-year students alike were able to use ICDAS caries-score to evaluate tooth-images digital-visually. Clinically experienced students notably benefit from using digitally stitched images and dried surface to detect enamel carious lesions. The additional use of high-quality images can be recommended especially for senior dental students in advanced training and/or further education respectively.


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