Медик РУДН предложил автоматический метод для изучения зубов в 3D-реконструкции

Один из методов, который применяют антропологи для изучения эволюции человека — одонтометрия — измерение размеров зубов. Для этого обычно используют штангенциркуль с заостренными ножками — он позволяет проводить измерения с точностью до десятых долей миллиметра. Медик РУДН обратил внимание на то, что существующие технологии — томография и 3D моделирование — позволяют исследовать зубы гораздо более детально. На это медика натолкнул опыт обычной стоматологической практики — при лечении врач всегда осматривает зуб, изучает его морфологию — бугорки и углубления. На этой основе медик создал метод автоматической обработки томографических изображений и продемонстрировал его работу на анализе зуба древнего человека.

«Подходы к изучению морфологии зубов различаются в стоматологии и антропологии. Стоматологи не тратят время на детальное изучение зубов в той же степени, что и одонтологи, но они ежедневно смотрят на морфологию зубов, обращают внимание на их смыкание, взаимодействие противоположных дуг. Основной подход к морфологическому исследованию — это визуальный осмотр и неметрические оценки. Это то, с чего начинается любой классический учебник по морфологии зубов. В одонтометрии же главным инструментом остается штангенциркуль и одонтометр, хотя они подходят только для общей оценки зуба. Вместе с тем точность, объем и полнота данных, которые можно получить современными методами, достаточны для полноценного морфометрического исследования, а не только для определения размеров зуба, как это присуще традиционным методам», — Армен Габучян, сотрудник Медицинского института РУДН.

Предложенный подход основан на технике автоматической цифровой одонтометрии (ADO). Ее основали те же авторы в 2019 году. ADO переводит ручную работу специалиста по одонтометрии в автоматический цифровой режим. Чаще всего ADO применяют для изучения палеонтологических находок. Медик продемонстрировал новый подход к изучению морфологии зуба с помощью ADO на примере зубов, найденных на стоянке древнего человека Сунгирь во Владимирской области. Стоянка относится к верхнему палеолиту — 40-12 тыс. лет назад, когда начала формироваться морфология современного человека. Для исследования был выбран седьмой зуб верхней левой челюсти сунгирского человека.

Первый этап исследования зуба — томография. Полученные изображения затем обрабатываются автоматически и получается 3D-реконструкция зуба. Следующий шаг — установление ориентации зуба. Медик РУДН предложил алгоритм для автоматической ориентации. Это итерационный процесс, в котором для каждой точки зуба устанавливается гауссова кривизна (мера искривления поверхности) и исходя из этого определяются границы области смыкания челюстей. Второй этап — построение разрезов, или поперечных сечений зуба. Завершающий этап — измерения. Они проводятся также в автоматическом режиме, однако исследователь может вмешаться и изменить настройки. В отличие от традиционных методов, новая техника позволяет проводить одонтометрические измерения одновременно по внешним (эмалевым) и внутренним (дентиновым) контурам.

«Важная особенность томографической визуализации — возможность заглянуть во внутренние зубные структуры. Теперь их можно изучать и сравнивать с внешней морфологией. Ранее мы проводили измерения отдельно для эмали и дентина. Однако интересно их сравнить одновременно, особенно учитывая различия в изменениях, происходящих на внешних и внутренних морфологических слоях зубов», — Армен Габучян, сотрудник Медицинского института РУДН.

Результаты опубликованы в журнале Journal of Imaging.