DE19724421C2 - Verfahren und Vorrichtung zur quantitativen Bestimmung von dentaler Plaque - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur quantitativen Bestimmung von dentaler Plaque, wobei zumindest intraoral flächige Bilder zu prüfender Zahnregionen aufgenommen werden, die Zahnfläche der in den Aufnahmen abgebildeten Zähne bestimmt, die Zahnfläche in Plaque und plaquefreien Zahnschmelz enthaltende Regionen klassifiziert und der von Plaque bedeckte Flächenanteil ermittelt wird, sowie eine Vorrichtung zur Durchführung eines solchen Ver­ fahrens.

Die Entwicklung, Erforschung und Optimierung neuer Zahn­ reinigungs- und Pflegemittel erfordert die genaue Kon­ trolle der Menge der dentalen Plaque, die bei einer repräsentativen Zahl von Probanden vor und nach dem Zähneputzen, einer Vollreinigung oder einer anderen zahnmedizinisch anerkannten Verfahrensweise vorhanden ist. Durch Tests mit den Probanden ist dann eine entspre­ chende Qualitätskontrolle der getesteten Produkte mög­ lich.

Bei der bisher üblichen Verfahrensweise werden hierzu Tests mit etwa 40 bis 60 Probanden durchgeführt. Diese müssen zur Sichtbarmachung der mikrobiellen Zahnbeläge eine Färbetablette zerkauen. Alternativ kann auch ein Flüssigfarbstoff aufgetragen werden. Daraufhin erscheint der Zahnbelag bzw. die Plaque je nach Art der verwendeten Färbetablette bzw. des verwendeten Flüssigfarbstoffes rot oder blau. Durch Inaugenscheinnahme oder andere bekannte Testanalysen der nun kolorierten Zähne erfolgt dann eine qualitative Beurteilung der auf diesen vorhandenen Plaquemenge. Das Ergebnis dieser Überprüfung erfolgt also rein subjektiv und hängt neben anderen Faktoren auch von dem Betrachter ab.

Des weiteren ist die Anzahl der Probanden zur Beurteilung des Plaquebelages recht hoch, was sich auf den Aufwand, die Zeit und die Kosten einer Meßreihe signifikant aus­ wirkt.

Die DE 196 12 250 A1 beschreibt ein Verfahren und eine Vorrichtung zur intraoralen Bildaufnahme von Zähnen mittels einer Bildverarbeitungseinrichtung mit einer Kamera, einem Bildschirm und einer Lichtquelle, wobei der Zahn aus einer ersten Richtung mit der Lichtquelle be­ leuchtet und aus einer von der ersten Richtung verschie­ denen Richtung von der Kamera aufgenommen wird. Der Zahn wird insbesondere durchleuchtet und von der bezüglich der Beleuchtungsrichtung entgegengesetzten Richtung aufge­ nommen, um z. B. durch Entzündung, Karies oder Rißbildung hervorgerufene Veränderungen des Zahns erkennen.

Der DE 39 29 278 A1 ist ein Verfahren und eine Vorrich­ tung zur dentalen Visualisierung und Befundaufnahme von Parodontitis, Gingivitis und Plaque mittels einer Kamera, einer Beleuchtungseinrichtung und einem Rechner oder Drucker entnehmbar, wobei der Plaque-Index in einer standardisierten Form und einer schematischen Vorlage errechnet und ausgedruckt, ein standardisierter und schematischer Status mit Aussagen über Anzahl und Zustand der Zähne erstellt und eine Fernsehbetrachtung der Mund­ höhle und des Gebisses unter Fokussierung einzelner Zähne durchgeführt wird. Die erhaltenen Bilder werden zum Zwecke der wiederholten Dokumentation gespeichert.

Bei dem genannten Stand der Technik besteht insbesondere keine Möglichkeit, Störungen bei der Aufnahme der Daten durch entsprechende Verfahren und Vorrichtungen zu verhindern oder zumindest zu verringern.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren sowie eine Vorrichtung der eingangs genannten Art dahingehend weiterzubilden, daß Störungen bei der Aufnahme, Verarbeitung und Wiedergabe der ermittelten Daten verhindert oder zumindest reduziert werden.

Erfindungsgemäß wird die genannte Aufgabe durch ein Verfahren, bei dem zumindest intraoral flächige Bilder zu prüfender Zahnregionen aufgenommen werden, die Zahnfläche der in den Aufnahmen abgebildeten Zähne bestimmt, die Zahnfläche in Plaque und plaquefreien Zahnschmelz enthal­ tende Regionen klassifiziert und der von Plaque bedeckte Flächenanteil ermittelt wird, dadurch gelöst, daß das durch die Aufnahme bedingte Bildrauschen reduziert wird. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den entsprechenden Unteransprüchen.

Eine erfindungsgemäße Vorrichtung mit einer optischen Prüfeinrichtung, wie einer Videokamera, zur Betrachtung zu prüfender Zahnregionen eines Probanden, einer elektro­ nischen Bildauswerteeinheit zur Auswertung der durch die Videokamera empfangenen Bilder sowie einer die ermittel­ ten Daten ausgebenden Ausgabeeinheit ist durch eine Einrichtung zur Reduzierung des durch die Aufnahme be­ dingten Bildrauschens zur Lösung der gestellten Aufgabe gekennzeichnet. Bei der Videokamera handelt es sich insbesondere um eine Intra-oral-Videokamera.

Aufgrund thermischer Prozesse im Kamerachip sind Video­ bilder stets mit weißem Rauschen - also einer statisti­ schen Abweichung der gemessenen Helligkeits- und Farbwer­ te gegenüber dem auf dem Chip auftreffenden Licht - überlagert. Ebenfalls störend wirken sich durch die Beleuchtung hervorgerufene Glanzlichter aus. Durch sie werden zusätzliche Konturen in den Aufnahmen erzeugt, welche eine Bestimmung der plaquefreien sowie plaquebe­ deckten Zahnfläche erschweren. Zwar läßt sich das Auf­ treten dieser Glanzlichter durch Zahntrocknung, z. B. mittels Lufttrocknung, Luftdüsen und/oder Wattetampons zur Reduzierung des Speichelflusses, und auch den Einsatz von möglichst diffusem Licht reduzieren, eine völlige Vermeidung ist jedoch nicht möglich.

Aus diesem Grunde erfolgt erfindungsgemäß zum einen eine Reduzierung des durch die Aufnahme bedingten Bild­ rauschens, wobei die Verringerung des Bildrauschens durch eine Gauß-Filterung oder aber eine Medianfilterung erfol­ gen kann. Bei dem erstgenannten Glättungsfilter wird das aufgenommene Bild im Ortsbereich mit einem durch die Gauß'sche Verteilung definierten Filter gefaltet, d. h. beispielsweise pixelweise mit einem (3 × 3-)Filterkern multipliziert. Es wird nämlich davon ausgegangen, daß es in der Umgebung (3 × 3) eines Pixels bzw. Bildpunktes keine sehr großen farblichen Unterschiede gibt. Große Abwei­ chungen werden durch das Rauschen oder aber Fehler im Chip der Videokamera erzeugt. Zur Bestimmung dieses Rauschens oder Fehlers ist vorgesehen, daß der absolute Wert der Differenz des gefalteten Bildpunktes und des Originalbildpunktes bestimmt wird. In Weiterbildung ist vorgesehen, daß der Median aller Differenzen bestimmt wird. Dieser Wert dient dann zur Korrektur des mit Plaque bedeckten Flächenanteils. Hierzu wird der Fehler für die Grenzen des als Plaque klassifizierten Gebietes berechnet und dieses entsprechend vergrößert und verkleinert.

Zum anderen ist vorgesehen, daß die auf der Zahnfläche auftretenden Glanzlichter reduziert werden. Dies ist notwendig, da die Glanzlichter sowohl die Bestimmung der Zahnfläche aufgrund der zusätzlichen Konturen erschweren als auch die Klassifizierung in Plaque und plaquefreien Zahnschmelz enthaltende Regionen, da jede Abweichung von den drei Farbkomponenten Rot, Grün und Blau durch das Rauschen im Sättigungsbereich stärker ins Gewicht fällt und der Chip der Kamera zudem dort nicht-lineare Trans­ fereigenschaften aufweist. Dies führt dann zu einer Verfälschung der vorliegenden Farbwerte auf den zu prü­ fenden Zähnen. Aus diesem Grunde ist vorgesehen, daß die Glanzlichtbestimmung über die Detektion von Helligkeits­ spitzen erfolgt. Hierzu werden der aufgenommenen Hellig­ keit entsprechende Werte bestimmt. Es hat sich gezeigt, daß hierzu ein durch die CIE standardisiertes Farbmodell der Computergraphik, nämlich das Luv-Farbmodell, geeignet ist, welches auf der Grundlage der Farbwahrnehmung des menschlichen Auges definiert wurde (in diesem Farbmodell sind die euklidischen Distanzen zwischen je zwei Farben mit gleichstark empfundenen Differenzen gleich). Die dann im sogenannten L-Band abgelegten Werte entsprechen der wahrgenommenen Helligkeit.

Anschließend kann eine Schwellwert-Bestimmung auf der Grundlage des Histogrammes für jedes einzelne aufgenomme­ ne Bild individuell stattfinden. Die Schwellwertbestim­ mung zur Bestimmung der Glanzlichter erfolgt dabei in Weiterbildung über die Suche des größten lokalen Minimums der der aufgenommenen Helligkeit entsprechenden Werte im Histogramm. Es hat sich gezeigt, daß der Schwellwert für die Bestimmung von Glanzlichtern auf der Zahnfläche größer als der Schwellwert zur Bestimmung von Glanzlich­ tern auf dem Zahnfleisch ist. Dies liegt daran, daß für die Bestimmung der Zahnfläche auch die etwas dunkleren Glanzlichter auf dem Zahnfleisch erfaßt werden müssen. In Weiterbildung ist vorgesehen, daß die genaue Ausdehnung der Glanzlichter bestimmt wird. Dies erfolgt bevorzugt dadurch, daß die Ableitungen der Grauwerte eines Bildes in den beiden Achsenrichtungen bestimmt werden, der Betrag der Bildgradienten durch Aufsummierung der Quadra­ te der jeweils beiden Werte und Berechnung der Wurzel aus dem erhaltenen Wert bestimmt wird. Es hat sich herausge­ stellt, daß hierzu die Sobel-Filterung, ein Standard- Kantenfilter der Bildverarbeitung, geeignet ist. Wie bei der Gauß-Filterung wird hierbei das Bild mit vorgegebenen Filterkernen gefaltet. Im Gegensatz werden allerdings zwei Bilder generiert, die die Ableitungen der Grauwerte eines Bildes in den beiden Achsenrichtungen repräsentie­ ren. Um den Betrag des Bildgradienten zu bestimmen, werden schließlich noch die Quadrate der Bild aufsummiert und die Wurzel aus diesem Wert bestimmt. Des weiteren ist vorgesehen, daß eine Vergrößerung der bestimmten Glanz­ lichtfläche erfolgt, die bei Erreichen eines lokalen Maximums des Bildgradienten endet. So kann die genaue Ausdehnung der Glanzlichter auf dem Zahnschmelz sowie der Zahnfläche bestimmt werden, wobei zunächst aufgrund des Schwellwertes als zu groß bestimmte Gebiete auf dem Zahnschmelz verkleinert und die als zu klein bestimmten Gebiete auf dem Zahnfleisch hierdurch vergrößert werden.

Um nun die Zahnfläche der in den Aufnahmen abgebildeten Zähne zu bestimmen, wird an die Zahnkonturen in Weiter­ bildung jeweils ein Kurvenzug angelegt. Dies kann dadurch erfolgen, daß die Zahnkontur in Form eines Polygons vom Benutzer grob in das aufgenommene und dargestellte Bild eingezeichnet wird. Das Anlegen erfolgt dabei vorzugswei­ se durch Setzen von Stützpunkten, welche durch einen Kurvenzug, dessen Krümmung und Ausrichtung entlang der Kurve wenig variiert, mittels des Verfahrens der klein­ sten Fehlerquadrate approximiert wird. Hierzu kann ein sogenannter B-Spline verwendet werden, der einen Spezial­ fall der in der Computergraphik gebräuchlichen Splines darstellt. Unter diesem Oberbegriff werden Kurvenzüge mit sogenannter C²-Stetigkeit zusammengefaßt, also geschlos­ sene Kurvenzüge, deren Krümmung und Ausrichtung entlang dieser Kurve nur wenig variiert, also einen glatten Verlauf aufweisen.

Des weiteren ist vorgesehen, daß die im Bild vorhandenen Konturen verstärkt und hervorgehoben werden, so daß im Ergebnis ein Bild vorliegt, bei dem ein über größere Bildbereiche gemittelter Gradient jeweils in Richtung auf die nächste Kontur gerichtet ist. Es wird also zur Opti­ mierung der gefundenen Kurve aufgrund der Bildkonturen zunächst wieder eine Sobel-Filterung und anschließend eine sogenannte Distanztransformation durchgeführt. Letztere legt im Ergebnisbild in jedem Pixel bzw. Bild­ punkt den Abstand zum nächsten Maximum des Sobel-Bildes, also der nächsten größeren Kontur, ab. Dadurch weist der Bildgradient des Ergebnisbildes in jedem Bildpunkt bzw. Pixel in Richtung auf die nächste Kontur.

Um schließlich die Zahnkontur und damit die zu prüfende Zahnfläche zu erhalten, ist in Weiterbildung vorgesehen, daß der approximierte Kurvenzug unter Erhaltung eines glatten Kurvenverlaufs in Richtung des Bildgradienten verschoben wird, bis der Abstand zur Kontur minimal ist. Dieser Verfahrensschritt erfolgt mit Hilfe eines aktiven Konturmodells, einer B-Snake. Dabei wird der approximier­ te Kurvenzug durch Minimierung einer durch Kurvenlage und -form definierten "Energie" verschoben, bis ein guter Kompromiß zwischen einem glatten Verlauf und der Genauig­ keit der Lage dieses Kurvenzugs auf der Zahnkontur er­ reicht ist. Ein glatter Kurvenverlauf entspricht dabei einer kleinen internen Energie, ein Verschieben in Rich­ tung des Bildgradienten einer Verringerung der externen Energie. Insgesamt führt das zu einer Minimierung der Gesamtenergie. Mittels dieser Schritte ist eine gute Approximation der Zahnkontur auch in Regionen, in denen die Zahnkontur nur schwach im Bildmaterial ausgeprägt ist (z. B. Übergang zwischen roter Plaque und Zahnfleisch), möglich. Die nur wenig gekrümmten Zahnkonturen, die einer geringen Energie entsprechen, erleichtern die Approxima­ tion wesentlich. Für problematische Regionen ist das Setzen sogenannter Ankerpunkte zur Korrektur des Kurven­ verlaufes möglich. Der Kurvenverlauf in der näheren Umgebung dieser Ankerpunkte wird dann entsprechend korri­ giert. Durch Setzen dieser Punkte bzw. Ankerpunkte kann also eine schlechte Aufnahmequalität noch später korri­ giert werden. Dies ist beispielsweise auch dann möglich, wenn die B-Snake-Minimierung durch Konturen in der Umge­ bung der Zahnkonturen fehlgeleitet wird. Dies kann bei­ spielsweise aus der unterschiedlichen Färbung des Zahn­ schmelzes resultieren. Oder aber dadurch, daß der Kon­ trast zwischen rot kolorierter Plaque und Zahnfleisch zu gering ist.

Nach der Markierung der Zahnfläche erfolgt nun die Klas­ sifikation in Plaque und plaquefreie Zahnflächen. Hierzu ist in bevorzugter Ausgestaltung vorgesehen, daß die auf der Zahnfläche vorliegenden optisch erfaßten Farbtöne bestimmt werden. Es hat sich nämlich herausgestellt, daß sich ein Plaquegebiet besonders durch seinen vom Zahn abweichenden Farbton auszeichnet. Helligkeit und Farbsät­ tigung spielen nur eine untergeordnete Rolle. Entspre­ chend erfolgt die Klassifikation unter Berücksichtigung der optisch erfaßten Farbtöne.

Da das RGB-Farbmodell, in dem die Originalbilder erstellt werden, für eine direkte Plaqueklassifizierung ungeeignet ist, weil in diesem Modell die Farbinformationen in den drei Farbkanälen gemeinsam mit der Sättigung und Hellig­ keit der Bildpunkte abgelegt ist, ist eine Trennung dieser Informationen erforderlich, um die Zahnfläche in unterschiedliche Farbbereiche zerlegen zu können. Hierzu kann beispielsweise das sogenannte HSV-Farbmodell verwen­ det werden, welches sich an die menschliche Wahrnehmung von Farbtönen anlehnt, bei der jedoch im Gegensatz zum Luv-Modell der Farbton lediglich durch einen einzigen Parameter angegeben wird, der im H-Band abgelegt wird.

In Weiterbildung ist vorgesehen, daß die Farbtonwerte in Klassen zerlegt werden, wobei die Varianz zwischen den Klassen maximal und in den Klassen minimal ist. Diese Zerlegung erfolgt mittels der sogenannten Diskriminanten­ analyse, bei der ein Histogramm durch die Berechnung von Schwellwerten in mehrere Klassen zerlegt wird. Die hier­ durch bestimmten Klassen weisen eine hohe Interklassen­ varianz und eine minimale Intraklassenvarianz, wie be­ reits gesagt, auf. Aufgrund vielfältiger Effekte (wech­ selnde Beleuchtung der Zahnfläche, unterschiedlich inten­ siver Plaqueeinfärbung, unterschiedlicher Färbung bzw. Opazität des Zahnes etc.) wird das H-Band in mehr als nur zwei Klassen mittels der Diskriminantenanalyse zerlegt. Um nun die Plaque aufweisenden Zahnflächen bestimmen zu können, wird zumindest ein Plaque aufweisendes Zahnflä­ chengebiet markiert, einer Klasse zugeordnet und an­ schließend alle Bildpunkte dieser Klasse als Plaque klassifiziert. Schließlich werden noch die Größe der Plaque aufweisenden Zahnfläche, der plaquefreien Zahnflä­ che und der Glanzlichtfläche bestimmt und ausgegeben.

Da die Auswahl, Qualität und Güte des erstellten Bildma­ terials einen wesentlichen Einfluß auf das Ergebnis der späteren Auswertung hat, ist zum einen für eine gute Ausleuchtung nicht nur der jeweiligen Zähne, sondern möglichst des gesamten Mundraumes zu sorgen. Aus diesem Grunde sind Beleuchtungsquellen zur flächigen Beleuchtung der zu prüfenden Zahnregionen vorgesehen. Hierdurch kommt es dann zu einer gleichmäßigen Ausleuchtung des Bildes unter Vermeidung von Beleuchtungsinhomogenitäten sowie Schattierungseffekten und zu einem ausreichenden Bildkon­ trast bezüglich der für die Auswertung relevanten Regio­ nen (Zahn- bzw. Plaquekonturen) für die Weiterverarbei­ tung.

Zwar ist es durch die erfindungsgemäße Ausgestaltung möglich, auch "hinter" Glanzlichtern noch die ursprüng­ liche Farbe eines Objektes zu erkennen, jedoch sind dieser Methode durchaus Grenzen gesetzt. Aus diesem Grunde sollen möglichst von vornherein keine Glanzlichter auf den jeweils betrachteten Zahnregionen auftreten. Hierzu ist außer der Trocknung der Zähne eine diffuse Beleuchtung des Mundraumes des Probanden vorgesehen. Durch diffuses Licht lassen sich derartige Glanzlichter nämlich gut vermeiden. Das diffuse Licht kann dabei durch mehrere räumlich getrennte Leuchten erzeugt werden.

Bei der Bildaufnahme ist insbesondere auf eine hohe Bildqualität zu achten, da in der Aufnahme nicht erfaßte Informationen auch nicht durch Mittel der weiteren Bild­ verarbeitung rekonstruiert werden können. Mit der Entfer­ nung der Zähne von Lichtquelle und Videokameraobjektiv sinkt die von der Videokamera erfaßte Lichtintensität der Oberfläche der zu prüfenden Zahnregionen. Entsprechend erscheinen weiter entfernte Zähne innerhalb einer Aufnah­ me dunkler als nähere. Werden unterschiedlich weit von der Kamera entfernte Zähne in einem Bild erfaßt, so ergibt sich ein meist größerer Kontrast zwischen den helleren und dunkleren Zähnen als zwischen Plaque und Zahnschmelz bzw. Zahn und Zahnfleisch. Dies kann dazu führen, daß der Kontrast an den Zahn- und Plaquekonturen zu gering ist. Um dies zu vermeiden, ist erfindungsgemäß in Weiterbildung vorgesehen, daß die Zähne jeweils in Richtung der Flächennormale der zu prüfenden Zahnfläche betrachtet werden. Auf diese Weise treten die Konturen der Zahnfläche besonders klar bei der Bildaufnahme her­ vor, was für eine hohe Genauigkeit bei der Bestimmung der Zahnfläche unerläßlich ist. Auch kann so die Zahnfläche in ihrer größtmöglichen Ausdehnung erfaßt werden. Auch treten so keine perspektivischen Verzerrungen, welche sich nachteilig auf die zu bestimmenden Flächen für Plaque und Zahnschmelz auswirken, auf.

Durch die erfindungsgemäße Ausgestaltung ist so eine objektive Quantifizierung des Plaquebelages möglich. Entsprechend lassen sich die Ergebnisse jederzeit repro­ duzieren, wobei auch kleinste Unterschiede im Plaquebelag objektiv bestimmbar sind. Als positiver Nebeneffekt läßt sich hierdurch die Anzahl der Probanden senken, so daß Aufwand, Zeit und Kosten einer Meßreihe signifikant gesenkt werden können.

Um eine Klassifizierung in die Bereiche Plaque und plaquefreien Zahnschmelz optimal durchführen zu können, wird die dentale Plaque in den zu prüfenden Zahnregionen in an sich bekannter Weise eingefärbt. Die Einfärbung kann dabei durch das Zerkauen einer Färbetablette, das Auftragen eines Flüssigfarbstoffes oder durch konventio­ nelle Färbemittel erfolgen, wobei dann eine rote oder blaue Einfärbung der Plaque gegeben ist.

Wird die Plaquebestimmung zur Entwicklung, Erforschung und Optimierung neuer Zahnreinigungs- und Pflegemittel verwendet, so erfolgt die Aufnahme der Zahnbilder vor und nach einem Reinigen der Zähne, wobei eine Vollreinigung oder aber auch eine andere zahnmedizinisch anerkannte Verfahrensweise angewandt werden kann. Durch Vergleich der dann gewonnenen Ergebnisse kann zuverlässig auf die Wirkung der verwendeten Mittel geschlossen werden.

In bevorzugter Ausgestaltung ist vorgesehen, daß eine Bildaufnahme ausgewählter Zahnregionen, insbesondere der Ramfjord-Zähne erfolgt. Dabei handelt es sich um ein festgelegtes Zahnschema von sechs Zähnen insgesamt, die als repräsentativ für das Gebiß gelten, so daß hierdurch eine zuverlässige, objektive Beurteilung der im Mundraum vorhandenen Zahnbeläge erfolgen kann.

In Weiterbildung werden die Aufnahmen bezüglich der jeweils betrachteten Zähne/Zahnbereiche katalogisiert und gespeichert. Auf diese Weise kann jederzeit wieder auf die Aufnahmen insbesondere zur Verarbeitung zugegriffen werden. Das Katalogisieren erfolgt dabei als Video-Ein­ zelbilder mit Hilfe einer Video-Overlay-Karte oder dgl.

Um die zu betrachtenden Zahnflächen zuverlässig intraoral erfassen zu können, handelt es sich bei der Videokamera vorzugsweise um eine Mundspiegel-Videokamera. Bei einer derartigen Videokamera, wie sie beispielsweise unter der Bezeichnung "Dental Scout" vertrieben wird, ist ein herkömmlicher Mundspiegel als Vorsatz an der Videokamera vorgesehen. Die über den Mundspiegel betrachteten Zahn­ flächen werden dabei vom Mundspiegel durch die Videokame­ ra einfach abgefilmt.

Alternativ ist als Videokamera eine Endoskop-Kamera vorgesehen, wie sie beispielsweise unter der Bezeichnung "Flexiscope" vertrieben wird. Diese Kamera wird dann mit einem speziellen 9-mm-Objektiv versehen. Eine solche Videokamera zeichnet sich insbesondere durch eine homoge­ ne Ausleuchtung der Mundhöhle aus und erlaubt detaillier­ te Einblicke in der gesamten Mundhöhle, insbesondere natürlich der zu prüfenden Zahnbereiche.

Zur Beleuchtung weist die Videokamera vorzugsweise einen um das Objektiv angeordneten Beleuchtungsring auf. Bei­ spielsweise kann die Beleuchtung durch drei zirkulär um das Objektiv angeordnete Miniaturlampen erfolgen, deren Licht auf den Spiegel fällt und von diesem auf das Ob­ jekt, also die Zahnregion, umgelenkt wird. Hierdurch ist für eine gleichmäßige Ausleuchtung im Mundraum gesorgt.

Alternativ können die Beleuchtungsquellen aber auch durch eine sogenannte Lichtwanne gebildet sein. Eine solche Lichtwanne erzeugt mit Hilfe eines großflächigen Reflek­ tors eine stark diffuse Beleuchtung. Sie eignet sich insbesondere zur Aufnahme der Schneide- und Eckzähne. Zur Erfassung der Prämolare und Molare können unterschiedli­ che Filter auf den Beleuchtungsring der Mundspiegel-Vi­ deokamera aufgesetzt werden, um so eine großflächige Beleuchtungsquelle zu erhalten.

Des weiteren ist eine mit der Auswerteeinheit verbundene Eingabeeinheit vorgesehen, um so auch interaktiv bei der Auswertung Zahnflächen, Plaqueflächen sowie Zahnkonturen zu markieren. Gegebenenfalls können auch Glanzlichter interaktiv markiert werden.

In jedem Fall ist die erfindungsgemäße Vorrichtung mit einer Einrichtung zur Reduzierung des durch die Aufnahme bedingten Bildrauschens, z. B. einer elektronischen Bildauswerteinheit in Form eines Personalcomputers, ausgestattet.

Ein Ausführungbeispiel der Erfindung wird unter Bezugnahme auf die Zeichnung im einzelnen erläutert.

Dabei zeigt:

Fig. 1 eine schematische Blockbilddarstel­ lung der erfindungsgemäßen Vorrich­ tung;

Fig. 2 ein Ablaufdiagramm des erfindungsge­ mäßen Verfahrens;

Fig. 3 ein Ablaufdiagramm zur Erläuterung des B-Snake-Verfahrens zur Konturbe­ stimmung;

Fig. 4 ein Histogramm der auf dem H-Band abgelegten Farbtöne bei der Klassifi­ zierung;

Fig. 5 ein Histogramm der auf dem L-Band abgelegten Helligkeitswerte bei der Glanzlichtdetektion;

Fig. 6 eine graphische Darstellung der Ergebnisse einer Meßreihe für einen blau eingefärbten Molar; und

Fig. 7 eine graphische Darstellung der Ergebnisse einer Meßreihe für einen rot eingefärbten Schneidezahn.

Zur erfindungsgemäßen Bestimmung von dentaler Plaque ist eine Vorrichtung mit einer Mundspiegel-Videokamera 1 vorgesehen, welche mit einer elektronischen Bildauswerte­ einheit 2, wie einem Personalcomputer, verbindbar ist. Diese Bildauswerteeinheit 2 weist zum einen eine soge­ nannte Framegrabber- oder Video-Overlay-Karte 3 auf. Mittels der Framegrabber-Karte 3 werden die von der Videokamera 1 an die Bildverarbeitungseinheit 2 geleite­ ten Videobild-Informationen jeweils als Einzelbild "ein­ gefroren" und gespeichert. Die Informationen können dann auf einem Monitor eingeblendet werden. Des weiteren ist eine Speichereinheit 4 zur Speicherung ausgewählter Zahnbilder vorgesehen. Die gespeicherten Bilder können dann mittels einer Verarbeitungseinheit 5 zur Bestimmung der dentalen Plaque verarbeitet werden.

Zu Beginn der Bestimmung dentaler Plaque werden die Zähne ausgewählter Probanden vor und/oder nach dem Zähneputzen durch Zerkauen von Zahnfärbetabletten oder Auftragen von Farbstoff eingefärbt. Um eine Reduzierung des Speichel­ flusses im zu betrachtenden Mundbereich zu erreichen, werden die Zähne mittels praxisüblicher sogenannter Wattetampons oder aber Luft getrocknet. Zur Erfassung der Schneide- und Eckzähne wird eine mit Hilfe eines großflächigen Reflektors eine stark diffuse Beleuchtung erzeugende Lichtwanne verwendet. Zur Erfassung der Prämo­ lare und Molare werden unterschiedliche Filter auf den Beleuchtungsring der Mundspiegel-Kamera aufgelegt.

Zur Betrachtung ausgewählter Zähne, insbesondere der Ramfjord-Zähne, wird die Kamera bzw. der Mundspiegel senkrecht zur zu betrachtenden Zahnfläche positioniert. Hierdurch erfolgt dann eine Betrachtung der Zähne in Richtung der Flächennormale der zu prüfenden Zahnfläche. Auf diese Weise werden perspektivische Verzerrungen vermieden.

Anschließend werden die mittels der Videokamera erstell­ ten Großbildaufnahmen der erfaßten Zähne durch die Frame­ grabber-Karte 3 auf einem Monitor der Bildverabeitungs­ einheit 2 eingeblendet. Ausgewählte Bilder werden dann digitalisiert und in der Speichereinheit 4 gespeichert. Nachfolgend kann dann dieses Bildmaterial zur Durchfüh­ rung der eigentlichen Auswertung zur Bestimmung dentaler Plaque aktiviert werden.

In Fig. 2 ist nun das Ablaufdiagramm zur Bestimmung der Plaque aus dem aufgenommenen Bildmaterial dargestellt. Dieses erfindungsgemäße Verfahren ist dabei in die Haupt­ stufen Vorverarbeitung der erstellten Videoaufnahmen 10 zur Reduzierung des durch die Aufnahmetechnik bedingten Bildrauschens sowie eventuell vorhandener Glanzlichter, Anlegen eines initialen Kurvenzuges zur Bestimmung der Zahnfläche 11, Segmentierung 12 zur Bestimmung der genau­ en Zahnkontur und Klassifikation 13 zur Ermittlung von Plaque und plaquefreiem Zahnschmelz eingeteilt.

Die Vorverarbeitung 10 ist wiederum in die Schritte Reduzierung des Bildrauschens 14 sowie Glanzlichtdetek­ tion I 15 und Glanzlichtdetektion II 16 aufgeteilt.

Zur Reduzierung des durch die Aufnahme bedingten Bildrau­ schens im Verfahrensschritt 14 werden räumliche Glät­ tungsfilter (Medianfilter, Gauß-Filter) eingesetzt.

Bei der Gauß-Filterung wird das Bild im Ortsbereich mit einem durch die Gauß'sche Verteilung definierten Filter gefaltet, d. h. im vorliegenden diskreten Fall pixelweise bzw. bildpunktweise mit einem (3 × 3-)Filterkern multipli­ ziert. Um die bei der Bestimmung der dentalen Plaque auftretenden Fehler zu ermitteln, wird der Absolutwert der Differenz zwischen gefaltetem und Originalbild für jedes Pixel bzw. jeden Bildpunkt berechnet. Der Median aller auftretenden Fehler wird als typischer Fehler aufgefaßt und später bei der Berechnung des Klassifika­ tionsfehlers verwendet. Es wird nämlich davon ausgegan­ gen, daß es in der Umgebung (3 × 3) eines Bildpunktes keine sehr großen farblichen Unterschiede gibt. Große Abwei­ chungen werden durch Rauschen oder Fehler im Chip der Videokamera erzeugt.

Des weiteren ist im Verfahrensschritt der Vorverarbeitung 10 eine Glanzlichtdetektion I sowie II (Schritte 15, 16) vorgesehen. Durch die Glanzlichter werden zum einen zusätzliche Bildkonturen generiert, die eine Segmentie­ rung erschweren. Zum anderen kann in hellen Regionen die Bildfarbe nur ungenau bestimmt werden, da jede Abweichung der drei Farbkomponenten Rot, Grün und Blau (RGB) durch das Rauschen im Sättigungsbereich stärker ins Gewicht fällt und der Chip dort zudem nicht-lineare Transfer­ eigenschaften aufweist. Dieses führt dann zu einer Ver­ fälschung der Farbwerte und somit dazu, daß im Bereich der Glanzlichter keine sinnvolle Aussage über das Vorhan­ densein von dentaler Plaque getroffen werden kann.

Aus diesem Grunde ist eine Bewertung der Helligkeit des aus RGB-Komponenten bestehenden Farbbildes der erfaßten Zähne notwendig. Die Glanzlichter können dann als Hellig­ keitsspitzen identifiziert und unterdrückt werden. Um nun für die optisch erfaßte Helligkeit in den Bildern ent­ sprechende Werte zu bestimmen, erfolgt eine Transforma­ tion in ein sogenanntes Luv-Farbmodell. Dabei handelt es sich um ein durch die CIE standardisiertes Farbmodell der Computergraphik, das auf der Grundlage der Farbwahrneh­ mung des menschlichen Auges definiert wurde (in diesem Farbmodell sind die euklidischen Distanzen zwischen je zwei Farben mit gleichstark empfundenen Differenzen gleich). Die im sogenannten L-Band abgelegten Werte entsprechen dann der wahrgenommenen Helligkeit. Im An­ schluß an diese Transformation wird dann ein Schwellwert- Verfahren auf das Helligkeitsinformationen enthaltende L-Band angewendet, um die Glanzlichtflächen zu detektie­ ren. Der Schwellwert wird dabei von dem beispielsweise in Fig. 5 dargestellten L-Band durch Auffinden des größten lokalen Minimums im Histogramm bestimmt. Bei dem in Fig. 5 dargestellten Histogramm liegt der Schwellwert bei L = 98. Die Schwellwert-Bestimmung findet auf der Grundlage des Histogramms für jedes Bild individuell statt.

Der Unterschied zwischen der Glanzlichtdetektion I und II liegt darin, daß der Schwellwert zur Elimination der Glanzlichter für die Segmentierung kleiner angesetzt werden muß als derjenige für die Klassifikation, da hierzu auch die etwas dunkleren Glanzlichter auf dem Zahnfleisch erfaßt werden müssen. Die Ergebnisse der Glanzlichtdetektion I kommen dann bei der nachfolgenden Segmentierung 12 zum Tragen, während diejenigen der Glanzlichtdetektion II (Schritt 16) erst bei der Klassi­ fikation 13 verwendet werden.

Nachfolgend werden im Verfahrensschritt 12 der Segmentie­ rung die bei der Glanzlichtdetektion I 15 erhaltenen Ergebnisse weiterverarbeitet, indem durch eine Sobel-Fil­ terung 19 das Bild mit vorgegebenen Filterkernen gefaltet wird. Hierbei werden zwei Bilder generiert, die die Ableitungen der Grauwerte eines Bildes in den beiden Achsenrichtungen repräsentieren. Um den Betrag des Bild­ gradienten zu bestimmen, werden schließlich noch die Quadrate der Bilder aufsummiert und die Wurzel aus diesem Wert bestimmt. Anschließend erfolgt eine Vergrößerung der durch den Schritt 15 bestimmten Glanzlichtfläche, die bei Erreichen eines lokalen Maximums des Bildgradienten endet. Auf diese Weise wird die genaue Ausdehnung der Glanzlichter auf die Konturen angepaßt, die eben durch die Sobel-Filterung ebenfalls auf dem L-Band bestimmt werden. Hierdurch kann dann erreicht werden, daß die zunächst aufgrund des Schwellwertes als zu groß bestimm­ ten Bereiche auf dem Zahnschmelz durch diesen Schritt verkleinert und als zu klein bestimmte Regionen vergrö­ ßert werden.

Um nun eine Segmentierung durchführen zu können, wird zunächst eine initiale Kurve (Schritt 11) an die Zahnkon­ tur des weiterzuverarbeitenden Zahnes angelegt. Dies ist notwendig, da auf den zu bearbeitenden Bildern normaler­ weise mehrere Zähne zu sehen sind. Entsprechend muß der Zahn, der ausgewertet werden soll, für die weitere Verar­ beitung gekennzeichnet werden. Entsprechend wird im Schritt 17 durch Setzen von Stützstellen ein Polygonzug an den weiterzuverarbeitenden Zahn an dessen Außenkontur angelegt. Das Setzen dieser Stützstellen sollte insbeson­ dere an Stellen erfolgen, die durch starke Krümmungen geprägt sind oder an denen die Kante zwischen Zahn und Zahnfleisch oder Zahnhintergrund undeutlich erscheint. Die nun in Form eines Polygons grob eingezeichnete Zahn­ kontur wird anschließend durch einen sogenannten B-Spline mit Hilfe des Verfahrens der kleinsten Fehlerquadrate approximiert. Unter Splines werden Kurvenzüge mit soge­ nannter C²-Stetigkeit zusammengefaßt, also geschlossene Kurvenzüge, deren Krümmung und Ausrichtung entlang dieser Kurve nur wenig variiert, also einen glatten Verlauf aufweist. Bei der Approximation des eingegebenen Polygons durch einen B-Spline wird dann ein Kurvenzug gesucht, der die Lage der Polygonpunkte/Stützpunkte möglichst genau wiedergibt. Dies erfolgt dann mit Hilfe des Verfahrens der kleinsten Fehlerquadrate. Als Fehler wird dabei der Abstand der Polygon-/Stützpunkte zum B-Spline, also zum glatten Kurvenzug, aufgefaßt (Schritt 18).

Zur Optimierung der gefundenen Kurve aufgrund der Bild­ konturen wird nach der Sobel-Filterung eine sogenannte Distanztransformation (Schritt 19) durchgeführt. Diese legt in einem als Ergebnisbild erhaltenen Konturbild in jedem Pixel bzw. Bildpunkt den Abstand zum nächsten Maximum des durch Sobel-Filterung erhaltenen Bildes, also zur nächsten größeren Kontur, ab. Der über größere Bild­ bereiche gemittelte Bildgradient des Konturbildes weist so jeweils auf die am nächsten liegende Kontur. Durch Einteilung des Gradienten in vier Hauptrichtungen ergibt sich ein langsamer Anstieg der Bildintensitäten senkrecht zur Kontur, während die Intensitäten entlang der Kontur schneller ansteigen. Hierdurch bleiben dann die Original­ konturen entsprechend ihrer lokalen Bedeutung erhalten.

Anschließend werden die durch das B-Spline-Verfahren sowie die Konturanhebung erhaltenen Ergebnisse einer sogenannten B-Snake-Verfeinerung in Schritt 20 zugeführt. Dieses Verfahren ist mit seinem Ablaufdiagramm in Fig. 3 dargestellt. Hierbei wird nun dem berechneten B-Spline, also dem berechneten Kurvenzug, eine Energie bestehend aus den Komponenten einer internen und externen Energie zugeordnet. Dabei wird in den Schritten 24-28 die Aus­ gangskurve durch Verringerung der externen Energie durch Gradientenabstieg (Schritt 24) und Minimierung der inter­ nen Energie (Schritt 25) verschoben, bis ein guter Kom­ promiß zwischen einem glatten Kurvenverlauf und der Genauigkeit der Lage dieser Form auf der Kontur erreicht ist. Der durch B-Spline erhaltene Kurvenzug wird also unter Erhaltung eines möglichst glatten Kurvenverlaufs (entspricht einer kleinen internen Energie) in Richtung des Bildgradienten (entspricht einer Verringerung der externen Energie) verschoben. Durch die Definition der der Kurvenlage und -form zugeordneten Energie entspricht dieses der Minimierung der Gesamtenergie.

Das B-Snake-Verfahren ermöglicht so eine gute Approxima­ tion der Kontur auch in den Regionen, in denen die Zahn­ kontur nur schwach im Bildmaterial ausgeprägt ist (z. B. Übergang zwischen rotem Plaque und Zahnfleisch). Die nur wenig gekrümmten Zahnkonturen, die einer geringen Energie hierbei entsprechen, erleichtern die Approximation we­ sentlich. Für problematische Regionen ist ein Kontroll­ mechanismus vorgesehen, der es ermöglicht, durch Setzen sogenannter Ankerpunkte den Kurvenverlauf durch diese Punkte zu erzwingen. Das Quadrat des Abstandes dieser Punkte von der Kurve wird dabei als additiver Term mit­ einbezogen. Entsprechend kann der Kurvenverlauf in der näheren Umgebung der Ankerpunkte korrigiert werden.

Nachfolgend werden innerhalb der approximierten Kontur liegende Bildpunkte der Klassifizierung 13 zugeführt, während außerhalb der Kontur liegende Bildpunkte schwarz eingefärbt und damit ausgeblendet und nachfolgend nicht mehr betrachtet werden.

Die Klassifizierung erfolgt nun anhand charakteristischer Merkmale der Plaque auf der vorliegenden Zahnfläche. Ein Plaquegebiet zeichnet sich besonders durch seinen vom Zahnschmelz abweichenden Farbton aus. Die Helligkeit und Farbsättigung hingegen spielen nur eine untergeordnete Rolle, so daß nun die Originaldaten innerhalb der segmen­ tierten Zahnfläche vom RGB-Farbmodell in ein HSV-Modell transformiert werden. Während die Originalbilder im RGB-Farbmodell in den drei Farbkanälen gemeinsam mit der Sättigung und Helligkeit der Bildpunkte abgelegt werden, wird im HSV-Farbmodell der Farbton im H-Band allein abgelegt. Bei dem HSV-Farbmodell handelt es sich um ein an die menschliche Wahrnehmung von Farbtönen angelehntes Modell. In Fig. 4 ist das Histogramm des H-Bandes eines ausgewählten Zahnes dargestellt.

Des weiteren werden die bei der Glanzlichtdetektion II in Schritt 16 bestimmten Glanzlichtflächen aus dem vorlie­ genden Zahnbild ausgeschnitten. Nun kann die eigentliche Klassifizierung in Plaque und plaquefreie Zahnflächen erfolgen. Hierzu wird in Schritt 21 die sogenannte globa­ le Diskriminantenanalyse angewendet.

Bei der Diskriminantenanalyse wird ein Schwellwert be­ rechnet, welcher Plaque und plaquefreie Zahnfläche von­ einander trennt. Das berechnete Histogramm auf dem H-Band wird dadurch in verschiedene Klassen zerlegt. Die Klas­ sengrenzen bzw. Schwellwerte werden dabei so bestimmt, daß die Farbvarianz zwischen den Klassen (Interklassenva­ rianz) maximal und gleichzeitig die Farbvarianz der einzelnen Klassen (Intraklassenvarianz) minimal wird.

Um den Rechenaufwand bei der Bestimmung der Klassen­ schranken zu senken, erfolgt die globale Diskriminanten­ analyse in Schritt 21 mit eingeschränkter Histogramm-Auf­ lösung zur Bestimmung des Maximums der Interklassenva­ rianz, jedoch unter Berücksichtigung aller möglichen Klassenschranken-Kombinationen. Nachfolgend werden im Schritt iterative Verfeinerung 22 die im ersten Schritt ermittelten Klassengrenzen in einem mehrschrittigen Verfahren auf der Basis eines hochauflösenden Histogramms optimiert. Dabei werden die einzelnen Schwellwerte bzw. Klassengrenzen in mehreren Durchgängen verschoben, bis die Interklassenvarianz ein Maximum erreicht hat, sich die Klassengrenzen also in einer optimalen Position befinden.

Da es aufgrund vielfältiger Effekte wie wechselnder Beleuchtung der Zahnfläche, unterschiedlich intensiver Plaqueeinfärbung, unterschiedlicher Färbung bzw. Opazität des Zahnes etc. mehr als nur die beiden Klassen Plaque und plaquefreien Zahnschmelz gibt, werden auch mehr als nur zwei Klassen mit Hilfe der Diskriminantenanalyse bestimmt. Aus diesem Grunde ist im Schritt 23 eine Aus­ wahl der Plaque-Klassen vorgesehen. Dies erfolgt bei­ spielsweise durch interaktives Markieren einzelner als Plaque identifizierter Bildpunkte durch den Benutzer. Anschließend werden alle Pixel bzw. Bildpunkte dieser Klasse selektiert und so als Plaque identifiziert. Nach­ folgend kann dann die Größe des Plaquegebietes berechnet und ausgegeben werden.

In Fig. 6 und 7 sind nun die Ergebnisse zweier Meßreihen unter unterschiedlichen Aufnahmewinkeln der Mundspiegel- Kamera gegenüber der zu betrachtenden Zahnfläche einmal für einen blau eingefärbten Molar in Fig. 6 und einmal für einen rot eingefärbten Schneidezahn in Fig. 7 darge­ stellt. Wie diesen beiden Darstellungen entnommen werden kann, sind einmal Minimal- und einmal Maximalwerte der prozentualen Plaquefläche, die berechnete Plaquefläche sowie die Glanzlichtfläche dargestellt. Um die Minimal- und Maximalwerte zu bestimmen, werden die Klassengrenzen jeweils um den Fehlerbetrag nach oben und unten verscho­ ben. Durch ein Schwellwert-Verfahren auf dem H-Band können dann die zugehörigen Plaqueflächen und dadurch die minimalen und maximalen Prozentzahlen der Plaquefläche bestimmt und ausgegeben werden. Die in Fig. 6 dargestell­ ten Ergebnisse zeigen einen Anstieg des Wertes innerhalb der ersten Bilder und einen sich daran anschließenden Abfall. Der Anstieg läßt sich auf die sich ändernde Position der Mundspiegel-Videokamera durch Annäherung an die Flächennormale zurückführen, da hierdurch bei dem betroffenen Zahn auch das Plaquegebiet im hinteren Teil des Zahnes sichtbar wurde. Der anschließende Abfall läßt sich auf die in den Bildern zu beobachtende Abnahme der Farbstoffintensität über die Zeit schließen. Wie Fig. 7 zeigt, ist bei dem dort dargestellten Schneidezahn eine Invarianz der sichtbaren Zahnfläche gegenüber der geän­ derten Kameraposition ersichtlich, da kaum eine Änderung der ermittelten Plaquewerte auftritt.

Claims (25)

1. Verfahren zur quantitativen Bestimmung von dentaler Plaque, wobei zumindest intraoral flächige Bilder zu prüfender Zahnregionen aufgenommen werden, die Zahnfläche der in den Aufnahmen abgebildeten Zähne bestimmt, die Zahnfläche in Plaque und plaquefreien Zahnschmelz enthaltende Regionen klassifiziert und der von Plaque bedeckte Flächenanteil ermittelt wird, dadurch gekennzeichnet, daß das durch die Aufnahme bedingte Bildrauschen reduziert wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine Gauß-Filterung zur Verringerung des Bildrauschens.

3. Verfahren nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine Median-Filterung zur Verringerung des Bildrauschens.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1-3, dadurch gekennzeichnet, daß der Absolutwert der Differenz des gefalteten Bildpunktes und des Originalbildpunk­ tes bestimmt wird.

5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Median aller Differenzen bestimmt und durch den Median der Wert des mit Plaque bedeckten Flä­ chenanteils korrigiert wird.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1-5, dadurch gekennzeichnet, daß der optisch erfaßten Helligkeit in den Bildern entsprechende Werte bestimmt werden, aus denen ein Schwellwert zur Bestimmung von Glanz­ lichtern durch Suche des größten lokalen Minimums ermittelt wird.

7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Schwellwert für die Bestimmung von Glanz­ lichtern auf der Zahnfläche größer als der Schwell­ wert zur Bestimmung von Glanzlichtern auf dem Zahn­ fleisch ist.

8. Verfahren nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Ausdehnung der in den Bildern enthaltenen Glanzlichter bestimmt und ausgegeben wird.

9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Ableitungen der Grauwerte eines Bildes in den beiden Achsenrichtungen bestimmt werden, der Betrag der Bildgradienten durch Aufsummierung der Quadrate der jeweiligen beiden Werte und Berechnung der Wurzel aus dem ermittelten Wert bestimmt wird.

10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß eine Vergrößerung der bestimmten Glanzlichtflä­ che erfolgt, die bei Erreichen eines lokalen Maxi­ mums des Bildgradienten endet.

11. Verfahren nach einem der Ansprüche 1-10, dadurch gekennzeichnet, daß an die Zahnkontur jeweils ein Kurvenzug angelegt wird.

12. Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß das Anlegen durch Setzen von Stützpunkten er­ folgt, wobei die Stützpunkte durch einen Kurvenzug, dessen Krümmung und Ausrichtung entlang der Kurve nur wenig variiert, durch Ermittlung der kleinsten Fehlerquadrate approximiert wird.

13. Verfahren nach einem der Ansprüche 1-12, dadurch gekennzeichnet, daß die im Bild vorhandenen Konturen verstärkt und hervorgehoben werden, so daß im Ergeb­ nis ein Bild vorliegt, bei dem ein über größere Bildbreite gemittelter Gradient jeweils in Richtung auf die nächste Kontur gerichtet ist.

14. Verfahren nach einem der Ansprüche 11-13, dadurch gekennzeichnet, daß der approximierte Kurvenzug unter Erhaltung eines glatten Kurvenverlaufs in Richtung des Bildgradienten verschoben wird, bis der Abstand zur Kontur minimal ist.

15. Verfahren nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß Punkte zur Korrektur des Kurvenverlaufs gesetzt werden.

16. Verfahren nach einem der Ansprüche 1-15, dadurch gekennzeichnet, daß die auf der Zahnfläche vorlie­ genden optisch erfaßten Farbtöne bestimmt werden.

17. Verfahren nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß Farbton-, Helligkeits- und Sättigungswerte separiert werden.

18. Verfahren nach Anspruch 16 oder 17, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Farbtonwerte in Klassen zerlegt werden, wobei die Varianz zwischen den Klassen maximal und in den Klassen minimal ist.

19. Verfahren nach einem der Ansprüche 16-18, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest ein Plaque aufweisen­ des Zahnflächengebiet markiert, einer Klasse zuge­ ordnet und alle Bildpunkte dieser Klasse als Plaque klassifiziert werden.

20. Verfahren nach einem der Ansprüche 1-19, dadurch gekennzeichnet, daß die Größe der Plaque aufweisen­ den Zahnfläche, der plaquefreien Zahnfläche und der Glanzlichtfläche bestimmt und ausgegeben werden.

21. Verfahren nach einem der Ansprüche 1-20, dadurch gekennzeichnet, daß die Zähne jeweils in Richtung der Flächennormale der zu prüfenden Zahnfläche betrachtet werden.

22. Vorrichtung zur quantitativen Bestimmung von denta­ ler Plaque, mit einer optischen Prüfeinrichtung (1), wie einer Videokamera, zur Betrachtung zu prüfender Zahnregionen eines Probanden, einer elektronischen Bildauswerteeinheit (2) zur Auswertung der durch die Videokamera (1) empfangenen Bilder sowie einer die ermittelten Daten ausgebenden Ausgabeeinheit, ge­ kennzeichnet durch eine Einrichtung zur Reduzierung des durch die Aufnahme bedingten Bildrauschens.

23. Vorrichtung nach Anspruch 22, dadurch gekennzeich­ net, daß sie eine Einrichtung zur Anwendung nach einem der Verfahren gemäß den Ansprüchen 1 bis 21 aufweist.

24. Vorrichtung nach Anspruch 22 oder 23, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Videokamera einen um das Objektiv angeordneten Beleuchtungsring aufweist.

25. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 22 bis 24, dadurch gekennzeichnet, daß sie eine Einrichtung zur Betrachtung in Richtung der Flächennormale der zu prüfenden Zahnfläche aufweist.