Walidacja kliniczna symulacji szczotkowania zębów za pomocą robota – porównanie skuteczności usuwania płytki nazębnej

Usuwanie płytki nazębnej

Usuwanie płytki nazębnej poprzez ręczne albo mechaniczne szczotkowanie zębów jest wciąż najskuteczniejszą metodą profilaktyki zapalenia dziąseł oraz powstrzymania progresji próchnicy zębów [1]. Ten kamień węgielny higieny jamy ustnej wspierany jest miejscowym stosowaniem różnych preparatów z fluorem, a w razie potrzeby – z dodatkiem środków bakteriobójczych.

Aby zmotywować konsumentów do zachowań sprzyjających higienie jamy ustnej i poprawić stosowanie się pacjentów do zaleceń z zakresu skutecznego czyszczenia zębów, stale opracowuje się i rozwija nowe modele szczoteczek. Inaczej niż w przeszłości żadna „standardowa” szczoteczka do zębów nie dominuje dziś na rynku. Preferencje dotyczące kształtu i konfiguracji uchwytu oraz główki szczotkującej wykazują znaczne różnice zarówno pomiędzy higienistami stomatologicznymi, jak i konsumentami. Różne przedziały wiekowe, profile zdrowotne i specjalne potrzeby pacjenta wymagają odrębnych modeli szczoteczki do zębów i konsekwentnego rozwijania indywidualnych wzorców szczotkowania zębów w ramach spersonalizowanej medycyny prewencyjnej. Najnowsze modele szczoteczek do zębów dla różnych docelowych grup odbiorców powinny być tak samo wydajnie jak poprzednie lub lepiej usuwać płytkę nazębną, toteż ich skuteczność w tym zakresie powinna zostać przetestowana przed produkcją.

Ostatecznym celem takiego testowania powinien być wynik testu klinicznego „w warunkach polowych”, potwierdzający całkowite usunięcie płytki nazębnej i brak cech zapalenia dziąseł. Jest to jednakże bardzo czasochłonne, dość kosztowne i trudne do wystandaryzowania do późniejszych metaanaliz [1]. Dlatego ocena in vitro skuteczności szczotkowania zębów stała się realną alternatywą dla prób klinicznych przy testowaniu wielu różnych modeli i sposobów działania ręcznych i elektrycznych szczoteczek do zębów. Od 1972 roku stworzono kilka środowisk badawczych do testowania szczoteczek przed produkcją lub badaniami klinicznymi. Arnold i Trost jako pierwsi wprowadzili prostą maszynę szczotkującą wykonującą poziome ruchy na akrylowych modelach zębów pokrytych farbką wodną [2].

Wymyślniejsza aparatura, skonstruowana przez Nygaard-Østby i wsp., z wykorzystaniem barwnej taśmy z maszyny do pisania przeznaczona była głównie do pomiaru penetracji przestrzeni międzyzębowych przez włosie szczoteczki podczas poziomych lub pionowych ruchów szczotkowania z siłą nacisku od 2,5 N do 10,0 N [3].

Rawls i wsp. zaproponowali statyczne i dynamiczne testy wykorzystujące zalecane metody szczotkowania zwilżonymi szczoteczkami pod kątem 45° z siłą nacisku od 1,0 N do 10,0 N na modelach typowego uzębienia pokrywanych zabarwioną na niebiesko etylocelulozą [4]. Wnikanie włosia do przestrzeni międzyzębowych rejestrowano szybkoklatkową kamerą wideo i mierzono wskaźnikiem usuwania barwnika. Wadą tego doświadczalnego podejścia było pokolorowanie zębów z tworzywa w sposób niesymulujący przylegania biofilmu płytki nazębnej do naturalnych zębów. Dlatego Volpenhein i wsp. opracowali czerwoną powłokę, imitującą płytkę nazębną, zawierającą ester etylu i kopolimer. Ręczne szczoteczki do zębów były poruszane nad modelem uzębienia pod dwoma kątami (45° i 90º) w trzech kierunkach (poziomo, pionowo i obrotowo) [5]. Skuteczność szczotkowania oceniano optycznie w 10-krotnym powiększeniu jako skuteczność usuwania powłoki. Biorąc pod uwagę zmienność protokołu, było to pierwsze urządzenie w stylu robotopodobnym.

Pierwszy 6-osiowy robot został użyty do symulowania 3-wymiarowych wzorców szczotkowania elektrycznych szczoteczek do zębów. Modele uzębienia barwiono farbką wodną i szczotkowano przez 1 minutę. Dwóch badaczy w sposób zaślepiony oceniało wyniki za pomocą zmodyfikowanego wskaźnika płytki nazębnej [6, 7]. Ocenę skuteczności czyszczenia zębów ulepszono przez wsparcie komputerowym systemem wizyjnym [8]. Ostatnio za pomocą robota testowano skuteczność głowicy szczotkującej, oceniając obszar pokryty substytutem płytki nazębnej w 3-wymiarowym systemie laserowym [9]. Przez 10 lat maszyna szczotkująca opracowana przez Imfelda i wsp. stała się dobrze ugruntowaną metodą oceny in vitro skuteczności czyszczącej ręcznych i elektrycznych szczoteczek do zębów [10-12]. Badane szczotki umieszczano w maszynie poruszającej się nad modelem przedniego lub tylnego segmentu uzębienia. Czarne powierzchnie zębów pokryto białym roztworem tlenku tytanu w etanolu, co imitowało ich pełne pokrycie nagromadzoną płytką nazębną. Powierzchnie, które pozostawały czarne po szczotkowaniu, obrazowano cyfrowo i analizowano planimetrycznie.

Wskaźnik płytki NPI (Navy Plaque Index) wprowadzili Elliot i wsp., by ułatwić ocenę płytki w badaniach klinicznych, dzieląc policzkowe powierzchnie zębów na sześć obszarów: trzy dziąsłowe, przyśrodkowy, boczny i sieczny [13]. Biorąc pod uwagę testowanie produktów do higieny jamy ustnej, Rustogi i wsp. zmodyfikowali NPI przez dodanie trzech dodatkowych stref w regionie przydziąsłowym [14]. Claydon i Addy zmodyfikowali ten wskaźnik, używając do oceny planimetrii [15]. Po ujawnieniu płytki nazębnej wykonywano standaryzowane klinicznie zdjęcia, oceniając łącznie 576 pól planimetrycznych u jednego pacjenta. Powodowało to lepsze rozróżnienie stopnia usunięcia płytki z poszczególnych zębów. Toteż obecnie wskaźnik planimetryczny jest dobrze ugruntowaną metodą oceny z racji powtarzalności, możliwości zaślepienia i bezpiecznej dokumentacji.Podsumowując, istnieją zaawansowane metodologie oceny skuteczności czyszczenia zębów in vitro, jednakże żadna z nich nie została klinicznie potwierdzona. Istnieją również dobrze ugruntowane i dostarczające powtarzalnych wyników systemy oceny klinicznej płytki nazębnej. Toteż celem publikowanego badania było przerzucenie pomostu nad luką pomiędzy skutecznością kliniczną szczotkowania zębów przez pacjentów a symulacją in vitro za pomocą sześcioosiowego robota z niezwykłą elastycznością programu.

Metody

Program kliniczny 

Badanie uzyskało aprobatę komisji etycznej Uniwersytetu Witten/Herdecke (No. 55/2007) i zostało przeprowadzone zgodnie z wytycznymi Dobrej Praktyki Klinicznej. Badani otrzymali ustne i pisemne informacje o badaniu oraz wyrazili poinformowaną zgodę na uczestnictwo. Badanie było randomizowane, trzyetapowe, pojedynczo zaślepione w schemacie równoległym i obejmowało 27 studentów stomatologii (12 mężczyzn, 15 kobiet, wiek 19-28 lat). Głównym celem była ocena planimetryczna skuteczności usuwania płytki nazębnej za pomocą dwóch szczoteczek do zębów trzema kolejnymi technikami szczotkowania (poziomo, obrotowo, pionowo) z siłą nacisku 3,5 N; wszystkie istotne warunki przeniesiono do programu automatycznego. Ochotnicy byli rekrutowani zgodnie z kryteriami włączenia: dobry stan zdrowia, brak aparatów ortodontycznych lub ruchomych protez zębowych, zdrowe zęby bez próchnicy i bez cech zapalenia przyzębia (dolne siekacze i prawe dolne przedtrzonowce i trzonowce). Wszyscy badani przed każdym z trzech etapów badania poddawani byli profesjonalnemu oczyszczaniu zębów, po czym następowała 3-dniowa przerwa umożliwiająca nagromadzenie się płytki. Płytkę wybarwiano i dokumentowano fotograficznie przed (fot. 1 A-C) i po szczotkowaniu zębów (fot. 1 D-F). Każdemu badanemu przed szczotkowaniem prezentowano wideoklip obrazujący zalecaną technikę. Siłę nacisku 3,5 N skalibrowano przez szczotkowanie modelu uzębienia umieszczonego na wadze. Podczas szczotkowania badani oglądali ten sam wideoklip, który był użyty do kalibrowania. Badani w kolejnych etapach szczotkowali zęby 33-47 jedną z trzech zalecanych technik (poziomą, obrotową, pionową), każdy ząb po 20 s, od strony policzkowej i od strony językowej. Po każdym etapie następowała 4-dniowa przerwa, po której przechodzono do kolejnej metody szczotkowania, zaczynając od fachowego oczyszczania i przerwy na nagromadzenie płytki. Porównano dwie różne szczoteczki do zębów, z główkami praktycznie tej samej wielkości: Dr.Best® Plus Medium, z główką złożoną z 43 kępek i płasko przyciętym włosiem (n = 13) i Dr.Best® Interdent Medium (GlaxoSmithKline, Niemcy) z główką złożoną z 42 kępek i włosiem przyciętym w trójkąt (n = 14) (fot. 2).

Program automatyczny

Głównym celem programu automatycznego było staranne przygotowanie robota do pracy zgodnie ze wszystkimi standaryzowanymi parametrami klinicznymi, aby móc porównać skuteczność usuwania płytki nazębnej jako dowody walidacji klinicznej. Schemat programu klinicznego został przeniesiony do pamięci 6-osiowego robota FS 02 N (Kawasaki Robotics, Japonia), tak aby czas szczotkowania, siła nacisku, kąt przyłożenia i ruchy szczotki odzwierciedlały parametry próby klinicznej (fot. 3). Sztuczne zęby 33-47 (KaVo, Niemcy) zostały pokryte substratem imitującym płytkę. Aby zapewnić jednakową spójność i grubość sztucznej płytki, użyto drugiego robota, który pokrywał zęby i automatycznie suszył powłokę. Do każdego cyklu używano nowego zestawu zębów (D) i nowej szczoteczki. Szczoteczka była wkładana w indywidualny uchwyt, by zapewnić odpowiednie dopasowanie, po czym była wyśrodkowywana we wszystkich osiach przestrzennych na siatce kalibrującej (B). Następnie kalibrowano siłę nacisku do całkowitej 3,5 N na dwóch oddzielnych tarczach (C), by zapewnić taką samą siłę szczotkowania na dalszym i bliższym końcu główki szczotki (fot. 3 A-D). Wszystkie trzy techniki szczotkowania powtórzono siedmiokrotnie dla każdego modelu szczoteczki do zębów, a efekt szczotkowania udokumentowano fotograficznie takim samym sprzętem jak w programie klinicznym. Dokumentacja zdjęciowa odtwarzała takie same procedury, kąt ustawienia kamery i umieszczenie lustra (fot. 1 G-I). Podczas badania utrzymywano stałą temperaturę pokojową i wilgotność. Działanie robota było ciągle nadzorowane przez serwisantów Kawasaki. Cały proces badania i obliczeń był niezależnie oceniony i zatwierdzony przez niemiecką Państwową Agencję Badań Materiałowych [16].

Punktacja

Zdjęcia wykonane podczas realizacji programu klinicznego i automatycznego zostały skategoryzowane, zaślepione i ocenione przez wykwalifikowanego badacza za pomocą wskaźnika planimetrycznego [15], z 9 polami od strony policzkowej i 9 od strony językowej wszystkich zębów (0 – brak płytki nazębnej; 1 – obecna płytka nazębna lub jej pozostałości).

Statystyka

Wyniki wskaźnika planimetrycznego poddano analizie statystycznej za pomocą t-testu, F-testu i testu Wilcoxona dla par. Wartości odbiegające od standardowych zostały wykryte przed analizą za pomocą testu Grubbsa. Z powodu niejednakowej liczebności próby (n1 = 27, n2 = 14) użyto modyfikacji t-testu (Test SATTERTHWAITE-WELCH) w celu obliczenia średnich wartości pozostałości płytki nazębnej u badanych i w modelu automatycznym. Korelacja skuteczności usuwania płytki nazębnej w programie klinicznym i automatycznym została wyliczona za pomocą współczynnika korelacji rang Spearmana, a różnice skuteczności pomiędzy trzema technikami szczotkowania i dwoma szczoteczkami do zębów sprawdzono w analizie wielu zmiennych (patrz [17] dla statystyki nieparametrycznej i [18] dla t-testu i analizy wielu zmiennych).

Dodatkowe testy statystyczne przeprowadzono z wykluczeniem pól planimetrycznych A, B i C (przy linii dziąseł), aby ocenić wpływ imitacji dziąseł w modelu uzębienia. Jednakże liczba znamiennych różnic średnich wartości pozostałości płytki nazębnej u badanych i w modelu automatycznym nie uległa zmianie, toteż do ostatecznych obliczeń użyto wszystkich 9 pól planimetrycznych.

Wyniki

Program kliniczny

Obie testowane szczoteczki do zębów usunęły zabarwioną płytkę we wszystkich trzech technikach szczotkowania i we wszystkich badanych zębach z nieznamienną różnicą statystyczną (technika pozioma: powierzchnia językowa t = 0,03 (p > 0,10), policzkowa t = -1,79 (0,05 < p < 0,10); technika obrotowa: powierzchnia językowa t = 0,24 (p > 0,10), policzkowa t = -0,89 (p > 0,10); technika pionowa: powierzchnia językowa t = -0,15 (p > 0,10), policzkowa t = -0,69 (p > 0,10). Średnie wartości liczby pól z pozostałościami płytki nazębnej wynosiły 1,96-3,81 przy technice poziomej, 1,59-4,37 przy technice obrotowej i 2,00-4,33 przy technice pionowej (z wyjściową liczbą 9 pól na każdą powierzchnię zęba, całkowicie pokrytych płytką). Skuteczność czyszczenia była raczej specyficzna dla zęba niż dla powierzchni. Siekacze i kły zostały oczyszczone najlepiej, następnie zęby przedtrzonowe, natomiast z trzonowców udało się usunąć wyraźnie mniejszą część płytki nazębnej. Językowe powierzchnie zębów trzonowych były oczyszczone lepiej niż policzkowe. Natomiast powierzchnie policzkowe zębów przedtrzonowych, kłów i siekaczy – lepiej niż językowe (tab. 1).

Program automatyczny 

Obie przebadane szczoteczki do zębów usuwały imitację płytki nazębnej we wszystkich trzech technikach szczotkowania z wymiernymi różnicami statystycznymi (technika pozioma: powierzchnia językowa t = 4,55 (p < 0,01), policzkowa t = 4,04 (p < 0,01); technika obrotowa: powierzchnia językowa t = 2,99 (0,01 < p < 0,05), policzkowa t = 5,90 (p < 0,01); technika pionowa: powierzchnia językowa t = -5,34 (p < 0,01), policzkowa t = -5,89 (p < 0,01). Średnia liczba pól z pozostałościami płytki nazębnej wyniosła 0,21-5,14 (technika pozioma), 0,64-4,50 (technika obrotowa) i 2,00-4,33 (technika pionowa) (tab. 1).

Skuteczność czyszczenia była ponownie bardziej specyficzna dla zęba niż dla powierzchni. Siekacze, kły i zęby przedtrzonowe zostały oczyszczone lepiej niż trzonowce. Większość powierzchni policzkowych, z wyjątkiem drugiego zęba przedtrzonowego, wykazywała mniej pozostałości imitowanej płytki nazębnej w porównaniu z powierzchniami językowymi.

Porównanie skuteczności robota z programem klinicznym

Całkowita skuteczność usuwania płytki z tych samych zębów przez robota szczotkującego była znacznie wyższa w porównaniu ze szczotkowaniem przez badanych przy użyciu takich samych szczoteczek, takich samych ruchów czyszczących i siły nacisku. Natomiast oba zęby trzonowe wykazywały od strony językowej więcej pozostałości płytki nazębnej niż w danych klinicznych (tab. 1). Niemniej znamienne różnice wskaźnika planimetrycznego między programami były raczej niewielkie, biorąc pod uwagę maksymalną wartość 9 (we wszystkich polach obecne pozostałości płytki nazębnej) i minimalną 0 (w żadnym polu nie stwierdza się pozostałości płytki nazębnej). W obu programach dane wykazywały taki sam trend w kierunku specyficzności skuteczności czyszczenia dla określonych zębów, jak również dla różnic pomiędzy powierzchniami językowymi i policzkowymi oraz między planimetrycznymi polami ryzyka przydziąsłowymi (pola B i C) i międzyzębowymi (pola D i F). Rys. 1 pokazuje podobieństwo skuteczności usuwania płytki z zębów badanych oraz z modelu uzębienia. Na rys. 2 wskazane są podobne, specyficzne dla zębów, różnice w skuteczności programu klinicznego i automatycznego. Współczynnik korelacji rang Spearmana potwierdził wysoką korelację różnic pomiędzy poszczególnymi zębami czyszczonymi przez badanych i przez robota (rys. 2). Analiza wielu zmiennych nie wykazała żadnych statystycznie znamiennych różnic skuteczności usuwania płytki nazębnej przy stosowaniu różnych technik szczotkowania zarówno w programie klinicznym, jak i automatycznym.

Wyliczenie sumy najmniejszych kwadratów (OLS) z pozostałościami płytki nazębnej jako zmiennej endogennnej dla programu klinicznego i automatycznego przeprowadzono wg następującego wzoru (patrz [18] i [19] dla analizy wielu zmiennych):

PŁYTKA = C + π1BMH + π2TBA + π3LING + π4ABS1 + π5ABS2 + ε

z: BMH = pozioma technika szczotkowania, TBA = wykorzystanie szczoteczki do zębów A, LING = powierzchnia językowa, ABS1 = siekacze i kły oraz ABS2 = zęby przedtrzonowe jako zmienne pomocnicze.

Tab. 2 prezentuje wyliczone współczynniki i znamienne wartości testu. Wyniki wyliczenia OLS dla pozostałości płytki nazębnej w programach klinicznym i automatycznym są na ogół zgodne: wzorzec ruchu czyszczącego ma mały wpływ na rozległość pozostałości płytki nazębnej. Szczoteczka A pozostawia znamiennie więcej pozostałości płytki nazębnej niż szczoteczka B. Powierzchnie językowe były znacznie lepiej oczyszczone niż policzkowe, a pozostałości płytki nazębnej były znacznie większe na zębach trzonowych.

Zwłaszcza wyliczone współczynniki dla szczoteczek do zębów mają duże znaczenie. W obydwu przypadkach (dane z programu klinicznego i automatycznego) wykazują znamienne różnice. W programie klinicznym używanie szczoteczki A pozostawiało o 6,74% więcej płytki nazębnej niż szczoteczki B (t = 4,45; p < 0,01); w programie automatycznym o 5,87%, co było również wysoce znamienne (t = 7,66; p < 0,01).

Dyskusja

Laboratoryjne testowanie skuteczności czyszczącej różnych modeli szczoteczek do zębów jest istotne dla rozwoju nowych prototypów i dla konsumentów zainteresowanych doskonaleniem higieny jamy ustnej. Dlatego każdy test laboratoryjny powinien być jak najbliższy prawdziwych warunków klinicznych. W tym sensie posługiwanie się testem automatycznym ma wiele zalet. Dotyczy to programowania („uczenie robota”) i standaryzacji każdego ruchu szczotkowania, kalibracji różnych sił nacisku i czasu czyszczenia. Dostępne są systemy planimetrycznej oceny wskaźnika płytki nazębnej i możliwe są testy badawcze z pięcioma cyklami lub statystycznie poprawnymi testami z siedmioma cyklami na badaną szczotkę, na badany ruch itd. Jednakże warunkiem wstępnym jakiegokolwiek klinicznego istotnego wniosku, dotyczącego skuteczności usuwania płytki przez szczoteczki do zębów, jest walidacja kliniczna dość skomplikowanego programu badania automatycznego. Wobec tego głównym celem badania było opracowanie i walidacja testu przeprowadzonego za pomocą robota szczotkującego w dwóch krokach.

Pierwszym krokiem była standaryzacja zalecanych ruchów szczotkujących, z typową siłą nacisku i typowym czasem czyszczenia, za pomocą czułego systemu planimetrycznej oceny pozostałości płytki nazębnej, nadającego się do zastosowania zarówno w programie klinicznym, jak i automatycznym. Następnie przełożono parametry kliniczne na program automatyczny.

Drugi krok stanowiło porównanie skuteczności usuwania płytki w programie klinicznym i automatycznym oraz potwierdzenie statystyczne korelacji obu zestawów danych, by uznać robota za klinicznie sprawdzonego.

Liczba badanych spełniała wymagania dla klinicznych testów szczoteczek do zębów zgodnie z wytycznymi programowymi ADA [20]. Używana siła nacisku (3,5 N) była nieco większa niż średnia siła nacisku wywieranego przez nieprzeszkolone osoby dorosłe – 2,3 N (+/- 0,7), ale w zasięgu zakresu dopuszczalnej normy do 4,0 N [21, 22]. Czas szczotkowania – po 20 s od strony językowej i policzkowej dla dwóch sekstantów – daje sumę 120 s dla całości uzębienia. Jest to nieco więcej niż średni czas mycia zębów przez nieprzeszkolone osoby 96 s +/- 36 s [22].

Wszystkie opracowane do tej pory testy in vitro mogą mierzyć szczególne aspekty usuwania płytki, jak penetracja przestrzeni międzyzębowych, siła nacisku szczoteczki, czas i technika szczotkowania zębów, jednak żaden nie obejmował symulacji biofilmu na powierzchniach zęba [2, 3, 7, 10]. Żadna z opracowanych dotąd automatycznych metod testowania nie mogła zadowalająco odwzorować złożonego procesu mycia zębów przez człowieka, powodującego oczyszczenie ich z dość lepkiego biofilmu płytki nazębnej.

Według najobszerniejszego badania Claydona i wsp., porównującego profesjonalne usuwanie płytki nazębnej (z użyciem ośmiu markowych szczoteczek do zębów), skuteczność tego procesu była wyraźnie specyficzna dla zęba i powierzchni zęba, nie wykazując znamiennej różnicy między górnymi i dolnymi łukami zębowymi [23]. Wobec tego w badaniu założono, że dwa sekstanty zębów dolnych (siekacze, kły, przedtrzonowce i trzonowce) będą reprezentatywne dla całego uzębienia. Lewy dolny kieł i prawy dolny ząb mądrości były włączone do schematu, by zachować międzyzębowe pola planimetryczne, ale nie były oceniane. Claydon i wsp. również wykazali, że nie ma żadnych znamiennych różnic pomiędzy ośmioma szczoteczkami do zębów. Wspiera to również „wniosek, że użytkownik jest zdecydowanie najbardziej znaczącą zmienną” [23].

Zależność gromadzenia się płytki nazębnej i jej usuwania od zęba i od powierzchni zęba jest spowodowana różnicami w ich wielkości, morfologii i położeniu. Na indywidualne wzorce mogą również wpływać różnice pomiędzy zgryzem prawidłowym i nieprawidłowym. Średnie wartości usuwania płytki nazębnej dla poszczególnych zębów i ich poszczególnych powierzchni w klinicznym ramieniu badania korelowały znamiennie ze średnimi wartościami w ramieniu automatycznym. Jednakże skuteczność czyszczenia jest znamiennie wyższa po szczotkowaniu automatycznym niż klinicznym. Toteż program automatyczny unika jakiejkolwiek indywidualnej adaptacji ruchów szczotkowania i stosowania siły nacisku innej niż w ustalonym standardzie. Aby zbadać skuteczność szczotkowania jako taką, robot ze standaryzowanym programem wydaje się mieć przewagę nad testowaniem klinicznym, jeśli chodzi o takie parametry, jak: model główki szczoteczki, liczba i wielkość włókien, ich twardość i układ.

Starcie i erozja, zużycie zęba to procesy fizycznie różne od delikatnego szczotkowania. Zatem szczoteczka do zębów ma na celu częściowe oczyszczenie (nie odrapywanie i ścieranie) biofilmu nagromadzonego na zębach, by zapobiegać gromadzeniu się płytki. Rosema i wsp. wykazali, iż „pasta do zębów nie wykazywała dodatkowego działania w aspekcie skuteczności doraźnego usuwania płytki nazębnej” za pomocą nowych i używanych ręcznych szczoteczek do zębów [24]. Te wyniki, jak również inne badania kliniczne [23], wspierają podejście zastosowane w publikowanym badaniu, by nie używać pasty do zębów, badając usuwanie realnej lub imitowanej płytki nazębnej. Automatyczna technika szczotkowania zębów może być zastosowana w modelach z maskami dziąsłowymi, imitującymi uzębienie stałe i mieszane, a przy adaptacji wskaźnika planimetrycznego również bez masek, co imituje recesję dziąseł [25]. Ostatnio przeprowadzono walidację kliniczną robota testującego szczoteczki do zębów dla dzieci z uzębieniem mlecznym [26].

Z powodu krótkich cyklów życiowych nowych wzorów szczoteczek do zębów istnieje potrzeba szybkiego i niezawodnego badania prototypów i nowych modeli. Jednym z wymogów stawianych przed opracowaniem nowego projektu szczoteczki do zębów jest, by usuwała ona płytkę nazębną co najmniej tak skutecznie jak jej poprzedniczka. Testy kliniczne zwykle nie mogą wychwycić niewielkich różnic pomiędzy modelami szczoteczek do zębów i dlatego nie są idealne we wczesnych stadiach procesu wdrożeniowego. Główne zalety proponowanego testu automatycznego to odtwarzalność warunków badania i dokładna rejestracja danych. Po walidacji klinicznej metodologia automatyczna może pozwolić na prognozowanie klinicznej skuteczności szczotkowania zębów.

Indywidualne zestawy danych dotyczące ryzyka pozostałości płytki nazębnej na ich poszczególnych powierzchniach i polach planimetrycznych mogą być zebrane w bankach danych, gdzie są dostępne do standaryzacji dla wielu różnych prototypów szczoteczek do zębów i modeli obecnych na rynku.

Rys. 1. Porównanie różnych technik szczotkowania przez robota i osoby badane. Skumulowana liczba niecałkowicie oczyszczonych pól planimetrycznych zębów 32-47 dla obu szczoteczek do zębów, wszystkich badanych i wszystkich cykli automatycznych (całkowita liczba pól 9 x 9 = 81). Objaśnienie: Liczba obserwacji: n = 27 osób badanych; n = 14 cykli automatycznych. Średnia wartość danej serii oznaczona jest czarnym punktem, podczas gdy mediana jest przedstawiona jako linia wykreślona przez środek słupka. Słupek reprezentuje środkowe 50 procent danych. Z obu stron ma połączenie z ostatnim punktem w granicach 1,5* zakresu międzykwartylowego od 1 do 3 kwartyla. Punkty na zewnątrz oznaczone (°) odzwierciedlają wartości odstające.  Nad diagramami: 1 i 2 od lewej – technika szczotkowania horyzontalna, 3 i 4 – obrotowa, 5 i 6 – pionowa; nieparzyste – strona ustna, parzyste – strona policzkowa. 

Rys. 2. Korelacja nieoczyszczonych pól planimetrycznych (zakres 0-9 pól) w teście klinicznym vs automatycznym.

Wzorce czyszczenia kolejnych zębów 32 do 47, szczoteczka do zębów A (Plus) vs B (Interdent). Skuteczność czyszczenia przez robota jest nieco wyższa niż przez badane osoby (oprócz strony językowej zęba 46 i 47) pod względem średnich wartości pól językowych (diagram lewy) i policzkowych (diagram prawy) z pozostałościami płytki nazębnej. Liczba obserwacji: n = 27 program kliniczny; n = 14 program automatyczny. Współczynnik korelacji Spearmana: strona językowa: B (poz.) vs. B (obr.): r = 0,62 (0,05 < p < 0,10). B (poz.) vs A (poz.): r = 0,68 (0,01 < p < 0,05). B (poz.) vs A (obr.): r = 0,80 (p < 0,01). B (obr.) vs. A (poz.): r = 0,73 (0,01 < p < 0,05). B (obr.) p-ko A (obr.): r = 0,87 (p < 0,01). A (poz.) vs A (obr.): r = 0,83 (p < 0,01). Strona policzkowa: B (poz.) vs B (obr.): r = 0,80 (p < 0,01). B (poz.) vs A (poz.): r = 0,48 (p > 0,10). B (poz.) vs A (obr.): r = 0,73 (0,01 < p < 0,05). B (obr.) vs A (obr.): r = 0,45 (p > 0,10). B (obr.) vs A (obr.): r = 0,77 (p < 0,01). A (poz.) vs A (obr.): r = 0,60 (0,05 < p < 0,10). 

Wnioski

Uzyskano potwierdzenie kliniczne przydatności planimetrycznego wskaźnika płytki nazębnej dla wszystkich zębów reprezentatywnego modelu stałego uzębienia. Dlatego nowa metoda automatycznego testowania szczotkowania zębów może być polecana w celu powtarzalnej oceny kontroli płytki nazębnej i skuteczności czyszczącej różnych modeli szczoteczek do zębów oraz technik szczotkowania.

Konflikt interesów

Autorzy oświadczają, że nie zachodzi żaden konflikt interesów. Badanie wspierały firmy GlaxoSmithKline i M + C-Schiffer.

Udział autorów

T.L. opracował projekt badania, przetransponował dane kliniczne do programu automatycznego i brał udział w pisaniu pracy; S.S. był odpowiedzialny za program kliniczny; B.J. dokonała obliczeń statystycznych; P.G. kierował projektem i przygotowywał tekst pracy. Wszyscy autorzy przeczytali i zatwierdzili ostatnią wersję.

Tłumaczenie

lek. med. Dorota Tukaj

„BMC Oral Health”, 2014, 14:82

Piśmiennictwo:

1. Deacon S.A., Glenny A.M., Deery C. i wsp.: Different powered toothbrushes for plaque control and gingival health. „Cochrane Database of Systematic Reviews” 2010. Issue 12. Art. No.: CD004971. doi:10.1002/14651858.CD004971.pub2

2. Arnold M., Trost G.: Über die Abhängigkeit des Putzeffektes von verschieden Formen des Bürstenkopfes. „Dtsch Stomatol” 1972, 22:46-53.

3. Nygaard-Østby P., Edwardsen S., Spydevold B.: Access to interproximal tooth surfaces by different bristle designs and stiffness of toothbrushes. „Scan J Dent Res” 1979, 87:424-430.

4. Rawls H.R., Smith N.K., Lentz D.L., Cobb G.W.: Interproximal penetration of commercial toothbrushes as determined by static and dynamic tests using recommened brushing techniques. „J Clin Dent” 1993, 4:88-95.

5. Volpenhein D.W., Walsh M.D., Dellermann P.A., Burkett T.A.: A new method for in vitro evaluation of the interproximal penetration of manual toothbrushes. „J Clin Dent” 1994, 5:27-33.

6. Ernst C.P., Willershausen B., Driese G. i wsp.: A robot system for evaluating plaque removal efficiency of toothbrushes in vitro. „Quintessence Int” 1997, 28:441-445.

7. Driesen G.M., Warren P.R., Hilfinger P. i wsp.: The development of the Braun Oral-B Ultra Plaque Remover: an in vitro robot study. „Am J Dent” 1996, 9:13-17.

8. Driesen G.M., Warren P.R., Bielfeldt U., Helbig G.: A laboratory comparison of the efficacy of battery-operated, non-rechargeable power toothbrushes. „Am J Dent” 2001, 14(Sec No):5B-8B.

9. Kaiser E., Thurnay S., Markgraf D. i wsp.: Brush head wear, subject-perceived and laboratory cleaning performance of two oscillating-rotating electric toothbrush heads over 3 months. „Am J Dent” 2012, 25:84-90.

10. Imfeld T., Sener B., Simonovic I.: In-Vitro-Untersuchung der mechanischen Wirkung von handelsüblichen Handzahnbürsten. „Acta Med Dent Helv” 2000, 5:37-47.

11. Schaetzle M., Imfeld T., Sener B., Schmidlin P.R.: In vitro tooth cleaning efficacy of manual toothbrushes around brackets. „Eur J Orthod” 2009, 31:103-107.

12. Schaetzle M., Sener B., Schmidlin P.R. i wsp.: In vitro tooth cleaning efficacy of electric toothbrushes around brackets. „Eur J Orthod” 2010, 32:481-489.

13. Elliot J.R., Bowers G.M., Clemmer B.A., Rovelstad G.H.:
Evaluation of an oral physiotherapy center in the reduction of bacterial plaque and periodontal disease. „J Periodontol” 1972, 43:221-224.

14. Rustogi K.N., Curtis J.P., Volpe A.R. i wsp.: Refinement of the modified navy plaque index to increase plaque scoring efficiency in gumline and interproximal tooth areas. „J Clin Dent” 1992, 3:9-12.

15. Claydon N., Addy M.: The use of planimetry to record and score the modified Navy Index and other area-based plaque indices. A comparative toothbrush study. „J Clin Periodontol” 1995, 22:670-673.

16. Stagge P., Krollmann F.H., Veith F.: Report A 07 1086. Germany: MPA Darmstadt; 2007.

17. Sidney S., Castellan N.J.: Nonparametric Statistics for the Behavioral Sciences. Second edition. New York: McGraw Hill; 1988.

18. Gujarati D.N.: Basis Econometrics. Fourth edition. New York: McGraw Hill; 2003.

19. Greene W.H.: Econometric Analysis. Second edition. New York: Macmillan; 1990.

20. ADA American Dental Association: Acceptance Program Guidelines Toothbrushes. Council on Scientific Affairs; 2012. http://www.ada.org/sections/scienceAndResearch/pdfs/guide_toothbrushes.pdf webcite [accessed May 15, 2014]

21. Ganss C., Hardt M., Blazek D. i wsp.: Effects of toothbrushing force on the mineral content and demineralized organic matrix of eroded dentine. „Eur J Oral Sci” 2009, 117:255-260.

22. Ganss C., Schlueter N., Preiss S., Klimek J.: Tooth brushing habits in uninstructed adults – frequency, technique, duration and force. „Clin Oral Invest” 2009, 13:203-218.

23. Claydon N., Addy M., Scratcher C. i wsp.: Comparative professional plaque removal study using
8 branded toothbrushes. „J Clin Periodontol” 2002, 29:310-316.

24. Rosema M., Hennequin-Hoenderdos N.L., Versteeg P.A., Van der Weijden G.A.: Plaque removing efficacy of new and used manual toothbrushes – a professional brushing study. |Int J Dent Hygiene” 2013, 11:237-243.

25. Gaengler P., Lang T., Jennes B.: Computer-assisted planimetrical plaque assessment of robot tested toothbrushing. „J Dent Res” 2013, 92 (Spec. Issue) Abstract No. 3326.

26. Lang T., Jennes B., Gaengler P.: Clinical validation of robot tested toothbrushing of deciduous dentition. „J Dent Res” 2014, 93 (Spec. Issue) Abstract No. 494.

Autorzy i zdjęcia:

Tomas Lang, Sebastian Staufer, Barbara Jennes
ORMED – Instytut Medycyny Jamy Ustnej, Uniwersytet Witten/Herdecke, Witten (Niemcy)
Peter Gaengler
Dział Nauk o Zdrowiu, Wydział Stomatologii, Uniwersytet Witten/Herdecke, Witten (Niemcy)

Streszczenie:
Kliniczna walidacja laboratoryjnych testów szczotkowania zębów ma istotne zalety. Prezentowane badanie miało na celu wykazanie porównywalnej skuteczności czyszczenia zębów w nowej metodzie symulacji za pomocą robota oraz tradycyjnej klinicznej metody usuwania płytki nazębnej. (…) Automatyczny program symulujący realizowany przez robota wykazał dobrą korelację z klinicznie standaryzowanym szczotkowaniem zębów. Wobec tego może on służyć do szybkiego, powtarzalnego laboratoryjnego testowania szczotkowania zębów.