Ученые МФТИ в сотрудничестве с коллегами из РУДН (Институт цифровой стоматологии) разработали новый способ измерения толщины зубной эмали на палеонтологическом материале на основе предложенных подходов к интерпретации морфологии зубов и методов автоматизированной визуализации и обработки изображений. Результаты исследования опубликованы в The Journal of Imaging.
Зуб орангутанга с разрезами жевательной поверхности и средней линией, отмеченной зелеными точками. Источник: The Journal of Imaging
«Предложенные подходы обеспечивают возможность исследований толщины зубной эмали с применением автоматизированных методов. Это необходимо при более глубоких таксономических исследованиях и для разработки метрических и аналитических систем. Разработанная методика может найти применение и в клинической практике — для выявления функциональных изменений в жевательной системе», — рассказал Владимир Князь, заведующий лабораторией в МФТИ.
Измерение толщины зубной эмали — это важный этап эволюционных и стоматологических исследований. В палеонтологии и физической антропологии зубы являются одним из основных изучаемых объектов, поскольку они сохраняются лучше, чем скелет, из-за своего высокоминерализованного состава. Например, изучение зубов позволяет ученым проследить функциональные изменения в жевательной системе в результате эволюции одного вида.
Изначально на палеонтологическом материале изучали сколотые по естественным причинам зубы. Эти исследования показали, что толщина зубной эмали различается у разных видов, однако из-за разного наклона пролегающих трещин и сколов такой метод являлся неточным. Для получения достаточного уровня точности измерений были разработаны новые методики получения распилов зубов. Однако это приводило к повреждению изучаемого образца, что исключало возможность проведения исследований другими учеными, и было неприменимо для ценных археологических находок.
Сегодня измерение толщины эмали зубов производится при помощи ряда неразрушающих методов 3D-измерений, таких как компьютерная томография (КТ) и микро-КТ. Авторы работы предложили автоматизированные алгоритмы для ориентации и измерения толщины эмали, а также для измерения и сравнения сходных элементов на морфологически разных поверхностях эмали и дентина зубов.
«Наша работа была посвящена изучению морфологии зубов с помощью анализа трехмерных данных. Мы предложили автоматизированные алгоритмы, способные выполнять расчеты координат точек и анализ кривизны поверхности в представленной метрической методике, применяемые к реконструкциям эмалевых колпачков в режимах 2D и 3D», — пояснил Владимир Князь.
Благодаря предлагаемому автоматизированному методу становится возможным собирать более объективные, обширные, универсальные и морфологически значимые данные, которые могут относиться к измерению толщины как зубов, так и эмали. Кроме того, эти методы могут обеспечить быстрое накопление большого объема данных и облегчить картирование поверхностей и объемов зубов для изучения их особенностей.
Метод в рамках исследования был применен при изучении образцов зубов ископаемых гигантопитека — крупнейшего из обитавших в позднем миоцене, плиоцене и плейстоцене приматов и континентального подвида орангутана. Палеонтологический материал, представленный в статье, был получен в ходе раскопок, проведенных в карстовых пещерах, вымытых в известняковых и доломитовых породах на севере Вьетнама. Ученые планируют использовать эти методы на более широкой выборке в ближайшем будущем.
Владимир Князь добавляет: «Я как приглашенный редактор сейчас участвую в подготовке специального выпуска Journal of Imaging MDPI — “От визуализации к пониманию: методы и применение для мониторинга окружающей среды, инфраструктуры и человека”. Специальный выпуск организуется на базе проведенной нами в апреле 2023 конференции PSBB23, в которой МФТИ выступал в качестве соорганизатора. Приглашаю коллег, планирующих публиковать результаты своих исследований по данной тематике, ранее не опубликованные в других изданиях, в номер».
В исследовании участвовали ученые из МФТИ, РУДН (Института цифровой стоматологии), Государственного научно-исследовательского института авиационных систем, Палеонтологического института им. Борисяка РАН, Российско-вьетнамского Тропического научно-технологического центра и МГУ им. Ломоносова.
