Aplicação da otimização por colônia de formigas em radiografias panorâmicas para obtenção da estimativa de idade dental

Abstract

Resumo: A Otimização por Colônia de Formigas (ACO) é técnica pode ser aplicada na solução de diversos tipos de problemas, inclusive no processamento e detecção de contornos de imagens. Por isso, este estudo tem por objetivo avaliar a aplicação da Otimização por Colônia de Formigas em radiografias panorâmicas para obtenção da estimativa de idade dental que na Odontologia Legal/Forense é uma forma de identificação humana reconstrutiva. A amostra constitui-se de 228 radiografias panorâmicas digitalizadas de pacientes que compõem o acervo do Laboratório de Imaginologia do curso de Odontologia da UFPR (Universidade Federal do Paraná), no período de janeiro de 2015 a agosto de 2018. Destas foram utilizados dados referentes ao sexo, data de nascimento, data de realização das radiografias e a idade cronológica em anos e meses. Também foram observados e classificados os estágios da mineralização dos dentes terceiros molares superiores e inferiores conforme os 8 estágios de Dermijian de A a H tanto nas radiografias panorâmicas originais quanto nas imagens decorrentes da aplicação da ACO. Após a aplicação da ACO a proporção de panorâmicas que tiveram bordas detectadas foi de 93,4%. Quanto ao desempenho da ACO na detecção de bordas foram obtidos elevados percentuais de acurácia 92,5%, sensibilidade de 95,8%, precisão de 96,2% e recall de 95,8%. Já na classificação dos contornos nos terceiros molares tanto por ACO como nas panorâmicas originais pelo método de Dermijian houve a predominância dos estágios G (raiz distal) e H (fechamento do ápice) indicando que a amostra é composta de indivíduos jovens e adultos, cuja idade cronológica média foi de 18,4 a 24,3 anos e para o feminino e de 18,4 anos a 24,1 anos para o sexo masculino. Na obtenção da estimativa da idade foram ajustados a estes dados modelos lineares generalizados com distribuição gama para ambos os sexos, sendo mostrados 20 valores ajustados e seus respectivos valores observados tanto para o sexo feminino quanto masculino em que as maiores diferenças entre a idade cronológica e sua estimativa (idade dental) foi de aproximadamente 1 a 3 anos para ambos os sexos considerada aceitável uma vez que em indivíduos adultos essa diferença pode ser bem maior. Palavras-chave: Algoritmo. Processamento de imagens. Detecção de bordas. Odontologia Legal/Forense. Identificação humana reconstrutiva. Modelo Linear Generalizado gama.

Abstract: Ant Colony Optimization (ACO) is a technique that can be applied to solve many types of problems, including image processing and contour detection. Therefore, this study aims to evaluate the application of Ant Colony Optimization in panoramic radiographs to obtain the dental age estimate that in Forensic / Legal Dentistry is a form of reconstructive human identification. The sample consists of 228 digitalized panoramic radiographs of patients that compose the collection of the Imaging Laboratory of the UFPR Dentistry Course (Federal University of Paraná), from january 2015 to august 2018. From these, data regarding gender, date of birth, date of radiographs and chronological age in years and months were used. The mineralization stages of the upper and lower third molars teeth were also observed and classified according to Dermijian's 8 stages from A to H in both the original panoramic radiographs and the images resulting from the application of ACO. After ACO application, the proportion of panoramic that had detected edges was 93,4%. Regarding the performance of ACO in edge detection, high percentages of accuracy 92,5%, sensitivity of 95,8%, precision of 96,2% and recall of 95,8% were obtained. In the classification of the contours in the third molars both by ACO and the original panoramic by the Dermijian method there was a predominance of stages G (distal root) and H (apex closure) indicating that the sample is composed of young and adult individuals, whose age mean chronological age ranged from 18,4 to 24,3 years and for females and from 18,4 years to 24,1 years for males. To obtain the age estimate, generalized linear models with gamma distribution for both sexes were adjusted to this data, showing 20 adjusted values and their respective values observed for both females and males where the greatest differences between chronological age and their the estimate (dental age) was approximately 1 to 3 years for both sexes considered acceptable since in adult individuals this difference may be much larger. Key-words: Algorithm. Image processing. Edge detection. Legal/Forensic Dentistry. Reconstructive human identification. Gamma Generalized Linear Model.