Hiệu quả của chẩn đoán sâu răng giai đoạn sớm bằng phương pháp học máy.

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

BỘ Y TẾ

TRƯỜNG ĐẠI HỌC Y HÀ NỘI

MAI THỊ GIANG THANH

HIỆU QUẢ CỦA CHẨN ĐOÁN SÂU RĂNG
GIAI ĐOẠN SỚM BẰNG PHƯƠNG PHÁP
HỌC MÁY

LUẬN ÁN TIẾN SĨ RĂNG HÀM MẶT

HÀ NỘI - 2023


BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

BỘ Y TẾ

TRƯỜNG ĐẠI HỌC Y HÀ NỘI

MAI THỊ GIANG THANH

HIỆU QUẢ CỦA CHẨN ĐOÁN SÂU RĂNG
GIAI ĐOẠN SỚM BẰNG PHƯƠNG PHÁP
HỌC MÁY
Chuyên ngành
Mã số

: Răng Hàm Mặt
9720501

LUẬN ÁN TIẾN SĨ RĂNG HÀM MẶT

Người hướng dẫn khoa học:
1. GS.TS. Võ Trương Như Ngọc
2. PGS.TS. Ngô Văn Toàn

HÀ NỘI - 2023


LỜI CẢM ƠN
Tôi xin gửi lời cảm ơn chân thành nhất tới Ban giám hiệu, Phòng
QLĐT Sau đại học, Trường Đại học Y Hà Nội; Ban lãnh đạo, Phòng Đào tạo
– Nghiên cứu khoa học – Hợp tác quốc tế, Bộ môn Răng trẻ em, Viện Đào
tạo Răng Hàm Mặt đã tạo mọi điều kiện giúp đỡ tôi trong thời gian học tập
và nghiên cứu.
Tôi xin trân trọng cảm ơn Ban Lãnh đạo Khoa Răng Miệng, Bệnh viện
Hữu Nghị Việt Nam - CuBa; Viện Đào tạo Răng Hàm Mặt, Trường Đại học Y
Hà Nội; Trung tâm thực hành khám chữa bệnh - Trường Cao đẳng Y tế Hà
Đông đã tạo điều kiện cho tơi trong q trình thực hiện luận án.
Tơi xin bày tỏ lịng biết ơn chân thành và sâu sắc nhất tới GS.TS. Võ
Trương Như Ngọc, PGS.TS. Ngô Văn Tồn những người Thầy đáng kính ln
động viên, giúp đỡ tơi trong q trình thực hiện luận án.
Tơi xin gửi lời cảm ơn chân thành tới các thầy cô làm việc trong Lab
nghiên cứu tại Phịng Cơng nghệ đa phương tiện và thực tại ảo, Viện Công
Nghệ Thông Tin- Đại học Quốc gia Hà Nội đã luôn quan tâm, giúp đỡ trong
suốt q trình tơi thực hiện luận án.
Xin chân thành cảm ơn Ban giám hiệu trường Cao đẳng Y tế Hà Đông,

tập thể giảng viên nơi tôi công tác đã ln động viên, khuyến khích và tạo
điều kiện thuận lợi nhất trong suốt q trình tơi thực hiện luận án.
Xin bày tỏ lịng biết ơn vơ hạn đến cha mẹ kính yêu, chồng con và
những người thân trong gia đình đã kiên trì chia sẻ, động viên, ủng hộ tơi
trong suốt q trình học tập và nghiên cứu.
Cuối cùng, xin kính chúc các Thầy, Cơ, các bạn đồng nghiệp, anh chị
em, bạn bè luôn mạnh khỏe, đạt được nhiều thành tựu trong công tác, học tập
và nghiên cứu khoa học!
Nghiên cứu sinh

Mai Thị Giang Thanh


LỜI CAM ĐOAN
Tôi là Mai Thị Giang Thanh, nghiên cứu sinh khóa 37 Trường Đại học Y
Hà Nội, chuyên ngành Răng Hàm Mặt, xin cam đoan:
1. Đây là luận án do bản thân tôi trực tiếp thực hiện dưới sự hướng dẫn của
GS.TS. Võ Trương Như Ngọc và PGS.TS. Ngô Văn Tồn.
2. Cơng trình này khơng trùng lặp với bất kỳ nghiên cứu nào khác đã
được công bố tại Việt Nam.
3. Các số liệu và thông tin trong nghiên cứu là hồn tồn chính xác,
trung thực và khách quan, đã dược xác nhận và chấp thuận của cơ sở nơi
nghiên cứu.
Tơi xin hồn tồn chịu trách nhiệm trước pháp luật về những cam kết này
Hà Nội, ngày tháng năm 2023
Người viết cam đoan

Mai Thị Giang Thanh

DANH MỤC CÁC CHỮ, KÝ HIỆU VIẾT TẮT
Chữ viết tắt

Tiếng Việt

Tiếng Anh

AI

Trí tuệ nhân tạo

Artificial intelligence

AUC

Diện tích dưới đường cong

Area under the curve

CAD

Chẩn đốn có sự hỗ trợ của máy
tính

Computer-aided diagnosis

CNN

Mạng nơ ron tích chập

Convolutional Neural
Network

DD

Máy laser huỳnh quang Diagnodent

Diagnodent

ECC

Sâu răng ở trẻ em

Early Childhood Caries

ECM

Phát hiện sâu răng dựa trên phép đo
dịng điện

Electric Caries Monitor

Faster R-CNN Mơ hình Faster R-CNN

Faster Region- based
convolutional neural
network

FC

Chụp ảnh huỳnh quang

Fluorescence camera

FCNN

Mơ hình FCNN

Fourier Convolution
Neural Network

FOTI

Phương pháp soi qua sợi quang học

Fiber Optic
Transillummination

ICCMS

Hệ thống phân loại và quản lý sâu
răng quốc tế

International Caries
Classification and
Management System

ICDAS

Hệ thống đánh giá và phát hiện sâu

răng quốc tế

International Caries
Detection and Assessment
System


LF pen

Laser huỳnh quang

Pen-type laser
fluorescence

MDP

Chụp ảnh nha khoa bằng di động

Mobile dental photography

QLF

Định lượng ánh sáng huỳnh quang

Quantitative Light
Fluorescence

sROC

Tóm lược đặc tính đường cong

Summary receiver
operating characteristic
curves

SSD

Mơ hình SSD

Single shot detector

WHO

Tổ chức Y tế thế giới

World Health Organization

YOLO

Mơ hình YOLO

You only look once


MỤC LỤC
ĐẶT VẤN ĐỀ.................................................................................................. 1
Chương 1. TỔNG QUAN............................................................................... 3
1.1.

Tổn thương sâu răng giai đoạn sớm........................................................3

1.1.1. Khái niệm tổn thương sâu răng giai đoạn sớm........................................3
1.1.2. Mô bệnh học tổn thương sâu răng giai đoạn sớm................................... 4
1.1.3. Cơ chế bệnh sinh.....................................................................................5
1.1.4. Phân loại sâu răng................................................................................... 6
1.1.5. Chẩn đoán sâu răng............................................................................... 11
1.1.6. Dịch tễ học sâu răng giai đoạn sớm...................................................... 22
1.2.

Phân tích gộp (Meta- analysis) cho các nghiên cứu cắt ngang đánh giá

hiệu quả chẩn đoán..........................................................................................23
1.2.1. Định nghĩa Meta - analysis................................................................... 23
1.2.2. Định nghĩa độ nhạy, độ đặc hiệu và ROC.............................................26
1.3.

Mơ hình học máy trong hỗ trợ chẩn đoán nha khoa..............................28

1.3.1. Một số mơ hình học máy hỗ trợ trong chẩn đốn nha khoa..................30
1.3.2. Các nghiên cứu về sử dụng mơ hình học máy trong hỗ trợ chẩn đoán. 35
1.3.3. Một số hệ dữ liệu được xây dựng để chẩn đoán sâu răng tự động có sự
hỗ trợ của máy tính..........................................................................................38
Chương 2. ĐỐI TƯỢNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU.............41
2.1.

Nghiên cứu tổng quan hệ thống và phân tích gộp meta- analysis (mục

tiêu 1)...............................................................................................................41
2.1.1. Đối tượng nghiên cứu............................................................................41
2.1.2. Phương pháp nghiên cứu.......................................................................41

2 2. Nghiên cứu cắt ngang đánh giá hiệu quả chẩn đoán (mục tiêu 2 và 3)…46
2.2.1. Đối tượng nghiên cứu............................................................................46


2.2.2. Phương pháp nghiên cứu.......................................................................49
2.2.3. Quy trình tiến hành nghiên cứu.............................................................51
2.2.4. . Một số tiêu chuẩn đánh giá trong khám lâm sàng và cận lâm sàng…. 61
2.2.5. Các biến số nghiên cứu.........................................................................65
2.3.

Xử lý số liệu..........................................................................................66

2.4.

Sai số và hạn chế sai số trong nghiên cứu.............................................67

2.4.1. Sai số.....................................................................................................67
2.4.2. Biện pháp hạn chế sai số.......................................................................67
2.5.

Đạo đức nghiên cứu.............................................................................. 67

CHƯƠNG 3. KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU....................................................69
3.1.

Độ nhạy, độ đặc hiệu của một số phương pháp chẩn đoán sâu răng giai

đoạn sớm bằng phương pháp meta- analysis...................................................69
3.1.1. Tổng hợp tài liệu chọn lọc.....................................................................69
3.1.2. Tóm tắt đặc điểm các nghiên cứu......................................................... 70

3.1.3. Đánh giá chất lượng bài báo................................................................. 74
3.1.4. Độ nhạy và độ đặc hiệu.........................................................................74
3.1.5. Đường cong sROC................................................................................76
3.2.

Xây dựng hệ dữ liệu chuẩn hỗ trợ máy học để chẩn đoán sàng lọc sâu

răng giai đoạn sớm..........................................................................................79
3.2.1. Xây dựng hệ dữ liệu giai đoạn 1........................................................... 79
3.2.2. Xây dựng hệ dữ liệu giai đoạn 2........................................................... 81
3.3.

Độ nhạy, độ đặc hiệu của chẩn đoán sâu răng giai đoạn sớm bằng

phương pháp học máy.....................................................................................84
3.3.1. Thực trạng sâu răng...............................................................................84
3.3.2. Độ nhạy và độ đặc hiệu của chẩn đoán sâu răng giai đoạn sớm trên mặt
ngoài bằng phương pháp học máy...................................................................87
3.3.3. Độ nhạy và độ đặc hiệu của chẩn đoán sâu răng giai đoạn sớm trên mặt
nhai bằng phương pháp học máy.....................................................................97


Chương 4. BÀN LUẬN............................................................................... 108
4.1.

Độ nhạy, độ đặc hiệu của một số phương pháp chẩn đoán sâu răng giai

đoạn sớm bằng phương pháp meta- analysis.................................................108
4.2.

Xây dựng hệ dữ liệu chuẩn hỗ trợ máy học để chẩn đoán sàng lọc sâu

răng giai đoạn sớm........................................................................................ 113
4.2.1. Xây dựng hệ dữ liệu hỗ trợ máy học giai đoạn 1................................113
4.2.2. Xây dựng hệ dữ liệu hỗ trợ máy học giai đoạn 2................................116
4.3.

Độ nhạy, độ đặc hiệu của chẩn đoán sâu răng giai đoạn sớm bằng

phương pháp học máy................................................................................... 118
4.3.1. Bàn luận thực trạng sâu răng...............................................................118
4.3.2. Bàn luận độ nhạy và độ đặc hiệu của chẩn đốn sâu răng giai đoạn sớm
trên mặt ngồi răng bằng phương pháp học máy.......................................... 122
4.3.3. Bàn luận độ nhạy và độ đặc hiệu của chẩn đoán sâu răng giai đoạn sớm
trên mặt nhai bằng phương pháp học máy.................................................... 129
4.4.

Hạn chế nghiên cứu.............................................................................136

4.4.1. Hạn chế nghiên cứu trong xác định độ nhạy, độ đặc hiệu của một số
phương pháp chẩn đoán sâu răng giai đoạn sớm bằng phương pháp meta
analysis………..............................................................................................136
4.4.2. Hạn chế trong xây dựng hệ dữ liệu chuẩn hỗ trợ máy học để chẩn đoán
sàng lọc sâu răng giai đoạn sớm....................................................................137
4.4.3. Hạn chế trong đánh giá độ nhạy, độ đặc hiệu của chẩn đoán sàng lọc
sâu răng giai đoạn sớm bằng phương pháp học máy.................................... 141
4.5.

Điểm mới, tính giá trị và khả năng áp dụng của luận án.....................143

KẾT LUẬN.................................................................................................. 144
KHUYẾN NGHỊ..........................................................................................146
MỘT SỐ CƠNG TRÌNH KHOA HỌC ĐÃ CƠNG BỐ LIÊN QUAN
ĐẾN LUẬN ÁN
TÀI LIỆU THAM KHẢO
PHỤ LỤC


DANH MỤC BẢNG
Bảng 1.1:

Phân loại theo vị trí và kích thước................................................ 7

Bảng 1.2:

Tiêu chuẩn phát hiện sâu thân răng nguyên phát theo ICDAS.....9

Bảng 1.3:

Tiêu chuẩn phát hiện sâu thân răng nguyên phát theo ICCMS...10

Bảng 2.1:

Các bước thực hiện nghiên cứu tổng quan hệ thống áp dụng phân
tích gộp (meta-analysis)..............................................................42

Bảng 2.2:

Minh họa quá trình tìm kiếm nâng cao trên Pubmed..................43

Bảng 2.3:

Minh họa quá trình tìm kiếm nâng cao trên Cochrane................44

Bảng 2.4:

Các tiêu chuẩn lựa chọn và tiêu chuẩn loại trừ........................... 44

Bảng 2.5:

Thang phân loại sâu răng của thiết bị Diagnodent......................62

Bảng 2.6:

Các biến số nghiên cứu............................................................... 65

Bảng 3.1:

Tóm tắt đặc điểm các nghiên cứu............................................... 71

Bảng 3.2:

Đánh giá chất lượng bài báo....................................................... 74

Bảng 3.3:

Tỷ lệ ảnh có tổn thương sâu răng................................................80

Bảng 3.4:

Tỷ lệ mức độ tổn thương sâu răng theo các mặt răng.................80

Bảng 3.5:

Tỷ lệ ảnh có tổn thương sâu răng giai đoạn sớm........................82

Bảng 3.6:

Tỷ lệ răng có tổn thương sâu răng giai đoạn sớm.......................82

Bảng 3.7:

Tỷ lệ mặt răng tổn thương trên ảnh chụp mặt ngoài cung răng. .83

Bảng 3.8:

Tỷ lệ mặt răng tổn thương trên ảnh chụp mặt nhai.....................83

Bảng 3.9:

Đặc điểm chung của đối tượng nghiên cứu.................................84

Bảng 3.10: Tỷ lệ sâu răng trên mặt ngồi khi chẩn đốn bằng phương pháp
khám trực tiếp, laser huỳnh quang, khám qua ảnh......................84
Bảng 3.11: Tỷ lệ sâu răng trên mặt ngồi khi chẩn đốn bằng các phương
pháp học máy..............................................................................85
Bảng 3.12: Tỷ lệ sâu răng trên mặt nhai khi chẩn đoán bằng phương pháp
khám trực tiếp, laser huỳnh quang, khám qua ảnh......................86

Bảng 3.13: Tỷ lệ sâu răng trên mặt nhai khi chẩn đoán bằng các phương pháp
học máy.......................................................................................86
Bảng 3.14: Độ nhạy và độ đặc hiệu của phương pháp YOLOv3 khi chẩn đốn
sâu răng giai đoạn sớm trên mặt ngồi với tiêu chuẩn tham chiếu
là phương pháp khám trực tiếp................................................... 87
Bảng 3.15: Độ nhạy và độ đặc hiệu của phương pháp Faster R-CNN khi chẩn
đoán sâu răng giai đoạn sớm trên mặt ngoài với tiêu chuẩn tham
chiếu là phương pháp khám trực tiếp..........................................88
Bảng 3.16: Độ nhạy và độ đặc hiệu của phương pháp RetinaNet khi chẩn
đoán sâu răng giai đoạn sớm trên mặt ngoài răng với tiêu chuẩn
tham chiếu là phương pháp khám trực tiếp.................................88
Bảng 3.17: Độ nhạy và độ đặc hiệu của phương pháp SSD khi chẩn đoán sâu
răng giai đoạn sớm trên trên mặt ngoài với tiêu chuẩn tham chiếu
là phương pháp khám trực tiếp................................................... 89
Bảng 3.18: Độ nhạy và độ đặc hiệu của phương pháp YOLOv3 khi chẩn đoán
sâu răng giai đoạn có lỗ trên mặt ngồi với tiêu chuẩn tham chiếu
là phương pháp khám trực tiếp................................................... 89
Bảng 3.19: Độ nhạy và độ đặc hiệu của phương pháp Faster R-CNN khi chẩn
đốn sâu răng giai đoạn có lỗ trên mặt ngoài với tiêu chuẩn tham
chiếu là phương pháp khám trực tiếp..........................................90
Bảng 3.20: Độ nhạy và độ đặc hiệu của phương pháp RetinaNet khi chẩn
đốn sâu răng giai đoạn có lỗ trên mặt ngoài răng với tiêu chuẩn
tham chiếu là phương pháp khám trực tiếp.................................90
Bảng 3.21: Độ nhạy và độ đặc hiệu của phương pháp SSD khi chẩn đoán sâu
răng giai đoạn có lỗ trên trên mặt ngồi với tiêu chuẩn tham
chiếu là phương pháp khám trực tiếp..........................................91
Bảng 3.22: Độ nhạy và độ đặc hiệu của phương pháp laser huỳnh quang khi


chẩn đốn sâu răng giai đoạn sớm trên mặt ngồi với tiêu chuẩn

tham chiếu là phương pháp khám trực tiếp.................................91
Bảng 3.23: Độ nhạy và độ đặc hiệu của phương pháp laser huỳnh quang khi
chẩn đốn sâu răng giai đoạn có lỗ trên mặt ngoài với tiêu chuẩn
tham chiếu là phương pháp khám trực tiếp.................................92
Bảng 3.24: Độ nhạy và độ đặc hiệu của phương pháp khám qua ảnh khi chẩn
đoán sâu răng giai đoạn sớm trên mặt ngoài với tiêu chuẩn tham
chiếu là phương pháp khám trực tiếp..........................................92
Bảng 3.25: Độ nhạy và độ đặc hiệu của phương pháp khám qua ảnh khi chẩn
đốn sâu răng giai đoạn có lỗ trên mặt ngoài với tiêu chuẩn tham
chiếu là phương pháp khám trực tiếp..........................................93
Bảng 3.26: Độ nhạy và độ đặc hiệu của phương pháp YOLOv3 khi chẩn đoán
sâu răng giai đoạn sớm trên mặt ngoài với tiêu chuẩn tham chiếu
là phương pháp khám qua ảnh.................................................... 93
Bảng 3.27: Độ nhạy và độ đặc hiệu của phương pháp Faster R-CNN khi chẩn
đoán sâu răng giai đoạn sớm trên mặt ngoài với tiêu chuẩn tham
chiếu là phương pháp khám qua ảnh...........................................94
Bảng 3.28: Độ nhạy và độ đặc hiệu của phương pháp RetinaNet khi chẩn
đoán sâu răng giai đoạn sớm trên mặt ngoài với tiêu chuẩn tham
chiếu là phương pháp khám qua ảnh...........................................94
Bảng 3.29: Độ nhạy và độ đặc hiệu của phương pháp SSD khi chẩn đoán sâu
răng giai đoạn sớm trên mặt ngoài với tiêu chuẩn tham chiếu là
phương pháp khám qua ảnh........................................................ 95
Bảng 3.30: Độ nhạy và độ đặc hiệu của phương pháp YOLOv3 khi chẩn đốn
sâu răng giai đoạn có lỗ trên mặt ngồi với tiêu chuẩn tham chiếu
là phương pháp khám qua ảnh.................................................... 95
Bảng 3.31: Độ nhạy và độ đặc hiệu của phương pháp Faster R-CNN khi chẩn


đốn sâu răng giai đoạn có lỗ trên mặt ngồi với tiêu chuẩn tham
chiếu là phương pháp khám qua ảnh...........................................96

Bảng 3.32: Độ nhạy và độ đặc hiệu của phương pháp RetinaNet khi chẩn
đốn sâu răng giai đoạn có lỗ trên mặt ngoài với tiêu chuẩn tham
chiếu là phương pháp khám qua ảnh...........................................96
Bảng 3.33: Độ nhạy và độ đặc hiệu của phương pháp SSD khi chẩn đốn sâu
răng giai đoạn có lỗ trên mặt ngoài với tiêu chuẩn tham chiếu là
phương pháp khám qua ảnh........................................................ 97
Bảng 3.34: Độ nhạy và độ đặc hiệu của phương pháp YOLOv3 khi chẩn đoán
sâu răng giai đoạn sớm trên mặt nhai răng với tiêu chuẩn tham
chiếu là phương pháp khám trực tiếp..........................................97
Bảng 3.35: Độ nhạy và độ đặc hiệu của phương pháp Faster R-CNN khi chẩn
đoán sâu răng giai đoạn sớm trên mặt nhai răng với tiêu chuẩn
tham chiếu là phương pháp khám trực tiếp.................................98
Bảng 3.36: Độ nhạy và độ đặc hiệu của phương pháp RetinaNet khi chẩn
đoán sâu răng giai đoạn sớm trên mặt nhai răng với tiêu chuẩn
tham chiếu là phương pháp khám trực tiếp.................................98
Bảng 3.37: Độ nhạy và độ đặc hiệu của phương pháp SSD khi chẩn đoán sâu
răng giai đoạn sớm trên trên mặt nhai răng với tiêu chuẩn tham
chiếu là phương pháp khám trực tiếp (n=4046)..........................99
Bảng 3.38: Độ nhạy và độ đặc hiệu của phương pháp YOLOv3 khi chẩn đoán
sâu răng giai đoạn có lỗ trên mặt nhai răng với tiêu chuẩn tham
chiếu là phương pháp khám trực tiếp..........................................99
Bảng 3.39: Độ nhạy và độ đặc hiệu của phương pháp Faster R-CNN khi chẩn
đốn sâu răng giai đoạn có lỗ trên mặt nhai răng với tiêu chuẩn
tham chiếu là phương pháp khám trực tiếp...............................100
Bảng 3.40: Độ nhạy và độ đặc hiệu của phương pháp RetinaNet khi chẩn


đốn sâu răng giai đoạn có lỗ trên mặt nhai răng với tiêu chuẩn
tham chiếu là phương pháp khám trực tiếp...............................100
Bảng 3.41: Độ nhạy và độ đặc hiệu của phương pháp SSD khi chẩn đốn sâu

răng giai đoạn có lỗ trên trên mặt nhai răng với tiêu chuẩn tham
chiếu là phương pháp khám trực tiếp........................................101
Bảng 3.42: Độ nhạy và độ đặc hiệu của phương pháp laser huỳnh quang khi
chẩn đoán sâu răng giai đoạn sớm trên mặt nhai với tiêu chuẩn
tham chiếu là phương pháp khám trực tiếp...............................101
Bảng 3.43: Độ nhạy và độ đặc hiệu của phương pháp laser huỳnh quang khi
chẩn đốn sâu răng giai đoạn có lỗ trên mặt nhai với tiêu chuẩn
tham chiếu là phương pháp khám trực tiếp...............................102
Bảng 3.44: Độ nhạy và độ đặc hiệu của phương pháp khám qua ảnh khi chẩn
đoán sâu răng giai đoạn sớm trên mặt nhai với tiêu chuẩn tham
chiếu là phương pháp khám trực tiếp........................................102
Bảng 3.45: Độ nhạy và độ đặc hiệu của phương pháp khám qua ảnh khi chẩn
đoán sâu răng giai đoạn có lỗ trên mặt nhai với tiêu chuẩn tham
chiếu là phương pháp khám trực tiếp........................................103
Bảng 3.46: Độ nhạy và độ đặc hiệu của phương pháp YOLOv3 khi chẩn đoán
sâu răng giai đoạn sớm trên mặt nhai răng với tiêu chuẩn tham
chiếu là phương pháp khám qua ảnh.........................................103
Bảng 3.47: Độ nhạy và độ đặc hiệu của phương pháp Faster R-CNN khi chẩn
đoán sâu răng giai đoạn sớm trên mặt nhai răng với tiêu chuẩn
tham chiếu là phương pháp khám qua ảnh................................104
Bảng 3.48: Độ nhạy và độ đặc hiệu của phương pháp RetinaNet khi chẩn
đoán sâu răng giai đoạn sớm trên mặt nhai răng với tiêu chuẩn
tham chiếu là phương pháp khám qua ảnh................................104
Bảng 3.49: Độ nhạy và độ đặc hiệu của phương pháp SSD khi chẩn đoán sâu


răng giai đoạn sớm trên mặt nhai răng với tiêu chuẩn tham chiếu
là phương pháp khám qua ảnh.................................................. 105
Bảng 3.50: Độ nhạy và độ đặc hiệu của phương pháp YOLOv3 khi chẩn đốn
sâu răng giai đoạn có lỗ trên mặt nhai răng với tiêu chuẩn tham

chiếu là phương pháp khám qua ảnh.........................................105
Bảng 3.51: Độ nhạy và độ đặc hiệu của phương pháp Faster R-CNN khi chẩn
đoán sâu răng giai đoạn có lỗ trên mặt nhai răng với tiêu chuẩn
tham chiếu là phương pháp khám qua ảnh................................106
Bảng 3.52: Độ nhạy và độ đặc hiệu của phương pháp RetinaNet khi chẩn
đoán sâu răng giai đoạn có lỗ trên mặt nhai răng với tiêu chuẩn
tham chiếu là phương pháp khám qua ảnh................................106
Bảng 3.53: Độ nhạy và độ đặc hiệu của phương pháp SSD khi chẩn đốn sâu
răng giai đoạn có lỗ trên mặt nhai răng với tiêu chuẩn tham chiếu
là phương pháp khám qua ảnh.................................................. 107


DANH MỤC BIỂU ĐỒ

Biểu đồ 3.1:

Tỷ lệ đối tượng nam và nữ trong nghiên cứu..........................79

Biểu đồ 3.2:

Phân bố đối tượng nam và nữ trong nghiên cứu.....................81


DANH MỤC HÌNH
Hình 1.1:

Tiến trình hủy khống tương quan với thời gian...........................3

Hình 1.2:

Mơ học tổn thương sâu răng sớm..................................................4

Hình 1.3:

Tổn thương sâu răng sớm trên kính hiển vi điện tử...................... 4

Hình 1.4:

Sơ đồ phân loại của Pitts...............................................................8

Hình 1.5:

Hình ảnh sâu răng trên phim cận chóp và phim cánh cắn...........13

Hình 1.6:

Thiết bị QLF................................................................................15

Hình 1.7:

Thiết bị Diagnodent.................................................................... 17

Hình 1.8:

So sánh hình ảnh bề mặt răng không tổn thương trên khám trực
tiếp, VistaProof và mơ học..........................................................18

Hình 1.9:

So sánh hình ảnh bề mặt răng có tổn thương trên khám trực tiếp,

VistaProof và mơ học..................................................................18

Hình 1.10: Bên trái: Phim X quang. Bên phải: Hộp viền màu đỏ thể hiện sâu
răng được dự đoán bởi hệ thống FCNN của tác giả Srivastava .
22
Hình 1.11: Tháp phân tầng nghiên cứu.........................................................23
Hình 1.12. Sự biến thiên số lượng bài dạng Meta- analysis theo năm..........25
Hình 1.13: Diện tích dưới đường cong ROC................................................28
Hình 1.14: AI > Machine learning > Deep Learning....................................29
Hình 1.15: Quy trình làm việc của nhà khoa học dữ liệu............................. 29
Hình 1.16: Kiến trúc mạng Faster R-CNN....................................................31
Hình 1.17: Kiến trúc mơ hình SSD...............................................................32
Hình 1.18: Kiến trúc mạng RetinaNet...........................................................33
Hình 1.19: Cách thức hoạt động của YOLO.................................................34
Hình 1.20: Kiến trúc mạng YOLOv3............................................................35
Hình 1.21: Ứng dụng AI trong nghiên cứu Y học.........................................36
Hình 1.22: Số lượng nghiên cứu sử dụng AI trong nha khoa từ năm 2016 đến
năm 2018.....................................................................................36


Hình 2.1:

Ảnh chụp trong miệng.................................................................48

Hình 2.2:

Quy trình thu thập dữ liệu...........................................................53

Hình 2.3:

Phần mềm gán nhãn tổn thương trên ảnh....................................55

Hình 2.4:

Bộ khay khám............................................................................. 57

Hình 2.5:

Hình ảnh thiết bị DIAGNOdent pen 2190 và FF- Photo............57

Hình 2.6:

Các tư thế chụp ảnh vị trí trung tâm, bên phải, bên trái..............60

Hình 2.7:

Hình ảnh răng lành mạnh............................................................62

Hình 2.8:

Hình ảnh thay đổi hình dạng và đổi màu men răng....................63

Hình 2.9:

Hình ảnh tổn thương phá hủy men răng......................................63

Hình 2.10: Hình ảnh lỗ sâu rõ rệt..................................................................64
Hình 3.1:

Sơ đồ PRISMA sử dụng trong tìm kiếm tài liệu.........................69

Hình 3.2:

Độ nhạy và độ đặc hiệu của từng nghiên cứu của phương pháp
khám trực tiếp............................................................................. 74

Hình 3.3:

Độ nhạy và độ đặc hiệu của từng nghiên cứu của phương pháp
khám qua ảnh..............................................................................75

Hình 3.4:

Độ nhạy và độ đặc hiệu của từng nghiên cứu của phương pháp
huỳnh quang................................................................................75

Hình 3.5:

Đường cong sROC của phương pháp khám lâm sàng trực tiếp .

76 Hình 3.6: Đường cong sROC của phương pháp huỳnh quang....................76
Hình 3.7:

Đường cong sROC của phương pháp khám qua ảnh..................76

Hình 3.8:

Đường cong sROCcủa phương pháp khám lâm sàng trực tiếp trên
mặt nhai của răng........................................................................76

Hình 3.9:

Đường cong sROC của phương pháp huỳnh quang trên mặt nhai
của răng.......................................................................................76

Hình 3.10: Đường cong sROC của phương pháp khám qua ảnh trên mặt nhai
của răng.......................................................................................76
Hình 3.11: So sánh giữa trong phịng thí nghiệm và trên lâm sàng của
phương pháp huỳnh quang..........................................................77


Hình 3.12: So sánh giữa trong phịng thí nghiệm và trên lâm sàng của
phương pháp chụp ảnh................................................................77
Hình 3.13: So sánh trong phịng thí nghiệm của phương pháp huỳnh quang
và khám trực tiếp.........................................................................78
Hình 3.14: So sánh trong phịng thí nghiệm của phương pháp khám qua ảnh
và huỳnh quang........................................................................... 78
Hình 3.15: So sánh trong phịng thí nghiệm của phương pháp khám trực tiếp
và khám qua ảnh......................................................................... 78
Hình 3.16: So sánh trên lâm sàng của phương pháp huỳnh quang và khám
qua ảnh........................................................................................ 79


1

ĐẶT VẤN ĐỀ
Sâu răng là bệnh mạn tính phổ biến nhất trên toàn thế giới. 1 Tại Việt
Nam, một nghiên cứu trên trẻ mẫu giáo 4 tuổi ở Thái Nguyên chỉ ra rằng tỷ lệ
sâu răng ở trẻ em (ECC) là 91,1%. 2 Theo kết quả nghiên cứu thực trạng bệnh
sâu răng tại trường mẫu giáo Việt Triều thành phố Hà Nội năm 2018 có 51,8%

trẻ 2-5 tuổi bị sâu răng sữa. 3 Năm 2010, Viện đào tạo Răng Hàm Mặt Trường đại học Y Hà Nội điều tra tại năm tỉnh thành trong cả nước cho thấy
tỷ lệ sâu răng vĩnh viễn của học sinh 4-8 tuổi là 16,3%.4 Do đó, ngồi việc
đẩy mạnh cơng tác phịng bệnh thì việc phát hiện sớm và điều trị các tổn
thương sâu răng ở giai đoạn đầu giúp phục hồi nguyên vẹn cấu trúc ban đầu
của răng, làm giảm tỷ lệ sâu răng vĩnh viễn ở trẻ em.
Hiện nay có bốn phương pháp chính để chẩn đốn sâu răng giai đoạn
sớm: khám trực tiếp bằng mắt thường, chẩn đoán bằng huỳnh quang, chụp
Xquang, chẩn đốn qua ảnh. Ngồi ra, đo điện trở men và kỹ thuật QLF cũng
được dùng để chẩn đoán sâu răng giai đoạn sớm. Năm 2018, theo nghiên cứu
của Vaswani S và cộng sự về tổn thương nghiêm trọng trên bề mặt nhẵn
(ECL) cho thấy khám trực tiếp là một phương pháp trực quan hiệu quả để
phát hiện sâu răng sớm.5 Năm 2012, theo nghiên cứu của C Kouchaji khi so
sánh giữa khám trực tiếp và huỳnh quang laser để phát hiện tổn thương sâu
răng giai đoạn sớm cho thấy độ nhạy và độ đặc hiệu của phương pháp huỳnh
quang laser lần lượt là 97% và 52%, do đó đây là cơng cụ chẩn đốn chính
xác phát hiện tổn thương sâu răng.6 Năm 2018, J Kim cho rằng hình ảnh của
siêu âm tần số cao có khả năng phát hiện sâu răng sớm. 7 Năm 2012, Boye đã
chứng minh hiệu quả chẩn đốn sâu răng qua ảnh chụp có độ nhạy hơn là
thăm khám bằng mắt thường trên những răng vĩnh viễn đã nhổ. 8 Dù có những
sự khác biệt giữa các nghiên cứu cá nhân, nhưng chưa có nghiên cứu nào
phân tích tổng hợp kết quả của các nghiên cứu độc lập để ước lượng chính
xác phương pháp chẩn đốn nào có hiệu quả hơn. Phương pháp phân tích tổng


2

hợp meta analysis là một yếu tố quan trọng trong quy trình xem xét và đánh
giá một chuỗi các giả thuyết đang tranh cãi bằng kỹ thuật thống kê để tìm ra
phương pháp chẩn đốn có hiệu quả như thế nào và tìm ra phương pháp chẩn
đốn chính xác hơn trong các nghiên cứu riêng lẻ.

Hỗ trợ chẩn đoán từ xa đang trở nên cấp thiết trong cộng đồng, đặc biệt
trong cuộc cách mạng công nghệ khoa học kỹ thuật 4.0, thì việc khảo sát tỷ lệ
sâu răng ở địa phương, hướng dẫn thăm khám và sử dụng các biện pháp dự
phòng bệnh răng miệng ở các vùng sâu, vùng xa trở nên dễ dàng hơn. Hiện
nay, các dữ liệu ảnh mẫu của các bệnh nhân chưa được tập hợp và lưu trữ một
cách có hệ thống tại các cơ sở điều trị. Phương pháp học máy có khả năng lưu
trữ và cung cấp thông tin hồ sơ dữ liệu ảnh của bệnh nhân, là công cụ tốt hỗ
trợ các bác sĩ trong chẩn đốn. Trong đó: mơ hình YOLOv3, Faster R-CNN,
RetinaNet, SSD cho thấy đây là công cụ mới có hiệu suất tốt cho bài tốn
nhận dạng đối tượng.9-12 Các nghiên cứu trước đây chủ yếu được tiến hành
trong phịng thí nghiệm, dữ liệu về ứng dụng AI trên lâm sàng cịn hạn chế.
Vì vậy, sử dụng mơ hình học máy để chẩn sâu răng giai đoạn sớm qua ảnh
trên lâm sàng có ý nghĩa rất lớn đối với cộng đồng trong việc dự phòng bệnh,
giảm thiểu cũng như giảm chi phí điều trị các biến chứng kèm theo, cải thiện
chức năng ăn nhai và thẩm mỹ. Ngoài ra việc sử dụng điện thoại thông minh
và mạng internet phủ rộng tại Việt Nam tạo điều kiện cho việc truyền hình
ảnh đi xa với chất lượng đảm bảo.
Xuất phát từ các vấn đề trên chúng tôi tiến hành nghiên cứu đề tài:
“Hiệu quả của chẩn đoán sâu răng giai đoạn sớm bằng phương pháp
học máy” với ba mục tiêu sau:
1. Xác định độ nhạy, độ đặc hiệu của một số phương pháp chẩn đoán
sâu răng giai đoạn sớm bằng phương pháp meta analysis.
2. Xây dựng hệ dữ liệu chuẩn hỗ trợ máy học để chẩn đoán sàng lọc sâu
răng giai đoạn sớm.
3. Đánh giá độ nhạy, độ đặc hiệu của chẩn đoán sàng lọc sâu răng giai
đoạn sớm bằng phương pháp học máy.


3

Chương 1
TỔNG QUAN
1.1. Tổn thương sâu răng giai đoạn sớm
1.1.1. Khái niệm tổn thương sâu răng giai đoạn sớm
Sâu răng giai đoạn sớm là giai đoạn tổn thương khơng có lỗ sâu. Các tổn
thương được đặc trưng bởi sự thay đổi về màu sắc, độ bóng và cấu trúc bề
mặt men răng.4 Tổn thương sâu răng sớm biểu hiện trên lâm sàng là các đốm
trắng đục quan sát được khi thổi khô hoặc ngay cả khi bề mặt men ẩm. Tổn
thương hình thành bởi sự mất khống bên dưới lớp men bề mặt nguyên vẹn,
làm tăng độ xốp của men răng gây ra sự xuất hiện màu trắng đặc trưng của
tổn thương.13 Hình 1.11 mơ tả tiến trình hủy khống tương quan với thời gian.
Sự hiện diện của tổn thương sâu răng sớm thường liên quan đến sự tích
tụ mảng bám trên bề mặt răng, đặc biệt là xung quanh khí cụ mắc cài trong
điều trị chỉnh hình răng, làm ảnh hưởng lớn đến thẩm mĩ của bộ răng.14
Độ trong của men răng là một hiện tượng quang học phụ thuộc vào kích
thước khoảng gian tinh thể men răng. Ở giai đoạn sớm, tổn thương sâu răng
chỉ quan sát được sau khi thổi khô bề mặt răng. Sâu răng tiếp tục tiến triển
làm tăng kích thước khoảng gian tinh thể dẫn tới dạng tổn thương đốm trắng
có thể quan sát được mà khơng cần thổi khơ.14

Hình 1.1: Tiến trình hủy khoáng tương quan với thời gian 15.


4

Sự thay đổi màu sắc làm xuất hiện tổn thương đốm trắng khi thổi khô là
do sự thay thế thành phần nước quanh trụ men bằng khí. Điều đó gây ra sự
thay đổi tán xạ. Chỉ số khúc xạ của men là 1,65 của nước là 1,33 và của khí là
1,00 sự khác biệt lớn này dẫn tới sự tán xạ lớn hơn đồng nghĩa là sự thay đổi
màu sắc. Sâu răng hoạt động có màu trắng phấn và thơ, sâu răng ngừng tiến

triển có màu sáng và mịn hơn.14, 16
1.1.2. Mô bệnh học tổn thương sâu răng giai đoạn sớm
Đại thể: tổn thương dạng hình nón, đáy quay về phía mặt răng, đỉnh về
phía đường ranh giới men ngà.17,18
Vi thể: từ trong ra ngồi có 4 lớp do mức độ hủy khống mỗi vùng khác
nhau làm cho tính chất quang học khác nhau 17,18 (Hình 1.2):
- Vùng trong mờ: các lỗ trên men răng chiếm khoảng 1% thể tích men,
nhiều hơn 10 lần so với men lành.
- Vùng tối: số lượng lỗ chiếm 2-4% thể tích men.
- Vùng trung tâm: số lượng lỗ chiếm 5-25% thể tích men.
- Vùng bề mặt: ít có sự thay đổi ở các tổn thương sớm. Số lượng lỗ 1-5%
thể tích men.

Hình 1.2: Mơ học tổn thương
sâu răng sớm 19
a: vùng bề mặt, b: vùng trung
tâm, c: vùng tối, d: vùng trong
mờ.

Hình 1.3: Tổn thương sâu răng
sớm trên kính hiển vi điện tử 20


5

Tổn thương sâu răng giai đoạn sớm, đặc biệt là các tổn thương sau
chỉnh nha được khuyên nên điều trị càng sớm càng tốt sau khi tháo mắc cài,
do tổn thương này có xu hướng hoạt động mạnh lên ngay sau chỉnh nha.21
1.1.3. Cơ chế bệnh sinh
Về cơ chế bệnh sinh, từ xưa đến nay đã có rất nhiều tác giả nghiên cứu

và đưa ra nhiều thuyết khác nhau. Thuyết hóa học của Miller (1881): trong
giai đoạn đầu dưới tác dụng của axit, tổ chức cứng của răng bị mất vôi. Giai
đoạn hai, tổ chức hữu cơ của ngà bị phá hủy. Thuyết của Davies: men vi
khuẩn kết hợp với các chất gluxit tạo ra axit làm tiêu Ca 2+ gây sâu răng.
Thuyết tiêu protein của Gottlieb (1946): vi khuẩn làm tiêu protein, dẫn đến sự
bong ra của tinh thể men. Thuyết protein phức vòng càng: cả thành phần hữu
cơ và vô cơ bị tiêu đồng thời bởi hai cơ chế riêng biệt.22
Cho đến những năm gần đây, thuyết động học ra đời và được chấp
nhận rộng rãi: thuyết động học giải thích cơ chế hình thành sâu răng dựa vào
hai q trình sinh lí của diễn ra trên bề mặt men răng là q trình hủy khống
và q trình tái khống. Các thể sâu răng đều có chung một cơ chế gây bệnh
này. Vi khuẩn trong mảng bám chuyển hóa carbohydrate tạo ra các axit hữu
cơ làm mơi trường xung quanh mảng bám có pH thấp. Các tinh thể
Hydroxyapatite và Fluorapatite sẽ bị hòa tan nếu pH tại chỗ hạ xuống dưới
pH tới hạn (pH tới hạn của Hydroxyapatite là 5,5, của Fluorapatite là 4,5). Sự
hòa tan các lớp tinh thể dẫn đến tổn thương mất khoáng dưới bề mặt. Các tổn
thương được tạo ra bởi khử khống có thể hồi phục bằng cách hấp thụ canxi,
phospho và fluor trong nước bọt tại pH trung tính, tạo thành lớp mới trên bề
mặt men răng, quá trình này gọi là sự tái khoáng. Sự cân bằng giữa hủy
khoáng và tái khoáng diễn ra tự nhiên liên tục trong khoang miệng.13,23
Sự cân bằng của hai quá trình này được đảm bảo nhờ sự cân bằng giữa
yếu tố bảo vệ và yếu tố gây mất ổn định:


6

Yếu tố bảo vệ:
- Vệ sinh răng miệng tốt
- Vai trị làm sạch của nước bọt trong mơi trường miệng
- Khả năng đề kháng acid của men răng. Men răng được Fluor hóa cao sẽ

đề kháng tốt hơn do pH tới hạn của nó thấp hơn hydroxyapatite.
- pH của mơi trường miệng > 5,5 và nồng độ ion Ca, NPO4 cao ở mơi
trường quanh răng.
- Trám bít hố rãnh dự phịng sâu răng.
Yếu tố gây mất ổn định:
- Sự tích tụ mảng bám vi khuẩn.
- Chế độ ăn nhiều đường.
- Thiếu nước bọt và các chất trung hòa, nước bọt pH axit do trào ngược.
- pH môi trường miệng < 5,5.
Trong đó sự tích tụ mảng bám vi khuẩn là yếu tố nguy cơ cao dẫn tới
thúc đẩy quá trình hủy khống. Sự tích tụ mảng bám vi khuẩn liên quan đến
thói quen vệ sinh răng miệng, sự lệch lạc răng và đặc biệt hay gặp ở những
bệnh nhân sử dụng khí cụ chỉnh hình răng. Việc sử dụng khí cụ chỉnh răng
làm thay đổi môi trường tại chỗ dẫn tới giảm dịng chảy nước bọt qua đó và
sự tăng sinh mạnh của vi khuẩn như S. Mutans, lactobacilli và nhiều loại vi
khuẩn khác có liên quan sự hình thành vùng mất khống.24
Khi hai q trình này bị mất cân bằng và nghiêng về q trình hủy
khống, sẽ dẫn tới hình thành tổn thương sâu răng, mà đầu tiên sẽ là các tổn
thương dạng đốm trắng - giai đoạn sớm của sâu răng.22,23
1.1.4. Phân loại sâu răng
Có rất nhiều cách phân loại bệnh sâu răng. Có những phân loại phù hợp
cho chẩn đốn, điều trị hàng ngày, có phân loại phục vụ cho điều tra nghiên
cứu khoa học, cho tiên lượng và dự phòng bệnh...