Mit KI gegen Zahnfleischbluten und Parodontitis

„90 Prozent der Bevölkerung putzen täglich die Zähne, trotzdem leiden über 70 Prozent an Entzündungen des Zahnfleisches oder des Zahnbettes. Das heißt, alle wissen, wie wichtig Zähneputzen ist, aber fast niemand macht es richtig“, sagt Prof. Dr. Bernhard Sick, Leiter des Fachgebietes Intelligente eingebettete Systeme an der Universität Kassel.

Das Interesse ist groß, das Zähneputzen besser zu verstehen: Die Zahnmedizin sieht die Konsequenzen schlechter Mundhygiene, für die Krankenkassen entstehen Kosten. Auch in der Altenpflege ist relevant zu wissen, wie man anderen Personen am besten die Zähne putzt, und die Bewegungswissenschaften interessieren sich dafür, wie man bestimmte Bewegungsabläufe antrainiert und automatisiert.

Zähneputzen ist nicht trivial

Daher entwickeln Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler des Projektes „Brushalyze“ ein neues Forschungsgerät, das eine detaillierte Analyse des Zahnputzvorgangs automatisiert vornimmt und so ein genaueres Studium ermöglicht. Damit leisten Prof. Dr. Renate Deinzer von der JLU Gießen, Prof. Dr. Keywan Sohrabi von der THM und Prof. Dr. Bernhard Sick mit ihren Mitarbeiterinnen und Mitarbeitern wichtige Impulse für die Grundlagenforschung der Zahnmedizin. Diese kann mit dem neuen Gerät das Zähneputzen zukünftig tiefer analysieren. Die Zahnmedizin begleitet das Projekt während der Entwicklung im Rahmen des Wissenschaftlichen Beirats.

Die genaueste Analyse des Zahnputzvorgangs liefert bislang die Videoanalyse durch in Beobachtungsmethoden geschultes Personal. „Dieses zu trainieren und dann die Beobachtungen durchzuführen, ist äußerst zeitaufwändig“, erklärt Prof. Dr. Renate Deinzer, Leiterin des Instituts für Medizinische Psychologie der JLU Gießen. „Die Analyse eines Zahnputzvorgangs von wenigen Minuten erfordert mehrere Stunden. Gleichzeitig können wichtige Details bei einer rein visuellen Beobachtung nicht analysiert werden.“

Eine intelligente Zahnbürste für die Forschung entsteht

Dr. Keywan Sohrabi, Professor für Medizinische Informatik an der Technischen Hochschule Mittelhessen, entwirft die Hardware. In eine manuelle Zahnbürste werden Sensoren integriert, um Bewegungsrichtung, Kraft und andere physikalische Größen zu messen. „Mit diesem Prototyp können wir erste Studien durchführen und Daten erfassen“, erklärt Sohrabi. Sicks Mitarbeiterinnen und Mitarbeiter entwickeln aus diesen Sensordaten mit Verfahren des maschinellen Lernens ein Modell, um den Zahnputzvorgang abzubilden: Welche Zahnfläche wird gerade geputzt? Wird die Bürste kreisend oder horizontal bewegt? Welcher Druck wird aufgewandt und wurde der Zahnbelag erfolgreich entfernt? Das ersetzt die Videoanalyse. Das auf die Beobachtung von Zahnputzvorgängen spezialisierte Team der Medizinischen Psychologie liefert wiederum Basisdaten und prüft die Plausibilität der automatisierten Auswertungen. So entsteht ein neues Forschungsgerät zur Grundlagenforschung in der Zahnmedizin.

Die Deutsche Forschungsgemeinschaft finanziert „Brushalyze“ für drei Jahre mit mehr als 750.000 Euro. Die Uni Kassel erhält 293.250 Euro, die JLU Gießen 232.900 Euro und die THM 251.050 Euro. Das Projekt wird von einem hochrangig besetzten Wissenschaftlichen Beirat mit 16 Mitgliedern aus der Zahnmedizin, der Psychologie und der Informatik begleitet.

Kontakt:

Universität Kassel
Prof. Dr. rer. Nat. Bernhard Sick
Leiter Fachgebiet Intelligente Eingebettete Systeme
Tel.: 0561 804 6020
E-Mail: bsick[at]uni-kassel[dot]de

Justus-Liebig-Universität Gießen
Prof. Dr. Renate Deinzer
Leiterin des Instituts für Medizinische Psychologie
E-Mail: Renate.Deinzer[at]mp.med.uni-giessen[dot]de

Technische Hochschule Mittelhessen
Prof. Dr. rer. physiol. Keywan Sohrabi
Fachbereich Gesundheit, Medizinische Informatik
Tel.: 0641 309 6600
E-Mail: keywan.sohrabi[at]ges.thm[dot]de