Waiting
Login processing...

Trial ends in Request Full Access Tell Your Colleague About Jove
JoVE Journal Medicine
Click here for the English version

Medicine

Демонстрация трехмерных цефалометрических аннотаций ориентиров на компьютерной томографии человека с колбочковым пучком человека

Published: September 8, 2023 doi: 10.3791/65224
Automatic Translation
1,2, 2, 1, 1, *2,3,4, *1
1National Institute of Dental and Craniofacial Research, 2College of Dental Medicine, Roseman University of Health Sciences, 3University of Utah School of Medicine, 4George E. Wahlen VA Medical Center
* These authors contributed equally

Summary

Здесь представлен подробный протокол проведения трехмерного цефалометрического анализа с использованием конусно-лучевой компьютерной томографии человека.

Abstract

Черепно-лицевой цефалометрический анализ является диагностическим инструментом, используемым для оценки взаимосвязи различных костей и мягких тканей в области головы и лица. Цефалометрический анализ традиционно проводился с использованием 2D-рентгенограмм и наборов ориентиров и ограничивался размерными, линейными и угловыми измерениями и 2D-отношениями. Растущее использование 3D-конусно-лучевой компьютерной томографии (КЛКТ) в стоматологической области диктует необходимость перехода к 3D-цефалометрическому анализу, который включает в себя форму и более реалистичный анализ продольного развития во всех трех плоскостях. Это исследование представляет собой демонстрацию 3D-цефалометрического анализа с использованием проверенного набора ориентиров скелетной ткани на КЛКТ-сканировании человека. Подробная инструкция по аннотации каждого ориентира на 3D-томе предоставляется в рамках пошагового протокола. Сгенерированные измерения и 3D-координаты ориентиров могут быть экспортированы и использованы как в клинических, так и в исследовательских целях. Внедрение 3D-цефалометрического анализа в фундаментальные и клинические черепно-лицевые исследования приведет к будущим достижениям в области черепно-лицевого роста и развития.

Introduction

Цефалометрический анализ, который исследует стоматологические и скелетные отношения человеческого черепа, является клиническим применением цефалометрии. В дополнение к антропологам, биологам развития, судебным экспертам и черепно-лицевым исследователям, которые изучают эволюцию человека и черепно-лицевое развитие, он используется специалистами в области гигиены полости рта, включая стоматологов, ортодонтов, челюстно-лицевых хирургов, в качестве инструмента планирования лечения. Самыми ранними учреждениями, которые использовали цефалометрический анализ в ортодонтии, были Хофрат в Германии и Бродбент в США в 1931 году 1,2,3. Основная цель анализа состояла в том, чтобы предоставить теоретический и практический ресурс для оценки черепно-лицевых пропорций человека и определения анатомического источника неправильного прикуса1. Это позволило отслеживать характер роста верхней и нижней челюсти, контролировать их реляционное положение в пространстве и наблюдать изменения в мягких тканях и смещение зубов. В результате изменения, вызванные ортодонтическим лечением, могут контролироваться, а скелетные и стоматологические отношения могут быть охарактеризованы для постановки диагноза для планирования лечения. Оценка зубочелюстного комплекса проводилась путем сравнения цефалометрического отслеживания пациента с референсными значениями, которые были репрезентативными для нормальной популяции аналогичного возраста, расы и этнической принадлежности1.

Традиционный метод анализа состоял из двумерного (2D) изображения трехмерных (3D) структур 4,5. Основным недостатком этого метода является искажение и увеличение анатомических структур с помощью обычной рентгеновской визуализации на простой пленке или в цифровом формате, что может привести к неточным цефалометрическим трассировкам и интерпретациям 6,7. Первоначальное внедрение 3D-визуализации в виде аксиальной компьютерной томографии (КТ) и спиральной КТ не включало стоматологические или немедицинские приложения из-за высокой стоимости и высоких доз облучения. Однако появление конусно-лучевой компьютерной томографии (КЛКТ) смягчило эти опасения, поскольку затраты и дозы облучения были значительно ниже, чем КТ1. Сдвиг в этом повествовании о визуализации стимулировал широкое использование КЛКТ в ортодонтии для улучшения диагностики и планирования лечения. Основное преимущество 3D-визуализации по сравнению с обычным методом 2D-изображения заключается в том, что 3D позволяет исследователю рассматривать анатомические структуры без наложений и пространственных искажений (т.е. положения головы человека). Поэтому возможно гораздо более точное позиционирование анатомических ориентиров, используемых для проведения цефалометрического анализа, особенно в случаях асимметрии лица. Более того, можно проанализировать гораздо большую анатомическую область.

Одним из самых последних достижений в области цефалометрии является внедрение глубокого обучения (DL) для автоматического обнаружения ориентиров 8,9,10,11. Хотя результаты этих исследований являются многообещающими, уровни точности в размещении ориентиров пока не являются удовлетворительными. Более того, в большинстве этих исследований используются относительно небольшие наборы ориентиров, полученные из предыдущих 2D-цефалометрических анализов, что обеспечивает недостаточное покрытие основания черепа, которое является важной структурой для изучения черепно-лицевого роста и развития. В этом демонстрационном видео подробно демонстрируется методология проведения ручного высокоточного 3D-цефалометрического анализа с использованием валидированного набора 3D-ориентиров скелетной ткани, охватывающих области лица, основания черепа, нижней челюсти и зубов, для использования в клинических и научных исследованиях с использованием КЛКТ-визуализации4. Пример выполненного 3D-анализа приведен на рисунке 1.

Protocol

Этот протокол следует руководящим принципам комитетов по этике исследований на людях Институциональных наблюдательных советов Национальных институтов здравоохранения (NIDCR IRB #16-D-0040) и Университета медицинских наук Роземана. Подробную информацию о программном обеспечении, используемом в этом протоколе, см. в таблице материалов . Одному и тому же протоколу можно следовать с использованием разного программного обеспечения после корректировки в зависимости от их конкретных настроек и технических деталей. Сканы КЛКТ, использованные для создания рисунка, включенного в эту статью, а также видеодемонстрация были анонимизированы до их использования, и от испытуемых было получено информированное согласие, позволяющее использовать их сканы в публикациях, связанных с исследованиями. Оба субъекта были осмотрены в стоматологической клинике NIH, где были получены сканы (система Planmeca ProMax 3D; режим низкой дозы, разрешение 400 мкм) и были согласованы по протоколу, одобренному NIH IRB (NCT02639312).

1. Загрузка сканирования и просмотра КЛКТ в модуле 3DAnalysis

  1. Откройте указанное программное обеспечение и нажмите « Просмотреть файл». Выберите скан для анализа и нажмите кнопку «Открыть».
  2. Перейдите к модулю 3DAnalysis.

2. Загрузка файла конфигурации ориентира

  1. В модуле 3DAnalysis нажмите на иконку Сохранить информацию на дискете. Затем выберите Загрузить конфигурацию и найдите файл конфигурации.
    ПРИМЕЧАНИЕ: Конфигурационный файл, включающий ориентиры, используемые авторами, включен в качестве дополнительного файла 1.

3. Настройка системы координат

  1. Нажмите на значок «Переориентация ».
  2. В открывшемся окне выберите опцию Выбирая ориентиры. Это позволяет пользователю ориентировать все сканы одинаково, что важно при сравнении их значений 3D-координат. Для этого протокола выбраны следующие варианты: N какориентир O rigin, трехточечное определение с ориентирами Or R, или L, Po L и определение оси A-P (средняя сагиттальная плоскость) с ориентирами N и Ba.

4. Корректировка изображения сканирования КЛКТ

  1. Отрегулируйте яркость и контрастность , чтобы уменьшить шум изображения в меню в левой части экрана.
  2. Увеличивайте и уменьшайте масштаб, удерживая нажатой клавишу Ctrl и одновременно щелкая левой кнопкой мыши и проводя пальцем по экрану. Перемещайте изображение телесно, удерживая нажатой клавишу Shift и одновременно щелкая левой кнопкой мыши и проводя по экрану. Включите «Обрезка » в меню настроек , чтобы создать виды разрезов во всех плоскостях пространства.

5. Добавление новых ориентиров

  1. В меню « Настройки » со значком инструмента щелкните ориентиры, чтобы открыть список доступных параметров ориентиров, а затем выберите нужный ориентир.
  2. Чтобы установить вид по умолчанию для ориентиров, выберите задачу трассировки, нажмите «Настроить», выберите «Ориентир», установите вид по желанию и нажмите «Использовать текущие настройки просмотра». Повторите описанные выше шаги, чтобы изменить вид по умолчанию для любого дополнительного ориентира.

6. Аннотирование 3D анатомических ориентиров

  1. В верхней части меню в левой части экрана выберите Создать трассировку. В открывшемся окне нажмите на кнопку Пуск в левом нижнем углу окна. Начните аннотировать 3D-ориентиры, щелкнув левой кнопкой мыши непосредственно на 3D-томе в том месте, где должен быть размещен ориентир в зависимости от его определения.
  2. Подтвердите и отрегулируйте местоположение ориентира с помощью видов разделов в правой части экрана. Если они не видны, в меню выбора макета слева выберите «Локатор фрагментов». Чтобы подтвердить размещение ориентира, нажмите кнопку «Остановить » и выберите нужный вид для визуализации ориентира. После подтверждения приступайте к размещению оставшихся ориентиров.
  3. Чтобы изменить положение ориентира с помощью 3D-объема, остановите анализ, нажав « Стоп» в нижней части меню « Задачи трассировки », нажмите на точку ориентира, которую нужно переместить, и перетащите ее в новое нужное место.
  4. Чтобы повторно аннотировать ориентир, дважды щелкните отмеченный галочкой квадрат рядом с ориентиром, а затем ответьте «Да» на следующий вопрос.

7. Определение и конкретные инструкции по аннотации для каждого 3D-ориентира

  1. Базион (Ba) — средняя точка на передней границе передней кривизны большого затылочного отверстия
    1. Для осевого среза ищите самый глубокий конец кривизны участка большого затылочного отверстия. Для сагиттального отдела ищите самую заднюю точку средней части большого затылочного отверстия. Для коронального среза ищите нижнюю среднюю точку кривизны большого затылочного отверстия.
  2. Порион (Po_R, Po_L) — самая верхняя, задняя и наружная точка, расположенная на верхнем краю каждого слухового прохода (наружный слуховой проход)
    1. Для осевого сечения ищите край края наружного слухового прохода. Для сагиттального среза ищите точку пересечения евстахиевой трубы с костным каналом. Для коронального сечения ищите среднюю точку на нижней границе верхней кривизны. Вертикальная линия, проходящая через точку, примерно делит слуховой проход пополам.
  3. Насион (N) - пересечение шва между лобной костью и носовыми костями (лобно-носовой шов)
    1. Для осевого сечения ищите середину/высоту кривизны шва. Для сагиттального отдела ищите переднюю точку шва, где встречаются лобная и носовая кости. Для коронкового разреза ищите центр лобно-носового шва. Вертикальная линия, проходящая через него, примерно делит нос пополам.
  4. Орбиталь (Or_R, Or_L) — самая передне-нижняя точка на нижнем орбитальном ободе
    1. Установите вид спереди (костное окно) по умолчанию и обрежьте в осевом направлении от нижнего к верхнему до тех пор, пока не будет достигнута кривизна нижнего края орбиты, чтобы найти самую нижнюю точку нижней кривизны орбиты.
    2. Используйте 2D-виды, чтобы подтвердить, что ориентир находится на кости. Отрегулируйте сагиттальный и корональный отделы, чтобы отразить переднее положение орбиты. Убедитесь, что ориентир находится спереди в нужном положении как раз до того места, где орбитальный ободок начинает изгибаться.
  5. Надглазничная (SOr_R, SOr_L) — самая верхняя и передняя точка верхнего орбитального края
    1. Установите вид спереди по умолчанию в 3D-объеме и постепенно переходите в осевом направлении от верхнего к нижнему, пока не будет достигнута кривизна верхнего края орбиты, чтобы найти самую верхнюю точку верхней границы орбиты.
      ПРИМЕЧАНИЕ: Избегайте маркировки надглазничной выемки из-за ее изменчивой анатомии.
    2. Отрегулируйте сагиттальный и корональный участки, чтобы отразить переднее положение ориентира. Убедитесь, что ориентир находится спереди в нужном положении как раз до того места, где орбитальный ободок начинает изгибаться.
  6. Середина селла (селла)
    1. Ищите центр турецкого седла или гипофизарной ямки, которая представляет собой седловидное углубление в теле клиновидной кости, где расположен гипофиз или гипофиз. Отрегулируйте ориентир по центру турецкого селя во всех плоскостях.
    2. Для сагиттального сечения поместите ориентир в центр турецкого седла. Для осевого и коронального сечений отрегулируйте виды соответствующим образом.
  7. Нижнее седло (Si) — самая нижняя и центральная точка на контуре турецкого седла в той же плоскости, что и седло
    1. Для сагиттального сечения начните с размещения ориентира в самой нижней точке сагиттального сечения турецкого седла. Для осевого и коронального сечений отрегулируйте положение так, чтобы оно находилось в середине сечения.
  8. Заднее седло (Sp) — самая задняя и центральная точка на контуре турецкого седла в той же плоскости, что и седло
    1. Для сагиттального сечения начните с размещения ориентира в самой задней точке сагиттального сечения турецкого седла. Для осевого и коронального сечений отрегулируйте положение так, чтобы оно находилось в середине сечения.
  9. Клиноидный отросток (Cl) — передне-верхняя точка на контуре переднего клиновидного отростка в той же плоскости, что и седло
    1. Для сагиттального разреза начните с размещения ориентира в самой передне-верхней точке контура клиновидного отростка. Для осевого и коронального сечений отрегулируйте положение так, чтобы оно находилось в середине сечения.
  10. Скуловая дуга (ZygArch_R, ZygArch_L)
    1. Ищите самую латеро-нижнюю точку на контуре скуловой дуги. Убедитесь, что череп правильно ориентирован, а скуловые дуги видны четко и «перпендикулярно» с субментального взгляда.
      ПРИМЕЧАНИЕ: Если череп наклонен, точная аннотация ориентира будет нарушена.
    2. Для осевого сечения расположите ориентир в самой боковой и нижней точке кривизны скуловой дуги. Для сагиттального сечения расположите ориентир в самой нижней точке сечения. Для коронального сечения расположите ориентир в самой боковой точке сечения.
  11. Лобно-сшитный шов (FronZyg_R, FronZyg_L) — передне-латеральная точка на лобно-скуловом шве.
    1. Для сагиттального разреза убедитесь, что шов хорошо виден на срезе. Расположите ориентир на самой передней точке участка лобной кости рядом со швом. Для осевого и коронального сечений ищите самую верхнюю точку сечения.
  12. Полость носа (NasCav_R, NasCav_L) — место соединения боковой стенки носа, грушевидного ободка/дна носа и верхней границы верхней челюсти
    1. Тройной переход лучше всего рассматривать в корональном сечении. Начните с размещения ориентира на мезиальной стороне перекрестка. Для осевого сечения расположите ориентир в конечной точке сечения. Для сагиттального разреза расположите ориентир в самой боковой точке шва на верхнечелюстной границе.
  13. Джугаль-Пойнт (J_R, J_L)
    1. Ищите самую глубокую среднюю точку яремного отростка верхней челюсти. Аннотируйте ориентир так, чтобы он в основном соответствовал первому моляру верхней челюсти.
    2. Для коронального среза начните с регулировки положения ориентира до самого глубокого конца кривизны участка яремного отростка. Для осевого среза ищите самую боковую точку среза, в точке, где изменяется плотность кости. Для сагиттального разреза ищите самую нижнюю точку сечения, в точке, где изменяется плотность костной ткани.
  14. Articulare (Ar_R, Ar_L) — самая задняя точка на головке мыщелка, ближе к суставной ямке
    1. Для осевого сечения ищите самую заднюю точку вокруг центра задней кривизны мыщелка. Для сагиттального отдела ищите самую заднюю точку на задней кривизне мыщелка. Для коронального сечения ищите небольшую рентгеноконтрастную область, указывающую на то, что ориентир находится на кости.
  15. Короноидный отросток (Cor_R, Cor_L) — самая верхняя точка короноидного отростка
    1. Для сагиттального и коронального срезов расположите ориентир на вершине короноидного отростка. Для осевого сечения ищите небольшую рентгеноконтрастную область, указывающую на то, что ориентир находится на кости.
  16. Суставная ямка (G_Fos_R, G_Fos_L)
    1. Ищите точку на суставной ямке, где мыщелковая головка находится в максимальном сочленении с ямкой. Это приблизительный центр куполообразной ямки.
    2. В 3D выберите корональный срез , чтобы получить вид, который достаточно хорошо показывает оба мыщелка. Выберите точку на нижней границе ямки в этом виде так, чтобы вертикальная линия, проходящая через эту точку, примерно делила мыщелок пополам; Обратите внимание, что это может показаться не точным центром ямки. Нацельтесь на точку максимальной артикуляции (т. е. примерно близко к центру или точно к центру в некоторых случаях).
    3. Для коронального среза ищите наиболее приблизительную точку к срезу купола суставной ямки. Для сагиттального сечения ищите самую верхнюю точку купола суставной ямки. Для осевого сечения не применяйте какую-либо конкретную тонкую настройку, если два других вида были скорректированы.
  17. Профиль нижней челюсти (справа и слева): мыщелк (Co_R, Co_L), гонион (Go_R, Go_L), антегонион (Ag_R, Ag_L)
    ПРИМЕЧАНИЕ: Ориентиры аннотируются автоматически после отслеживания профиля нижней челюсти.
    1. Определите мыщелк как самую заднюю и верхнюю точку мыщелка. Определите гонион как самую внешнюю точку на углу, образованном соединением ветви и тела нижней челюсти. Определите антегонион как самую высокую точку вогнутости нижней границы ветви, где она соединяется с телом нижней челюсти.
    2. Обведите профиль нижней челюсти серией точек (дважды щелкните или щелкните правой кнопкой мыши, чтобы завершить трассировку). Начните с нижнечелюстной выемки и включите мыщелковый и таранный профили. Следуйте кривой под углом, чтобы включить гонион, используя несколько точек через каждые несколько миллиметров. Обязательно выбирайте точки на нижнем или боковом крае нижней челюсти.
  18. Протез (Pr)
    1. Ищите самую переднюю точку верхнечелюстного альвеолярного отростка по средней линии. Выберите сагиттальный срез, разделяющий пополам верхнечелюстные центральные резцы. В боковом виде выберите «Протез » и подтвердите 2D-виды.
    2. Для осевого среза определите середину корневых участков верхнечелюстных центральных резцов на лабиальной альвеолярной кости. Для сагиттального отдела ищите самую переднюю точку верхнечелюстного альвеолярного отростка. Для коронкового разреза ищите среднюю линию между верхнечелюстными центральными резцами.
  19. Точка А - самая глубокая средняя точка на предчелюстной кости искривления между передним носовым отделом позвоночника и точкой протезирования
    1. В 3D выберите сагиттальный срез, разделяющий пополам верхнечелюстные центральные резцы. Этот самолет будет иметь протез (уже отмеченный). В боковом виде выберите A-Point и подтвердите 2D-виды.
    2. Для осевого сечения определите наконечник секции. Для сагиттального отдела определяют самую глубокую точку искривления предчелюстной кости между передним носовым отделом позвоночника и альвеолярным отростком. Для коронального сечения убедитесь, что точка находится на средней линии.
  20. Передний носовой отдел позвоночника (ВНС)
    1. Ищите самую переднюю точку носового отдела позвоночника. Выберите сагиттальный срез, разделяющий пополам верхнечелюстные центральные резцы. Эта плоскость будет иметь протез и точку А (уже отмеченную). В боковом виде выберите ANS и подтвердите 2D-виды.
    2. Для осевого сечения ищите наконечник сечения. Для сагиттального отдела ищите самую переднюю точку носового отдела позвоночника. Для коронкового среза ищите середину небольшого костного среза.
  21. Задний носовой отдел позвоночника (ПНС) — средняя точка основания небных костей на заднем крае твердого неба
    1. В 3D выберите сагиттальный срез, разделяющий пополам верхнечелюстные центральные резцы. На этом самолете уже будут обозначены протез, точка А и ВНС. В боковом виде выберите PNS и подтвердите 2D-виды.
    2. Для осевого сечения ищите самую нижнюю точку средней линии основания неба. Для сагиттального отдела ищите самую заднюю точку средней части нёбной кости. Для коронального отдела ищите среднюю точку сечения среднего отдела небной кости.
  22. Infradentale (там же)
    1. Определите точку перехода от коронки/зуба наиболее выступающего медиального резца нижней челюсти к альвеолярной проекции.
    2. В 3D выберите сагиттальный срез, разделяющий пополам центральный резец нижней челюсти. В боковом виде выберите Id и подтвердите 2D-виды. Если присутствуют три резца, убедитесь, что плоскость делит средний зуб пополам.
    3. Для осевого среза убедитесь, что ориентировочная точка аннотации является самой передней точкой альвеолярной кости выбранного резца. Для сагиттального отдела определяют самую переднюю точку нижнечелюстного альвеолярного отростка. Для коронкового разреза убедитесь, что средняя линия делит пополам выбранный резец.
  23. B-точка (B) - самая глубокая средняя точка нижней челюсти между инфраденталью и погонионом
    1. В 3D выберите сагиттальный срез, разделяющий пополам центральные резцы нижней челюсти. В боковом виде выберите B-Point и подтвердите 2D-виды.
    2. Для осевого отдела посмотрите между центральными резцами нижней челюсти или в середине участка среднего резца, если резец отсутствует. Для сагиттального разреза определите точку самой глубокой вогнутости кпереди на нижнечелюстном симфизе. Для коронкового разреза посмотрите между центральными резцами нижней челюсти или вертикальной линией сетки, пересекающей средний резец.
  24. Погонион (Pog)
    1. Определите самую переднюю точку на симфизе нижней челюсти.
    2. В 3D выберите сагиттальный срез, разделяющий пополам центральные резцы нижней челюсти. В боковом виде выберите «Погонион » и подтвердите 2D-виды.
    3. Для осевого сечения определите вертикальную линию сетки, пересекающую нижнечелюстной участок. Для сагиттального отдела ищите самую переднюю точку симфиза. Для коронального среза ищите небольшую костную область, указывающую на то, что ориентир размещен на поверхности кости.
  25. Анатомический гнатион (Гн) — самая нижняя точка на переднем крае нижней челюсти в среднесагиттальной плоскости
    1. В 3D выберите сагиттальный срез, разделяющий пополам центральные резцы нижней челюсти. В боковом виде выберите Gn и подтвердите 2D-виды.
    2. Для осевого и коронального срезов ищите вертикальную линию сетки, пересекающую нижнечелюстную часть. Для сагиттального отдела определите самую нижнюю точку на переднем крае нижней челюсти.
  26. Ментон (Me) — нижняя точка нижнечелюстного симфиза.
    1. В 3D выберите сагиттальный срез, разделяющий пополам центральные резцы нижней челюсти. В боковом виде выберите «Я » и подтвердите 2D-виды.
    2. Для осевого разреза определите небольшую костную область, указывающую на то, что ориентир размещен на поверхности кости. Для сагиттального сечения определите самую нижнюю точку участка симфиза. Для коронального сечения ищите самую нижнюю среднюю точку сечения симфиза.
  27. Верхний/нижний правый/левый профиль резцов
    ПРИМЕЧАНИЕ: Требуются три точки: корень верхнего/нижнего резца; Осевые: средняя точка сечения вершины; Сагиттальный, корональный: кончик вершины.
    1. В макушке верхнего/нижнего резца: в осевом и коронковом отделах ищите среднюю точку края резца; а в сагиттальном отделе определите кончик режущего края.
    2. В лабиальной точке верхнего/нижнего резца: в осевом отделе определите среднюю точку участка зуба; в сагиттальном отделе ищите наиболее выступающую точку губной поверхности; а в коронковом разрезе убедитесь, что точка находится на вертикальной линии, разделяющей зуб пополам.
  28. Верхний/нижний правый/левый молярный профиль
    ПРИМЕЧАНИЕ: Следующие три пункта являются обязательными.
    1. Корень верхнего/нижнего моляра: в осевом разрезе ищите среднюю точку сечения вершины мезиального корня; а в сагиттальном и коронковом отделах определите верхушку мезиального корешка.
    2. Передний бугорок верхнего/нижнего моляра: в осевом отделе определите мезиально-щечный бугорок первого моляра верхнечелюстной/нижней челюсти; В сагиттальном и корональном отделах ищите мезиально-щечный бугорок первого моляра верхнечелюстной/нижней челюсти.
    3. Задний бугорок верхнего моляра: в осевом отделе ищите дистально-щечный бугорок первого моляра верхнечелюстной/нижней челюсти; В сагиттальном и корональном отделах определите дистально-щечный бугорок первого моляра верхнечелюстной/нижней челюсти.
  29. Крибриформная пластинка (Cr) - средняя верхняя точка на crista galli
    1. В сагиттальном разрезе выберите самую нижнюю точку crista galli. В осевом разрезе ищите самую нижнюю точку малого участка crista galli. В корональном разрезе выберите самую верхнюю точку crista galli.
  30. Овальное отверстие (ForOval_R, ForOval_L) — самая передне-медиальная и верхняя точка овального отверстия
    1. В осевом разрезе следите, чтобы эта точка лежала примерно на плоскости, делящей пополам отверстие в передне-медиальном направлении. В сагиттальном и корональном срезах посмотрите на дно входа в канал.
  31. Описцион (Opi) — средняя точка на заднем крае задней кривизны большого затылочного отверстия в осевом отделе
    1. В сагиттальном отделе ищите самую нижнюю точку сагиттального отдела большого затылочного отверстия. В осевом и корональном разрезах расположите ориентир по средней линии.
  32. Передняя черепная ямка (AntCF_R, AntCF_L) — самая передняя верхняя точка на границе, разделяющая переднюю и среднюю черепную ямки
    1. В 3D используйте осевой срез, идущий от переднего к заднему до тех пор, пока не будет достигнута кривизна ямки. Если присутствует более одной границы, выберите наиболее переднюю границу.
    2. В осевом отделе определяют самую переднюю точку отдела передней черепной ямки. В сагиттальном отделе ищите самую верхнюю точку границы передней черепной ямки. В корональном отделе определяют самую нижнюю точку участка передней черепной ямки.
  33. Внутренний слуховой проход (AcM_R, AcM_L) — самая задняя латеральная точка на внутреннем слуховом проходе на каменистой части височной кости
    1. В осевом разрезе ищите точку, отражающую начало канала, где заканчивается кривизна. В сагиттальном отделе ищите заднюю точку на кривизне. В корональном срезе определите самую глубокую точку на кривизне.
  34. Подъязычный канал (Hypog_R, Hypog_L)
    ПРИМЕЧАНИЕ: Это самая передне-медиальная точка канала. В случае, если есть два канала, выберите задний из двух каналов и отметьте точку на передней границе заднего канала.
    1. В осевом разрезе определите точку, отражающую начало канала, где заканчивается кривизна. В сагиттальном разрезе ищите самый глубокий конец кривизны. В венечном срезе убедитесь, что точка лежит примерно на оси, разделяющей канал пополам в передне-медиальном направлении.

8. Сохранение сканирования КЛКТ с аннотированными ориентирами

  1. В меню «Файл » выберите « Сохранить » или «Сохранить как», чтобы сохранить как отдельный файл, а затем выберите предпочтительный тип файла.

9. Экспорт измерений и/или 3D-координат ориентира

  1. Нажмите на значок Save Information/floppy disk (Сохранить информацию/дискету) на панели инструментов, а затем выберите Export Measurement (Экспорт измерений) (Export Measurements) или Export Landmarks (Экспорт ориентиров). Экспортируйте результаты в .csv формат файла.

Representative Results

Аннотация валидированной 3D-конфигурации ориентира подробно описана с использованием пошагового протокола и видеодемонстрации. Предусмотрены конкретные инструкции по аннотации каждого ориентира на 3D-объеме, а также уточнению их исходных положений с помощью видов 2D-сечений, соответствующих каждой плоскости пространства. Следуя подробной методике, представленной в протоколе, в сочетании с видеоинструкциями, пользователь может научиться проводить цефалометрический анализ с использованием КЛКТ-сканирования человека.

На рисунке 1 представлены фронтальные и трехчетвертные виды КЛКТ человеческого черепа с аннотированными 3D-ориентирами, включенными в текущую конфигурацию. Все описанные ориентиры относятся к Типу 1 и Типу 2. Ориентиры типа 1 представляют собой четко узнаваемые точки, обычно наблюдаемые на пересечении различных анатомических структур. Ориентиры типа 2 представляют собой точки максимальной кривизны на контуре узнаваемых анатомических структур12. В этот анализ не были включены ни тип 3, ни полуориентиры.

После завершения аннотации ориентиров существует два типа данных, которые могут быть экспортированы и дополнительно проанализированы пользователем: цефалометрические измерения и значения 3D-координат. Приведены значения ключевых цефалометрических измерений, необходимых для диагностики и оценки аномалий прикуса опорно-двигательного аппарата. Эти измерения обеспечивают детальную оценку скелетных и зубных отношений во всех трех плоскостях пространства: сагиттальной, вертикальной и поперечной. Значения 3D-координат (x, y, z) каждого ориентира могут быть экспортированы и использованы для расчета углов и линейных расстояний. Значения одних и тех же координат могут быть использованы для проведения многомерного геометрического морфометрического анализа (ГМС). GMA — это метод изучения формы, который может фиксировать морфологически различные переменные формы с использованием декартовых координат ориентира и/или полуориентира. Несколько статистических методов могут быть использованы для изучения формы, не принимая во внимание размер, расположение или ориентацию исследуемых структур. Геометрическая морфометрия в настоящее время является наиболее устоявшимся разделом морфометрической теории для обработки данных, основанных на ориентирах.

Figure 1
Рисунок 1: Фронтальные и трехчетвертные виды КЛКТ-сканирования человеческого черепа с аннотированными 3D-ориентирами, включенными в текущую конфигурацию. Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы просмотреть увеличенную версию этого рисунка.

Дополнительный файл 1: Конфигурационный файл, включающий ориентиры, используемые в этом протоколе, который может быть непосредственно загружен в программное обеспечение для анализа. Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы загрузить этот файл.

Discussion

Медицина и стоматология уже вступили в эру 3D-визуализации. В дисциплинах черепно-лицевой и стоматологической визуализации все чаще используются КЛКТ-сканирование из-за низкого излучения и снижения стоимости обновленных систем по сравнению с традиционными компьютерными томографами, простой калибровки использования персонала, относительно быстрого и легкого сбора данных с минимальным сотрудничеством с пациентом, а также возможности генерировать несколько других диагностических изображений и анализов из одного сканирования. Поэтому клиницистам и исследователям важно знать, как читать, диагностировать и анализировать эти 3D-изображения, а также научиться изучать черепно-лицевой рост и развитие в 3D.

Чтобы помочь клиницистам и исследователям в этой области, мы представляем пошаговый протокол и видеодемонстрацию для проведения 3D-цефалометрического анализа с использованием КЛКТ-сканирования человека. Эти ориентиры были ранее определены и подтверждены в предыдущей публикации, где была подтверждена их точность и повторяемость4. Подробные инструкции по уточнению для каждого ориентира также помогают пользователям правильно аннотировать каждый ориентир. Процесс аннотации ориентиров еще больше упрощается за счет использования предустановленных видов скана, которые соответствуют области, в которой должен быть расположен каждый ориентир. Эта функция значительно экономит время и усилия пользователя. Тем не менее, требуется обучение, и пользователям требуется практика для достижения точной аннотации ориентиров.

Валидированная 3D-конфигурация ориентира, используемая в этом протоколе, обеспечивает достаточное покрытие скелетной ткани лица, верхней челюсти, нижней челюсти и основания черепа. Таким образом, истинная морфология черепно-лицевых структур более точно представлена для оценки размеров, конфигурации и ориентации черепно-лицевого комплекса и составляющих его структур. Ориентиры мягких тканей не включены в этот протокол, но пользователи могут добавлять ориентиры по выбору в предоставленную конфигурацию, как описано в протоколе. Кроме того, по практическим причинам этот протокол не может включать конкретные инструкции для другого программного обеспечения для 3D-анализа, но может быть соответствующим образом адаптирован каждым пользователем.

Помимо диагностической ценности генерируемых стандартных цефалометрических измерений, в основном для клиницистов, свобода, предлагаемая с использованием этого анализа для вычисления углов и линейных расстояний между любыми 3D-ориентирами, позволит создать новые цефалометрические анализы, которые обеспечат более подробные и полные оценки. Тем не менее, наше будущее направление включает в себя установление новых соответствующих нормативных значений, точно так же, как 2D-нормативные значения были созданы в прошлом.

Кроме того, быстрыми темпами развивается применение ГОМС на основе ориентиров в черепно-лицевой клинической и исследовательской области. Исследователи в области эволюционной биологии и биологии развития и антропологии используют этот анализ уже более десяти лет, но недавно были представлены новые клинические приложения в области ортодонтии, зубочелюстной ортопедии и черепно-лицевой хирургии. ГМА также может быть использован как часть количественного фенотипирования в случае врожденных заболеваний с черепно-лицевыми проявлениями, а также для выявления тонких морфологических различий, приписываемых генным мутациям13,14,15,16. Кроме того, интеграция различных количественных подходов путем связывания морфометрических данных с функциональным анализом, а также генетическими данными может дать новые знания о черепно-лицевом развитии как в здоровых, так и в больных группах.

Благодаря недавним достижениям в области вычислений и визуализации, проведение этого типа анализа теперь возможно на персональных компьютерах, при этом уже доступно несколько пакетов программного обеспечения, включая Checkpoint, Geomorph (пакет статистического программного обеспечения R), Amira-Aviso и SlicerMorph. Эти программы могут помочь исследователям в области медицины, которые могут быть незнакомы с многомерным статистическим анализом, проводить GMA с наличием встроенных автоматизированных функций.

Disclosures

Авторы заявляют об отсутствии конфликта интересов.

Acknowledgments

Это исследование было поддержано Программой внутренних исследований Национального института стоматологических и черепно-лицевых исследований (NIDCR) Национальных институтов здравоохранения (NIH) и программой повышения квалификации в области ортодонтии и зубочелюстной ортопедии Колледжа стоматологической медицины Университета Роземана.

Materials

Name Company Catalog Number Comments
Invivo6 Dental Software Anatomage N/A 3D Imaging Software (including 3D analysis module)

DOWNLOAD MATERIALS LIST

References

  1. Proffit, W. R., Fields, H. W., Larson, B., Sarver, D. M. Contemporary Orthodontics - E-Book. Elsevier Health Sciences. , (2018).
  2. Broadbent, B. H. A new x-ray technique and its application to orthodontia. The Angle Orthodontist. 1 (2), 45-66 (1931).
  3. Hans, M. G., Palomo, J. M., Valiathan, M. History of imaging in orthodontics from Broadbent to cone-beam computed tomography. American Journal of Orthodontics and Dentofacial Orthopedics. 148 (6), 914-921 (2015).
  4. Liberton, D. K., Verma, P., Contratto, A., Lee, J. S. Development and validation of novel three-dimensional craniofacial landmarks on cone-beam computed tomography scans. The Journal of Craniofacial Surgery. 30 (7), e611-615 (2019).
  5. Pittayapat, P., Limchaichana-Bolstad, N., Willems, G., Jacobs, R. Three-dimensional cephalometric analysis in orthodontics: a systematic review. Orthodontics & Craniofacial Research. 17 (2), 69-91 (2014).
  6. Lo Giudice, A., et al. The evolution of the cephalometric superimposition techniques from the beginning to the digital era: a brief descriptive review. International Journal of Dentistry. 2021, 6677133 (2021).
  7. Graf, C. C., Dritsas, K., Ghamri, M., Gkantidis, N. Reliability of cephalometric superimposition for the assessment of craniofacial changes: a systematic review. European Journal of Orthodontics. 44 (5), 477-490 (2022).
  8. Dot, G., et al. Automatic 3-dimensional cephalometric landmarking via deep learning. Journal of Dental Research. 101 (11), 1380-1387 (2022).
  9. Kang, S. H., Jeon, K., Kang, S. H., Lee, S. H. 3D cephalometric landmark detection by multiple stage deep reinforcement learning. Scientific Reports. 11 (1), 17509 (2021).
  10. Schwendicke, F., et al. Deep learning for cephalometric landmark detection: systematic review and meta-analysis. Clinical Oral Investigations. 25 (7), 4299-4309 (2021).
  11. Yun, H. S., Jang, T. J., Lee, S. M., Lee, S. H., Seo, J. K. Learning-based local-to-global landmark annotation for automatic 3D cephalometry. Physics in Medicine and Biology. 65 (8), 085018 (2020).
  12. Bookstein, F. L. Morphometric Tools for Landmark Data: Geometry and Biology. , Cambridge University Press. (1992).
  13. Almpani, K., et al. Loeys-Dietz and Shprintzen-Goldberg syndromes: analysis of TGF-β-opathies with craniofacial manifestations using an innovative multimodality method. Journal of Medical Genetics. 59 (10), 938-946 (2022).
  14. Liberton, D. K., et al. Craniofacial analysis may indicate co-occurrence of skeletal malocclusions and associated risks in development of cleft lip and palate. Journal of Developmental Biology. 8 (1), 2 (2020).
  15. Whitman, M. C., et al. TUBB3 Arg262His causes a recognizable syndrome including CFEOM3, facial palsy, joint contractures, and early-onset peripheral neuropathy. Human Genetics. 140 (12), 1709-1731 (2021).
  16. Kidwai, F. K., et al. Quantitative craniofacial analysis and generation of human induced pluripotent stem cells for Muenke syndrome: A case report. Journal of Developmental Biology. 9 (4), 39 (2021).

Tags

Медицина выпуск 199
Демонстрация трехмерных цефалометрических аннотаций ориентиров на компьютерной томографии человека с колбочковым пучком человека
Play Video
PDF DOI DOWNLOAD MATERIALS LIST

Cite this Article

Almpani, K., Adjei, A., Liberton, D. … More

Almpani, K., Adjei, A., Liberton, D. K., Verma, P., Hung, M., Lee, J. S. Three-Dimensional Cephalometric Landmark Annotation Demonstration on Human Cone Beam Computed Tomography Scans. J. Vis. Exp. (199), e65224, doi:10.3791/65224 (2023).

Less
Copy Citation Download Citation Reprints and Permissions
View Video

Get cutting-edge science videos from JoVE sent straight to your inbox every month.

Waiting X
Simple Hit Counter