Wir präsentieren ein detailliertes Protokoll für die dreidimensionale Analyse von Weichteilveränderungen mit Hilfe der Stereophotogrammetrie.
Methodenartikel
Wir präsentieren ein detailliertes Protokoll für die dreidimensionale Analyse von Weichteilveränderungen mit Hilfe der Stereophotogrammetrie.
Die Bewertung der Auswirkungen zahnärztlicher und kieferorthopädischer Behandlungen sowie der orthognathischen Chirurgie auf das weiche Gesichtsgewebe ist von entscheidender Bedeutung, da diese Behandlungsarten die Gesichtsästhetik und damit die Patientenzufriedenheit erheblich beeinflussen können. Eine genaue Bewertung der Weichteilreaktion im Gesicht ist für optimale Behandlungsergebnisse unerlässlich. Die dreidimensionale (3D) Stereophotogrammetrie ist ein zuverlässiges, strahlungsfreies, nicht-invasives Werkzeug, das für quantitative Bewertungen der Weichteiloberfläche verwendet werden kann und eine äußerst genaue Darstellung der Gesichtsstrukturen bietet. Ziel dieses Protokolls ist es, eine Methodik zu demonstrieren, die zur quantitativen Beurteilung von Veränderungen im Gesicht mit Hilfe der Stereophotogrammetrie verwendet werden kann. Für die Videodemonstration haben wir eine 3D-Bildanalyse-Software verwendet. Das vorgeschlagene Protokoll umfasst die Schritte der Bildvorbereitung, die räumliche Registrierung auf eine 3D-Achse, die Auswahl und Überlagerung der Interessenbereiche sowie die Berechnung des Volumens der Fläche zwischen den beiden Weichteiloberflächenbildern, die an der Bewertung beteiligt sind. Dieses Protokoll wurde auf seine Validität und Reproduzierbarkeit getestet und kann sowohl klinische als auch forschungsbezogene Anwendungen haben.
Die Beurteilung von Veränderungen im Weichgewebe im Gesicht ist in der Zahnmedizin wichtig, da Gesichtsweichteile ein wesentlicher Bestandteil der Ästhetik und Funktion sind und als integraler Bestandteil der Behandlungsplanung in verschiedenen zahnmedizinischen Fachrichtungen gelten. Die Weichteilbewertung ermöglicht es Klinikern, die Auswirkungen therapeutischer Maßnahmen – wie Kieferorthopädie, Prothetik und orthognathische Chirurgie – auf das Gesichtserscheinungsbild und das Gleichgewicht vorherzusagen1. Die ausschließliche Nutzung von Skelett- oder Zahnmessungen kann zu beeinträchtigten Behandlungsergebnissen führen, da das Erreichen idealer Okklusion und/oder skelettaler Beziehungen nicht immer zu ausgewogenen oder gewünschten Veränderungen des weichen Gesichtsführt 2,3.
Die Weichteilanalyse ist für eine individuelle Behandlungsplanung unerlässlich, da sie hilft, Ausgangsmerkmale des Gesichts zu erkennen, die Auswirkungen von Wachstum und Alterung vorherzusagen und vorherzusagen, wie zahnärztliche, kieferorthopädische oder chirurgische Eingriffe Gesichtskonturen und strukturelle Unterstützung verändernwerden 4,5. Konkret werden Veränderungen der Lippenstütze, der Konvexität des Gesichts und der geringeren Gesichtsgröße direkt durch zahnärztliche und skelettale Veränderungen beeinflusst, und diese Veränderungen können die Patientenzufriedenheit und das wahrgenommene ästhetische Ergebnis erheblich beeinflussen 2,4. Eine genaue Beurteilung von Weichteilveränderungen ist entscheidend, um optimale Ergebnisse in ästhetischen Zonen zu erzielen, insbesondere in der Implantat- und restaurativen Zahnmedizin, wo die Erhaltung oder Vergrößerung des Weichteilvolumens notwendig ist, um ein natürliches Aussehen und eine Funktion zu erhalten6. Moderne dreidimensionale Bildgebungs- und Scantechnologien haben die Präzision und Reproduzierbarkeit von Weichteilmessungen verbessert und so eine bessere Diagnose, Behandlungsplanungund Ergebnisbewertung ermöglicht.
Der Goldstandard für die Weichteilbeurteilung ist die serielle 3D-Bildgebung zur Quantifizierung von Veränderungen des Weichteilvolumens, ergänzt durch klinische Untersuchungen und patientenberichtete Symptome10. Der genaueste und reproduzierbarste Ansatz ist die serielle 3D-Stereophotogrammetrie oder Laseroberflächenscanning, die eine präzise Messung von Weichteilvolumenänderungen über die Zeitermöglicht. Frühere Veröffentlichungen beschrieben quantitative Methoden zur Beurteilung von Veränderungen im Gesichtsweichgewebe in der oralen und maxillofazialen Literatur, obwohl die berichteten Ergebnisse weiterhin stark variabel bleiben: 10,11,12,13,14,15,16,17. In den meisten früheren Studien sind jedoch Details zu den beteiligten Schritten nicht enthalten, und die Reproduzierbarkeit der Ergebnisse wird oft nicht angegeben. Außerdem gibt es keine Videodemonstration des manuellen Teils des Prozesses, was für Kliniker und Forscher, die an einer Weichteilbewertung interessiert sind, praktisch sehr wertvoll wäre. Diese Videodemonstration zeigt detailliert eine Methodik zur Durchführung einer halbautomatisierten, hochpräzisen und hochreproduzierbaren 3D-volumetrischen Veränderungsbewertung mittels Gesichtsoberflächenbildgebung.
Dieses Protokoll wurde gemäß den ethischen Richtlinien des Institutional Review Board der National Institutes of Health (NIDCR IRB #16-D-0040) durchgeführt. Die informierte Zustimmung wurde von allen Probanden im Rahmen eines vom NIH IRB genehmigten Protokolls (NCT02639312) eingeholt, das die Verwendung der 3D-Gesichtsfotos in forschungsbezogenen Publikationen erlaubte. Alle Bildgebungen wurden in der NIH Dental Clinic mit einem 3D-Bildgebungssystemdurchgeführt. Siehe die Materialtabelle für Details zur in diesem Protokoll verwendeten Software. Für die Verwendung der in diesem Protokoll verwendeten 3D-Gesichtsfotos wurde ausdrückliche Zustimmung eingeholt.
1. Bildvorbereitung
2. Basisbildregistrierung auf das 3D-Achsengitter
HINWEIS: Das Basisbild wird durch das Studiendesign definiert. Dieses Bild ist eine Referenz, von der aus die nachfolgenden Bilder des einzelnen Subjekts registriert werden. Die Mittelliniensymmetrie wird wie folgt etabliert:
3. Bahnbrechende Anmerkungen
HINWEIS: Eine auf Weichteil-Orientierungsmarken basierende Registrierung wurde einer oberflächenbasierten Methode vorgezogen, um die Variation in der Oberflächenverfügbarkeit besser zu berücksichtigen, die durch die Bildqualität begrenzt und auf Bereiche beschränkt ist, die nicht von der Operation betroffen sind. Die Reihenfolge der Landmark-Annotationen sollte für jedes Bild gleich sein. Wenn möglich, vermerken Sie ein patientenspezifisches Wahrzeichen, wie eine Narbe oder ein Muttermal, das außerhalb des betroffenen Bereichs liegt. Die Auswahl des Wahrzeichens sollte vom jeweiligen Interessengebiet abhängen.
4. Auswahl der Interessensgebiete im Basisbild und der Volumenmessung
5. Registrierung nachfolgender Bilder, Überlagerung des Interessenbereichs und Volumenmessung
Dieses Protokoll beschreibt detailliert einen standardisierten, reproduzierbaren Ansatz zur 3D-Beurteilung von Veränderungen im Gesicht im Weichgewebe. Die Stereophotogrammetrie ermöglicht eine genaue Quantifizierung der Gesichtsschwellung, indem Oberflächenveränderungen im Zeitverlauf erfasst werden. Mit einem markenorientierten Registrierungsprozess werden die postoperativen Bilder auf einen stabilen Ausgangspunkt ausgerichtet, was eine Überlagerung und den Vergleich der von der Operation betroffenen Bereiche ermöglicht. Ein Interessensgebiet wird mithilfe reproduzierbarer anatomischer Grenzen definiert, und das entsprechende Volumen wird in Kubikmillimetern (cm3) berechnet. Da jedes Subjekt als eigene interne Kontrolle dient, sind absolute Volumina zwischen den Probanden in dieser Analyse nicht direkt vergleichbar.

Abbildung 1: Demonstration dreidimensionaler volumetrischer Messung. Demonstration der Anwendung dieses Protokolls zur quantitativen Beurteilung der Gesichtsschwellung nach orthognathischer Operation. (A) Ausgangsbild wurde ein Jahr nach der Operation aufgenommen, als die postoperative Schwellung vollständig verschwunden war. Das Bild wurde auf ein 3D-Achsengitter mit folgenden anatomischen Orientierungspunkten registriert: bilaterale mediale und laterale Canthi, Glabella. mit der Definition des ROI. (B) Postoperatives Bild, aufgenommen eine Woche nach der Operation, wenn die meisten Patienten die größte Schwellung verspüren. Es wurde auf dasselbe Achsgitter registriert, wobei der Basis-ROI auf das Bild projiziert wurde. (C) Überlagerung von Ausgangslinien- und postoperativen Bildern zur Bestätigung der Ausrichtungsgenauigkeit. (D) Volumetrische Masken, die aus dem ROI zu beiden Zeitpunkten erzeugt werden, mit resultierender volumetrischer Messung in Kubikmillimetern (cm3). (E) Heatmap zum Vergleich von Volumenunterschieden zwischen den Masken; Blau und Grün zeigen ein erhöhtes Volumen an, während Gelb und Orange ein geringeres Volumen im Vergleich zum Ausgangsbild anzeigen. Ein farbcodierter Zahlenindex ist als Referenz enthalten. Die exakte volumetrische Differenz zwischen den beiden Masken wird ebenfalls als Ausgabe angegeben. Bitte klicken Sie hier, um eine größere Version dieser Abbildung anzusehen.
3D-Bildgebung ist zum Standard in den Bereichen Zahnmedizin und Kraniofacial Chirurgie geworden und bietet quantitative Weichteiltests mit hoherGenauigkeit 11. Die Reproduzierbarkeit und Genauigkeit der Platzierung anatomischer Orientierungspunkte auf 3D-Bildern wurden ebenfalls in früheren Studienbestätigt. Daher ermöglicht Stereophotogrammetrie oder 3D-Gesichts-Weichteilaufnahmen die Erfassung präziser anthropometrischer Messungen und die objektive Quantifizierung von Weichteilveränderungen durch Längsvergleiche von Bildern.
Frühere Literatur zur Weichteiluntersuchung des Gesichts beschreibt oft Methoden, die umfassende Ausbildung in spezialisierter Bildanalysesoftware, die Kombination verschiedener bildgebender Modalitäten und Softwaretypen oder die Annotation mehrerer Orientierungspunkte erfordern, was erheblichen Zeit- und Arbeitsaufwand von den Nutzern erfordernkann 11,13,14,20,21,22,23,24,25,26. Eine flächenbasierte Überlagerung wird ebenfalls als Option von verschiedenen Software angeboten und wurde in früheren Studien27 implementiert. Dies ist ein alternatives Überlagerungswerkzeug, das anstelle der manuellen Landmark-Annotation verwendet werden könnte. Basierend auf den praktischen Erfahrungen der Autoren, nachdem sie beide Methoden im Rahmen einer retrospektiven Kohortenstudie getestet hatten, war die landmarkenbasierte Überlagerung jedoch eine einfachere und genauere Option.
Der Hauptgrund war, dass die flächenbasierte Überlagerung empfindlicher auf kleine Unterschiede zwischen den übereinanderliegenden Bildern reagierte, wie etwa das Vorhandensein eines einzelnen Haares auf der Hautoberfläche oder die genaue Ausrichtung des Kopfes. Dies ist ein grundlegendes Problem retrospektiver Studien, das mit einem standardisierteren Bildaufnahmeprotokoll, wie unten empfohlen, hätte vermieden werden können. Dennoch enthalten frühere Veröffentlichungen mit landmarkenbasierter Überlagerung keine schrittweise Anleitung des Prozesses, sodass er leicht von anderen Klinikern und/oder Forschern repliziert werden kann. Wir präsentieren hier einen standardisierten Rahmen zur Quantifizierung volumetrischer Veränderungen, der bereits in bestehende Bildgebungssoftware integriert ist. Dies ist ein unkomplizierter Ansatz für volumetrische Weichteiluntersuchungen, der keine Fachkenntnisse im Bereich der Bildanalyse erfordert.
Einige der technischen Herausforderungen, die häufig bei der Überlagerung von Gesichtsbildern auftreten, hängen mit dem Vorhandensein von Gesichtsbehaarung zusammen. Je nach Länge und Dicke kann Gesichtsbehaarung die Genauigkeit der Scans erheblich beeinträchtigen, da die Hautoberfläche verdeckt ist. Folglich wird der Vergleich zwischen den Scans, die eine hochsensible, quantitative Bewertung darstellen, unzuverlässig sein. Daher wird dringend empfohlen, vor der Erstellung der 3D-Gesichtsscans nur sehr wenig oder idealerweise gar keine Gesichtsbehaarung zu haben. Das Haar sollte außerdem vom Gesicht entfernt gelegt werden, um eine klare Sicht auf Gesicht, Stirn und Ohren zu ermöglichen.
Außerdem neigen Patienten mit oralen Atemmustern oder Lippeninkompetenz aufgrund zugrunde liegender skelettaler Diskrepanzen oft dazu, mit gespreizten Lippen zu posieren. Dies kann beim Vergleich von Serienscans problematisch werden, besonders wenn die Position der Lippen nicht einheitlich ist. Die Position der Lippen sollte reproduzierbar sein, wenn zwei oder mehr Scans zu unterschiedlichen Zeitpunkten in vergleichende volumetrische Bewertungen einbezogen werden. Schließlich sollten auch Gesichtsausdrücke während der Aufnahme der Scans aus Gründen der Konsistenz und Reproduzierbarkeit vermieden werden. Es wird empfohlen, alle Bilder so zu machen, dass der Patient einen neutralen Gesichtsausdruck beibehält, wenn möglich die Lippen geschlossen und die Zähne bei ihren gewohnten Bissbeziehungen in Kontakt hält. Diese Position gilt als die am einfachsten zu replizierende Position.
Außerdem ist es wichtig, die Probanden entsprechend zu unterrichten, damit sie genau wissen, was sie tun müssen und wie der Prozess der Bildaufnahme beinhaltet. Aus demselben Grund sollten die an der Aufnahme der Bilder beteiligten Personen geschult und miteinander kalibriert werden, wenn mehr als eine Person beteiligt ist. Dies kann die Qualität der Scans und damit die Genauigkeit der quantitativen Bewertungen erheblich verbessern.
Zusammenfassend bietet dieses Protokoll einen praktischen Leitfaden für zukünftige klinische Untersuchungen und Forschungsstudien, die darauf abzielen, die Auswirkungen verschiedener therapeutischer Interventionen auf die Gesichtsästhetik sowie den Verlauf der Heilungsprozesse im Fall von Längsbeurteilungen zu bewerten. Diese Art der Beurteilung kann in verschiedenen Bereichen der Zahnmedizin sehr informativ sein, insbesondere in den Bereichen feste und herausnehmbare Prothetologie, Kieferorthopädie und orthognathische Chirurgie 28,29,30,31,32,33,34. Forschungsstudien, die sich auf die Weichteilreaktion auf zahnärztliche und/oder skelettale Gewebeinterventionen konzentrieren, würden wertvolle Informationen über die Auswirkungen dieser verschiedenen Behandlungsmethoden auf die Weichteilkontur im Gesicht liefern, die ein wesentlicher Bestandteil des Gesamtbehandlungsergebnisses ist. Darüber hinaus können longitudinale Untersuchungen der mit dem Alter verbundenen Weichteilveränderungen ebenso aufschlussreich über die langfristigen Auswirkungen verschiedener Behandlungsarten auf das Weichteilprofil sein. Diese Informationen könnten in Zukunft als Teil maßgeschneiderter Behandlungsergebnissimulationsansätze verwendet werden, die ein wesentlicher Bestandteil der Behandlungsplanung und Patientenberatungen sein könnten.
Die Autoren haben keine Interessenkonflikte, die offengelegt werden müssen.
Diese Forschung wurde vom Intramural Research Program des National Institute of Dental and Craniofacial Research (NIDCR) der National Institutes of Health (NIH) unterstützt.
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