Article de méthode

Protocole d’évaluation quantitative des modifications volumétriques des tissus mous faciaux avec stéréophotogrammétrie

DOI :

10.3791/69204

⸱

9 décembre 2025

 ,  ,  , 
1Craniofacial Anomalies Bone Regeneration Section, National Institute of Dental and Craniofacial Research, 2Howard University Hospital, Oral and Maxillofacial Surgery Department, Howard University Hospital

Dans cet article

Résumé

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Nous présentons un protocole détaillé pour l’analyse tridimensionnelle des changements des tissus mous grâce à l’utilisation de la stéréophotogrammétrie.

Résumé

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

L’évaluation de l’impact des traitements dentaires et orthodontiques, ainsi que de la chirurgie orthognatique sur les tissus mous du visage, est d’une importance cruciale, car ces types de traitements peuvent avoir un impact significatif sur l’esthétique faciale et, par conséquent, sur la satisfaction du patient. Une évaluation précise de la réponse des tissus mous faciaux est essentielle pour obtenir des résultats optimaux dans le traitement. La stéréophotogrammétrie tridimensionnelle (3D) est un outil fiable, sans radiation et non invasif, qui peut être utilisé pour des évaluations quantitatives de la surface des tissus mous, offrant une représentation très précise des structures faciales. L’objectif de ce protocole est de démontrer une méthodologie pouvant être utilisée pour l’évaluation quantitative des modifications des tissus mous faciaux grâce à la stéréophotogrammétrie. Pour la démonstration vidéo, nous avons utilisé un logiciel d’analyse d’images 3D. Le protocole proposé comprend les étapes de préparation de l’image, l’enregistrement spatial sur un axe 3D, la sélection et la superposition des zones d’intérêt, ainsi que le calcul du volume de la surface incluse entre les deux images de surface des tissus mous impliquées dans l’évaluation. Ce protocole a été testé pour sa validité et sa reproductibilité et peut avoir des applications variables à la fois à des fins cliniques et de recherche.

Introduction

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L’évaluation des modifications des tissus mous du visage est importante en dentisterie car les tissus mous du visage sont une partie essentielle de l’esthétique et de la fonction, et sont considérés comme une partie intégrante de la planification des traitements dans toutes les disciplines dentaires. L’évaluation des tissus mous permet aux cliniciens de prédire l’impact des interventions thérapeutiques — telles que l’orthodontie, la prothèse et la chirurgie orthognatique — sur l’apparence et l’équilibre du visage1. Se fier uniquement à des mesures squelettiques ou dentaires peut entraîner des résultats thérapeutiques compromis, car l’atteinte d’une occlusion idéale et/ou des relations squelettiques ne se traduit pas toujours par des changements équilibrés ou souhaités des tissus mousfaciaux 2,3.

L’analyse des tissus mous est essentielle pour une planification individualisée du traitement car elle permet d’identifier les caractéristiques faciales de base, d’anticiper les effets de la croissance et du vieillissement, et de prédire comment les interventions dentaires, orthodontiques ou chirurgicales modifieront les contours du visage et le soutienstructurel 4,5. Plus précisément, les modifications du soutien des lèvres, la convexité faciale et la baisse de la taille du visage sont directement influencées par des modifications dentaires et squelettiques, et ces changements peuvent avoir un impact significatif sur la satisfaction du patient et le résultat esthétique perçu 2,4. Une évaluation précise des modifications des tissus mous est cruciale pour obtenir des résultats optimaux dans les zones esthétiques, en particulier en dentisterie implantative et restauratrice, où la préservation ou l’augmentation du volume des tissus mous est nécessaire pour maintenir une apparence et une fonctionnaturelles 6. Les technologies modernes d’imagerie et de balayage tridimensionnelles ont amélioré la précision et la reproductibilité des mesures des tissus mous, facilitant un meilleur diagnostic, une meilleure planification du traitement et une meilleure évaluationdes résultats 7,8,9.

La référence pour l’évaluation des tissus mous est l’imagerie 3D en série pour quantifier les variations de volume des tissus mous, complétée par un examen clinique et des symptômes rapportéspar les patients 10. L’approche la plus précise et reproductible est la stéréophotogrammétrie 3D en série ou le balayage laser de surface, qui permet une mesure précise des variations de volume des tissus mous au fil dutemps 10,11,12. Des publications antérieures ont décrit des méthodes quantitatives pour l’évaluation des modifications des tissus mous du visage dans la littérature orale et maxillo-faciale, bien que les résultats rapportés restent très variables 10,11,12,13,14,15,16,17. Cependant, dans la plupart des études précédentes, les détails concernant les étapes impliquées ne sont pas inclus, et la reproductibilité des résultats n’est souvent pas rapportée. De plus, il n’existe pas de démonstration vidéo de la partie manuelle du processus, ce qui serait pratiquement très utile pour les cliniciens et chercheurs intéressés par l’évaluation des tissus mous. Cette démonstration vidéo présente en détail une méthodologie pour réaliser une évaluation semi-automatisée, de haute précision et hautement reproductible des changements volumétriques 3D à l’aide de l’imagerie de surface faciale.

Protocole

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Ce protocole a été mené conformément aux directives éthiques établies par le Conseil d’éthique des National Institutes of Health (NIDCR IRB #16-D-0040). Le consentement éclairé a été obtenu de tous les sujets dans le cadre d’un protocole approuvé par le NIH IRB (NCT02639312), autorisant l’utilisation des photographies faciales 3D dans des publications liées à la recherche. Toutes les images ont été réalisées à la clinique dentaire du NIH à l’aide d’un système d’imagerie3D 18. Voir le tableau des matériaux pour les détails concernant le logiciel utilisé dans ce protocole. Un consentement explicite a été obtenu pour l’utilisation des photographies faciales 3D utilisées dans ce protocole.

1. Préparation de l’image

  1. Le système capture trois images : droite, devant, gauche, et les traite automatiquement en une seule image 3D. Si l’auto-couture échoue, assurez-vous que les images ont été prises dans l’ordre spécifié et que le positionnement est correct (angle de caméra, yeux ouverts, bouche fermée). Si les images semblent correctement capturées, placez des repères manuels comme indiqué par le logiciel, et une fois satisfait, cliquez sur recommencer le point de la lecture.
  2. Pour manipuler l’image sans changer l’orientation spatiale, utilisez les outils indiqués par une icône d’œil dans le menu de gauche : déplacer, pivoter, incliner, zoomer.
  3. Supprimez les zones inutiles de l’image à l’aide de Box Crop pour éliminer rapidement tout ce qui se trouve en dehors du cadre rectangulaire sélectionné.
    REMARQUE : Pour un montage plus précis, utilisez la sélection de zones de peinture, qui permet de sélectionner manuellement les zones à retirer, avec la possibilité d’ajuster la taille du pinceau pour un raffinement détaillé.
  4. Sauvegardez l’image modifiée en utilisant l’option sauvegarder du menu Fichier.

2. Enregistrement de base de l’image sur la grille d’axes 3D

REMARQUE : L’image de base est définie par le plan de l’étude. Cette image est une référence à partir de laquelle les images suivantes du sujet seront enregistrées. La symétrie de la ligne médiane est établie comme suit :

  1. Sélectionnez « Grilles d’axes » dans les options supérieures de la barre d’outils pour afficher les grilles d’axes tridimensionnelles pour tous les plans.
  2. Cliquez sur Vue instantanée depuis la barre d’outils supérieure pour faire passer l’image en carré à la vue frontale la plus proche à 90°.
  3. Depuis la barre d’outils de gauche, sélectionnez Spin Active Surfaces (icône de cube) et faites pivoter l’image jusqu’à ce qu’elle soit uniformément divisée par l’axe vertical (Y).
  4. En utilisant l’outil de sélection de zone de peinture depuis le menu « Outils » de l’option « Zone » dans la barre d’outils du haut, faites glisser le pinceau sur la surface frontale de l’image en maintenant le bouton gauche de la souris enfoncé et en déplaçant le curseur pour surligner le visage
  5. Une fois sélectionné, cliquez sur Trouver la symétrie dans le menu « Surface » dans la barre d’outils supérieure pour aligner automatiquement l’image le long de l’axe vertical passant par son centre
  6. Utilisez Effacer la zone depuis l’option « Sélectionner » dans le menu « Zone » dans la barre d’outils du haut pour désélectionner la région ensuite.
  7. Pour corriger la rotation de l’image et établir une orientation de l’avant vers l’arrière pour l’enregistrement, commencez par afficher l’image dans deux fenêtres de vue en sélectionnant l’option Afficher une surface dans chacune des deux fenêtres de vue depuis la barre d’outils du haut.
  8. Utilisez l’outil Spin (icône œil) depuis la barre d’outils de gauche et la fonction Snap depuis la barre d’outils supérieure pour obtenir une vue latérale. Dans la fenêtre latérale, utilisez Roll Active Surfaces (icône cube) depuis la barre d’outils gauche pour ajuster l’image afin que la position de la tête soit alignée verticalement avec la grille. Ensuite, sélectionnez Pan Active Surfaces (icône de cube) dans la barre d’outils de gauche et déplacez l’image dans la vue latérale jusqu’à ce qu’elle soit centrée sur l’axe vertical principal. Assurez-vous de sauvegarder l’image enregistrée.

3. Annotations marquantes

REMARQUE : Un enregistrement basé sur les points de repère des tissus mous a été choisi plutôt qu’une méthode basée sur la surface afin de mieux tenir compte de la variation de la disponibilité des surfaces, qui est limitée par la qualité de l’image et limitée aux régions non affectées par la chirurgie. La séquence des annotations des monuments doit être la même pour chaque image. Si possible, annotez un point de repère spécifique au patient, comme une cicatrice ou un grain de beauté, qui se trouve en dehors de la région concernée par la chirurgie. Le choix des monuments doit dépendre de la zone d’intérêt pour chaque évaluation.

  1. Pour suivre ce protocole, utilisez les repères suivants (voir Figure 1) :
    1. Canthus médial/Endocanthion (en) : la commissure interne de chaque fissure oculaire. Annoter d’abord la gauche, puis la droite. Vérifiez la bonne position en vue frontale.
    2. Canthus latéral/Exocanthion (ex) : la commissure externe de chaque fissure de l’œil. Annoter d’abord la gauche, puis la droite. Vérifiez la bonne position en vue frontale.
    3. Glabella (g) : point médian le plus antérieur sur le contour des tissus mous fronto-orbitaires. Identifiez la position des points de repère sur les profils droit et gauche, puis vérifiez l’alignement de la ligne médiane dans la vue frontale.
  2. Annotez les points de repère en utilisant l’option Placer des points de repère depuis le menu « Outils » de l’option « Points de repère » dans la barre d’outils du haut ou depuis l’option Lieux de repères dans la barre d’outils de gauche (icône de flèche du haut). N’oubliez pas d’annoter les repères dans la même séquence à chaque fois pour toutes les images qui vont être comparées. Pour modifier l’emplacement d’un point de repère placé, sélectionnez l’option Sélectionner des points de repère dans la barre d’outils de gauche (icône de la flèche du bas) puis l’option Placer les repères, qui vous permet de glisser le point de repère sélectionné, en maintenant la touche gauche, à la bonne position.
  3. Sauvegardez l’image classée.

4. Sélection des zones d’intérêt dans l’image de base et la mesure volumique

  1. Dans la vue frontale, sélectionnez Choisir plusieurs points pour boucle fermée dans l’outil de barre d’outils de gauche et placez des points le long du périmètre de la région d’intérêt.
  2. Après avoir terminé la boucle, sélectionnez Ajouter à la zone by le menu qui apparaît après un clic droit sur l’écran.
  3. Utilisez l’outil de sélection de zone de peinture depuis le menu « Outils » de l’option « Zone » dans la barre d’outils supérieure pour affiner la sélection en ajoutant ou effaçant la région d’intérêt.
  4. Effectuez la même procédure en vue latérale et submentale pour couvrir la région.
  5. Une fois satisfait, utilisez l’option Copier la zone sélectionnée dans le menu « Zone » dans la barre d’outils supérieure pour créer un masque.
    REMARQUE : Dans ce protocole, la région d’intérêt était définie comme celle affectée par la chirurgie orthognathique et délimitée par le canthi latéral et médial, la glabelle et l’angle cervico-mental.

5. Enregistrement des images ultérieures, superposition de la zone d’intérêt et mesure de volume

  1. Ouvrez à la fois l’image de la ligne de base et l’image qui sera enregistrée sur la grille de l’axe de la ligne de base (image d’enregistrement).
  2. Sélectionnez l’option Afficher une surface dans chacune des deux fenêtres de vue dans la barre d’outils supérieure.
  3. Utilisez l’outil Spin (icône œil) dans la barre d’outils gauche pour faire pivoter manuellement l’image jusqu’à ce que son orientation corresponde davantage à celle de l’image de base.
  4. Une fois visuellement alignés, placez les points de repère dans la même séquence que celle décrite à l’étape 3.
  5. Sélectionnez Enregistrer les surfaces dans le menu « Surfaces » dans la barre d’outils supérieure et appliquez les paramètres suivants : déplacez cette « image » de surface pour qu’elle corresponde à cette « ligne de base » et calculez l’alignement en utilisant des « repères avec des noms correspondants ».
  6. Passez à une seule fenêtre en sélectionnant l’option « 1 Viewport » dans la barre d’outils du haut et vérifiez l’enregistrement en effectuant Colorer la surface par distance depuis le menu « Distance » dans les options du menu « Mesure » dans la barre d’outils du haut avec les choix suivants : colorer toute cette « ligne de base » de surface par la distance à cette surface « image ».
    REMARQUE : Les régions non affectées ou non modifiées devraient présenter une variation minimale de couleur si elles sont bien enregistrées. Assurez-vous de sauvegarder l’image enregistrée.
  7. Revenez à deux viewports en sélectionnant l’option « Afficher une surface dans chacun des deux viewports » dans la barre d’outils supérieure, masquez l’image d’enregistrement en cliquant sur l’onglet icônes de l’image, et utilisez Projet de zone sélectionnée dans le menu « Zone » de la barre d’outils supérieure pour mettre en surbrillance la région correspondante de la ligne de base à la seconde image.
  8. Revenez à l’option de vue à deux fenêtres et désélectionnez l’icône de l’image d’enregistrement afin qu’elle ne soit pas visible. Dans le menu « Zone », sélectionnez Masquer pour masquer la zone sélectionnée de l’image de base. Cliquez sur la deuxième image puis sélectionnez l’option Entre deux surfaces (objet différent) dans les options « Volume » du menu « Mesure ».
  9. Revenez à une vue unique et masquez l’image d’enregistrement en cliquant sur son icône. Sélectionnez l’option +/- Volumes dans le menu « Surface » puis mesurez le volume entre les deux zones sélectionnées en utilisant l’option « Of Closed Surface » dans les options « Volume » dans le menu « Mesurer ». Les résultats se trouvent dans la section « Journal » en bas de la fenêtre.

Résultats

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Ce protocole décrit en détail une approche standardisée et reproductible pour l’évaluation 3D des modifications des tissus mous faciaux. La stéréophotogrammétrie permet de quantifier avec précision le gonflement du visage en capturant les changements de surface au fil du temps. Grâce à un processus d’enregistrement guidé par des points de repère, les images postopératoires sont alignées sur une base stable, permettant la superposition et la comparaison des zones affectées par la chirurgie. Une zone d’intérêt est définie à l’aide de frontières anatomiques reproductibles, et le volume correspondant est calculé en millimètres cubes (cm3). Comme chaque sujet agit comme son propre contrôle interne, les volumes absolus ne sont pas directement comparables entre les sujets dans cette analyse.

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Figure 1 : Démonstration de la mesure volumétrique tridimensionnelle. Démonstration de l’utilisation de ce protocole pour l’évaluation quantitative du degré de gonflement du visage après une chirurgie orthognathique. (A) Image de base prise un an après l’opération, lorsque le gonflement postopératoire était complètement dissipé. L’image a été enregistrée sur une grille d’axes 3D utilisant les repères anatomiques suivants : canthi médiale et latéral bilatéral, glabelle. avec la définition du ROI. (B) Image postopératoire acquise une semaine après l’opération, lorsque la plupart des patients présentent le plus de gonflement. Il était enregistré sur la même grille d’axe, avec la projection du ROI de base sur l’image. (C) Superposition d’images de base et postopératoires afin de confirmer la précision de l’alignement. (D) Masques volumétriques générés à partir du ROI aux deux points temporels, avec une mesure volumétrique résultante en millimètres cubes (cm3). (E) Carte thermique comparant les différences de volume entre les masques ; Le bleu et le vert indiquent un volume accru, tandis que le jaune et l’orange indiquent un volume diminué par rapport à l’image de base. Un index numérique codé par couleur est inclus comme référence. La différence volumétrique exacte entre les deux masques est également fournie en sortie. Veuillez cliquer ici pour voir une version agrandie de cette figurine.

Discussion

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

L’imagerie 3D est devenue la norme de soins dans les domaines de la dentisterie et de la chirurgie craniofaciale et propose des évaluations quantitatives des tissus mous de hauteprécision. La reproductibilité et la précision du placement des repères anatomiques sur des images 3D ont également été validées dans des étudesantérieures 19. Ainsi, la stéréophotogrammétrie ou l’image 3D des tissus mous faciaux permet d’acquérir des mesures anthropométriques précises et de quantifier objectivement les changements des tissus mous par comparaison longitudinale d’images.

La littérature antérieure sur l’évaluation des tissus mous faciaux décrit souvent des méthodes nécessitant une formation approfondie dans des logiciels spécialisés d’analyse d’image, la combinaison de différentes modalités et types de logiciels d’imagerie, ou l’annotation de plusieurs repères, ce qui peut nécessiter un temps et des efforts considérables de la part desutilisateurs 11,13,14,20,21,22,23,24,25, 26. Une superposition basée sur la zone est également proposée en option par différents logiciels et a été mise en œuvre dans des étudesantérieures 27. Il s’agit d’un outil de superposition alternatif qui pourrait être utilisé à la place de l’annotation manuelle des monuments. Cependant, d’après l’expérience pratique des auteurs après avoir testé les deux méthodes dans le cadre d’une étude de cohorte rétrospective, la superposition basée sur des repères était une option plus simple et plus précise.

La raison principale était que la superposition basée sur la surface était plus sensible aux petites différences entre les images superposées, comme, par exemple, la présence d’un seul poil sur la surface de la peau ou l’orientation précise de la tête. C’est un problème inhérent aux études rétrospectives qui aurait pu être évité avec l’utilisation d’un protocole d’acquisition d’image plus standardisé, comme indiqué ci-dessous. Néanmoins, les publications précédentes utilisant la superposition basée sur des repères ne contiennent pas de directives progressives du processus afin qu’elles puissent être facilement reproduites par d’autres cliniciens et/ou chercheurs. Nous présentons ici un cadre standardisé pour la quantification des changements volumétriques, déjà intégré dans les logiciels d’imagerie existants. Il s’agit d’une approche simple pour l’évaluation volumétrique des tissus mous qui ne nécessite pas d’expertise dans le domaine de l’analyse d’images.

Certains des défis techniques souvent rencontrés lors de la superposition d’images de surface faciale sont liés à la présence de poils faciaux. Selon leur longueur et leur épaisseur, la pilosité faciale peut compromettre considérablement la précision des examens car la surface de la peau est obscurcie. Par conséquent, la comparaison entre les scans, qui est une évaluation quantitative à haute sensibilité, sera peu fiable. Par conséquent, la présence d’un minimum ou idéalement de pas de pilosité faciale est fortement recommandée avant l’obtention des scans faciaux 3D. Les cheveux du sujet doivent également être placés à l’écart du visage, permettant une vue claire du visage, du front et des oreilles.

De plus, les patients présentant des schémas respiratoires buccaux ou une incompétence labiale due à des incohérences squelettiques sous-jacentes ont souvent tendance à adopter une posture les lèvres écartées. Cela peut poser problème lors de la comparaison des scans en série, surtout lorsque la position des lèvres n’est pas constante. La position des lèvres devrait être reproductible lorsque deux scans ou plus effectués à différents moments seront inclus dans des évaluations volumétriques comparatives. Enfin, les expressions faciales doivent également être évitées lors de l’acquisition des scans pour des raisons de cohérence et de reproductibilité. Il est recommandé que toutes les images soient prises avec le patient en gardant une expression faciale neutre, les lèvres fermées, si possible, et en gardant ses dents en contact dans ses relations habituelles de morsure. Cette position est considérée comme la plus facile à reproduire au fil du temps.

De plus, il est également important d’instruire les sujets en conséquence, afin qu’ils sachent exactement ce qu’ils doivent faire et ce que comprend le processus de capture des images. Pour la même raison, le personnel impliqué dans l’acquisition des images doit être formé et calibré les uns avec les autres, lorsque plusieurs personnes sont impliquées. Cela peut améliorer significativement la qualité des examens et, par conséquent, la précision des évaluations quantitatives.

En résumé, ce protocole fournit un guide pratique pour les futures évaluations cliniques et études de recherche visant à évaluer l’impact de différents types d’interventions thérapeutiques sur l’esthétique faciale, ainsi que la progression des processus de guérison, dans le cas des évaluations longitudinales. Ce type d’évaluation peut être très instructif dans divers domaines de la dentisterie, en particulier dans les domaines de la prothèse fixe et amovible, de l’orthodontie et de la chirurgieorthognatique 28,29,30,31,32,33,34. Des études de recherche portant sur la réponse des tissus mous aux interventions dentaires et/ou squelettiques fourniraient des informations précieuses sur l’effet de ces différentes modalités de traitement sur le contour des tissus mous faciaux, qui est un élément essentiel du résultat global du traitement. De plus, les évaluations longitudinales des modifications des tissus mous liées au vieillissement peuvent être tout aussi informatives sur l’effet à long terme que différents types de traitements pourraient avoir sur le profil des tissus mous. Ces informations pourraient être utilisées à l’avenir dans le cadre d’approches personnalisées de simulation des résultats de traitement, qui pourraient être une partie essentielle de la planification du traitement et des consultations avec les patients.

Déclarations de divulgation

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Les auteurs n’ont aucun conflit d’intérêts à divulguer.

Remerciements

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Cette recherche a été soutenue par le programme de recherche intramurale de l’Institut national de recherche dentaire et craniofaciale (NIDCR) des National Institutes of Health (NIH).

Matériaux

Liste des matériaux utilisés dans cet article
NomEntrepriseNuméro de catalogueCommentaires
Caméra Vectra H1Canfield ScientificN/ASystème d’imagerie 3D portatif
Logiciel VectraCanfield ScientificN/ALogiciels d’analyse d’images

Références

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valuation volum triqueimagerie 3Drecalage de surfaceannotation de points de rep remesure de volumechirurgie orthognathiquemorphologie cranio facialesuperposition d images

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