Name: 인간 원뿔 빔 컴퓨터 단층 촬영 스캔에 대한 3차원 두부 측정 랜드마크 주석 데모 (동영상) | JoVE Journal
Uploaded: 2023-09-08T13:20:00.000+00:00
Duration: 10 min 23 s
Description: 학습하세요 인간 원뿔 빔 컴퓨터 단층 촬영을 이용한 3차원 두부 측정 분석법을. 정확한 해골 랜드마크 주석 기법으로 임상 및 연구 현장에서 보다 정밀한 측정이 가능합니다.

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이 연구는 국립 보건원 (NIH)의 국립 치과 및 두개 안면 연구소 (NIDCR)의 교내 연구 프로그램과 Roseman University College of Dental Medicine의 교정 및 치과 안면 정형 외과 고급 교육 프로그램의 지원을 받았습니다.

인체 CBCT 스캔에 대한 3D 두부 랜드마크 주석 시연

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</ol>

저자는 이해 상충을 선언하지 않습니다.

의학과 치의학은 이미 3D 이미징 시대에 접어들었습니다. 두개안면 및 치과 영상 분야에서는 기존 CT 기계에 비해 방사선이 적고 업데이트된 시스템의 비용이 절감되고, 인력 사용이 용이하며, 환자 협력을 최소화하면서 비교적 빠르고 쉽게 획득할 수 있으며, 한 번의 스캔으로 여러 개의 다른 진단 이미지 및 분석을 생성할 수 있기 때문에 CBCT 스캔이 점점 더 많이 사용되고 있습니다. 따라서 임상의와 연구자는 이러한 3D 이미지를 읽고, 진단하고, 분석하는 방법을 알고 3D로 두개안면 성장과 발달을 연구하는 방법을 배우는 것이 중요합니다.
이 분야의 임상의와 연구원을 지원하기 위해 우리는 인간 CBCT 스캔을 사용하여 3D 두부 분석 수행을 위한 단계별 프로토콜 및 비디오 데모를 제시합니다. 이러한 랜드마크는 이전 간행물에서 정의되고 검증되었으며, 정확성과 반복성이 확인되었습니다4. 각 랜드마크에 대한 자세한 개선 지침은 사용자가 각 랜드마크의 올바른 주석을 작성하는 데도 도움이 됩니다. 랜드마크 주석 프로세스는 각 랜드마크가 위치되어야 하는 영역에 대응하는 스캔의 사전 설정 뷰의 사용으로 더욱 단순화된다. 이 기능은 사용자의 상당한 시간과 노력을 절약합니다. 그럼에도 불구하고 학습 곡선이 관련되어 있으며 사용자가 정확한 랜드마크 주석을 달성하려면 연습이 필요합니다.
이 프로토콜에 사용된 검증된 3D 랜드마크 구성은 얼굴, 상악, 하악 및 두개골 기저부의 골격 조직에 대한 충분한 커버리지를 제공합니다. 이러한 방식으로, 두개 안면 구조의 진정한 형태는 두개 안면 복합체 및 그 구성 요소 구조의 치수, 구성 및 방향의 평가를 위해보다 정확하게 표현됩니다. 연조직 랜드마크는 이 프로토콜에 포함되지 않지만 사용자는 프로토콜에 설명된 대로 제공된 구성에 원하는 랜드마크를 추가할 수 있습니다. 또한 실용적인 이유로 이 프로토콜에는 다른 3D 해석 소프트웨어에 대한 특정 지침이 포함될 수 없지만 각 사용자가 그에 따라 조정할 수 있습니다.
주로 임상의를 위해 생성된 표준 두부 측정 측정의 진단적 가치 외에도 이 분석을 사용하여 3D 랜드마크 사이의 각도와 선형 거리를 계산할 때 제공되는 자유는 보다 상세하고 완전한 평가를 제공하는 새로운 두부 분석을 설정할 수 있습니다. 그럼에도 불구하고 우리의 미래 방향은 과거에 2D 규범 가치가 창출 된 것과 같은 방식으로 새로운 규범 적 가치를 수립하는 것을 포함합니다.
또한, 두개 안면 임상 및 연구 분야에서 획기적인 기반 GMA의 적용은 빠른 속도로 발전하고 있습니다. 진화 및 발달 생물학 및 인류학 연구자들은 10년 이상 이 분석을 사용해 왔지만 최근에는 치열 교정, 치아 안면 정형 외과 및 두개 안면 수술 분야에서도 새로운 임상 적용이 제시되었습니다. GMA는 또한 두개 안면 증상이있는 선천성 질환의 경우 정량적 표현형의 일부로서 유전자 돌연변이13,14,15,16에 기인 한 미묘한 형태 학적 차이의 검출에도 사용될 수 있습니다. 또한, 형태학적 데이터를 기능 분석 및 유전자 데이터와 연결하여 다양한 정량적 접근 방식을 통합하면 건강한 그룹과 질병 그룹의 두개안면 발달에 관한 새로운 지식을 제공할 수 있습니다.
최근 계산 및 시각화의 발전으로 인해 이러한 유형의 분석을 개인용 컴퓨터에서 수행할 수 있게 되었으며, Checkpoint, Geomorph(R 통계 소프트웨어 패키지), Amira-Avizo 및 SlicerMorph를 비롯한 여러 소프트웨어 패키지를 이미 사용할 수 있습니다. 이러한 프로그램은 다변량 통계 분석에 익숙하지 않은 의료 분야의 연구원이 내장된 자동화 기능을 사용하여 GMA를 수행하는 데 도움이 될 수 있습니다.

인간 두개골의 치아 및 골격 관계를 조사하는 두부 분석은 두부 측정의 임상 적용입니다. 인류 진화와 두개 안면 발달을 연구하는 인류 학자, 발달 생물 학자, 법의학 전문가 및 두개 안면 연구원 외에도 치과 의사, 치열 교정 의사, 구강 악안면 외과 의사를 포함한 구강 건강 전문가가 치료 계획 도구로 활용합니다. 치열 교정에서 두부 분석을 사용한 최초의 기관은 1931 년 독일의 Hofrath와 미국의 Broadbent였습니다 1,2,3. 분석의 주요 목적은 개인의 두개안면 비율을 평가하고 부정교합1의 해부학적 원인을 정의하기 위한 이론적, 실제적 자원을 제공하는 것이었다. 이를 통해 상악과 하악의 성장 패턴을 추적하고, 공간에서의 관계 위치를 모니터링하고, 연조직 및 치아 변위의 변화를 관찰할 수 있었습니다. 그 결과, 교정 치료로 인한 변화를 모니터링 할 수 있으며, 골격 및 치아 관계를 특성화하여 치료 계획을 진단 할 수 있습니다. 치안면 복합체의 평가는 환자의 두부 측정 추적을 유사한 연령, 인종 및 민족의 정상 인구를 대표하는 기준 값과 비교하여 수행되었습니다1.
전통적인 분석 방법은 3 차원 (3D) 구조 4,5의 2 차원 (2D) 묘사로 구성되었습니다. 이 기술의 주요 걸림돌은 일반 필름 또는 디지털 형식의 기존 X선 이미징을 통해 해부학적 구조의 왜곡 및 확대이며, 이는 부정확한 두부 추적 및 해석으로 이어질 수 있습니다 6,7. 축 방향 컴퓨터 단층 촬영(CT) 및 나선형 CT 형태의 3D 이미징의 초기 도입에는 높은 비용과 높은 방사선량으로 인해 치과 또는 비의료 응용 분야가 포함되지 않았습니다. 그러나 원뿔형 빔 컴퓨터 단층 촬영(CBCT) 스캔의 출현으로 비용과 방사선량이 CT1보다 현저히 낮았기 때문에 이러한 우려가 완화되었습니다. 이 이미징 내러티브의 변화는 진단 및 치료 계획의 개선을 위해 교정에서 CBCT의 광범위한 사용을 촉진했습니다. 기존의 2D 이미지 기술에 비해 3D 이미징의 주요 장점은 3D를 통해 검사자가 중첩 및 공간 왜곡(즉, 개인의 머리 위치) 없이 해부학적 구조를 볼 수 있다는 것입니다. 따라서, 특히 안면 비대칭의 경우 두부 분석의 전도에 사용되는 해부학 적 랜드 마크의 훨씬 더 정확한 위치 지정이 가능합니다. 또한 훨씬 더 큰 해부학적 영역을 분석할 수 있습니다.
두부 측정 분야에서 가장 최근의 발전 중 하나는 자동화된 랜드마크 감지를 위한 딥 러닝(DL)의 구현입니다(8,9,10,11). 이러한 연구의 결과는 유망하지만 랜드마크 배치의 정확도 수준은 아직 만족스럽지 않습니다. 또한, 이러한 연구의 대부분은 이전의 2D 두부 분석에서 파생된 상대적으로 작은 랜드마크 세트를 사용하여 두개안면 성장 및 발달 연구에 중요한 구조인 두개골 기저부의 불충분한 범위를 제공합니다. 이 데모 동영상은 CBCT 이미징과 관련된 임상 및 연구 연구에 사용하기 위해 얼굴, 두개골 기저부, 하악 및 치아 영역을 포괄하는 검증된 3D 골격 조직 랜드마크 세트를 사용하여 수동 고정밀 3D 두부 분석을 수행하는 방법론을 자세히 보여줍니다4. 완료된 3D 해석의 예는 그림 1에서 볼 수 있습니다.

<table><tbody><tr><td>Invivo6 Dental Software</td><td>Anatomage</td><td>N/A</td><td>3D 이미징 소프트웨어(3D 분석 모듈 포함)</td></tr></tbody></table>

인간 원뿔 빔 컴퓨터 단층 촬영 스캔에 대한 3차원 두부 측정 랜드마크 주석 데모

Three-Dimensional Cephalometric Landmark Annotation Demonstration on Human Cone Beam Computed Tomography Scans

두개 안면 두부 분석은 머리와 얼굴의 다양한 뼈와 연조직의 관계를 평가하는 데 사용되는 진단 도구입니다. 두부 분석은 전통적으로 2D 방사선 사진과 랜드마크 세트를 사용하여 수행되었으며 크기, 선형 및 각도 측정, 2D 관계로 제한되었습니다. 치과 분야에서 3D 콘빔 컴퓨터 단층 촬영(CBCT) 스캔의 사용이 증가함에 따라 세 평면 모두에서 모양과 종방향 발달에 대한 보다 사실적인 분석을 통합하는 3D 두부 분석으로의 진화가 필요합니다. 이 연구는 인간 CBCT 스캔에서 검증된 골격 조직 랜드마크 세트를 사용하여 3D 두부 분석을 시연합니다. 3D 볼륨의 각 랜드마크에 대한 주석에 대한 자세한 지침은 단계별 프로토콜의 일부로 제공됩니다. 랜드마크의 생성된 측정값 및 3D 좌표를 내보내고 임상 및 연구 목적으로 사용할 수 있습니다. 기초 및 임상 두개안면 연구에서 3D 두부 분석의 도입은 두개안면 성장 및 발달 분야의 미래 발전으로 이어질 것입니다.

검증된 3D 랜드마크 구성의 주석은 단계별 프로토콜 및 비디오 데모를 사용하여 자세히 설명됩니다. 3D 볼륨의 각 랜드 마크에 대한 주석과 각 공간 평면에 해당하는 2D 단면도를 사용하여 초기 위치를 구체화하는 방법에 대한 구체적인 지침이 제공됩니다. 비디오 지침과 함께 프로토콜에 제공된 자세한 방법론을 따르면 사용자는 인간 CBCT 스캔을 사용하여 두부 분석을 수행하는 방법을 배울 수 있습니다.
그림 1 은 현재 구성에 포함된 주석이 달린 3D 랜드마크가 있는 인간 두개골의 전체 머리 CBCT 스캔의 정면 및 3/4 보기를 나타냅니다. 설명 된 모든 랜드 마크는 유형 1과 유형 2입니다. 유형 1 랜드마크는 일반적으로 뚜렷한 해부학적 구조의 교차점에서 관찰되는 명확하게 인식할 수 있는 지점을 나타냅니다. 유형 2 랜드마크는 인식 가능한 해부학적 구조의 윤곽에 대한 최대 곡률 지점을 나타냅니다12. 이 분석에는 유형 3 또는 세미 랜드 마크가 포함되지 않았습니다.
랜드마크의 주석이 완료된 후 사용자가 내보내고 추가로 분석할 수 있는 두 가지 유형의 데이터(두부 측정 및 3D 좌표 값)가 있습니다. 치아골격계 부정교합의 진단 및 평가에 필요한 주요 두부 측정 값이 제공됩니다. 이러한 측정은 공간의 세 가지 평면(시상면, 수직 및 횡단면) 모두에서 골격 및 치아 관계에 대한 자세한 평가를 제공합니다. 각 랜드마크의 3D 좌표 값(x, y, z)을 내보내 각도 및 선형 거리 계산에 사용할 수 있습니다. 동일한 좌표의 값을 다변량 기하학적 형태 분석 (GMA)의 전도에 사용할 수 있습니다. GMA는 데카르트 랜드마크 및/또는 세미 랜드마크 좌표를 사용하여 형태학적으로 다른 모양 변수를 캡처할 수 있는 모양을 연구하는 방법입니다. 몇 가지 통계 기법을 사용하여 검사된 구조물의 크기, 위치 또는 방향을 고려하지 않고 모양을 검사할 수 있습니다. 기하학적 형태 측정은 현재 랜드마크 기반 데이터를 처리하기 위한 형태 측정 이론의 가장 확립된 본문입니다.
<img alt="Figure 1" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/65224/65224fig01.jpg"> 그림 1: 현재 구성에 주석이 달린 3D 랜드마크가 있는 인간 두개골의 전체 머리 CBCT 스캔의 정면 및 3/4 보기. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/65224/65224fig01large.jpg" target="_blank">이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오.</a>
보충 파일 1: 이 프로토콜에 사용된 랜드마크를 포함하는 구성 파일분석을 위해 소프트웨어에 직접 업로드할 수 있습니다. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/65224/AnalysisCFGUser.zip" target="_blank">이 파일을 다운로드하려면 여기를 클릭하십시오.</a>

여기에 제시된 것은 인간 원뿔 빔 컴퓨터 단층 촬영 스캔을 사용한 3차원 두부 분석의 전도에 대한 자세한 프로토콜입니다.

Craniofacial cephalometric analysis is a diagnostic tool used for the assessment of the relationship of various bones and soft tissues in the head and ...

이 프로젝트의 목표는 검증된 3D 골격 랜드마크 세트를 사용하여 3D 두부 분석 수행에 대한 자세한 방법론을 제공하는 것입니다. 이 랜드 마크는 두개골 기저부, 얼굴 상악 및 하악 영역을 포함하며 임상 및 연구 연구에 사용할 수 있습니다. 3D 볼륨에서 처음으로 랜드마크에 주석을 다는 사람들에게는 학습 곡선이 있으며, 이러한 랜드마크를 임상 및 연구 연구에 적용하기 전에 더 많은 경험과 일관성을 얻기 위해 많은 연습을 하는 것이 좋습니다.3D 두부 분석은 2D 두부 분석에 비해 더 정확한 측정을 제공합니다. 기존 X선 필름 및 2D 디지털 형식에서 해부학적 구조의 왜곡 및 확대로 인해 2D 두부 분석은 정확한 추적 및 해석으로 이어질 수 있습니다. 또한, 3D 랜드마크의 좌표를 내보내고 형상을 연구하기 위한 기하학적 형태학적 분석의 전도에 사용할 수 있습니다.3D 랜드마크 데이터 분석의 사용은 두개안면 기형의 경우 심층적인 정량적 표현형 접근법의 일부가 될 수 있습니다. 또한, 형태 학적 분석과 기능 분석 및 유전 정보의 통합은 건강한 질병 코호트에서 두개 안면 발달의 경우 새로운 지식을 제공 할 것입니다.

three-dimensional-cephalometric-landmark-annotation-demonstration-on

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순차적 3D-3D 등록을 이용한 4차원 CT 분석

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