We presenteren een gedetailleerd protocol voor driedimensionale analyse van veranderingen in zacht weefsel met behulp van stereofotogrammetrie.
Methodenartikel
We presenteren een gedetailleerd protocol voor driedimensionale analyse van veranderingen in zacht weefsel met behulp van stereofotogrammetrie.
De beoordeling van de impact van tandheelkundige en orthodontische behandelingen, evenals van orthognathische chirurgie op het zachte gezicht, is van cruciaal belang, omdat deze behandelingen een aanzienlijke invloed kunnen hebben op de gezichtsesthetiek en daarmee op de patiënttevredenheid. Nauwkeurige evaluatie van de zachte weefselrespons in het gezicht is essentieel voor het bereiken van optimale behandelingsresultaten. Driedimensionale (3D) stereofotogrammetrie is een betrouwbaar, stralingsvrij, niet-invasief hulpmiddel dat kan worden gebruikt voor kwantitatieve beoordelingen van het zachte weefseloppervlak en een zeer nauwkeurige weergave van de gezichtsstructuren biedt. Het doel van dit protocol is om een methodologie te demonstreren die kan worden gebruikt voor de kwantitatieve beoordeling van zachte weefselveranderingen in het gezicht met behulp van stereofotogrammetrie. Voor de videodemonstratie gebruikten we 3D-beeldanalysesoftware. Het voorgestelde protocol omvat de stappen van beeldvoorbereiding, ruimtelijke registratie op een 3D-as, selectie en superpositie van de interessegebieden, en berekening van het volume van het gebied tussen de twee zachte weefseloppervlakken die bij de beoordeling betrokken zijn. Dit protocol is getest op zijn validiteit en reproduceerbaarheid en kan zowel klinische als onderzoeksdoeleinden uiteenlopen.
De beoordeling van veranderingen in het zachte weefsel in het gezicht is belangrijk in de tandheelkunde, omdat zachte weefsels in het gezicht een essentieel onderdeel zijn van esthetiek en functie en als een integraal onderdeel van de behandelplanning binnen de tandheelkundige disciplines worden beschouwd. Zachte weefselevaluatie stelt clinici in staat de impact van therapeutische interventies te voorspellen – zoals orthodontie, prothetische therapie en orthognathische chirurgie – op het uiterlijk en de balans van het gezicht1. Het uitsluitend vertrouwen op skelet- of tandmetingen kan leiden tot verminderde behandelingsresultaten, aangezien het bereiken van ideale occlusie en/of skeletrelaties niet altijd leidt tot evenwichtige of gewenste veranderingen in het zachte weefselin het gezicht 2,3.
Zachte weefselanalyse is essentieel voor individuele behandelplanning, omdat het helpt om basiskenmerken van het gezicht te identificeren, de effecten van groei en veroudering te anticiperen en te voorspellen hoe tandheelkundige, orthodontische of chirurgische ingrepen de gezichtscontouren en structurele ondersteuning zullen veranderen 4,5. Specifiek worden veranderingen in lipsteun, gezichtsconvexiteit en lagere gezichtshoogte direct beïnvloed door tandheelkundige en skeletale modificaties, en deze veranderingen kunnen de patiënttevredenheid en het waargenomen esthetische resultaat aanzienlijk beïnvloeden 2,4. Nauwkeurige beoordeling van veranderingen in het zachte weefsel is cruciaal voor optimale resultaten in esthetische zones, met name in implantaat- en restauratieve tandheelkunde, waar het behoud of de uitbreiding van het zachte weefselvolume noodzakelijk is om een natuurlijk uiterlijk en functie te behouden6. Moderne driedimensionale beeldvormings- en scantechnologieën hebben de precisie en reproduceerbaarheid van zachte weefselmetingen verbeterd, wat betere diagnose, behandelplanning en uitkomstbeoordeling mogelijkmaakt.
De gouden standaard voor het beoordelen van zacht weefsel is seriële 3D-beeldvorming om veranderingen in het volume van het zachte weefsel te kwantificeren, aangevuld met klinisch onderzoek en door patiënten gerapporteerde symptomen10. De meest nauwkeurige en reproduceerbare methode is seriële 3D-stereofotogrammetrie of laseroppervlaktescanning, waarmee nauwkeurige metingen van veranderingen in het zachte weefselvolume over tijdmogelijk zijn. Eerdere publicaties beschreven kwantitatieve methoden voor de beoordeling van veranderingen in het zachte weefsel in het gezicht in de orale en maxillofaciale literatuur, hoewel gerapporteerde uitkomsten sterk variabel blijven: 10,11,12,13,14,15,16,17. In de meeste eerdere studies worden echter details over de betrokken stappen niet opgenomen, en wordt de reproduceerbaarheid van de resultaten vaak niet gerapporteerd. Bovendien is er geen videodemonstratie van het handmatige deel van het proces, wat praktisch zeer waardevol zou zijn voor clinici en onderzoekers die geïnteresseerd zijn in het uitvoeren van een toets van het zachte weefsel. Deze videodemonstratie toont in detail een methodologie voor het uitvoeren van een semi-geautomatiseerde, zeer nauwkeurige en zeer reproduceerbare 3D-volumetrische veranderingsbeoordeling met behulp van beeldvorming van gezichtsvlakken.
Dit protocol werd uitgevoerd in overeenstemming met de ethische richtlijnen die zijn vastgesteld door de Institutional Review Board van de National Institutes of Health (NIDCR IRB #16-D-0040). Geïnformeerde toestemming werd verkregen van alle proefpersonen onder een door de NIH IRB-goedgekeurd protocol (NCT02639312), waardoor het gebruik van de 3D-gezichtsfoto's in onderzoeksgerelateerde publicaties werd toegestaan. Alle beeldvorming werd uitgevoerd in de NIH Tandheelkundige Kliniek met behulp van een 3D-beeldvormingssysteem18. Zie de Tabel van Materialen voor details over de software die in dit protocol wordt gebruikt. Er werd expliciete toestemming verkregen voor het gebruik van de 3D-gezichtsfoto's die in dit protocol werden gebruikt.
1. Beeldvoorbereiding
2. Basisbeeldregistratie op het 3D-asraster
OPMERKING: Het basisbeeld wordt bepaald door het onderzoeksontwerp. Deze afbeelding is een referentie van waaruit de volgende beelden van het individuele onderwerp worden geregistreerd. Middenlijnsymmetrie wordt als volgt vastgesteld:
3. Belangrijke aantekeningen
OPMERKING: Een op zachte weefsel gebaseerde registratie werd gekozen boven een oppervlakgebaseerde methode om beter rekening te houden met variatie in oppervlaktebeschikbaarheid, die beperkt is door beeldkwaliteit en beperkt tot gebieden die niet door de operatie zijn getroffen. De volgorde van markantannotaties moet voor elke afbeelding hetzelfde zijn. Merk indien mogelijk een patiëntspecifiek herkenningspunt, zoals een litteken of moedervlek, aan dat buiten het door de operatie getroffen gebied ligt. De keuze van het monument moet afhangen van het interessegebied voor elke beoordeling.
4. Selectie van interessegebieden in het basisbeeld en volumemeting
5. Registratie van latere beelden, superpositie van interessegebied en volumemeting
Dit protocol beschrijft in detail een gestandaardiseerde, reproduceerbare benadering voor de 3D-beoordeling van veranderingen in het zachte weefsel in het gezicht. Stereofotogrammetrie maakt de nauwkeurige kwantificering van zwelling van het gezicht mogelijk door oppervlakveranderingen in de loop van de tijd vast te leggen. Met behulp van een baanbrekend registratieproces worden postoperatieve beelden uitgelijnd op een stabiele basislijn, waardoor overlapping en vergelijking van door de operatie getroffen gebieden mogelijk is. Een interessegebied wordt gedefinieerd met reproduceerbare anatomische grenzen, en het bijbehorende volume wordt berekend in kubieke millimeters (cm3). Omdat elk subject als eigen interne controle dient, zijn absolute volumes in deze analyse niet direct vergelijkbaar tussen subjecten.

Figuur 1: Demonstratie van driedimensionale volumemetrische meting. Demonstratie van het gebruik van dit protocol voor de kwantitatieve beoordeling van de mate van zwelling van het gezicht na orthognathische chirurgie. (A) Basisbeeld genomen één jaar na de operatie, toen de postoperatieve zwelling volledig was verdwenen. De afbeelding werd geregistreerd op een 3D-asraster met behulp van de volgende anatomische herkenningspunten: bilaterale mediale en laterale canthi, glabella. met de definitie van de ROI. (B) Postoperatief beeld genomen 1 week na de operatie, wanneer de meeste patiënten de meeste zwelling ervaren. Het werd geregistreerd op hetzelfde asraster, met projectie van de baseline ROI op het beeld. (C) Overlapping van baseline- en postoperatieve beelden om de nauwkeurigheid van de uitlijning te bevestigen. (D) Volumetrische maskers gegenereerd uit de ROI op beide tijdstippen, met resulterende volumetrische meting in kubieke millimeters (cm3). (E) Warmtekaart die volumeverschillen tussen de maskers vergelijkt; Blauw en groen geven een verhoogd volume aan, terwijl geel en oranje een lager volume aangeven ten opzichte van het basisbeeld. Een kleurgecodeerde nummerindex is als referentie opgenomen. Het exacte volumetrische verschil tussen de twee maskers wordt ook als uitgang gegeven. Klik hier om een grotere versie van deze figuur te bekijken.
3D-beeldvorming is de standaardzorg geworden op het gebied van tandheelkunde en craniofaciale chirurgie en biedt kwantitatieve zachte weefselbeoordelingen van hoge precisie11. De reproduceerbaarheid en nauwkeurigheid van de plaatsing van anatomische herkenningspunten op 3D-beelden zijn ook bevestigd in eerdere studies19. Daarom maakt stereofotogrammetrie of 3D-gezichtsbeelden van zacht weefsel het mogelijk om nauwkeurige antropometrische metingen te verkrijgen en objectieve kwantificering van veranderingen in het zachte weefsel door middel van longitudinale beeldvergelijkingen.
Eerdere literatuur over het zachte weefselonderzoek van het gezicht beschrijft vaak methoden die uitgebreide training vereisen in gespecialiseerde beeldanalysesoftware, de combinatie van verschillende beeldvormingsmodaliteiten en typen software, of het annoteren van meerdere herkenningspunten, wat aanzienlijke tijd en moeite van gebruikers kan vereisen 11,13,14,20,21,22,23,24,25,26. Een gebiedsgebaseerde superimpositie wordt ook als optie aangeboden door verschillende software en is geïmplementeerd in eerdere studies27. Dit is een alternatief superimpositie-instrument dat gebruikt kan worden in plaats van de handmatige landmark-annotatie. Echter, op basis van de praktische ervaring van de auteurs na het testen van beide methoden als onderdeel van een retrospectieve cohortstudie, was landmark-gebaseerde superpositie een eenvoudigere en nauwkeurigere optie.
De belangrijkste reden was dat de oppervlakte-gebaseerde superpositie gevoeliger was voor kleine verschillen tussen de overliggende beelden, zoals bijvoorbeeld de aanwezigheid van zelfs één haar op het huidoppervlak of de precieze oriëntatie van het hoofd. Dit is een inherent probleem in retrospectieve studies dat voorkomen had kunnen worden met een meer gestandaardiseerd beeldverwervingsprotocol, zoals hieronder geadviseerd. Toch bevatten eerdere publicaties met landmark-based superpositie geen stapsgewijze begeleiding van het proces, zodat het gemakkelijk door andere clinici en/of onderzoekers kan worden gerepliceerd. Hier presenteren we een gestandaardiseerd kader voor de kwantificering van volumetrische veranderingen, dat al is geïntegreerd in bestaande beeldvormingssoftware. Dit is een eenvoudige aanpak voor volumetrische weke weefsel-evaluaties die geen expertise op het gebied van beeldanalyse vereist om te voltooien.
Sommige technische uitdagingen die vaak optreden bij het overleggen van gezichtsafbeeldingen hebben te maken met de aanwezigheid van gezichtshaar. Afhankelijk van de lengte en dikte kan gezichtsbeharing de nauwkeurigheid van de scans aanzienlijk aantasten omdat het huidoppervlak verborgen is. Daardoor zal de vergelijking tussen scans, die een hooggevoelige, kwantitatieve beoordeling zijn, onbetrouwbaar zijn. Daarom wordt het bestaan van zeer minimale of idealiter geen gezichtsbeharing sterk aanbevolen vóór het maken van de 3D-gezichtsscans. Het haar van het onderwerp moet ook van het gezicht worden geplaatst, zodat het gezicht, het voorhoofd en de oren duidelijk zichtbaar zijn.
Daarnaast hebben patiënten met mondademhalingspatronen of lipincompetentie door onderliggende skeletafwijkingen vaak de neiging om met hun lippen uit elkaar te staan. Dit kan een probleem worden bij het vergelijken van seriële scans, vooral wanneer de positie van de lippen niet consistent is. De positie van de lippen moet reproduceerbaar zijn wanneer twee of meer scans op verschillende tijdstippen worden opgenomen in vergelijkende volumetrische evaluaties. Tot slot moeten gezichtsuitdrukkingen ook worden vermeden tijdens het maken van de scans om consistentie en reproduceerbaarheid. Het wordt aanbevolen om alle foto's te maken waarbij de patiënt een neutrale gezichtsuitdrukking aanhoudt, indien mogelijk met gesloten lippen en met contact met hun tanden in hun gebruikelijke bijtrelaties. Deze positie wordt beschouwd als de gemakkelijkst na te bootsen in de loop van de tijd.
Bovendien is het ook belangrijk om de onderwerpen dienovereenkomstig te instrueren, zodat ze precies weten wat ze moeten doen en wat het proces van het maken van de beelden inhoudt. Om dezelfde reden moeten de betrokken medewerkers bij het verkrijgen van de beelden worden getraind en gekalibreerd op elkaar, wanneer er meer dan één persoon bij betrokken is. Dit kan de kwaliteit van de scans aanzienlijk verbeteren en daarmee de nauwkeurigheid van de kwantitatieve evaluaties.
Samenvattend biedt dit protocol een praktische gids voor toekomstige klinische beoordelingen en onderzoeksstudies die de impact van verschillende soorten therapeutische interventies op de gezichtsesthetiek en de voortgang van genezingsprocessen willen evalueren, in het geval van longitudinale beoordelingen. Dit type beoordeling kan zeer informatief zijn in verschillende tandheelkundige vakgebieden, en met name op het gebied van vaste en verwijderbare prothetiek, orthodontie en orthognathische chirurgie 28,29,30,31,32,33,34. Onderzoeksstudies gericht op de reactie van zacht weefsel op tandheelkundige en/of skeletweefselinterventies zouden waardevolle informatie opleveren over het effect van deze verschillende behandelmethoden op de zachte weefselcontour van het gezicht, wat een essentieel onderdeel is van het totale behandelresultaat. Daarnaast kunnen longitudinale beoordelingen van de veranderingen in het zachte weefsel die samenhangen met veroudering even informatief zijn over het langetermijneffect dat verschillende behandelingsvormen kunnen hebben op het zachte weefselprofiel. Deze informatie kan in de toekomst worden gebruikt als onderdeel van op maat gemaakte behandelingsresultaatsimulatiemethoden, wat een essentieel onderdeel kan zijn van behandelplanning en patiëntconsultaties.
De auteurs hebben geen belangenconflicten om te melden.
Dit onderzoek werd ondersteund door het Intramural Research Program van het National Institute of Dental and Craniofacial Research (NIDCR) van de National Institutes of Health (NIH).
| Naam | Bedrijf | Catalogusnummer | Opmerkingen |
|---|---|---|---|
| Vectra H1 camera | Canfield Scientific | N/A | Handheld 3D beeldvormingssysteem |
| Vectra software | Canfield Scientific | N/A | Afbeeldingsanalysesoftware |
Toestemming aanvragen om de tekst of afbeeldingen van dit JoVE-artikel te hergebruiken
Toestemming aanvragen