Trójwymiarowa demonstracja cefalometrycznej adnotacji punktów orientacyjnych na skanach ludzkiej wiązki stożkowej

Podsumowanie

Prezentowany tutaj jest szczegółowy protokół przeprowadzania trójwymiarowej analizy cefalometrycznej z wykorzystaniem skanów ludzkiej tomografii komputerowej wiązki stożkowej.

Streszczenie

Analiza cefalometryczna twarzoczaszki jest narzędziem diagnostycznym używanym do oceny relacji między różnymi kośćmi i tkankami miękkimi w głowie i twarzy. Analiza cefalometryczna była tradycyjnie przeprowadzana przy użyciu zdjęć rentgenowskich 2D i zestawów punktów orientacyjnych i ograniczała się do rozmiaru, pomiarów liniowych i kątowych oraz relacji 2D. Rosnące wykorzystanie skanów tomografii komputerowej 3D wiązki stożkowej (CBCT) w stomatologii dyktuje potrzebę ewolucji do analizy cefalometrycznej 3D, która obejmuje kształt i bardziej realistyczną analizę rozwoju podłużnego we wszystkich trzech płaszczyznach. Badanie to jest demonstracją analizy cefalometrycznej 3D z wykorzystaniem zwalidowanego zestawu punktów orientacyjnych tkanki szkieletowej na skanach CBCT u ludzi. Szczegółowe instrukcje dotyczące adnotacji każdego punktu orientacyjnego na woluminie 3D są dostępne jako część protokołu krok po kroku. Wygenerowane pomiary i współrzędne 3D punktów orientacyjnych mogą być eksportowane i wykorzystywane zarówno do celów klinicznych, jak i badawczych. Wprowadzenie analizy cefalometrycznej 3D do podstawowych i klinicznych badań twarzoczaszki doprowadzi do przyszłych postępów w dziedzinie wzrostu i rozwoju twarzoczaszki.

Wprowadzenie

Analiza cefalometryczna, która bada relacje między zębami a szkieletem ludzkiej czaszki, jest klinicznym zastosowaniem cefalometrii. Oprócz antropologów, biologów rozwojowych, ekspertów sądowych i badaczy twarzoczaszki, którzy badają ewolucję człowieka i rozwój twarzoczaszki, jest on wykorzystywany przez specjalistów ds. zdrowia jamy ustnej, w tym dentystów, ortodontów oraz chirurgów jamy ustnej i szczękowo-twarzowej, jako narzędzie planowania leczenia. Najwcześniejszymi instytucjami, które stosowały analizę cefalometryczną w ortodoncji, były Hofrath w Niemczech i Broadbent w USA w 1931 roku^1,2,3. Głównym celem analizy było dostarczenie teoretycznych i praktycznych zasobów do oceny proporcji twarzoczaszki u danej osoby oraz zdefiniowanie anatomicznego źródła wad zgryzu¹. Pozwoliło to na śledzenie wzorca wzrostu szczęki i żuchwy, monitorowanie ich pozycji relacyjnych w przestrzeni oraz obserwowanie zmian w tkankach miękkich i przemieszczeniach zębów. W rezultacie można monitorować zmiany spowodowane leczeniem ortodontycznym, a relacje między układem kostnym a zębami można scharakteryzować w celu postawienia diagnozy w celu zaplanowania leczenia. Ocenę kompleksu zębowo-twarzowego przeprowadzono poprzez porównanie śladów cefalometrycznych pacjenta z wartościami referencyjnymi, które były reprezentatywne dla normalnej populacji w podobnym wieku, rasie i pochodzeniu etnicznym¹.

Tradycyjna metoda analizy polegała na dwuwymiarowym (2D) przedstawieniu trójwymiarowych (3D) struktur^4,5. Główną wadą tej techniki jest zniekształcanie i powiększanie struktur anatomicznych za pomocą konwencjonalnego obrazowania rentgenowskiego na zwykłym filmie lub w formatach cyfrowych, co może prowadzić do niedokładnych śladów i interpretacji cefalometrycznych^6,7. Początkowe wprowadzenie obrazowania 3D w postaci osiowej tomografii komputerowej (CT) i spiralnej tomografii komputerowej nie obejmowało zastosowań dentystycznych ani niemedycznych ze względu na wysokie koszty i wysokie dawki promieniowania. Jednak pojawienie się tomografii komputerowej wiązki stożkowej (CBCT) złagodziło te obawy, ponieważ wydatki i dawki promieniowania były znacznie niższe niż CT¹. Zmiana w tej narracji obrazowania pobudziła powszechne stosowanie CBCT w ortodoncji w celu poprawy diagnostyki i planowania leczenia. Główną przewagą obrazowania 3D nad konwencjonalną techniką obrazowania 2D jest to, że 3D pozwala badającemu oglądać struktury anatomiczne bez nakładania się i zniekształceń przestrzennych (tj. pozycji głowy danej osoby). Dzięki temu możliwe jest znacznie dokładniejsze pozycjonowanie anatomicznych punktów orientacyjnych wykorzystywanych do przeprowadzania analizy cefalometrycznej, zwłaszcza w przypadku asymetrii twarzy. Co więcej, można analizować znacznie większy obszar anatomiczny

.

Jednym z najnowszych osiągnięć w dziedzinie cefalometrii jest implementacja głębokiego uczenia (DL) do automatycznego wykrywania punktów orientacyjnych^8,9,10,11. Chociaż wyniki tych badań są obiecujące, poziomy dokładności w rozmieszczeniu punktów orientacyjnych nie są jeszcze zadowalające. Co więcej, większość tych badań wykorzystuje stosunkowo małe zestawy punktów orientacyjnych, które pochodzą z poprzednich analiz cefalometrycznych 2D, zapewniając niewystarczające pokrycie podstawy czaszki, która jest ważną strukturą dla badania wzrostu i rozwoju twarzoczaszki. Ten film demonstracyjny szczegółowo przedstawia metodologię przeprowadzania ręcznej, bardzo dokładnej analizy cefalometrycznej 3D z wykorzystaniem zatwierdzonego zestawu punktów orientacyjnych 3D tkanki szkieletowej obejmujących obszary twarzy, podstawy czaszki, żuchwy i zębów do wykorzystania w badaniach klinicznych i naukowych obejmujących obrazowanie CBCT⁴. Przykład zakończonej analizy 3D można zobaczyć w Rysunek 1.

Protokół

Ten protokół jest zgodny z wytycznymi komisji etycznych ds. badań na ludziach Instytucjonalnych Komisji Rewizyjnych Narodowych Instytutów Zdrowia (NIDCR IRB #16-D-0040) i Roseman University of Health Sciences. Szczegółowe informacje na temat oprogramowania używanego w tym protokole można znaleźć w Tabeli materiałów. Ten sam protokół może być przestrzegany przy użyciu różnych programów, po dostosowaniu w oparciu o ich konkretne ustawienia i szczegóły techniczne. Skany CBCT wykorzystane do stworzenia figury zawartej w tym artykule, a także demonstracja wideo, zostały zanonimizowane przed ich użyciem, a od badanych uzyskano świadomą zgodę, co pozwoliło na wykorzystanie ich skanów w publikacjach związanych z badaniami. Obaj pacjenci byli obserwowani w Klinice Stomatologicznej NIH, gdzie pobrano skany (system Planmeca ProMax 3D; tryb niskiej dawki, rozdzielczość 400 μm) i uzyskano zgodę na protokół zatwierdzony przez NIH IRB (NCT02639312).

1. Wgrywanie skanu i widoku CBCT w module 3DAnalysis

1. Otwórz odpowiednie oprogramowanie i kliknij przeglądaj plik. Wybierz skanowanie, które ma zostać przeanalizowane, i kliknij przycisk Otwórz.
2. Przejdź do modułu 3DAnalysis.

2. Przesyłanie pliku konfiguracyjnego punktu orientacyjnego

1. W module 3DAnalysis kliknij na ikonę Zapisz informacje na dyskietce. Następnie wybierz opcję Załaduj konfigurację i wyszukaj plik konfiguracyjny.
   UWAGA: Plik konfiguracyjny zawierający punkty orientacyjne użyte przez autorów jest dołączony jako plik uzupełniający 1.

3. Konfiguracja układu współrzędnych

1. Kliknij ikonę Reorientacja.
2. W oknie, które zostanie otwarte, wybierz opcję Wybierając punkty orientacyjne. Dzięki temu użytkownik może zorientować wszystkie skany w ten sam sposób, co jest ważne, jeśli mają być porównywane ich wartości współrzędnych 3D. Opcje wybrane dla tego protokołu to: N jakopunkt orientacyjny O rigin, Definicja trzypunktowa z punktami orientacyjnymi Or R, Or L, Po L i Zdefiniuj oś A-P (płaszczyzna środkowa) z punktami orientacyjnymi N i Ba.

4. Korekty obrazu skanu CBCT

1. Dostosuj Jasność i Kontrast, aby zredukować szumy obrazu z menu po lewej stronie ekranu.
2. Powiększaj i pomniejszaj, przytrzymując Ctrl i klikając jednocześnie lewym przyciskiem myszy i przesuwając po ekranie. Przesuwaj obraz w sposób cielesny, przytrzymując Shift i klikając jednocześnie lewym przyciskiem myszy i przesuwając się po ekranie. Włącz opcję Przycinanie z menu ustawień, aby utworzyć widoki przekroju we wszystkich płaszczyznach przestrzeni.

5. Dodawanie nowych punktów orientacyjnych

1. W menu Ustawienia, w którym znajduje się ikona narzędzia, kliknij punkty orientacyjne, aby wyświetlić listę dostępnych opcji punktów orientacyjnych, a następnie wybierz wybrany punkt orientacyjny.
2. Aby ustawić domyślny widok dla punktów orientacyjnych, wybierz zadanie śledzenia, kliknij konfiguruj, wybierz punkt orientacyjny, ustaw widok zgodnie z potrzebami i kliknij użyj bieżących ustawień widoku. Powtórz powyższe kroki, aby zmienić domyślny widok dla dowolnego dodatkowego punktu orientacyjnego.

6. Adnotacja anatomicznych punktów orientacyjnych 3D

1. W górnej części menu po lewej stronie ekranu wybierz opcję Utwórz śledzenie. W oknie, które zostanie otwarte, kliknij Start w lewym dolnym rogu okna. Rozpocznij dodawanie adnotacji do punktów orientacyjnych 3D, klikając lewym przyciskiem myszy bezpośrednio na objętości 3D w miejscu, w którym punkt orientacyjny powinien zostać umieszczony na podstawie jego definicji.
2. Potwierdź i dostosuj położenie punktu orientacyjnego, korzystając z widoków przekroju po prawej stronie ekranu. Jeśli nie są widoczne, z menu wyboru układu po lewej stronie wybierz Lokalizator plasterków. Aby potwierdzić położenie punktu orientacyjnego, kliknij przycisk Zatrzymaj i wybierz żądany widok, aby wyświetlić punkt orientacyjny. Po potwierdzeniu przystąp do umieszczania pozostałych punktów orientacyjnych.
3. Aby zmienić położenie punktu orientacyjnego za pomocą objętości 3D, zatrzymaj analizę, klikając przycisk Zatrzymaj u dołu menu Zadania śledzenia, kliknij punkt orientacyjny, który chcesz przesunąć, i przeciągnij go w nowe żądane miejsce.
4. Aby ponownie dodać adnotację do punktu orientacyjnego, kliknij dwukrotnie zaznaczony kwadrat obok punktu orientacyjnego, a następnie odpowiedz Tak na pytanie uzupełniające
.

7. Definicja i szczegółowe instrukcje adnotacji dla każdego punktu orientacyjnego 3D

1. Basion (Ba) - punkt środkowy na przedniej granicy przedniej krzywizny otworu wielkiego
   1. W przypadku przekroju osiowego poszukaj najgłębszego końca krzywizny przekroju otworu wielkiego. W przypadku odcinka strzałkowego poszukaj najbardziej wysuniętego do tyłu punktu środkowej części otworu wielkiego. W przypadku przekroju koronalnego poszukaj dolnego punktu środkowego krzywizny otworu wielkiego.
2. Porion (Po_R, Po_L) - najbardziej górny, tylny i zewnętrzny punkt znajdujący się na górnym brzegu każdego kanału słuchowego (przewód słuchowy zewnętrzny)
   1. W przypadku przekroju osiowego poszukaj krawędzi brzegu zewnętrznego przewodu słuchowego. W przypadku przekroju strzałkowego poszukaj punktu przecięcia trąbki Eustachiusza z kanałem kostnym. W przypadku przekroju koronalnego poszukaj punktu środkowego na dolnej granicy górnej krzywizny. Pionowa linia przechodząca przez punkt z grubsza przecina przewód słuchowy.
3. Nasion (N)-przecięcie szwu między kością czołową a kośćmi nosowymi (szew czołowo-nosowy)
   1. W przypadku przekroju osiowego poszukaj punktu środkowego/wysokości krzywizny szwu. W przypadku odcinka strzałkowego poszukaj przedniego punktu szwu, w którym spotykają się kości czołowe i nosowe. W przypadku przekroju koronalnego poszukaj środka szwu czołowo-nosowego. Pionowa linia przechodząca przez nią z grubsza przecina nos na pół.
4. Orbitale (Or_R, Or_L) - najbardziej przednio-dolny punkt na dolnej krawędzi oczodołu
   1. Ustaw widok z przodu (okno kostne) jako domyślny i przycinaj osiowo od dolnego do górnego, aż zostanie osiągnięta krzywizna dolnego marginesu orbity, aby zlokalizować najniższy punkt dolnej krzywizny orbity.
   2. Użyj widoków 2D, aby potwierdzić, że punkt orientacyjny znajduje się na kości. Dostosuj sekcje strzałkową i czołową, aby odzwierciedlić przednie położenie oczodołu. Upewnij się, że punkt orientacyjny jest wysunięty do przodu aż do punktu, w którym krawędź oczodołu zaczyna się zakrzywiać.
5. Nadoczodołowy (SOr_R, SOr_L) - najbardziej górny i przedni punkt górnego brzegu oczodołu
   1. Ustaw widok z przodu jako domyślny w objętości 3D i stopniowo przycinaj osiowo od górnego do dolnego, aż do osiągnięcia krzywizny górnego marginesu orbity, aby zlokalizować najwyższy punkt górnej granicy orbity.
      UWAGA: Unikaj oznaczania wcięcia nadoczodołowego ze względu na jego zmienną anatomię.
   2. Dostosuj sekcje strzałkową i czołową, aby odzwierciedlić przednie położenie punktu orientacyjnego. Upewnij się, że punkt orientacyjny jest wysunięty do przodu aż do punktu, w którym krawędź oczodołu zaczyna się zakrzywiać.
6. Sella midpoint (sella)
   1. Poszukaj środka siodła turcicznego lub dołu przysadkowego, który jest zagłębieniem w kształcie siodła w ciele kości klinowej, gdzie znajduje się przysadka mózgowa lub przysadka. Dostosuj punkt orientacyjny do środka sella turcica we wszystkich płaszczyznach.
   2. W przypadku sekcji strzałkowej umieść punkt orientacyjny pośrodku siodła turcica. W przypadku przekrojów osiowych i koronalnych odpowiednio dostosuj widoki.
7. Sella inferior (Si) - najniższy i centralny punkt na konturze sella turcica w tej samej płaszczyźnie co sella
   1. W przypadku sekcji strzałkowej zacznij od umieszczenia punktu orientacyjnego w najniższym punkcie sekcji strzałkowej siodła turcica. W przypadku sekcji osiowej i czołowej dostosuj pozycję tak, aby znajdowała się w środku sekcji.
8. Sella posterior (Sp) - najbardziej tylny i centralny punkt na konturze siodła tureckiego w tej samej płaszczyźnie co siodło
   1. W przypadku sekcji strzałkowej zacznij od umieszczenia punktu orientacyjnego w najbardziej wysuniętym do tyłu punkcie odcinka strzałkowego siodła turcica. W przypadku sekcji osiowej i czołowej dostosuj pozycję tak, aby znajdowała się w środku sekcji.
9. Wyrostek klinoidalny (Cl) - przednio-górny punkt na konturze przedniego wyrostka klinoidalnego w tej samej płaszczyźnie co siodło
   1. W przypadku przekroju strzałkowego zacznij od umieszczenia punktu orientacyjnego w najbardziej przednio-górnym punkcie konturu wyrostka klinoidalnego. W przypadku sekcji osiowej i czołowej dostosuj pozycję tak, aby znajdowała się w środku sekcji.
10. Łuk jarzmowy (ZygArch_R, ZygArch_L)
    1. Poszukaj najbardziej bocznego dolnego punktu na obrysie łuku jarzmowego. Upewnij się, że czaszka jest prawidłowo zorientowana, a łuki jarzmowe są widoczne wyraźnie i "prostopadle" z widoku podmentalnego.
       UWAGA: Jeśli czaszka jest przechylona, dokładne adnotacje o punktach orientacyjnych będą zagrożone.
    2. W przypadku przekroju osiowego umieść punkt orientacyjny w najbardziej bocznym i dolnym punkcie krzywizny łuku jarzmowego. W przypadku sekcji strzałkowej umieść punkt orientacyjny w najbardziej podrzędnym punkcie sekcji. W przypadku przekroju koronalnego umieść punkt orientacyjny w najbardziej bocznym punkcie sekcji.
11. Szew czołowo-boczny (FronZyg_R, FronZyg_L) - przednio-boczny punkt na szwie czołowo-bocznym.
    1. W przypadku odcinka strzałkowego upewnij się, że szew jest wyraźnie widoczny w przekroju. Umieść punkt orientacyjny w najbardziej wysuniętym do przodu punkcie odcinka kości czołowej obok szwu. W przypadku przekrojów osiowych i czołowych poszukaj najwyższego punktu przekroju.
12. Jama nosowa (NasCav_R, NasCav_L) - połączenie bocznej ściany nosa, gruszkowatego brzegu/dna nosa i górnej granicy szczęki
    1. Potrójne skrzyżowanie najlepiej oglądać w przekroju koronalnym. Zacznij od umieszczenia punktu orientacyjnego po mezjalnej stronie skrzyżowania. W przypadku przekroju osiowego umieść punkt orientacyjny w punkcie końcowym przekroju. W przypadku przekroju strzałkowego umieść punkt orientacyjny w najbardziej bocznym punkcie szwu na granicy szczęki.
13. Punkt szyjny (J_R, J_L)
    1. Poszukaj najgłębszego punktu środkowego wyrostka szyjnego szczęki. Opisz punkt orientacyjny tak, aby znajdował się w większości w jednej linii z pierwszym zębem trzonowym szczęki.
    2. W przypadku odcinka koronalnego zacznij od dostosowania pozycji punktu orientacyjnego do najgłębszego końca krzywizny odcinka wyrostka szyjnego. W przypadku przekroju osiowego poszukaj najbardziej bocznego punktu przekroju, w punkcie, w którym zmienia się gęstość kości. W przypadku przekroju strzałkowego poszukaj najniższego punktu przekroju, w punkcie, w którym zmienia się gęstość kości.
14. Articulare (Ar_R, Ar_L) - najbardziej tylny punkt na głowie kłykci, bliżej dołu panewki
    1. W przypadku przekroju osiowego poszukaj najbardziej tylnego punktu wokół środka tylnej krzywizny kłykcia. W przypadku przekroju strzałkowego poszukaj najbardziej tylnego punktu na tylnej krzywiźnie kłykcia. W przypadku przekroju koronalnego poszukaj małego obszaru nieprzepuszczającego promieni rentgenowskich, co wskazuje, że punkt orientacyjny znajduje się na kości.
15. Wyrostek dziobiasty (Cor_R, Cor_L) - najdoskonalszy punkt wyrostka dziobiastego
    1. W przypadku odcinków strzałkowych i czołowych umieść punkt orientacyjny na szczycie wyrostka dziobiastego. W przypadku przekroju osiowego poszukaj małego obszaru nieprzepuszczającego promieni rentgenowskich, co wskazuje, że punkt orientacyjny znajduje się na kości.
16. Glenoid fossa (G_Fos_R, G_Fos_L)
    1. Poszukaj punktu na dole panewki, w którym głowa kłykcia znajduje się w maksymalnej artykulacji z dołem. Jest to przybliżony środek dołu w kształcie kopuły.
    2. W 3D wybierz przekrój koronalny, aby uzyskać widok, który dość dobrze pokazuje oba kłykcie. Wybierz punkt na dolnej granicy dołu w tym widoku tak, aby pionowa linia przechodząca przez ten punkt z grubsza przecinała kłykcie; Zauważ, że może się wydawać, że nie jest to dokładny środek dołu. Celuj w punkt maksymalnej artykulacji (tj. w przybliżeniu blisko środka lub w niektórych przypadkach dokładnie środek).
    3. W przypadku przekroju koronalnego poszukaj najbardziej przybliżonego punktu do sekcji kopuły dołu panewki. W przypadku przekroju strzałkowego poszukaj najwyższego punktu sekcji kopuły dołu panewkowego. W przypadku przekroju osiowego nie należy stosować żadnej szczególnej korekty, jeśli dwa pozostałe widoki zostały dostosowane.
17. Profil żuchwy (prawy i lewy): kłykieć (Co_R, Co_L), gonion (Go_R, Go_L), antegonion (Ag_R, Ag_L)
    UWAGA: Punkty orientacyjne są opisywane automatycznie po prześledzeniu profilu żuchwy.
    1. Zidentyfikuj kłykieć jako najbardziej tylny i górny punkt kłykcia. Zidentyfikuj gonion jako najbardziej wysunięty na zewnątrz punkt pod kątem utworzonym przez połączenie ramusa i korpusu żuchwy. Zidentyfikuj antegonon jako najwyższy punkt wklęsłości dolnej granicy ramusa, w miejscu, w którym łączy się z ciałem żuchwy.
    2. Obrysuj profil żuchwy za pomocą serii punktów (kliknij dwukrotnie lub kliknij prawym przyciskiem myszy, aby zakończyć śledzenie). Zacznij od wcięcia żuchwy i uwzględnij profile kłykcia i ramusa. Podążaj za krzywą pod kątem, aby uwzględnić gonion, używając wielu punktów co kilka milimetrów. Pamiętaj, aby wybrać punkty na dolnym lub bocznym brzegu granicy żuchwy.
18. Proteza (Pr)
    1. Poszukaj najbardziej wysuniętego do przodu punktu wyrostka zębodołowego szczęki w linii środkowej. Wybierz przekrój strzałkowy przecinający centralne siekacze szczęki. W widoku bocznym wybierz opcję Proteon i potwierdź widoki 2D.
    2. W przypadku przekroju osiowego zidentyfikuj środek odcinków korzeniowych centralnych siekaczy szczęki na kości wyrostka wargowego. W przypadku przekroju strzałkowego poszukaj najbardziej wysuniętego do przodu punktu wyrostka zębodołowego szczęki. W przypadku przekroju koronalnego poszukaj linii środkowej między centralnymi siekaczami szczęki.
19. Punkt A - najgłębszy punkt linii środkowej na kości przedszczękowej krzywizny między przednim odcinkiem kręgosłupa nosowego a punktem protezy
    1. W 3D wybierz przekrój strzałkowy przecinający centralne siekacze szczęki. Ta płaszczyzna będzie miała protezę (już zaznaczoną). W widoku bocznym wybierz Punkt A i potwierdź widoki 2D.
    2. W przypadku przekroju osiowego zidentyfikuj końcówkę przekroju. W przypadku odcinka strzałkowego zidentyfikuj najgłębszy punkt krzywizny kości przedszczękowej między przednim kręgosłupem nosowym a wyrostkiem zębodołowym. W przypadku odcinka koronalnego upewnij się, że punkt znajduje się w linii środkowej.
20. Nos przedniKręgosłup (ANS)
    1. Poszukaj najbardziej wysuniętego do przodu punktu kręgosłupa nosowego. Wybierz przekrój strzałkowy przecinający centralne siekacze szczęki. Na tej płaszczyźnie będzie znajdowała się proteza i punkt A (już zaznaczony). W widoku bocznym wybierz ANS i potwierdź widoki 2D.
    2. W przypadku przekroju osiowego poszukaj końcówki sekcji. W przypadku odcinka strzałkowego poszukaj najbardziej wysuniętego do przodu punktu kręgosłupa nosowego. W przypadku przekroju koronalnego poszukaj środka małego odcinka kości.
21. Tylny kręgosłup nosowy (PNS) - punkt środkowy podstawy kości podniebienia na tylnym brzegu podniebienia twardego
    1. W 3D wybierz przekrój strzałkowy przecinający centralne siekacze szczęki. Ta płaszczyzna będzie miała już oznaczoną protezę, punkt A i ANS. W widoku bocznym wybierz PNS i potwierdź widoki 2D.
    2. W przypadku przekroju osiowego poszukaj najniższego punktu linii środkowej podstawy podniebienia. W przypadku sekcji strzałkowej poszukaj najbardziej wysuniętego do tyłu punktu środkowej części kości podniebiennej. W przypadku przekroju koronalnego poszukaj punktu środkowego odcinka środkowej części kości podniebiennej.
22. Infradentale (Id)
    1. Zidentyfikuj punkt przejścia od korony/zęba najbardziej widocznego siekacza przyśrodkowego żuchwy do projekcji wyrostka zębodołowego.
    2. W 3D wybierz przekrój strzałkowy przecinający centralny siekacz żuchwy. W widoku bocznym wybierz Id i potwierdź widoki 2D. Jeśli obecne są trzy siekacze, upewnij się, że płaszczyzna przecina środkowy ząb na pół.
    3. W przypadku przekroju osiowego upewnij się, że punkt adnotacji punktu orientacyjnego jest najbardziej wysuniętym do przodu punktem na kości wyrostka zębodołowego wybranego siekacza. W przypadku przekroju strzałkowego zidentyfikuj najbardziej przedni punkt wyrostka zębodołowego żuchwy. W przypadku przekroju koronalnego upewnij się, że linia środkowa przecina wybrany siekacz
    .
23. Punkt B (B) - najgłębszy punkt linii środkowej na żuchwie między infradentale a pogonionem
    1. W 3D wybierz przekrój strzałkowy przecinający centralne siekacze żuchwy. W widoku bocznym wybierz Punkt B i potwierdź widoki 2D.
    2. W przypadku przekroju osiowego spójrz między centralnymi siekaczami żuchwy lub na środku odcinka środkowego siekacza, jeśli brakuje siekacza. W przypadku przekroju strzałkowego zidentyfikuj punkt najgłębszej wklęsłości z przodu spojenia żuchwy. W przypadku przekroju koronalnego spójrz między centralnymi siekaczami żuchwy lub pionową linią siatki przecinającą środkowy siekacz.
24. Pogonion (Pog)
    1. Zidentyfikuj najbardziej przedni punkt spojenia żuchwy.
    2. W 3D wybierz przekrój strzałkowy przecinający centralne siekacze żuchwy. W widoku bocznym wybierz Pogonion i potwierdź widoki 2D.
    3. W przypadku przekroju osiowego zidentyfikuj pionową linię siatki przecinającą przekrój żuchwy. W przypadku przekroju strzałkowego poszukaj najbardziej wysuniętego do przodu punktu spojenia. W przypadku przekroju koronalnego poszukaj małego obszaru kostnego wskazującego, że punkt orientacyjny jest umieszczony na powierzchni kości.
25. Gnation anatomiczny (Gn) - najniższy punkt na przednim brzegu żuchwy w płaszczyźnie środkowej strzałkowej
    1. W 3D wybierz przekrój strzałkowy przecinający centralne siekacze żuchwy. W widoku bocznym wybierz Gn i potwierdź widoki 2D.
    2. W przypadku przekrojów osiowych i czołowych poszukaj pionowej linii siatki przecinającej przekrój żuchwy. W przypadku przekroju strzałkowego zidentyfikuj najniższy punkt na przednim brzegu dolnej szczęki.
26. Menton (Me) - najniższy punkt spojenia żuchwy.
    1. W 3D wybierz przekrój strzałkowy przecinający centralne siekacze żuchwy. W widoku bocznym wybierz opcję Ja i potwierdź widoki 2D.
    2. W przypadku przekroju osiowego zidentyfikuj mały obszar kostny wskazujący, że punkt orientacyjny jest umieszczony na powierzchni kości. W przypadku przekroju strzałkowego zidentyfikuj najniższy punkt sekcji spojenia. W przypadku przekroju koronalnego poszukaj najniższego punktu środkowego sekcji spojenia.
27. Profil siekacza górnego/dolnego prawego/lewego
    UWAGA: Wymagane są trzy punkty: nasada górnego/dolnego siekacza; Osiowy: punkt środkowy przekroju wierzchołka; Strzałkowy, koronalny: wierzchołek wierzchołka.
    1. W koronie górnego/dolnego siekacza: w przekroju osiowym i czołowym poszukaj punktu środkowego krawędzi siecznej; a w odcinku strzałkowym zidentyfikuj końcówkę krawędzi siecznej.
    2. W punkcie wargowym górnego/dolnego siekacza: w przekroju osiowym określ punkt środkowy odcinka zęba; w odcinku strzałkowym poszukaj najbardziej widocznego punktu powierzchni wargowej; a w odcinku koronalnym upewnij się, że punkt znajduje się w pionowej linii przecinającej ząb na pół.
28. Profil trzonowca górnego/dolnego prawego/lewego
    UWAGA: Wymagane są następujące trzy punkty.
    1. Korzeń górnego/dolnego zęba trzonowego: w sekcji osiowej poszukaj punktu środkowego przekroju wierzchołka korzenia mezjalnej; a w sekcji strzałkowej i czołowej zidentyfikuj wierzchołek wierzchołka korzenia mezjalnej.
    2. Przedni guzek górnego/dolnego zęba trzonowego: w odcinku osiowym zidentyfikuj guzek mezjalno-policzkowy pierwszego zęba trzonowego szczęki/żuchwy; w odcinku strzałkowym i czołowym poszukaj guzka mezjalno-policzkowego pierwszego trzonowca szczęki/żuchwy.
    3. Tylny guzek górnego zęba trzonowego: w odcinku osiowym poszukaj guzka dystalno-policzkowego pierwszego zęba trzonowego szczęki/żuchwy; w odcinku strzałkowym i czołowym zidentyfikuj guzek dystalno-policzkowy pierwszego trzonowca szczęki/żuchwy.
29. Płytka cribriform (Cr) - środkowy górny punkt na crista galli
    1. W sekcji strzałkowej wybierz najgorszy punkt crista galli. W przekroju osiowym poszukaj najniższego punktu małego odcinka crista galli. W sekcji koronalnej wybierz najbardziej wysunięty punkt crista galli.
30. Otwór owalny (ForOval_R, ForOval_L) - najbardziej przednio-przyśrodkowy i górny punkt otworu owalnego
    1. W przekroju osiowym upewnij się, że ten punkt leży w przybliżeniu na płaszczyźnie przecinającej otwór w kierunku przednio-przyśrodkowym. W przekroju strzałkowym i koronalnym spójrz na dno wejścia do kanału.
31. Opisthion (Opi) - punkt środkowy na tylnym brzegu tylnej krzywizny otworu wielkiego w przekroju osiowym
    1. W sekcji strzałkowej poszukaj najniższego punktu odcinka strzałkowego otworu wielkiego. W przekrojach osiowym i koronalnym umieść punkt orientacyjny w linii środkowej.
32. Przedni dół czaszki (AntCF_R, AntCF_L) - najbardziej wysunięty do przodu górny punkt na granicy oddzielającej przedni i środkowy dół czaszki
    1. W 3D użyj przekroju osiowego, idąc od przodu do tyłu, aż do osiągnięcia krzywizny dołu. Jeśli występuje więcej niż jedna granica, wybierz najbardziej przednią granicę.
    2. W przekroju osiowym zidentyfikuj najbardziej wysunięty do przodu punkt przekroju przedniego dołu czaszki. W sekcji strzałkowej poszukaj najwyższego punktu granicy przedniego dołu czaszki. W przekroju koronalnym zidentyfikuj najniższy punkt przekroju przedniego dołu czaszki.
33. Przewód akustyczny wewnętrzny (AcM_R, AcM_L) - najbardziej wysunięty do tyłu boczny punkt na wewnętrznym przewodzie akustycznym na części skalistej kości skroniowej
    1. W przekroju osiowym poszukaj punktu odzwierciedlającego początek kanału, w którym kończy się krzywizna. W sekcji strzałkowej poszukaj tylnego punktu na krzywiźnie. W sekcji koronalnej zidentyfikuj najgłębszy punkt krzywizny.
34. Kanał podjęzykowy (Hypog_R, Hypog_L)
    UWAGA: Jest to najbardziej przednio-przyśrodkowy punkt kanału. W przypadku, gdy są dwa kanały, wybierz tylny z dwóch kanałów i zaznacz punkt na przedniej granicy kanału tylnego.
    1. W przekroju osiowym zidentyfikuj punkt odzwierciedlający początek kanału, w którym kończy się krzywizna. W sekcji strzałkowej poszukaj najgłębszego końca krzywizny. W przekroju koronalnym upewnij się, że punkt leży mniej więcej na osi przecinającej kanał w kierunku przednio-przyśrodkowym.

8. Zapisywanie skanu CBCT z adnotacjami dotyczącymi punktów orientacyjnych

1. Z menu Plik wybierz Zapisz lub Zapisz jako, aby zapisać jako osobny plik, a następnie wybierz preferowany typ pliku.

9. Eksport pomiarów i/lub współrzędnych 3D punktu orientacyjnego

1. Kliknij ikonę Zapisz informacje/dyskietkę na pasku narzędzi, a następnie wybierz opcję Eksportuj pomiary lub Eksportuj punkty orientacyjne. Wyeksportuj wyniki w .csv formacie pliku.

Wyniki

Adnotacja zatwierdzonej konfiguracji punktu orientacyjnego 3D jest szczegółowo opisana za pomocą protokołu krok po kroku i demonstracji wideo. Znajdują się tam szczegółowe instrukcje dotyczące opisywania każdego punktu orientacyjnego w objętości 3D, a także udoskonalania ich początkowych pozycji za pomocą widoków przekrojów 2D, które odpowiadają każdej płaszczyźnie przestrzeni. Postępując zgodnie ze szczegółową metodologią zawartą w protokole w połączeniu z instrukcjami wideo, użytkownik może nauczyć się, jak przeprowadzać analizę cefalometryczną z wykorzystaniem skanów CBCT u ludzi.

Rysunek 1 przedstawia widok z przodu i w trzech czwartych skanu CBCT całej głowy ludzkiej czaszki z adnotacjami 3D zawartymi w obecnej konfiguracji. Wszystkie opisane punkty orientacyjne to Typ 1 i Typ 2. Punkty orientacyjne typu 1 reprezentują wyraźnie rozpoznawalne punkty, zwykle obserwowane na przecięciu różnych struktur anatomicznych. Punkty orientacyjne typu 2 reprezentują punkty maksymalnej krzywizny na konturze rozpoznawalnych struktur anatomicznych¹². W analizie tej nie uwzględniono żadnych obiektów typu 3 ani półpunktów orientacyjnych.

Po zakończeniu adnotacji punktów orientacyjnych, istnieją dwa rodzaje danych, które mogą być eksportowane i dalej analizowane przez użytkownika: pomiar cefalometryczny i wartości współrzędnych 3D. Podano wartości kluczowych pomiarów cefalometrycznych niezbędnych do rozpoznania i oceny wad zgryzu zębowo-szkieletowego. Pomiary te zapewniają szczegółową ocenę relacji szkieletowych i zębowych we wszystkich trzech płaszczyznach przestrzeni: strzałkowej, pionowej i poprzecznej. Wartości współrzędnych 3D (x, y, z) każdego punktu orientacyjnego można eksportować i używać do obliczania kątów i odległości liniowych. Wartości tych samych współrzędnych mogą być wykorzystane do przeprowadzenia wielowymiarowej geometrycznej analizy morfometrycznej (GMA). GMA to metoda badania kształtu, która może uchwycić morfologicznie różne zmienne kształtu przy użyciu kartezjańskich współrzędnych punktu orientacyjnego i/lub półpunktu orientacyjnego. Do badania kształtu można wykorzystać kilka technik statystycznych, bez uwzględniania wielkości, położenia czy orientacji badanych struktur. Morfometria geometryczna jest obecnie najbardziej ugruntowaną teorią morfometryczną do obsługi danych opartych na punktach orientacyjnych.

Rysunek 1: Widok z przodu i w trzech czwartych skanu CBCT całej głowy ludzkiej czaszki z adnotacjami 3D punktów orientacyjnych zawartych w obecnej konfiguracji. Kliknij tutaj, aby zobaczyć większą wersję tego rysunku.

Plik uzupełniający 1: Plik konfiguracyjny zawierający punkty orientacyjne używane w tym protokole, który może być bezpośrednio przesłany do oprogramowania w celu analizy. Kliknij tutaj, aby pobrać ten plik.

Dyskusja

Medycyna i stomatologia wkroczyły już w erę obrazowania 3D. W dyscyplinach obrazowania twarzoczaszki i zębów skany CBCT są coraz częściej stosowane ze względu na niskie promieniowanie i obniżone koszty zmodernizowanych systemów w porównaniu z tradycyjnymi tomografami komputerowymi, łatwą kalibrację użycia personelu, stosunkowo szybką i łatwą akwizycję przy minimalnej współpracy pacjenta, a także możliwość generowania wielu innych obrazów diagnostycznych i analiz z jednego skanu. Dlatego ważne jest, aby klinicyści i badacze wiedzieli, jak czytać, diagnozować i analizować te obrazy 3D, a także nauczyć się badać wzrost i rozwój twarzoczaszki w 3D.

Aby pomóc klinicystom i badaczom w tej dziedzinie, przedstawiamy protokół krok po kroku i demonstrację wideo do przeprowadzania analizy cefalometrycznej 3D z wykorzystaniem skanów CBCT u ludzi. Te punkty orientacyjne zostały wcześniej zdefiniowane i zweryfikowane w poprzedniej publikacji, w której potwierdzono ich dokładność i powtarzalność⁴. Szczegółowe instrukcje dotyczące doprecyzowywania każdego punktu orientacyjnego pomagają również użytkownikom w prawidłowym dodawaniu adnotacji do każdego punktu orientacyjnego. Proces adnotacji punktów orientacyjnych jest dodatkowo uproszczony dzięki zastosowaniu wstępnie ustawionych widoków skanu, które odpowiadają obszarowi, w którym każdy punkt orientacyjny powinien być umieszczony. Ta funkcja oszczędza użytkownikowi znaczną ilość czasu i wysiłku. Niemniej jednak wiąże się to z krzywą uczenia się, a użytkownicy wymagają praktyki, aby uzyskać dokładne adnotacje dotyczące punktów orientacyjnych.

Zwalidowana konfiguracja punktu orientacyjnego 3D zastosowana w tym protokole zapewnia wystarczające pokrycie tkanki szkieletowej twarzy, szczęki, żuchwy i podstawy czaszki. W ten sposób prawdziwa morfologia struktur twarzoczaszki jest dokładniej odwzorowana dla oceny wymiarów, konfiguracji i orientacji kompleksu twarzoczaszki i jego struktur składowych. Punkty orientacyjne tkanek miękkich nie są uwzględniane w tym protokole, ale użytkownicy mogą dodawać wybrane punkty orientacyjne do podanej konfiguracji, zgodnie z opisem w protokole. Ponadto, ze względów praktycznych, protokół ten nie może zawierać szczegółowych instrukcji dla innych programów do analizy 3D, ale może być odpowiednio dostosowany przez każdego użytkownika.

Oprócz wartości diagnostycznej generowanych standardowych pomiarów cefalometrycznych, głównie dla klinicystów, swoboda, jaką daje wykorzystanie tej analizy do obliczania kątów i odległości liniowych między dowolnymi punktami orientacyjnymi 3D, pozwoli na ustanowienie nowych analiz cefalometrycznych, które zapewnią bardziej szczegółowe i kompletne oceny. Niemniej jednak nasz przyszły kierunek obejmuje ustanowienie nowych odpowiednich wartości normatywnych, w taki sam sposób, w jaki w przeszłości tworzono wartości normatywne 2D.

Co więcej, zastosowania GMA na bazie punktów orientacyjnych w dziedzinie klinicznej i badawczej twarzoczaszki rozwijają się w szybkim tempie. Naukowcy zajmujący się biologią ewolucyjną i rozwojową oraz antropologią korzystają z tej analizy od ponad dekady, ale ostatnio zaprezentowano również nowe zastosowania kliniczne w dziedzinie ortodoncji, ortopedii zębowo-twarzowej i chirurgii twarzoczaszki. GMA może być również stosowany jako część ilościowego fenotypowania w przypadku chorób wrodzonych z objawami twarzoczaszki, a także do wykrywania subtelnych różnic morfologicznych przypisywanych mutacjom genów 13,14,15,16. Ponadto integracja różnych podejść ilościowych poprzez powiązanie danych morfometrycznych z analizą funkcjonalną, a także danymi genetycznymi może dostarczyć nowej wiedzy na temat rozwoju twarzoczaszki zarówno w grupach zdrowych, jak i chorych.

Ze względu na ostatnie postępy w obliczeniach i wizualizacji, przeprowadzanie tego typu analiz jest obecnie możliwe na komputerach osobistych, z kilkoma dostępnymi już pakietami oprogramowania, w tym Checkpoint, Geomorph (pakiet oprogramowania statystycznego R), Amira-Aviso i SlicerMorph. Programy te mogą pomóc naukowcom z dziedzin medycyny, którzy mogą nie być zaznajomieni z wielowymiarowymi analizami statystycznymi, w przeprowadzaniu GMA z dostępnością wbudowanych funkcji automatycznych.

Materiały

Lista materiałów użytych w tym artykule

Nazwa	Firma	Numer katalogowy	Komentarze
Invivo6 Dental Software	Anatomage	N/A	Oprogramowanie do obrazowania 3D (w tym moduł analizy 3D)