Мы представляем подробный протокол трёхмерного анализа изменений мягких тканей с использованием стереофотограммметрии.
Методическая статья
Мы представляем подробный протокол трёхмерного анализа изменений мягких тканей с использованием стереофотограммметрии.
Оценка влияния стоматологического и ортодонтического лечения, а также ортогнатической хирургии на мягкие ткани лица имеет решающее значение, поскольку такие виды лечения могут существенно повлиять на эстетику лица и, следовательно, на удовлетворённость пациентов. Точная оценка реакции мягких тканей лица крайне важна для достижения оптимальных результатов лечения. Трёхмерная (3D) стереофотограммометрия — это надёжный, не поддающийся радиации, неинвазивный инструмент, который может использоваться для количественной оценки поверхности мягких тканей, обеспечивая высокоточное представление структур лица. Цель этого протокола — продемонстрировать методологию, которая может использоваться для количественной оценки изменений мягких тканей лица с помощью стереофотограммметрии. Для видеодемонстрации мы использовали программное обеспечение для 3D-анализа изображений. Предлагаемый протокол включает этапы подготовки изображения, пространственной регистрации по 3D-оси, выбора и наложения интересующих областей, а также расчёт объёма площади между двумя изображениями поверхности мягких тканей, участвующими в оценке. Этот протокол был протестирован на его достоверность и воспроизводимость и может иметь разнообразное применение как в клинических, так и в исследовательских целях.
Оценка изменений мягких тканей лица важна в стоматологии, поскольку мягкие ткани лица являются неотъемлемой частью эстетики и функции и считаются неотъемлемой частью планирования лечения во всех стоматологических дисциплинах. Оценка мягких тканей позволяет врачам прогнозировать влияние терапевтических вмешательств — таких как ортодонтия, протез и ортогнатическая хирургия — на внешний вид лица и баланс1. Полагаясь исключительно на скелетные или стоматологические измерения, это может привести к ухудшению результатов лечения, поскольку достижение идеальной окклюзии и/или скелетных отношений не всегда приводит к сбалансированным или желательным изменениям мягких тканей лица 2,3.
Анализ мягких тканей необходим для индивидуального планирования лечения, так как помогает выявить исходные черты лица, предвидеть влияние роста и старения, а также предсказать, как стоматологические, ортодонтические или хирургические вмешательства изменят контуры лица и структурнуюподдержку 4,5. В частности, изменения в опоре губ, выпуклость лица и уменьшение высоты лица напрямую зависят от модификаций зубов и скелета, и эти изменения могут существенно повлиять на удовлетворённость пациента и воспринимаемый эстетическийрезультат 2,4. Точная оценка изменений мягких тканей крайне важна для достижения оптимальных результатов в эстетических зонах, особенно в имплантатной и восстановительной стоматологии, где сохранение или увеличение объёма мягких тканей необходимо для поддержания естественного внешнего вида и функции6. Современные трёхмерные технологии визуализации и сканирования повысили точность и воспроизводимость измерений мягких тканей, способствуя лучшей диагностике, планированию лечения и оценке результатов 7,8,9.
Золотой стандарт оценки мягких тканей — серийная 3D-визуализация для количественной оценки изменений объёма мягких тканей, дополненная клиническим обследованием и симптомами, сообщаемымипациентами. Наиболее точным и воспроизводимым подходом является последовательная 3D-стереофотограмма или лазерное сканирование поверхности, позволяющее точно измерять изменения объёма мягких тканей современем 10, 11 и 12. В предыдущих публикациях описывались количественные методы оценки изменений мягких тканей лица в оральной и челюстно-лицевой литературе, хотя сообщаемые результаты остаются оченьпеременными 10,11,12,13,14,15,16,17 . Однако в большинстве предыдущих исследований подробности о этапах не включаются, а воспроизводимость результатов часто не сообщается. Кроме того, нет видеодемонстрации ручной части процесса, что было бы практически очень ценным для клиницистов и исследователей, заинтересованных в проведении оценки мягких тканей. Эта видеодемонстрация подробно демонстрирует методологию проведения полуавтоматизированной, высокоточной и высоковоспроизводимой 3D-оценки объемных изменений с использованием визуализации поверхности лица.
Этот протокол был проведён в соответствии с этическими рекомендациями, установленными Институциональным обзорным советом Национальных институтов здравоохранения (NIDCR IRB #16-D-0040). Информированное согласие было получено от всех участников по протоколу, утверждённому NIH IRB (NCT02639312), позволяющему использовать 3D-фотографии лица в исследовательских публикациях. Вся визуализация проводилась в стоматологической клинике NIH с использованием 3D-системывизуализации 18. См. таблицу материалов для получения подробностей о программном обеспечении, используемом в этом протоколе. Было получено явное согласие на использование 3D-фотографий лица, используемых в этом протоколе.
1. Подготовка изображения
2. Регистрация исходного изображения на 3D-осевой сетке
ПРИМЕЧАНИЕ: Базовое изображение определяется дизайном исследования. Это изображение служит эталоном, с которого будут регистрироваться последующие изображения каждого участника. Средняя симметрия устанавливается следующим образом:
3. Знаковые аннотации
ПРИМЕЧАНИЕ: Была выбрана регистрация на основе ориентиров мягких тканей по поверхностному методу для лучшего учёта вариаций доступности поверхности, которая ограничена качеством изображения и ограничена областями, не затронутыми операцией. Последовательность аннотаций, связанных с ориентирами, должна быть одинаковой для каждого изображения. Если возможно, аннотировать ориентир, специфичный для пациента, например, рубец или родинку, который находится вне области, поражённой операцией. Выбор достопримечательности должен зависеть от области интереса каждой оценки.
4. Выбор интересующих областей в исходном изображении и измерении объёма
5. Регистрация последующих изображений, наложение площади интереса и измерение объёма
Этот протокол подробно описывает стандартизированный, воспроизводимый подход к 3D-оценке изменений мягких тканей лица. Стереофотограмметрия позволяет точно измерить отёк лица, фиксируя изменения поверхности со временем. Используя процесс регистрации, ориентированный на ориентиры, послеоперационные изображения выравниваются с устойчивым исходным уровнем, что позволяет наложить и сравнивать зоны, поражённые операцией. Область интереса определяется с помощью воспроизводимых анатомических границ, а соответствующий объём рассчитывается в кубических миллиметрах (см3). Поскольку каждый субъект служит своим внутренним контролем, абсолютные объёмы в этом анализе не могут быть напрямую сопоставимы между субъектами.

Рисунок 1: Демонстрация трёхмерного объемного измерения. Демонстрация применения этого протокола для количественной оценки степени отёка лица после ортогнатической операции. (A) Исходное изображение, полученное через год после операции, когда послеоперационный отёк полностью исчез. Изображение было зарегистрировано на 3D-осевой сетке с использованием следующих анатомических ориентиров: двусторонняя медиальная и латеральная канти, глабелла. с определением ROI. (B) Послеоперационное изображение, полученное через неделю после операции, когда большинство пациентов испытывают наибольшую отёк. Он регистрировался на той же сетке осей, с проекцией базовой рентабельности ROI на изображение. (C) Наложение базовых и послеоперационных изображений для подтверждения точности выравнивания. (D) Объемные маски, генерируемые ROI в обеих временных точках, с результатом объемного измерения в кубических миллиметрах (см3). (E) тепловая карта с сравнением разницы объёма между масками; синий и зелёный — увеличение громкости, а жёлтый и оранжевый — уменьшение громкости по сравнению с исходным изображением. В качестве справочника прилагается индекс чисел с цветной кодировкой. Точная разница в объеме между двумя масками также представлена как выход. Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы увидеть увеличенную версию этой фигуры.
3D-визуализация стала стандартом лечения в стоматологии и краниофациальной хирургии и предлагает количественную оценку мягких тканей высокойточности. Воспроизводимость и точность размещения анатомических ориентиров на 3D-изображениях также были подтверждены в предыдущихисследованиях 19. Поэтому стереофотограмметрия или 3D-изображения мягких тканей лица позволяют получать точные антропометрические измерения и объективно количественно оценивать изменения мягких тканей посредством продольных сравнений изображений.
В предыдущей литературе по оценке мягких тканей лица часто описываются методы, требующие обширного обучения специализированному программному обеспечению для анализа изображений, сочетания различных методов визуализации и типов программного обеспечения, либо аннотирования множества ориентиров, что может требовать значительных усилий и времени отпользователей 11,13,14,20,21,22,23,24,25,26. Наложение на основе области также предлагается в качестве опции с помощью другого программного обеспечения и было реализовано в предыдущихисследованиях 27. Это альтернативный инструмент для наложения, который можно использовать вместо ручной аннотации ориентиров. Однако, исходя из практического опыта авторов после тестирования обоих методов в рамках ретроспективного когортного исследования, наложение на основе ориентиров было более простым и точным вариантом.
Основная причина заключалась в том, что наложение по площади было более чувствительным к небольшим различиям между наложенными изображениями, например, к наличию даже одного волоска на поверхности кожи или к точной ориентации головы. Это врождённая проблема ретроспективных исследований, которую можно было бы избежать, используя более стандартизированный протокол получения изображений, как рекомендовано ниже. Тем не менее, предыдущие публикации, использующие наложение на основе знаков, не включают поэтапного руководства процессом, чтобы его могли легко воспроизвести другими клиницистами и/или исследователями. Здесь мы представляем стандартизированную структуру для количественной оценки объемных изменений, которая уже интегрирована в существующее программное обеспечение для визуализации. Это простой подход к объёмной оценке мягких тканей, который не требует экспертизы в области анализа изображений.
Некоторые технические сложности, с которыми часто сталкиваются при наложении изображений поверхности лица, связаны с наличием бороды. В зависимости от длины и толщины, растительность может значительно снизить точность сканирования, так как поверхность кожи скрыта. Следовательно, сравнение сканирований, которое является высокочувствительной количественной оценкой, будет ненадёжным. Поэтому настоятельно рекомендуется иметь очень минимальное или, в идеале, отсутствие растительности перед получением 3D-сканирования лица. Волосы испытуемого также следует убирать подальше от лица, чтобы хорошо видеть лицо, лоб и уши.
Кроме того, пациенты с рольным дыханием или недостатком губ из-за скрытых скелетных несоответствий часто стоят с раздвинутыми губами. Это может стать проблемой при сравнении серийных сканирований, особенно если положение губ не совпадает. Положение губ должно быть воспроизводимым, когда два или более сканирования, сделанных в разные временные моменты, будут включены в сравнительную объёмную оценку. Наконец, при получении сканов следует избегать мимики для согласованности и воспроизводимости. Рекомендуется делать все снимки с нейтральным выражением лица пациента, с закрытыми губами, если возможно, и с контактом зубов в привычных отношениях укусов. Эта позиция считается самой простой для повторения со временем.
Кроме того, важно обучать испытуемых соответствующим образом, чтобы они точно знали, что нужно делать и что включает процесс съёмки изображений. По той же причине персонал, участвующий в получении изображений, должен проходить обучение и согласованность друг с другом, когда участвует более одного человека. Это может значительно повысить качество сканирований и, следовательно, точность количественных оценок.
В итоге этот протокол служит практическим руководством для будущих клинических оценок и исследований, направленных на оценку влияния различных видов терапевтических вмешательств на эстетику лица, а также на прогрессирование процессов заживления в случае продольных оценок. Такой тип оценки может быть очень информативным в различных областях стоматологии, особенно в областях фиксированной и съёмной протеза, ортодонтии и ортогнатическойхирургии 28, 29, 30, 31, 32, 33, 34. Исследования, сосредоточенные на реакции мягких тканей на стоматологические и/или скелетные вмешательства, предоставят ценную информацию о влиянии этих различных методов лечения на контур мягких тканей лица, который является важной частью общего результата лечения. Кроме того, долгосрочные оценки изменений мягких тканей, связанных со старением, могут быть столь же информативны о долгосрочном влиянии различных видов лечения на профиль мягких тканей. Эта информация может быть использована в будущем в рамках индивидуальных подходов к моделированию результатов лечения, что может стать важной частью планирования лечения и консультаций пациентов.
У авторов нет конфликтов интересов, которые нужно раскрывать.
Это исследование было поддержано Программой внутренних исследований Национального института стоматологических и черепно-лицевых исследований (NIDCR) Национального института здравоохранения (NIH).
| Имя | Компания | Каталожный номер | Комментарии |
|---|---|---|---|
| Камера Vectra H1 | Canfield Scientific | Н/Д | Портативная 3D-система визуализации |
| Программное обеспечение Vectra | Canfield Scientific | Н/Д | Программное обеспечение для анализа изображений |
Запросить разрешение на повторное использование текста или иллюстраций этой статьи JoVE
Запросить разрешение