הכנת מודל היברידי דיגיטלי לתכנון וירטואלי של הליכים כירורגיים דנטולבאולריים משחזרים

Summary

תהליך עבודה ליצירת מודלים היברידיים וירטואליים תלת-ממדיים (תלת-ממדיים) תוכנן בהתבסס על מערך נתונים של טומוגרפיה ממוחשבת של קרן חרוט וסריקות אופטיות אינטרה-אוראליות תוך שימוש בשיטות פילוח תמונה רדיוגרפיות ומידול פני שטח בצורה חופשית. מודלים דיגיטליים משמשים לתכנון וירטואלי של הליכים כירורגיים dentoalveolar שחזור.

Abstract

רכישת מודל וירטואלי היברידי תלת-ממדי (תלת-ממדי) מוצגת במאמר זה, תוך שימוש ברצף של פילוח תמונות רדיוגרפי, רישום מרחבי ומידול פני שטח חופשיים. ראשית, מערכי נתונים של טומוגרפיה ממוחשבת של קרן חרוט שוחזרו בשיטת פילוח חצי אוטומטית. עצם הנאדית והשיניים מופרדות למקטעים שונים, מה שמאפשר הערכה של מורפולוגיה תלת ממדית, ולוקליזציה של פגמים תוך גרמיים פריודונטליים. חומרתם, היקפם והמורפולוגיה של פגמים חריפים וכרוניים ברכס הנאדיות מאומתים לגבי שיניים סמוכות. במודלים וירטואליים של רקמות מורכבות, ניתן לתכנן מיקומים של שתלים דנטליים בתלת מימד. באמצעות רישום מרחבי של נתוני IOS ו- CBCT ומידול פני שטח חופשיים לאחר מכן, ניתן לרכוש מודלים היברידיים תלת-ממדיים מציאותיים, המדמיינים עצם מכתשית, שיניים ורקמות רכות. עם superimposition של IOS ו CBCT רקמות רכות, עובי מעל רכס edentulous ניתן להעריך על ממדי העצם הבסיסית; לכן, ניתן לקבוע את עיצוב הדש ואת ניהול הדש הניתוחי, ולהימנע מסיבוכים מדי פעם.

Introduction

ההתקדמות הטכנולוגית ברפואת השיניים אפשרה תכנון טיפול בעזרת מחשב וסימולציה של הליכים כירורגיים ושיקום תותבות. שתי שיטות חיוניות לרכישת נתונים תלת-ממדיים ברפואת שיניים דיגיטלית הן: (1) טומוגרפיה ממוחשבת של קרן חרוט (CBCT)¹ ו-(2) סריקה אופטית אינטרה-אוראלית (IOS)². מידע דיגיטלי של כל המבנים האנטומיים הרלוונטיים (עצם מכתשית, שיניים, רקמות רכות) ניתן לרכוש באמצעות כלים אלה כדי לתכנן הליכים כירורגיים dentoalveolar משחזר.

טכנולוגיית קרן חרוט הוצגה לראשונה בשנת 1996 על ידי קבוצת מחקר איטלקית. עם מינון קרינה נמוך משמעותית ורזולוציה גבוהה יותר (בהשוואה לטומוגרפיה ממוחשבת קונבנציונלית), CBCT הפך במהירות לשיטת ההדמיה התלת-ממדית הנפוצה ביותר ברפואת שיניים ובכירורגיית פה³. CBCT משמש לעתים קרובות לתכנון הליכים כירורגיים שונים (למשל, כירורגיה רגנרטיבית חניכיים, הגדלת רכס מכתשית, מיקום שתלים דנטליים, ניתוחים אורתוגנטיים)¹. מערכי נתונים של CBCT נצפים וניתן לעבד אותם בתוכנת הדמיה רדיוגרפית המספקת תמונות דו-ממדיות, ובעיבודים תלת-ממדיים - עם זאת, רוב תוכנות ההדמיה משתמשות באלגוריתמים מבוססי סף לשחזור תמונות תלת-ממדיות. שיטות סף קובעות את הגבול העליון והתחתון של מרווח ערך אפור ווקסל. ווקסלים שנופלים בין גבולות אלה יעובדו בתלת-ממד. שיטה זו מאפשרת רכישת מודל מהירה; עם זאת, מכיוון שהאלגוריתם אינו יכול להבדיל בין מבנים אנטומיים לבין ממצאים מתכתיים ופיזור, העיבודים התלת-ממדיים מאוד לא מדויקים ויש להם מעט מאוד ערך אבחון ^4,5. מהסיבות שהוזכרו לעיל, תחומים רבים ברפואת שיניים עדיין מסתמכים על רדיוגרפים דו-ממדיים קונבנציונליים (רדיוגרפים אינטרה-אוראליים, צילומי רנטגן פנורמיים) או על תמונות דו-ממדיות של מערכי נתונים CBCT⁵. קבוצת המחקר שלנו הציגה שיטת פילוח תמונות חצי אוטומטית במאמר שפורסם לאחרונה, באמצעות תוכנת עיבוד תמונה רדיוגרפית^{בקוד פתוח 6} שבה מתבצע שחזור תלת-ממדי אנטומי של מערכי נתונים CBCT⁷. בעזרת שיטה זו, מבנים אנטומיים נבדלו מחפצי מתכת, וחשוב מכך, עצם מכתשית ושיניים ניתן להפריד. לכן, מודל וירטואלי מציאותי של רקמות קשות ניתן לרכוש. מודלים תלת ממדיים שימשו להערכת מומי חניכיים תוך גרמיים ולתכנון טיפול לפני ניתוחי חניכיים רגנרטיביים.

סורקי משטח אופטיים אינטרה-אוראליים מספקים מידע דיגיטלי על מצבים קליניים (כתר קליני של השיניים ורקמות רכות). המטרה המקורית של מכשירים אלה הייתה לרכוש ישירות מודלים דיגיטליים של מטופלים לתכנון וייצור תותבות שיניים עם תכנון בעזרת מחשב (CAD) וייצור בעזרת מחשב (CAM)⁸. עם זאת, בשל מגוון רחב של יישומים, השימוש בהם יושם במהירות בתחומים אחרים של רפואת שיניים. מנתחי פנים מקסילו-פנים משלבים IOS ו-CBCT למערך היברידי שניתן להשתמש בו לאוסטאוטומיה וירטואלית ולתכנון דיגיטלי של ניתוחים אורתוגנטיים ^9,10. השתלת שיניים היא כנראה התחום המשתמש בתכנון דיגיטלי וביצוע מונחה בדרך כלל. ניתוח ניווט מבטל את רוב הסיבוכים הקשורים למיקום שגוי של השתל. השילוב של מערכי נתונים CBCT וקבצי סטריאוליתוגרפיה ( .stl) של IOS משמש באופן שגרתי לתכנון מיקום השתל המודרך וייצור מדריכי קידוח שתל סטטיים^11,12. סריקות אינטרה-אוראליות מעל מערכי נתונים של CBCT שימשו גם להכנת הארכת כתר אסתטית¹³; עם זאת, רקמות רכות הונחו רק על גבי מערכי נתונים של CBCT ששוחזרו באמצעות אלגוריתמי סף. עם זאת, כדי לבצע תכנון וירטואלי תלת-ממדי מדויק של התערבויות כירורגיות רגנרטיביות-משחזרות ומיקום שתלים דנטליים, מודלים היברידיים תלת-ממדיים מציאותיים של מטופלים חייבים להיות מורכבים מנתוני CBCT ו-IOS.

לפיכך, מאמר זה שואף להציג שיטה שלב אחר שלב לרכישת מודלים דיגיטליים היברידיים מציאותיים לתכנון כירורגי וירטואלי לפני התערבויות כירורגיות דנטולבאולריות משחזרות.

Protocol

מחקר זה נערך בהתאמה מלאה להצהרת הלסינקי. לפני הכנת כתב היד ניתנה הסכמה מדעת בכתב ונחתמה על ידי המטופל. המטופל נתן אישור לשימוש בנתונים לצורך הדגמת הפרוטוקול.

1. עיבוד תמונה רדיוגרפית

1. טען קבצי DICOM לתוכנה
   1. הורד את הגרסה החדשה ביותר של תוכנת הדימות הרפואי ופתח אותה.
      הערה: לאחר פתיחת התוכנה, יופיע מסך הבית.
   2. לחצו על 'טען נתוני DICOM ' בסרגל הצד.
      הערה: מסד הנתונים DICOM יופיע, ויציג את ערכות הנתונים של DICOM שנטענו בעבר.
      1. לחצו על 'ייבוא קובצי DICOM ' במסד הנתונים של DICOM, בחרו בערכת הנתונים של DICOM בתיקיית היעד ולחצו על 'ייבוא'.
         הערה: ערכת הנתונים החדשה של DICOM שנוספה תופיע ברשימת המחקרים.
   3. בחר את חדר העבודה ולחץ על טען בתחתית החלון.
      הערה: ערכת הנתונים של DICOM תיפתח, וארבע תצוגות (coronal, axial, sagittal ו- 3D) של הנתונים הטעונים יהיו גלויות. צמתים מפורטים בצד שמאל. תיאורטית, השיטה המתוארת יכולה להתבצע על כל CT או CBCT ללא קשר לאיכות התמונה (גודל ווקסל, ממצאים). עם זאת, תהליך הפילוח של סריקות CBCT/CT באיכות גבוהה יותר הוא פשוט יותר, וניתן לרכוש מודלים תלת-ממדיים באיכות גבוהה יותר. סריקת CBCT מוצגת נלקחה עם הפרמטרים הבאים: גודל ווקסל: 150 מיקרומטר, מתח אנודה: 84 קילו וולט, זרם צינור: 40 mA, שדה ראייה: 8 x 5 ס"מ. ניתן לעצור את התהליך בכל שלב; הקפד לשמור את הסצנה לפני היציאה. כדי לשמור, לחץ על סמל השמירה בצד שמאל של סרגל הכלים ושמור אותו כ"חבילת רשומות רפואיות" (.mrb) על ידי לחיצה על סמל התיבה בחלון "שמור סצינה".
2. עיבוד אמצעי אחסון וחיתוך אמצעי אחסון
   1. חתוך את אזור העניין (לסת עליונה או תחתונה) כדי להקטין את גודל הקובץ ואת זמן הרינדור. לחץ על סרגל המודולים הגלוי בצד שמאל של סרגל הכלים כדי להציג חלון גלילה מטה המציג מודולים הנמצאים בשימוש תכוף.
   2. בחר את מודול עיבוד אמצעי האחסון מהחלון הנפתח. כדי להפוך את עיבוד עוצמת הקול לגלוי, לחץ על סמל העין לצד סרגל "אמצעי אחסון".
   3. בחר את הקביעה המוגדרת מראש הרצויה כדי להציג את עיבוד עוצמת הקול והזז את המחוון "Shift" עד שניתן יהיה לראות בבירור את הרקמות הקשות.
      הערה: עבור סריקות CBCT, מומלץ לבצע את ההגדרה המוגדרת מראש של CT-Bone.
   4. סמן את התיבה לצד "הפעל" ולחץ על סמל העין לצד "הצג החזר השקעה" בקטע "חיתוך" כדי להפוך את החזר ההשקעה (אזור עניין) לגלוי.
      הערה: תופיע תיבת מסגרת תיל מסביב לערכת הנתונים בכל התצוגות הדו-ממדיות ובתצוגה התלת-ממדית. על ידי גרירת הצדדים של התיבה, נפח ייחתך לאזור הרצוי.
   5. גש למודול "נפח חיתוך" כדי לסיים את החיתוך. בחר את ערכת הנתונים המקורית כאמצעי האחסון של הקלט.
      הערה: החזר השקעה על קלט מוגדר באופן אוטומטי ל- ROI שנוצר בעבר.
   6. בחר צור אמצעי אחסון חדש מסרגל הפלט "אמצעי אחסון פלט" כדי ליצור אמצעי אחסון פלט חדש. בטל את הסימון של חיתוך אינטרפולציה במקטע ההגדרות המתקדמות ולחץ על החל.
      הערה: בעת חזרה ל"מודול נתונים", אמצעי האחסון החדש החתוך יופיע כצומת חדש.
3. פילוח מערך הנתונים של CBCT
   1. גש למודול Segment Editor עבור סגמנטציה.
      הערה: סגמנטציה היא כאשר שחזורים תלת-ממדיים של מבנים אנטומיים נוצרים בהתבסס על מערך הנתונים CBCT כדי לאפשר ניתוח נגיש יותר.
   2. בחר באמצעי האחסון החתוך הקודם שנוצר כאמצעי אחסון ראשי של הסגמנטציה הפעילה. לחץ על +הוסף כדי להוסיף ועל -הסר כדי להסיר מקטעים. שנה את שמם בהתאם למבנה האנטומי שהם ייצגו.
      הערה: עצם הנאדית וכל השיניים יהיו מקטעים נפרדים בתוך הסגמנטציה
   3. התחל עם פילוח של עצם alveolar. מרשימת האפקטים, בחרו ' עקיבה אחר רמות', כלי חצי אוטומטי המתאר את האזור שבו ערך הרקע של פיקסלים זהה לזה של הפיקסל שנבחר.
   4. גרור את העכבר להיקף העצם באחת התצוגות הדו-ממדיות כדי שיופיע קו צהוב מסביב לאזור שנבחר ולחץ על לחצן העכבר השמאלי כדי ליצור את המקטע בפרוסה שנבחרה בערכת הנתונים.
      הערה: ניתן לבצע פילוח בכל אחת מהתצוגות הדו-ממדיות; עם זאת, אוריינטציות קשת וציר לעבוד הכי טוב.
   5. השתמשו בכלי היד 'צביעה ומחיקה' כדי לשנות את המקטע ולתקן טעויות אם הכלי "מעקב מפלסים" לא תיאר את כל קטע העצם או אם נכללו גם ממצאים שהיו על הפרוסה.

איור 1: יישום כלי סגמנטציה חצי אוטומטי "Level Tracing" בכיוון קשת. (A) מיתאר את אזור הפיקסלים עם אותו ערך רקע עם קו צהוב. (ב) תוצאות של "מעקב רמות" ופילוח ידני עוקב. (ג) חידוד סגמנטציה חצי אוטומטית בעזרת כלים ידניים (צבע, מחיקה). אנא לחץ כאן כדי להציג גרסה גדולה יותר של איור זה.

הערה: שימוש במקשי מספרים כדי לאפשר מעבר מהיר בין כלים.

6. אין לכלול גם שיניים וגם שתלים ממקטע העצם. ציירו שיניים ושתלים בעזרת הכלי מחיקה ומחקו את כל הפיקסלים המסומנים המייצגים אותם.
7. חזור על אותו תהליך בכל פרוסה^חמישית של ערכת הנתונים בכיוון שנבחר.
   הערה: לחץ/י על ״הצג תלת-ממד ״ כדי להציג את הפילוח בתלת-ממד. הגדר את מחוון גורם ההחלקה על 0.00.
8. חשב את המקטעים החסרים עם השלמת שלב זה ובחר מילוי בין פרוסות מרשימת האפקטים.
   הערה: כלי זה מחשב את המקטעים החסרים בהתבסס על אלה שנוצרו בעבר באמצעות אלגוריתם אינטרפולציה מורפולוגי של קווי מתאר.
9. לחץ על Initialize כדי להפעיל אינטרפולציה של קווי מתאר, ואם התוצאות משביעות רצון, לחץ על Apply. גלול בערכת הנתונים עם השלמתה כדי לבדוק ולתקן טעויות מזדמנות.

איור 2: אינטרפולציה מורפולוגית של קווי מתאר עם "מילוי בין פרוסות", אזורים ירוקים בהירים המציינים את החלק המשוחזר אוטומטית של המקטע. (A) מבט צירי. (B) מבט קשת. (ג) מבט קורונלי. אנא לחץ כאן כדי להציג גרסה גדולה יותר של איור זה.

הערה: ודא שרק המקטע גלוי שעליו מוחלת האינטרפולציה. ניתן להחליף את הנראות של המקטעים ברשימת המקטעים.

10. הפוך את גבולות המקטעים לחלקים יותר על-ידי הסרת בליטות באמצעות אפקט החלקה . בחר חציון כשיטת החלקה והגדר את "גודל הליבה" ל- 5 x 5 x 5 פיקסלים על ידי התאמת ערך המ"מ בסוגר ולחיצה על החל.
11. חזור על אותם שלבים עבור פילוח השיניים לאחר השלמת פילוח עצם הנאדית.

איור 3: סגמנטציה מוגמרת, המקטע החום מייצג עצם והקטע הכחול מייצג שיניים. (A) מבט צירי. (B) מבט קשת. (ג) מבט קורונלי. (D) המודל התלת-ממדי נוצר באופן אוטומטי מהמקטעים שנוצרו קודם לכן. אנא לחץ כאן כדי להציג גרסה גדולה יותר של איור זה.

12. הגדר את הסרגל "שנה מקטעים אחרים" כדי לאפשר חפיפה לפני פילוח שיניים, כך שהמקטעים החדשים שנוצרו לא יחליפו את המקטעים שנוצרו בעבר.

4. רישום מרחבי של ערכת נתונים CBCT ו- IOS
   הערה: רישום מרחבי נחוץ מכיוון שמערכות הקואורדינטות עבור ערכת הנתונים CBCT וה- IOS שונות.
   1. בחר מנהל הרחבות משורת התפריטים "תצוגה" ולחץ על התקן הרחבות. הקלד IGT בסרגל החיפוש בפינה הימנית, התקן את הרחבת SlicerIGT והפעל מחדש את התוכנית.
   2. טען את קובץ ה- .mrb שנשמר בעבר של הסצנה על-ידי לחיצה על סמל נתונים ובחר קבצים להוספה.
   3. ייבא את קובץ ה- .stl של IOS על ידי לחיצה על נתונים סמל בפינה השמאלית העליונה. בחלון המוקפץ "הוסף נתונים לסצנה", לחץ על בחר קבצים להוספה, עבור אל תיקיית היעד, בחר את קובץ ה- .stl של ה- IOS ולחץ על פתח.
   4. הוסף את קובץ ה- .stl של הסריקה האינטרה-אוראלית כסגמנטציה על-ידי בחירת סגמנטציה מהסרגל הנפתח.
      הערה: מודול "IGT" המותקן יופיע כעת בתפריט הנפתח "מודולים".
   5. הזז/י את הסמן מעל המודול, ובסרגל הצד שמופיע, בחר /י ״אשף רישום דומיני״.
   6. בחר צור סימונים חדשים Fiducial מהתפריט הנפתח הן במקטעים "מ- fiducials" והן במקטעים "To fiducials".
      הערה: התוכנה תקרא באופן אוטומטי לשתי הרשימות "מאת" ו"אל". הרשימה "מאת" מייצגת את נפח נע, אשר במקרה זה יהיה IOS. הרשימה "אל" מייצגת את אמצעי האחסון הקבוע, שיהיה ערכת הנתונים של CBCT.
   7. מקם נקודות סמן על ציוני דרך אנטומיים מוגדרים היטב ב- IOS באמצעות סמל "מקם נקודת סימון" לצד הסרגל הנפתח בקטע "מאת". נקודות הסימון ימוספרו לפי סדר השיבוץ.
      הערה: יש להניח לפחות 6 נקודות על הקצוות והחתכים של השיניים.
   8. מקם סמנים באותו מיקום כדי ליצור את הרשימה "אל" ובאותו סדר בערכת הנתונים CBCT. נקודות סימון עם אותו מספר חייבות לייצג את אותו ציון דרך אנטומי.
   9. צור המרה על-ידי בחירה באפשרות צור שינוי צורה ליניארי חדש מהתפריט הנפתח במקטע 'המרת תוצאת רישום' בסרגל הצד לאחר ששתי הרשימות מוכנות.
   10. גש למודול "המרות" ובחר את ההמרה הקודמת שנוצרה כהמרה פעילה. במקטע "החל המרה", העבר את פילוח ה-IOS ואת רשימת הסימונים "מאת" מהתיבה "ניתן להמרה" לתיבה "השתנה" כדי להציב את ה-IOS מעל ערכת הנתונים CBCT.

איור 4: רישום מרחבי של IOS על-ידי הצבת סמנים פידוקיאליים על ציוני דרך אנטומיים מוגדרים היטב. אנא לחץ כאן כדי להציג גרסה גדולה יותר של איור זה.

הערה: במידת הצורך, ניתן לשפר את דיוק שינוי הצורה על-ידי הזזת נקודות הסימון או על-ידי הוספת נקודות נוספות.

2. ייצא מודלים כקבצי .stl למידול פני שטח בצורה חופשית

1. יצא את המודלים התואמים של רקמות קשות ורכות למידול פני שטח נוסף לאחר סגמנטציה ורישום מרחבי.
2. עבור למודול סגמנטציות ובחר את הסגמנטציה עם דגמי העצמות והשיניים בנאדיות כסגמנטציה הפעילה. גלול מטה לקטע "ייצוא לקבצים", בחר את תיקיית היעד ובחר STL כפורמט הקובץ.
3. בטל את סימון התיבה מזג לקובץ יחיד , הגדר את מערכת הקואורדינטות ל- RAS ולחץ על יצא.
4. חזור על אותו תהליך עבור ה- IOS, גלוי כפילוח נפרד, שמור את הסצנה וסגור את תוכנת ההדמיה.

3. מידול משטח בצורה חופשית

1. החלקת פני השטח
   1. פתח את תוכנת CAD ובמסך הבית, לחץ על ייבוא. בחר בדגמי .stl שיוצאו בעבר מתוכנת עיבוד התמונה DICOM.
      הערה: למרות שההחלקה בוצעה בעבר, פני השטח של המודלים ששוחזרו ממערך הנתונים של CBCT עדיין ייראו מפוקסלים, ולכן יש צורך בהחלקת משטח נוספת.
   2. עברו אל 'פיסול ' בשורת התפריטים, וממלאי המברשות בחרו 'הפחתה מותאמת'.
      הערה: יש להתאים את גודל המברשת וחוזקה, בהתאם לכמות ההחלקה.
2. הפרד את כתר השיניים מה- IOS
   הערה: כתרי שיניים מתוארים בצורה מדויקת יותר ב-IOS מאשר בדגמים מפולחים; לכן, יש להחליף כתרים של דגמי השיניים המקוטעות בכתרים מה-IOS.
   1. לחצו על 'בחר ' בסרגל הצד ובחרו ' מברשת ' ככלי הבחירה. השתמשו במצב Unwrap brush brush והתאימו את גודל המברשת. בעזרת המברשת, בחרו את הכתר של כל שן עד לחניכיים השוליות ב-IOS.
      הערה: משטחים נבחרים מסומנים בצבע כתום.
   2. הזיזו את הסמן אל 'שינוי' בסרגל הצד ובחרו 'חלק גבול'. לחץ על החל אם התוצאות משביעות רצון.
      הערה: כעת, גבול הבחירה עוקב במדויק אחר חניכיים שוליות.
   3. עברו אל 'עריכה' בסרגל הצד 'בחר ' ולחצו על 'הפרד' ליצירת עצם בודד מהאזור שנבחר.
   4. חזור על אותו תהליך עבור כל השיניים.
   5. עבור אל ניתוח בשורת התפריטים ובחר בדוק.
      הערה: התוכנית תציין שגיאות במודלים. חורים מסומנים בצבע כחול.
   6. בחר מילוי שטוח כ"מצב מילוי חורים" ולחץ על תיקון אוטומטי הכל כדי ליצור דגמים סגורים מדגם IOS ודגמי השיניים המופרדות. עברו אל 'פיסול ' והחליקו את קצות החור המלא בעזרת מברשת Shrinksmooth .
   7. חזור על התהליך עבור כל כתרי השיניים ושאר ה- IOS.
3. מיזגו כתרים של השיניים עם דגמי השיניים המפוצלות.
   הערה: אם הרישום המרחבי נעשה נכון, המיקום של כתרי השיניים על IOS וכתרים של שיניים מקוטעות צריך להתאים.
   1. השתמשו במברשת Shrinksmooth על דגם השן המקוטעת עד שהם מכוסים לחלוטין על ידי כתרי השיניים המופרדים מה-IOS.
      הערה: בשל פגמים הן בסגמנטציה והן ב-IOS, הכתרים לא תמיד חופפים לחלוטין.
   2. בחר הן את הכתר המופרד והן את הדגם המקוטע של אותה שן בדפדפן האובייקטים. בסרגל הצד שמופיע, בחר /י ״איחוד בוליאני״ ולחץ/י על ״קבל״.
      הערה: כעת, הכתר של דגם השן המקוטעת מוחלף בכתר המופרד מה-IOS.
   3. השתמש ב - Shrinksmooth כדי להחליק את המעבר.
4. חיסורים והרכב מודל
   1. החסר את מודל העצם ממודל הרקמות הרכות כדי לייצג את המצב הקליני באופן מציאותי.
      הערה: ה- IOS המקורי ללא שיניים הפך למודל של הרקמות הרכות.
   2. בחר דגמי עצמות ורקמות רכות בדפדפן האובייקטים ובחר הבדל בוליאני.
   3. החליקו מעברים בעזרת המברשת Shrinksmooth והסירו בליטות מהצד התחתון של דגם הרקמות הרכות.
   4. החסרו שיניים ממודל הרקמה הרכה באמצעות אותו תהליך ומעברים חלקים.
5. מודלים של צבעים
   1. צבעו את פני השטח של הדגמים כדי לתת מראה מציאותי יותר מכיוון שהמודל הושלם כעת עם השיניים, הרקמות הרכות והעצם הנאדית המופרדות זו מזו, מה שמייצג את המצב הקליני בתלת מימד.
   2. בחרו 'פסל ' בסרגל הצד והעבירו את המחוון הקטן מ'עוצמת קול ' ל'משטח'.
   3. בחרו PaintVertex מרשימת המברשות ובחרו בצבע הרצוי בעזרת גלגל הצבעים באזור 'צבע ' בסרגל הצד. צבעו את פני השטח של כל דגם (למשל, עצם: חום, רקמה רכה: ורוד, שיניים: לבן)

אנימציה איור 1: אנימציה של המודל הסופי והצבעוני, מוכן לתכנון כירורגי וירטואלי. אנא לחץ כאן כדי להוריד איור זה.

Representative Results

ניתן ליצור מודלים תלת-ממדיים (תלת-ממדיים) וירטואליים באמצעות פילוח תמונות רדיוגרפי, רישום מרחבי ומידול חופשי. המודלים מתארים באופן דיגיטלי את המצב הקליני, ומאפשרים תכנון תלת מימדי של התערבויות כירורגיות שונות. עם פילוח נפרד של העצם והשיניים, הגבול בין שני המבנים האנטומיים גלוי, יש להעריך מורפולוגיה תלת ממדית ולוקליזציה של פגמים תוך גרמיים חניכיים. ניתן להעריך את חומרתם, היקפם והמורפולוגיה של פגמים חריפים וכרוניים ברכס הנאדיות לגבי שיניים סמוכות. כלי סגמנטציה חצי-אוטומטיים שונים (איור 1) (איור 2) (לדוגמה, כלי זיהוי קצה, אלגוריתמים של אינטרפולציה מורפולוגית של קווי מתאר) שנמצאים במלאי של תוכנות עיבוד תמונה רפואיות מפחיתים את משך הסגמנטציה (איור 3). עם זאת, בשל הדמיון בערכי עוצמת הווקסל של השיניים ועצם הנאדיות, ההפרדה בין השניים צריכה להיעשות ביד, מה שיכול לקחת זמן. תהליך הפילוח מעוכב גם על ידי ממצאים הנמצאים בסריקות CBCT.

Superimposition של IOS ולאחר מכן מודלים CAD מאפשר לראות את המצב הקליני בתלת מימד. השיניים מופרדות מרקמות רכות במודל של ה-IOS (איור 4). מודלים תלת ממדיים של שיניים משולבים מ- CBCT, ונתוני IOS מכיוון שכתרי שיניים ב- IOS מייצגים בצורה מדויקת יותר את המצב הקליני, בעוד שממצאים ופיזור בסריקת CBCT נפגעים. עם superimposition של IOS ו CBCT רקמות רכות, עובי מעל רכס edentulous ניתן להעריך על ממדי העצם הבסיסית; לכן, ניתן לקבוע את תכנון הדש ואת ניהול הדש הניתוחי, ולהימנע מסיבוכים מזדמנים (אנימציה איור 1).

Discussion

עם הפרוטוקול המוצג, ניתן לדמיין מורפולוגיות של פגם חניכיים ומכתשית בשלושה ממדים (3D), המספקים תיאור מדויק יותר של המצב הקליני מאשר ניתן להשיג על ידי שיטות אבחון דו-ממדיות ומודלים תלת-ממדיים שנוצרו באמצעות אלגוריתמי סף. ניתן לחלק את הפרוטוקול לשלושה שלבים עיקריים: (1) סגמנטציה חצי-אוטומטית של מערכי נתונים של CBCT, (2) רישום מרחבי של CBCT ו-IOS, ו-(3) מידול פני שטח חופשי. מבחינה טכנית, ניתן לבצע סגמנטציה על כל תמונה רדיוגרפית תלת מימדית; עם זאת, מאתגר יותר לשחזר מערכי נתונים באיכות נמוכה. לכן, גודל ווקסל קטן יותר (~ 120 מיקרומטר), זרם צינור (12 mA) ומתח אנודה (80 kV) מומלצים¹⁴. בשל כמות גדולה של פיזור שנוצר במישור הנסתר, יש לשמר את החלל הבין-חסי במהלך הדמיית CBCT.

שלבים ספציפיים של תהליך הפילוח החצי אוטומטי הם אוטומטיים, אך חלק מהפעולות עדיין דורשות סגמנטציה ידנית, מה שמאריך את משך התהליך. לצורך קיצור מסגרת הזמן של הסגמנטציה, פותחו רשתות עצביות קונבולוציה מבוססות בינה מלאכותית (AI) לסגמנטציה מהירה ואוטומטית של שן ועצם^15,16. בלמידת מכונה, רשתות עצביות קונבולוציה לניתוח תמונות מפותחות עם למידת ייצוג במסד נתונים לדוגמה, שבו התכונות בתמונות חייבות להיות דומות. עם זאת, בשל המגוון המורפולוגי של פגמים חניכיים ונאדיות, הבדלים בצפיפות רדיוגרפית והיעדר קורטיקליזציה באזורים פתולוגיים, תוצאות של סגמנטציה מבוססת בינה מלאכותית עלולות להיפגע. אלגוריתמים של למידת מכונה פועלים בצורה אמינה בתנאי רקמה פיזיולוגיים.

רישום מרחבי של IOS על פני נתוני CBCT נוצל לתכנון ניתוחי לסת ^9,10, מיקום שתלים^11,12 וניתוחי חניכיים ^7,13, אם כי מודלים חופשיים לא יושמו. באמצעות סדרה של ניתוחים בוליאניים, ניתן לרכוש מודלים היברידיים מציאותיים, וניתן לדמות התערבויות כירורגיות באופן וירטואלי. ניתן גם לייצר עיבודים דיגיטליים עם טכנולוגיות הדפסה תלת ממדית כדי לייצר מודלים לימודיים לפני ניתוח.

היתרון של השיטה הנוכחית הוא שניתן לבצע את התהליך כולו באמצעות תוכנה חופשית בקוד פתוח. עם זאת, יש לו עקומת למידה, ומשתמשים חייבים להכיר את עיבוד התמונה הרדיוגרפית ואת מודלים CAD בצורה חופשית. החיסרון המשמעותי ביותר של השיטה הוא משך הזמן הארוך יחסית והאופי החוזר על עצמו של התהליך. לכן, נדרשים שיפורים כדי להפוך שלבים ספציפיים בזרימת העבודה לאוטומטיים ולפשטים אותם כדי לקצר את מסגרת הזמן.

תכנון תלת מימדי ומידול CAD שימשו בתכנון התערבויות כירורגיות משחזרות שונות. באבחון חניכיים, מודלים תלת-ממדיים שנוצרו עם שחזור תמונה CBCT שימשו להערכה טרום ניתוחית של מורפולוגיות פגם תוך גרמי ותכנון טיפול כירורגי⁷. בלוקי עצם אלוגניים CAD / CAM נוצלו להשתלת onlay¹⁷. רשתות טיטניום שיוצרו בנפרד¹⁸ יושמו כממברנות מחסום בהתחדשות עצם מונחית; עם זאת, מודלים של רקמות רכות לא נכללו בתהליך התכנון. הנחת שתלים מודרכת מתבצעת באופן שגרתי במרפאת שיניים יומיומית עם אמינות גבוהה¹⁹.

עם זאת, רוב תוכנות מדריך השתלים משתמשות באלגוריתמי סף לשחזור תלת-ממדי של רקמות מורכבות. למרות שתכנון אפשרי תיאורטית בעיבודים תלת-ממדיים, בשל האיכות הנמוכה של דגמי העצם, מיקומי השתלים מתוכננים בעיקר בתצוגות הדו-ממדיות הצירית, הקשת והעטרה של מערך הנתונים CBCT. כדי להוסיף שכבה נוספת של מציאות, סריקת פנים דיגיטלית שנרכשה באמצעות יישומים ניידים בחינם עשויה להתווסף בעתיד.

בעזרת רצף של פילוח תמונות רדיוגרפיות, רישום מרחבי ומידול פני שטח בצורה חופשית, ניתן לרכוש מודלים וירטואליים מציאותיים ספציפיים למטופל כדי לתכנן התערבויות כירורגיות משחזרות. עם תיאור תלת ממדי וירטואלי של עצמות, שיניים ורקמות רכות, כל שלב של ההתערבות הכירורגית (כלומר, חתך, הכנת דש, אסטרטגיה רגנרטיבית, סגירת דש) יכול להיות מתוכנן מראש וסימולציה וירטואלית.

Materials

Name	Company	Catalog Number	Comments
3DSlicer	3DSlicer (The software was first developed at Queen’s University Canada and since it is open source it is constantly developed by it’s community)	4.13.0-2021-03-19	Open source radiographic image processing software platform. Software is primarily intended for general medicine, however the wide range of segmentation an modelling tools allow it’s use for dental purposes as well
Meshmixer	Autodesk Inc.	3.5	Open source free form surface modelling software developed for prototype development and basic 3D sculpting. However, due to the usefulness of tools for dental purpose, not just 3D models, but even static guides for navigated surgery can be designed.