Waiting
Login processing...

Trial ends in Request Full Access Tell Your Colleague About Jove
JoVE Journal Medicine
Click here for the English version

Medicine

Tredimensionel cephalometrisk landemærkeannotationsdemonstration på menneskelige keglestråle-computertomografiscanninger

Published: September 8, 2023 doi: 10.3791/65224
Automatic Translation
1,2, 2, 1, 1, *2,3,4, *1
1National Institute of Dental and Craniofacial Research, 2College of Dental Medicine, Roseman University of Health Sciences, 3University of Utah School of Medicine, 4George E. Wahlen VA Medical Center
* These authors contributed equally

Summary

Præsenteret her er en detaljeret protokol til ledning af tredimensionel cephalometrisk analyse ved brug af humane keglestrålecomputertomografiscanninger.

Abstract

Kraniofacial cephalometrisk analyse er et diagnostisk værktøj, der anvendes til vurdering af forholdet mellem forskellige knogler og blødt væv i hoved og ansigt. Cephalometrisk analyse er traditionelt blevet udført ved brug af 2D-røntgenbilleder og landemærkesæt og begrænset til størrelse, lineære og vinkelmålinger og 2D-relationer. Den stigende brug af 3D-keglestrålecomputertomografi (CBCT) scanninger inden for tandområdet dikterer behovet for udviklingen til 3D cephalometrisk analyse, som inkorporerer form og en mere realistisk analyse af langsgående udvikling i alle tre planer. Denne undersøgelse er en demonstration af 3D cephalometrisk analyse med brug af et valideret sæt skeletvævsmærker på humane CBCT-scanninger. Detaljerede instruktioner til annotering af hvert vartegn på et 3D-volumen leveres som en del af en trinvis protokol. De genererede målinger og 3D-koordinater for landemærkerne kan eksporteres og bruges både til kliniske og forskningsmæssige formål. Indførelsen af 3D cephalometrisk analyse i grundlæggende og kliniske kraniofaciale undersøgelser vil føre til fremtidige fremskridt inden for kraniofacial vækst og udvikling.

Introduction

Cephalometrisk analyse, der undersøger tand- og skeletforholdene i den menneskelige kraniet, er den kliniske anvendelse af cephalometri. Ud over antropologer, udviklingsbiologer, retsmedicinske eksperter og kraniofaciale forskere, der studerer menneskelig evolution og kraniofacial udvikling, bruges den af oral sundhedspersonale, herunder tandlæger, ortodontister og mund- og maxillofacial kirurger, som et behandlingsplanlægningsværktøj. De tidligste institutioner, der brugte cephalometrisk analyse i tandregulering, var Hofrath i Tyskland og Broadbent i USA i 1931 1,2,3. Hovedformålet med analysen var at tilvejebringe en teoretisk og praktisk ressource til at evaluere et individs kraniofaciale proportioner og at definere den anatomiske kilde til malokklusion1. Dette gjorde det muligt at spore vækstmønsteret for maxilla og underkæben, deres relationelle positioner i rummet og observere ændringer i blødt væv og tandforskydning. Som følge heraf kunne ændringer forårsaget af tandregulering overvåges, og skelet- og tandforhold kunne karakteriseres for en diagnose, der skulle stilles til behandlingsplanlægning. Evaluering af det dentofacial kompleks blev udført ved at sammenligne en patients cephalometriske sporing med referenceværdier, der var repræsentative for en normal befolkning af samme alder, race og etnicitet1.

Den traditionelle analysemetode bestod af en todimensionel (2D) skildring af tredimensionale (3D) strukturer 4,5. Et stort tilbageslag ved denne teknik er forvrængning og forstørrelse af anatomiske strukturer via konventionel røntgenbilleddannelse på almindelig film eller digitale formater, hvilket kan føre til unøjagtige cephalometriske spor og fortolkninger 6,7. Den oprindelige introduktion af 3D-billeddannelse i form af aksial computertomografi (CT) og spiral CT omfattede ikke dentale eller ikke-medicinske applikationer på grund af høje omkostninger og høje strålingsdoser. Fremkomsten af keglestrålecomputertomografi (CBCT) scanninger mindskede imidlertid disse bekymringer, da udgifter og strålingsdoser var signifikant lavere end CT1. Skiftet i denne billeddannelsesfortælling galvaniserede den udbredte anvendelse af CBCT i tandregulering til forbedring af diagnose og behandlingsplanlægning. Den største fordel ved 3D-billeddannelse i forhold til den konventionelle 2D-billedteknik er, at 3D giver eksaminatoren mulighed for at se anatomiske strukturer uden superimpositioner og rumlige forvrængninger (dvs. individets hovedposition). Derfor er en meget mere præcis positionering af de anatomiske landemærker, der anvendes til ledning af cephalometrisk analyse, mulig, især i tilfælde af ansigtsasymmetri. Desuden kan et meget større anatomisk område analyseres.

Et af de seneste fremskridt inden for cephalometri er implementeringen af dyb læring (DL) til automatiseret landemærkedetektion 8,9,10,11. Selvom resultaterne af disse undersøgelser er lovende, er nøjagtighedsniveauerne i placeringen af landemærkerne endnu ikke tilfredsstillende. Desuden bruger de fleste af disse undersøgelser relativt små skelsættende sæt, der stammer fra tidligere 2D cephalometriske analyser, hvilket giver utilstrækkelig dækning af kraniebasen, hvilket er en vigtig struktur til undersøgelse af kraniofacial vækst og udvikling. Denne demonstrationsvideo viser detaljeret en metode til gennemførelse af manuel 3D-cephalometrisk analyse med høj nøjagtighed ved hjælp af et valideret sæt 3D-skeletvævsmærker, der dækker områderne i ansigtet, kraniebasen, underkæben og tænderne til brug i kliniske og forskningsundersøgelser, der involverer CBCT-billeddannelse4. Et eksempel på en gennemført 3D-analyse kan ses i figur 1.

Protocol

Denne protokol følger retningslinjerne fra de menneskelige forskningsetiske komitéer i Institutional Review Boards of National Institutes of Health (NIDCR IRB # 16-D-0040) og Roseman University of Health Sciences. Se materialefortegnelsen for detaljer relateret til den software, der bruges i denne protokol. Den samme protokol kan følges med brug af forskellige software efter justeringer baseret på deres specifikke indstillinger og tekniske detaljer. CBCT-scanningerne, der blev brugt til oprettelse af figuren inkluderet i dette papir, samt videodemonstrationen, er blevet anonymiseret inden deres brug, og der er indhentet informeret samtykke fra forsøgspersonerne, hvilket tillader brug af deres scanninger i forskningsrelaterede publikationer. Begge forsøgspersoner blev set på NIH Dental Clinic, hvor scanningerne blev erhvervet (Planmeca ProMax 3D-system; lavdosistilstand, 400 μm opløsning) og var blevet godkendt til en NIH IRB-godkendt protokol (NCT02639312).

1. Upload af CBCT-scanning og visning i 3DAnalyse-modulet

  1. Åbn den refererede software, og klik på gennemse fil. Vælg den scanning, der skal analyseres, og klik på åbn.
  2. Gå til 3DAnalyse-modulet.

2. Upload af en konfigurationsfil til landemærket

  1. I 3DAnalyse-modulet skal du klikke på ikonet Gem informationsdiskette . Vælg derefter Indlæs en konfiguration , og søg efter konfigurationsfilen.
    BEMÆRK: Konfigurationsfilen inklusive de landemærker, der bruges af forfatterne, er inkluderet som supplerende fil 1.

3. Koordiner systemopsætning

  1. Klik på ikonet Omdirigering .
  2. I vinduet, der åbnes, skal du vælge indstillingen Ved at vælge landemærker . Dette giver brugeren mulighed for at orientere alle scanningerne på samme måde, hvilket er vigtigt, hvis deres 3D-koordinatværdier skal sammenlignes. De indstillinger, der er valgt for denne protokol, er: N somO-rigin-vartegn, trepunktsdefinition med landemærker Eller R, Eller L, Po L og Definer A-P-akse (midtsagittalplan) med landemærkerne N og Ba.

4. Justeringer af CBCT-scanningsbilleder

  1. Juster lysstyrke og kontrast for at reducere billedstøj fra menuen i venstre side af skærmen.
  2. Zoom ind og ud ved at holde Ctrl-tasten nede og venstreklikke samtidigt og glide hen over skærmen. Flyt billedet på en kropslig måde ved at holde Shift-tasten nede og venstreklikke samtidigt og glide hen over skærmen. Aktivér Clipping fra indstillingsmenuen for at oprette sektionsvisninger i alle rumplaner.

5. Tilføjelse af nye vartegn

  1. Fra menuen Indstillinger , som har et værktøjsikon, skal du klikke på landemærker for at afsløre en liste over tilgængelige landemærkeindstillinger og derefter vælge det valgte vartegn.
  2. For at indstille en standardvisning for landemærker skal du vælge sporingsopgave, klikke på opsætning, vælge vartegn, indstille visningen som ønsket og klikke på brug aktuelle visningsindstillinger. Gentag ovenstående trin for at ændre standardvisningen for eventuelle yderligere vartegn.

6. Anmærkning af 3D anatomiske landemærker

  1. Fra toppen af menuen til venstre på skærmen skal du vælge Opret sporing. I vinduet, der åbnes, skal du klikke på Start i nederste venstre hjørne af vinduet. Begynd at kommentere 3D-landemærkerne ved at venstreklikke direkte på 3D-lydstyrken på det sted, hvor landemærket skal placeres baseret på dets definition.
  2. Bekræft og juster placeringen af landemærket ved hjælp af sektionsvisningerne til højre på skærmen. Hvis de ikke kan ses, skal du vælge Udsnitsfinder i menuen til valg af layout. For at bekræfte placeringen af et vartegn skal du klikke på Stop og vælge den ønskede visning for at visualisere vartegnet. Når det er bekræftet, skal du fortsætte med at placere de resterende vartegn.
  3. For at ændre placeringen af landemærket ved hjælp af 3D-lydstyrken skal du stoppe analysen ved at klikke på Stop nederst i menuen Sporingsopgaver , klikke på det landemærkepunkt, der skal flyttes, og trække det til den nye ønskede position.
  4. For at kommentere et vartegn igen skal du dobbeltklikke på den afkrydsede firkant ved siden af landemærket og derefter svare Ja til opfølgningsspørgsmålet.

7. Definition og specifikke annoteringsinstruktioner for hvert 3D-vartegn

  1. Basion (Ba)-midtpunktet på den forreste grænse af den forreste krumning af foramen magnum
    1. For det aksiale afsnit skal du kigge efter den dybeste ende af krumningen af sektionen af foramen magnum. For sagittalsektionen skal du kigge efter det bageste punkt i midtersektionen af foramen magnum. For koronalsektionen skal du kigge efter det ringere midtpunkt af krumningen af foramen magnum.
  2. Porion (Po_R, Po_L) - det mest overlegne, bageste og ydre punkt placeret i den øverste margen af hver øregang (ekstern auditiv meatus)
    1. For det aksiale afsnit skal du kigge efter kanten af margenen på den eksterne auditive meatus. For sagittalsektionen skal du kigge efter skæringspunktet mellem det eustakiske rør og knoglekanalen. For koronalsektionen skal du kigge efter midtpunktet på den ringere grænse af den overlegne krumning. Den lodrette linje gennem punktet skærer groft øregangen.
  3. Nasion (N) - skæringspunktet mellem suturen mellem frontalbenet og næsebenene (fronto-nasal sutur)
    1. For det aksiale afsnit skal du kigge efter midtpunktet / højden af krumningen af suturen. For sagittalafsnittet skal du kigge efter suturens forreste punkt, hvor front- og næsebenene mødes. For koronalsektionen skal du kigge efter midten af fronto-nasal sutur. Den lodrette linje gennem den skærer groft næsen.
  4. Orbitale (Or_R, Or_L)-det mest antero-ringere punkt på den ringere orbitalrand
    1. Indstil frontbilledet (knoglet vindue) som standard, og klip aksialt fra ringere til overlegen, indtil krumningen af banens nedre margen er nået for at lokalisere det nederste punkt i kredsløbets nedre krumning.
    2. Brug 2D-visninger til at bekræfte, at landemærket er på benet. Juster sagittale og koronale sektioner for at afspejle den forreste positionering af orbitale. Sørg for, at landmærket er forreste i position lige til det punkt, hvor orbitalranden begynder at kurve ud.
  5. Supraorbitale (SOr_R, SOr_L) - det mest overlegne og forreste punkt i den overlegne orbitalrand
    1. Indstil frontbilledet som standard i 3D-lydstyrken, og klip gradvist aksialt fra overlegen til ringere, indtil krumningen af banens øvre margen er nået for at lokalisere det mest overlegne punkt i kredsløbets øvre grænse.
      BEMÆRK: Undgå at markere det supraorbitale hak på grund af dets variable anatomi.
    2. Juster sagittale og koronale sektioner for at afspejle den forreste placering af vartegn. Sørg for, at landmærket er forreste i position lige til det punkt, hvor orbitalranden begynder at kurve ud.
  6. Sella midtpunkt (sella)
    1. Se efter midten af sella turcica eller hypofyseal fossa, som er en sadelformet depression i kroppen af sphenoidbenet, hvor hypofysen eller hypofysen er placeret. Juster landemærket til midten af sella turcica i alle fly.
    2. For sagittalsektionen skal du placere landemærket i midten af sella turcica. For de aksiale og koronale sektioner skal du justere visningerne i overensstemmelse hermed.
  7. Sella inferior (Si)-det mest underordnede og centrale punkt på konturen af sella turcica i samme plan som sella
    1. For sagittalsektionen skal du starte med at placere landemærket på det mest underordnede punkt i sagittalsektionen af sella turcica. For de aksiale og koronale sektioner skal du justere positionen til at være midt i sektionen.
  8. Sella posterior (Sp)-det bageste og midterste punkt på konturen af sella turcica i samme plan som sella
    1. For sagittalsektionen skal du starte med at placere landemærket på det bageste punkt i den sagittale del af sella turcica. For de aksiale og koronale sektioner skal du justere positionen til at være midt i sektionen.
  9. Clinoid proces (Cl) - det antero-overordnede punkt på konturen af den forreste clinoidproces i samme plan som sella
    1. For sagittalsektionen skal du starte med at placere landemærket på det mest antero-overlegne punkt i konturen af klinoidprocessen. For de aksiale og koronale sektioner skal du justere positionen til at være midt i sektionen.
  10. Zygomatisk bue (ZygArch_R, ZygArch_L)
    1. Se efter det mest latero-ringere punkt på omridset af den zygomatiske bue. Sørg for, at kraniet er korrekt orienteret, og at de zygomatiske buer ses tydeligt og "vinkelret" fra det submentale syn.
      BEMÆRK: Hvis kraniet vippes, kompromitteres nøjagtig landemærkeannotering.
    2. For det aksiale afsnit skal du placere landemærket på det mest laterale og ringere punkt i krumningen af den zygomatiske bue. For sagittalsektionen skal du placere landemærket på det mest underordnede punkt i sektionen. For koronalsektionen skal du placere landemærket på sektionens mest laterale punkt.
  11. Frontozygomatisk sutur (FronZyg_R, FronZyg_L) - det antero-laterale punkt på den frontozygomatiske sutur.
    1. For sagittalsektionen skal du sikre dig, at suturen er tydeligt synlig i sektionen. Placer landemærket på det forreste punkt i sektionen af frontbenet ved siden af suturen. For de aksiale og koronale sektioner skal du kigge efter sektionens mest overlegne punkt.
  12. Næsehulen (NasCav_R, NasCav_L) - krydset mellem næsens laterale væg, pyriform kant / næsebund og den øvre kant af maxilla
    1. Det tredobbelte kryds ses bedst i koronalsektionen. Start med at placere landemærket på mesialsiden af krydset. For den aksiale sektion skal du placere landmærket ved sektionens slutpunkt. For sagittalsektionen skal du placere landemærket på det mest laterale punkt af suturen på den maksillære grænse.
  13. Jugal punkt (J_R, J_L)
    1. Se efter det dybeste midtpunkt i maxillaens jugalproces. Anmærk landemærket, så det for det meste er på linje med den maksillære første molar.
    2. For koronalsektionen skal du starte med at justere landemærkepositionen til den dybeste ende af krumningen af sektionen af jugalprocessen. For den aksiale sektion skal du kigge efter sektionens mest laterale punkt på det punkt, hvor knogletætheden ændres. For sagittalafsnittet skal du kigge efter det mest ringere punkt i sektionen på det punkt, hvor knogletætheden ændres.
  14. Articulare (Ar_R, Ar_L)-det bageste punkt på kondylarhovedet, tættere på glenoid fossa
    1. For det aksiale afsnit skal du kigge efter det bageste punkt omkring midten af kondylens bageste krumning. For sagittalsektionen skal du kigge efter det bageste punkt på kondylens bageste krumning. For koronalsektionen skal du kigge efter det lille radiopaque område, der angiver, at landemærket er på knoglen.
  15. Coronoid-processen (Cor_R, Cor_L) - det mest overlegne punkt i coronoidprocessen
    1. For sagittale og koronale sektioner skal du placere landemærket øverst på coronoidprocessen. For det aksiale afsnit skal du kigge efter det lille radiopaque område, der angiver, at landemærket er på knoglen.
  16. Glenoid fossa (G_Fos_R, G_Fos_L)
    1. Se efter et punkt på glenoid fossa, hvor kondylarhovedet er i maksimal artikulation med fossa. Dette er det omtrentlige centrum af den kuppelformede fossa.
    2. I 3D skal du vælge koronalsektionen for at få en visning, der viser begge kondylerne rimeligt godt. Vælg et punkt på fossas nedre grænse i denne visning, således at en lodret linje gennem dette punkt groft skærer kondylen; Bemærk, at dette måske ikke ser ud til at være det nøjagtige centrum af fossa. Målret mod punktet for maksimal artikulation (dvs. omtrent tæt på midten eller det nøjagtige center i nogle tilfælde).
    3. For koronalsektionen skal du kigge efter det mest omtrentlige punkt til glenoid fossa-kuppelsektionen. For sagittalsektionen skal du kigge efter det mest overlegne punkt i glenoid fossa-kuppelsektionen. For det aksiale afsnit skal du ikke anvende nogen specifik finjustering, hvis de to andre visninger er blevet justeret.
  17. Underkæbeprofil (højre og venstre): kondylion (Co_R, Co_L), gonion (Go_R, Go_L), antegonion (Ag_R, Ag_L)
    BEMÆRK: Landmærkerne kommenteres automatisk efter sporing af mandibularprofilen.
    1. Identificer kondylionen som det bageste og mest overlegne punkt på kondylen . Identificer gonionen som det mest udadgående punkt på vinklen dannet af krydset mellem ramus og underkæbens krop. Identificer antegonionen som det højeste punkt i konkaviteten af ramus nedre grænse, hvor den slutter sig til underkæbens krop.
    2. Spor mandibularprofilen med en række punkter (dobbeltklik eller højreklik for at afslutte sporingen). Start fra mandibular hak og inkluder condylar og ramus profiler. Følg kurven i vinklen for at inkludere gonionen ved at bruge flere punkter hvert par millimeter. Sørg for at vælge punkter på den nedre eller laterale margen af mandibulargrænsen.
  18. Prosthion (Pr)
    1. Se efter det forreste punkt i den maksillære alveolære proces i midterlinjen. Vælg en sagittal sektion, der skærer de maksillære centrale forænder. Vælg Prosthion i sidevisning, og bekræft 2D-visningerne.
    2. For det aksiale afsnit skal du identificere midten af rodsektionerne af de maksillære centrale snit på den labial alveolære knogle. For sagittalafsnittet skal du kigge efter det forreste punkt i den maksillære alveolære proces. For koronalsektionen skal du kigge efter midterlinjen mellem de maksillære centrale forænder.
  19. A-punkt - det dybeste midterlinjepunkt på krumningens premaxilla mellem den forreste næserygsøjle og proteionpunktet
    1. I 3D skal du vælge en sagittal sektion, der skærer de maksillære centrale forænder. Dette fly vil have protesen (allerede markeret). Vælg A-punkt i sidevisning, og bekræft 2D-visningerne.
    2. For den aksiale sektion skal du identificere spidsen af sektionen. For sagittalafsnittet skal du identificere det dybeste punkt i krumningen af premaxillaen mellem den forreste næserygsøjle og den alveolære proces. For koronalsektionen skal du sikre dig, at punktet er i midterlinjen.
  20. Forreste nasalerRygsøjle (ANS)
    1. Se efter det forreste punkt i næseryggen. Vælg en sagittal sektion, der skærer de maksillære centrale forænder. Dette plan vil have protejen og A-punktet (allerede markeret). Vælg ANS i sidevisning, og bekræft 2D-visningerne.
    2. For det aksiale afsnit skal du kigge efter spidsen af sektionen. For sagittalafsnittet skal du kigge efter det forreste punkt i næseryggen. For koronalsektionen skal du kigge efter midten af den lille knoglesektion.
  21. Bageste næserygsøjle (PNS) - midtpunktet af bunden af palatinbenene ved den bageste margen af den hårde gane
    1. I 3D skal du vælge en sagittal sektion, der skærer de maksillære centrale forænder. Dette plan vil allerede have prosthion, A-punkt og ANS markeret. Vælg PNS i sidevisning, og bekræft 2D-visningerne.
    2. For den aksiale sektion skal du kigge efter det mest ringere punkt på midterlinjen af palatinbasen. For sagittalsektionen skal du kigge efter det bageste punkt i midten af palatinbenet. For koronalsektionen skal du kigge efter midtpunktet af sektionen af den midterste sektion af palatinbenet.
  22. Infradentale (id)
    1. Identificer overgangspunktet fra kronen / tanden på den mest fremtrædende mandibulære mediale fortænder til den alveolære projektion.
    2. I 3D skal du vælge en sagittal sektion, der skærer den mandibulære centrale fortand. Vælg Id i sidevisning, og bekræft 2D-visningerne. Hvis der er tre forænder, skal du sikre dig, at flyet skærer den midterste tand.
    3. For det aksiale afsnit skal du bekræfte, at landemærkeannotationspunktet er det forreste punkt på den alveolære knogle i den valgte fortand. For sagittalafsnittet skal du identificere det forreste punkt i den mandibulære alveolære proces. For koronalsektionen skal du sikre dig, at midterlinjen skærer den valgte forænder.
  23. B-punkt (B) - det dybeste midterlinjepunkt på underkæben mellem infradentale og pogonion
    1. I 3D skal du vælge en sagittal sektion, der skærer de mandibulære centrale fortænder. Vælg B-punkt i sidevisning, og bekræft 2D-visningerne.
    2. For den aksiale sektion skal du kigge mellem de mandibulære centrale forænder eller i midten af sektionen af den midterste fortand, hvis der mangler en forænder. For sagittalafsnittet skal du identificere punktet for den dybeste konkavitet anteriort på mandibulær symfyse. For koronalsektionen skal du kigge mellem de mandibulære centrale snit eller den lodrette gitterlinje, der skærer den midterste forænder.
  24. Pogonion (Pog)
    1. Identificer det forreste punkt på underkæbens symfyse.
    2. I 3D skal du vælge en sagittal sektion, der skærer de mandibulære centrale fortænder. Vælg Pogonion i sidevisning, og bekræft 2D-visningerne.
    3. For det aksiale afsnit skal du identificere den lodrette gitterlinje, der skærer mandibularsektionen. For sagittalafsnittet skal du kigge efter symfysens forreste punkt. For koronalsektionen skal du kigge efter det lille osseøse område, der indikerer, at landemærket er placeret på knogleoverfladen.
  25. Anatomisk gnathion (Gn) - det laveste punkt på underkæbens forreste margen i midten af sagittalplanet
    1. I 3D skal du vælge en sagittal sektion, der skærer de mandibulære centrale fortænder. Vælg Gn i sidevisning, og bekræft 2D-visningerne.
    2. For de aksiale og koronale sektioner skal du kigge efter den lodrette gitterlinje, der skærer mandibularsektionen. For sagittalsektionen skal du identificere det laveste punkt på underkæbens forreste margen.
  26. Menton (Me) - det laveste punkt i mandibulær symfyse.
    1. I 3D skal du vælge en sagittal sektion, der skærer de mandibulære centrale fortænder. Vælg Mig i sidevisning, og bekræft 2D-visningerne.
    2. For det aksiale afsnit skal du identificere det lille osseøse område, der angiver, at landemærket er placeret på knogleoverfladen. For sagittalafsnittet skal du identificere det laveste punkt i symfyseafsnittet. For koronalsektionen skal du kigge efter det laveste midtpunkt i symfysesektionen.
  27. Øvre/nederste højre/venstre fortandprofil
    BEMÆRK: Tre punkter er påkrævet: roden af den øvre / nedre fortand; Aksial: midtpunktet af sektionen af toppen; Sagittal, Coronal: spidsen af toppen.
    1. I kronen af den øvre / nedre fortand: i de aksiale og koronale sektioner skal du kigge efter midtpunktet af snitkanten; Og i sagittalafsnittet skal du identificere spidsen af snitkanten.
    2. I labialpunktet i den øvre / nedre fortand: i det aksiale afsnit skal du identificere midtpunktet af tandsektionen; i sagittalafsnittet skal du kigge efter det mest fremtrædende punkt på labialoverfladen; Og i koronalsektionen skal du sikre dig, at punktet er i den lodrette linje, der skærer tanden.
  28. Øvre/nedre højre/venstre molær profil
    BEMÆRK: Følgende tre punkter er påkrævet.
    1. Roden af den øvre / nedre molar: I det aksiale afsnit skal du kigge efter midtpunktet af sektionen af mesialrotspidsen; Og i sagittale og koronale sektioner skal du identificere spidsen af mesial rodspidsen.
    2. Anterior cusp af den øvre / nedre molar: i det aksiale afsnit identificeres mesial-bukkal cusp af den maksillære / mandibulære første molar; I sagittale og koronale sektioner skal du kigge efter mesial-bukkal cusp af den maksillære / mandibulære første molar.
    3. Bageste cusp af den øvre molar: i det aksiale afsnit skal du kigge efter den distale-bukkale cusp af den maksillære / mandibulære første molar; I sagittale og koronale sektioner skal du identificere den distale-bukkale cusp af den maksillære / mandibulære første molar.
  29. Cribriform plade (Cr) - det midterste overordnede punkt på crista galli
    1. I sagittalafsnittet skal du vælge det mest ringere punkt i crista galli. I det aksiale afsnit skal du kigge efter det mest ringere punkt i den lille del af crista galli. I koronalafsnittet skal du vælge det mest overlegne punkt i crista galli.
  30. Foramen ovale (ForOval_R, ForOval_L) - det mest antero-mediale og overlegne punkt i foramen ovale
    1. I det aksiale afsnit skal du sørge for, at dette punkt ligger omtrent på et plan, der skærer foramen i antero-medial retning. I sagittale og koronale sektioner skal du se på bunden af kanalindgangen.
  31. Opisthion (Opi) - midtpunktet på den bageste margen af den bageste krumning af foramen magnum i det aksiale afsnit
    1. I sagittalafsnittet skal du kigge efter det mest ringere punkt i sagittalsektionen af foramen magnum. I de aksiale og koronale sektioner skal du placere landemærket i midterlinjen.
  32. Anterior cranial fossa (AntCF_R, AntCF_L) - det mest forreste overordnede punkt på grænsen, der adskiller den forreste og midterste kraniale fossa
    1. I 3D skal du bruge det aksiale afsnit, der går fra forreste til bageste, indtil fossaens krumning er nået. Hvis der findes mere end én kant, skal du vælge den forreste kant.
    2. I det aksiale afsnit skal du identificere det forreste punkt i sektionen af den forreste kraniale fossa. I sagittalafsnittet skal du kigge efter det mest overlegne punkt på grænsen til den forreste kraniale fossa. I koronalsektionen skal du identificere det mest ringere punkt i sektionen af den forreste kraniale fossa.
  33. Intern akustisk meatus (AcM_R, AcM_L) - det bageste laterale punkt på den indre akustiske meatus på den petrous del af den tidlige knogle
    1. I det aksiale afsnit skal du kigge efter det punkt, der afspejler begyndelsen af kanalen, hvor krumningen slutter. I sagittalafsnittet skal du kigge efter det bageste punkt på krumningen. I koronalafsnittet skal du identificere det dybeste punkt på krumningen.
  34. Hypoglossal kanal (Hypog_R, Hypog_L)
    BEMÆRK: Dette er kanalens mest antero-mediale punkt. Hvis der er to kanaler, skal du vælge den bageste af de to kanaler og markere punktet på den forreste grænse af den bageste kanal.
    1. I det aksiale afsnit skal du identificere det punkt, der afspejler begyndelsen af kanalen, hvor krumningen slutter. I sagittalafsnittet skal du kigge efter den dybeste ende af krumningen. I koronalsektionen skal du sørge for, at punktet ligger omtrent på aksen, der skærer kanalen i antero-medial retning.

8. Lagring af CBCT-scanningen med kommenterede landemærker

  1. Fra menuen Filer skal du vælge Gem eller Gem som for at gemme som en separat fil og derefter vælge den foretrukne filtype.

9. Eksporter målinger og/eller milepæl 3D-koordinater

  1. Klik på ikonet Gem oplysninger/diskette fra værktøjslinjen, og vælg derefter enten Eksporter målinger eller Eksporter vartegn. Eksporter resultaterne i .csv filformat.

Representative Results

Annotationen af en valideret 3D-landemærkekonfiguration beskrives detaljeret ved hjælp af en trinvis protokol og videodemonstration. Der gives specifikke instruktioner til annotering af hvert vartegn på 3D-volumenet samt forfining af deres oprindelige positioner ved hjælp af 2D-sektionsvisningerne, der svarer til hvert rumplan. Ved at følge den detaljerede metode, der er angivet i protokollen i kombination med videoinstruktionerne, kan brugeren lære at udføre cephalometrisk analyse ved brug af humane CBCT-scanninger.

Figur 1 repræsenterer frontale og trekvarte visninger af en CBCT-scanning med fuldt hoved af et menneskekranium med de kommenterede 3D-landemærker, der er inkluderet i den aktuelle konfiguration. Alle de beskrevne landemærker er Type 1 og Type 2. Type 1 landemærker repræsenterer klart genkendelige punkter, der normalt observeres ved skæringspunktet mellem forskellige anatomiske strukturer. Type 2 landemærker repræsenterer punkter med maksimal krumning på konturen af genkendelige anatomiske strukturer12. Ingen type 3 eller semi-landemærker blev inkluderet i denne analyse.

Efter afslutningen af annotationen af landemærkerne er der to typer data, der kan eksporteres og analyseres yderligere af brugeren: cephalometrisk måling og 3D-koordinatværdier. Værdierne for vigtige cephalometriske målinger, der kræves til diagnosticering og vurdering af dentoskeletal malokklusion, oplyses. Disse målinger giver en detaljeret vurdering af skelet- og tandforholdene i alle tre rumplaner: sagittal, lodret og tværgående. 3D-koordinatværdierne (x, y, z) for hvert vartegn kan eksporteres og bruges til beregning af vinkler og lineære afstande. Værdierne for de samme koordinater kan anvendes til ledning af multivariat geometrisk morfometrisk analyse (GMA). GMA er en metode til at studere form, der kan fange morfologisk forskellige formvariabler ved hjælp af kartesiske landemærker og / eller semi-landemærkekoordinater. Flere statistiske teknikker kan bruges til at undersøge form uden at tage hensyn til størrelsen, placeringen eller orienteringen af de undersøgte strukturer. Geometrisk morfometri er i øjeblikket den mest etablerede krop af morfometrisk teori til håndtering af vartegnbaserede data.

Figure 1
Figur 1: Frontale og trekvarte visninger af en CBCT-scanning med fuldt hoved af et menneskekranium med de kommenterede 3D-landemærker, der er inkluderet i den aktuelle konfiguration. Klik her for at se en større version af denne figur.

Supplerende fil 1: Konfigurationsfil inklusive de landemærker, der anvendes i denne protokolsom kan uploades direkte til softwaren til analyse. Klik her for at downloade denne fil.

Discussion

Medicin og tandpleje er allerede gået ind i 3D-billeddannelsens æra. Inden for disciplinerne kraniofacial og dental billeddannelse anvendes CBCT-scanninger i stigende grad på grund af den lave stråling og de reducerede omkostninger ved de opdaterede systemer sammenlignet med traditionelle CT-maskiner, nem kalibrering af personalebrug, relativt hurtig og nem erhvervelse med minimalt patientsamarbejde samt evnen til at generere flere andre diagnostiske billeder og analyser fra en enkelt scanning. Derfor er det vigtigt for klinikere og forskere at vide, hvordan man læser, diagnosticerer og analyserer disse 3D-billeder, samt lærer at studere kraniofacial vækst og udvikling i 3D.

For at hjælpe klinikere og forskere på dette område præsenterer vi en trinvis protokol og videodemonstration til udførelse af 3D cephalometrisk analyse ved hjælp af humane CBCT-scanninger. Disse landemærker er tidligere blevet defineret og valideret i en tidligere publikation, hvor deres nøjagtighed og repeterbarhed blev bekræftet4. De detaljerede finjusteringsinstruktioner for hvert vartegn hjælper også brugerne med den korrekte annotering af hvert vartegn. Annoteringsprocessen for landemærker forenkles yderligere ved hjælp af forudindstillede visninger af scanningen, der svarer til det område, hvor hvert vartegn skal placeres. Denne funktion sparer betydelig tid og kræfter for brugeren. Ikke desto mindre er der en indlæringskurve involveret, og praksis kræves af brugerne for at opnå nøjagtig milepælsannotering.

Den validerede 3D-landemærkekonfiguration, der anvendes i denne protokol, giver tilstrækkelig dækning af skeletvævet i ansigtet, maxilla, underkæbe og kraniebase. På denne måde er den sande morfologi af de kraniofaciale strukturer mere præcist repræsenteret til evaluering af dimensionerne, konfigurationen og orienteringen af det kraniofaciale kompleks og dets komponentstrukturer. Bløddelsmærker er ikke inkluderet i denne protokol, men brugerne kan tilføje landemærker efter eget valg til den angivne konfiguration som beskrevet i protokollen. Desuden kunne denne protokol af praktiske årsager ikke indeholde specifikke instruktioner til anden 3D-analysesoftware, men kan tilpasses i overensstemmelse hermed af hver bruger.

Bortset fra den diagnostiske værdi af de genererede standard cephalometriske målinger, hovedsageligt for klinikere, vil den frihed, der tilbydes med brugen af denne analyse til at beregne vinkler og lineære afstande mellem eventuelle 3D-landemærker, muliggøre etablering af nye cephalometriske analyser, der vil give mere detaljerede og komplette vurderinger. Ikke desto mindre omfatter vores fremtidige retning etablering af nye respektive normative værdier, på samme måde som 2D normative værdier blev skabt tidligere.

Desuden udvikler anvendelserne af landemærkebaseret GMA inden for kraniofacial klinisk og forskningsområde i et hurtigt tempo. Forskere inden for evolutionær og udviklingsbiologi og antropologi har brugt denne analyse i mere end et årti, men nye kliniske anvendelser er også for nylig blevet præsenteret inden for tandregulering, dentofacial ortopædi og kraniofacial kirurgi. GMA kan også anvendes som en del af en kvantitativ fænotypning i tilfælde af medfødte sygdomme med kraniofaciale manifestationer samt til påvisning af subtile morfologiske forskelle, der tilskrives genmutationer13,14,15,16. Derudover kan integrationen af forskellige kvantitative tilgange ved at koble morfometriske data med funktionel analyse samt genetiske data give ny viden om kraniofacial udvikling i raske såvel som sygdomsgrupper.

På grund af de seneste fremskridt inden for beregning og visualisering er udførelsen af denne type analyse nu mulig på personlige computere, med flere softwarepakker, der allerede er tilgængelige, herunder Checkpoint, Geomorph (en pakke med R-statistisk software), Amira-Avizo og SlicerMorph. Disse programmer kan hjælpe forskere på de medicinske områder, der måske ikke er bekendt med multivariate statistiske analyser til at udføre GMA med tilgængeligheden af indbyggede automatiserede funktioner.

Disclosures

Forfatterne erklærer ingen interessekonflikter.

Acknowledgments

Denne forskning blev støttet af det intramurale forskningsprogram fra National Institute of Dental and Craniofacial Research (NIDCR) fra National Institutes of Health (NIH) og Advanced Education in Orthodontics and Dentofacial Orthopedics-programmet fra Roseman University College of Dental Medicine.

Materials

Name Company Catalog Number Comments
Invivo6 Dental Software Anatomage N/A 3D Imaging Software (including 3D analysis module)

DOWNLOAD MATERIALS LIST

References

  1. Proffit, W. R., Fields, H. W., Larson, B., Sarver, D. M. Contemporary Orthodontics - E-Book. Elsevier Health Sciences. , (2018).
  2. Broadbent, B. H. A new x-ray technique and its application to orthodontia. The Angle Orthodontist. 1 (2), 45-66 (1931).
  3. Hans, M. G., Palomo, J. M., Valiathan, M. History of imaging in orthodontics from Broadbent to cone-beam computed tomography. American Journal of Orthodontics and Dentofacial Orthopedics. 148 (6), 914-921 (2015).
  4. Liberton, D. K., Verma, P., Contratto, A., Lee, J. S. Development and validation of novel three-dimensional craniofacial landmarks on cone-beam computed tomography scans. The Journal of Craniofacial Surgery. 30 (7), e611-615 (2019).
  5. Pittayapat, P., Limchaichana-Bolstad, N., Willems, G., Jacobs, R. Three-dimensional cephalometric analysis in orthodontics: a systematic review. Orthodontics & Craniofacial Research. 17 (2), 69-91 (2014).
  6. Lo Giudice, A., et al. The evolution of the cephalometric superimposition techniques from the beginning to the digital era: a brief descriptive review. International Journal of Dentistry. 2021, 6677133 (2021).
  7. Graf, C. C., Dritsas, K., Ghamri, M., Gkantidis, N. Reliability of cephalometric superimposition for the assessment of craniofacial changes: a systematic review. European Journal of Orthodontics. 44 (5), 477-490 (2022).
  8. Dot, G., et al. Automatic 3-dimensional cephalometric landmarking via deep learning. Journal of Dental Research. 101 (11), 1380-1387 (2022).
  9. Kang, S. H., Jeon, K., Kang, S. H., Lee, S. H. 3D cephalometric landmark detection by multiple stage deep reinforcement learning. Scientific Reports. 11 (1), 17509 (2021).
  10. Schwendicke, F., et al. Deep learning for cephalometric landmark detection: systematic review and meta-analysis. Clinical Oral Investigations. 25 (7), 4299-4309 (2021).
  11. Yun, H. S., Jang, T. J., Lee, S. M., Lee, S. H., Seo, J. K. Learning-based local-to-global landmark annotation for automatic 3D cephalometry. Physics in Medicine and Biology. 65 (8), 085018 (2020).
  12. Bookstein, F. L. Morphometric Tools for Landmark Data: Geometry and Biology. , Cambridge University Press. (1992).
  13. Almpani, K., et al. Loeys-Dietz and Shprintzen-Goldberg syndromes: analysis of TGF-β-opathies with craniofacial manifestations using an innovative multimodality method. Journal of Medical Genetics. 59 (10), 938-946 (2022).
  14. Liberton, D. K., et al. Craniofacial analysis may indicate co-occurrence of skeletal malocclusions and associated risks in development of cleft lip and palate. Journal of Developmental Biology. 8 (1), 2 (2020).
  15. Whitman, M. C., et al. TUBB3 Arg262His causes a recognizable syndrome including CFEOM3, facial palsy, joint contractures, and early-onset peripheral neuropathy. Human Genetics. 140 (12), 1709-1731 (2021).
  16. Kidwai, F. K., et al. Quantitative craniofacial analysis and generation of human induced pluripotent stem cells for Muenke syndrome: A case report. Journal of Developmental Biology. 9 (4), 39 (2021).

Tags

Medicin nr. 199
Tredimensionel cephalometrisk landemærkeannotationsdemonstration på menneskelige keglestråle-computertomografiscanninger
Play Video
PDF DOI DOWNLOAD MATERIALS LIST

Cite this Article

Almpani, K., Adjei, A., Liberton, D. … More

Almpani, K., Adjei, A., Liberton, D. K., Verma, P., Hung, M., Lee, J. S. Three-Dimensional Cephalometric Landmark Annotation Demonstration on Human Cone Beam Computed Tomography Scans. J. Vis. Exp. (199), e65224, doi:10.3791/65224 (2023).

Less
Copy Citation Download Citation Reprints and Permissions
View Video

Get cutting-edge science videos from JoVE sent straight to your inbox every month.

Waiting X
Simple Hit Counter