Waiting
Login processing...

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

Medicine

Driedimensionale cefalometrische oriëntatiepuntannotatiedemonstratie op computertomografiescans met menselijke kegelbundel

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

Hier wordt een gedetailleerd protocol gepresenteerd voor de geleiding van driedimensionale cefalometrische analyse met behulp van menselijke kegelbundel computertomografiescans.

Abstract

Craniofaciale cefalometrische analyse is een diagnostisch hulpmiddel dat wordt gebruikt voor de beoordeling van de relatie van verschillende botten en zachte weefsels in het hoofd en gezicht. Cefalometrische analyse wordt traditioneel uitgevoerd met behulp van 2D-röntgenfoto's en oriëntatiepunten en beperkt tot grootte, lineaire en hoekmetingen en 2D-relaties. Het toenemende gebruik van 3D cone beam computed tomography (CBCT) scans in het tandheelkundige veld dicteert de noodzaak van de evolutie naar 3D cefalometrische analyse, die vorm en een meer realistische analyse van longitudinale ontwikkeling in alle drie de vlakken omvat. Deze studie is een demonstratie van 3D cefalometrische analyse met behulp van een gevalideerde set van skeletweefsel oriëntatiepunten op menselijke CBCT-scans. Gedetailleerde instructies voor de annotatie van elk oriëntatiepunt op een 3D-volume worden geleverd als onderdeel van een stapsgewijs protocol. De gegenereerde metingen en 3D-coördinaten van de oriëntatiepunten kunnen worden geëxporteerd en gebruikt voor zowel klinische als onderzoeksdoeleinden. De introductie van 3D cefalometrische analyse in fundamentele en klinische craniofaciale studies zal leiden tot toekomstige vooruitgang op het gebied van craniofaciale groei en ontwikkeling.

Introduction

Cefalometrische analyse, die de tandheelkundige en skeletrelaties van de menselijke schedel onderzoekt, is de klinische toepassing van cefalometrie. Naast antropologen, ontwikkelingsbiologen, forensische experts en craniofaciale onderzoekers die de menselijke evolutie en craniofaciale ontwikkeling bestuderen, wordt het gebruikt door mondgezondheidswerkers, waaronder tandartsen, orthodontisten en orale en maxillofaciale chirurgen, als een hulpmiddel voor het plannen van behandelingen. De vroegste instellingen die cefalometrische analyse in de orthodontie gebruikten waren Hofrath in Duitsland en Broadbent in de VS in 1931 1,2,3. Het primaire doel van de analyse was om een theoretische en praktische bron te bieden om de craniofaciale verhoudingen van een individu te evalueren en de anatomische bron van malocclusie te definiëren1. Hierdoor kon het groeipatroon van de maxilla en de onderkaak worden gevolgd, hun relationele posities in de ruimte worden gevolgd en veranderingen in weke delen en tandverplaatsing worden waargenomen. Als gevolg hiervan konden veranderingen veroorzaakt door orthodontische behandeling worden gevolgd en konden skelet- en tandheelkundige relaties worden gekarakteriseerd voor een diagnose die moest worden gesteld voor behandelingsplanning. Evaluatie van het dentofaciale complex werd gedaan door de cefalometrische tracering van een patiënt te vergelijken met referentiewaarden die representatief waren voor een normale populatie van vergelijkbare leeftijd, ras en etniciteit1.

De traditionele analysemethode bestond uit een tweedimensionale (2D) weergave van driedimensionale (3D) structuren 4,5. Een grote tegenvaller van deze techniek is de vervorming en vergroting van anatomische structuren via conventionele röntgenbeelden op gewone film of digitale formaten, wat kan leiden tot onnauwkeurige cefalometrische traceringen en interpretaties 6,7. De eerste introductie van 3D-beeldvorming in de vorm van axiale computertomografie (CT) en spiraal-CT omvatte geen tandheelkundige of niet-medische toepassingen vanwege de hoge kosten en hoge stralingsdoses. De opkomst van cone beam computed tomography (CBCT) -scans verminderde deze zorgen echter, omdat de kosten en stralingsdoses aanzienlijk lager waren dan CT1. De verschuiving in dit beeldvormingsverhaal heeft geleid tot het wijdverbreide gebruik van CBCT in orthodontie voor verbetering van de diagnose en behandelingsplanning. Het belangrijkste voordeel van 3D-beeldvorming ten opzichte van de conventionele 2D-beeldtechniek is dat 3D de examinator in staat stelt anatomische structuren te bekijken zonder superposities en ruimtelijke vervormingen (d.w.z. de hoofdpositie van het individu). Daarom is een veel nauwkeurigere positionering van de anatomische oriëntatiepunten die worden gebruikt voor de geleiding van cefalometrische analyse mogelijk, vooral in gevallen van gezichtsasymmetrie. Bovendien kan een veel groter anatomisch gebied worden geanalyseerd.

Een van de meest recente ontwikkelingen op het gebied van cefalometrie is de implementatie van deep learning (DL) voor geautomatiseerde landmark detectie 8,9,10,11. Hoewel de resultaten van deze studies veelbelovend zijn, zijn de nauwkeurigheidsniveaus bij de plaatsing van de oriëntatiepunten nog niet bevredigend. Bovendien gebruiken de meeste van deze studies relatief kleine oriëntatiepunten die zijn afgeleid van eerdere 2D-cefalometrische analyses, waardoor onvoldoende dekking van de schedelbasis wordt geboden, wat een belangrijke structuur is voor de studie van craniofaciale groei en ontwikkeling. Deze demonstratievideo toont in detail een methodologie voor de geleiding van handmatige, zeer nauwkeurige 3D-cefalometrische analyse met behulp van een gevalideerde set 3D-skeletweefseloriëntatiepunten die de gebieden van het gezicht, de schedelbasis, de onderkaak en de tanden bedekken voor gebruik in klinische en onderzoeksstudies met CBCT-beeldvorming4. Een voorbeeld van een voltooide 3D-analyse is te zien in figuur 1.

Protocol

Dit protocol volgt de richtlijnen van de ethische commissies voor menselijk onderzoek van de Institutional Review Boards van de National Institutes of Health (NIDCR IRB # 16-D-0040) en Roseman University of Health Sciences. Zie de Materiaaltabel voor meer informatie over de software die in dit protocol wordt gebruikt. Hetzelfde protocol kan worden gevolgd met behulp van verschillende software, na aanpassingen op basis van hun specifieke instellingen en technische details. De CBCT-scans die zijn gebruikt voor het maken van de figuur in dit artikel, evenals de videodemonstratie, zijn geanonimiseerd voorafgaand aan hun gebruik en geïnformeerde toestemming is verkregen van de proefpersonen, waardoor het gebruik van hun scans in onderzoeksgerelateerde publicaties mogelijk is. Beide proefpersonen werden gezien in de NIH Dental Clinic, waar de scans werden verkregen (Planmeca ProMax 3D-systeem; lage dosismodus, 400 μm-resolutie) en waren goedgekeurd voor een NIH IRB-goedgekeurd protocol (NCT02639312).

1. De CBCT-scan uploaden en bekijken in de 3DAnalysis-module

  1. Open de software waarnaar wordt verwezen en klik op bladerbestand. Selecteer de scan die u wilt analyseren en klik op openen.
  2. Ga naar de 3DAnalyse module.

2. Een historisch configuratiebestand uploaden

  1. Klik in de module 3DAnalysis op het pictogram Informatiediskette opslaan . Selecteer vervolgens Een configuratie laden en blader naar het configuratiebestand.
    OPMERKING: Het configuratiebestand met de oriëntatiepunten die door de auteurs worden gebruikt, is opgenomen als aanvullend bestand 1.

3. Coördinatensysteem instellen

  1. Klik op het pictogram Heroriëntatie .
  2. Selecteer in het venster dat wordt geopend de optie Door oriëntatiepunten te kiezen. Hierdoor kan de gebruiker alle scans op dezelfde manier oriënteren, wat belangrijk is als hun 3D-coördinatenwaarden moeten worden vergeleken. De opties die voor dit protocol zijn geselecteerd, zijn: N als hetO rigin Landmark, Driepuntsdefinitie met oriëntatiepunten Or R, Of L, Po L en Define A-P Axis (Mid-Sagittal Plane) met oriëntatiepunten N en Ba.

4. CBCT-scan beeldaanpassingen

  1. Pas de helderheid en het contrast aan om beeldruis te verminderen in het menu aan de linkerkant van het scherm.
  2. Zoom in en uit door de Ctrl-toets ingedrukt te houden en tegelijkertijd met de linkermuisknop te klikken en over het scherm te schuiven. Verplaats de afbeelding op een lichamelijke manier door de Shift-toets ingedrukt te houden en tegelijkertijd met de linkermuisknop te klikken en over het scherm te schuiven. Schakel Knippen in het instellingenmenu in om sectieweergaven te maken in alle ruimtevlakken.

5. Toevoeging van nieuwe oriëntatiepunten

  1. Klik in het menu Instellingen , dat een gereedschapspictogram heeft, op oriëntatiepunten om een lijst met beschikbare oriëntatiepuntopties weer te geven en selecteer vervolgens het oriëntatiepunt van uw keuze.
  2. Als u een standaardweergave voor oriëntatiepunten wilt instellen, selecteert u overtrektaak, klikt u op instellen, kiest u oriëntatiepunt, stelt u de weergave naar wens in en klikt u op huidige weergave-instellingen gebruiken. Herhaal de bovenstaande stappen om de standaardweergave voor eventuele extra oriëntatiepunten te wijzigen.

6. Annotatie van anatomische 3D-oriëntatiepunten

  1. Selecteer boven aan het menu aan de linkerkant van het scherm de optie Tracering maken. Klik in het venster dat wordt geopend op Start in de linkerbenedenhoek van het venster. Begin met het annoteren van de 3D-oriëntatiepunten door met de linkermuisknop rechtstreeks op het 3D-volume te klikken op de locatie waar het oriëntatiepunt moet worden geplaatst op basis van de definitie ervan.
  2. Bevestig en pas de locatie van het oriëntatiepunt aan met behulp van de sectieweergaven aan de rechterkant van het scherm. Als ze niet kunnen worden gezien, selecteert u in het lay-outselectiemenu aan de linkerkant de optie Slice locator. Als u de plaatsing van een oriëntatiepunt wilt bevestigen, klikt u op Stoppen en selecteert u de gewenste weergave om het oriëntatiepunt te visualiseren. Eenmaal bevestigd, gaat u verder met het plaatsen van de resterende oriëntatiepunten.
  3. Als u de positie van het oriëntatiepunt wilt wijzigen met behulp van het 3D-volume, stopt u de analyse door onder aan het menu Overtrektaken op Stoppen te klikken, klikt u op het te verplaatsen oriëntatiepunt en sleept u het naar de gewenste positie.
  4. Als u een oriëntatiepunt opnieuw wilt annoteren, dubbelklikt u op het aangevinkte vierkantje naast het oriëntatiepunt en antwoordt u ja op de vervolgvraag.

7. Definitie en specifieke annotatie-instructies voor elk 3D-oriëntatiepunt

  1. Basion (Ba)-het middelpunt op de voorste rand van de voorste kromming van het foramen magnum
    1. Zoek voor de axiale sectie naar het diepste uiteinde van de kromming van de sectie van het foramen magnum. Zoek voor het sagittale gedeelte naar het meest achterste punt van het middengedeelte van het foramen magnum. Zoek voor het coronale gedeelte naar het inferieure middelpunt van de kromming van het foramen magnum.
  2. Porion (Po_R, Po_L) - het meest superieure, achterste en externe punt in de bovenste marge van elke gehoorgang (externe auditieve meatus)
    1. Zoek voor de axiale sectie naar de rand van de rand van de externe auditieve meatus. Zoek voor het sagittale gedeelte naar het snijpunt van de buis van Eustachius met het benige kanaal. Zoek voor het coronale gedeelte naar het middelpunt op de inferieure rand van de superieure kromming. De verticale lijn door de punt doorsnijdt ruwweg de gehoorgang.
  3. Nasion (N)-het snijpunt van de hechting tussen het voorhoofdsbeen en de neusbeenderen (fronto-nasale hechting)
    1. Zoek voor het axiale gedeelte naar het middelpunt/de hoogte van de kromming van de hechting. Zoek voor het sagittale gedeelte naar het voorste punt van de hechting waar de frontale en neusbeenderen elkaar ontmoeten. Zoek voor het coronale gedeelte naar het midden van de fronto-nasale hechting. De verticale lijn erdoorheen doorsnijdt ruwweg de neus.
  4. Orbitale (Or_R, Or_L)-het meest antero-inferieure punt op de inferieure orbitale rand
    1. Stel het vooraanzicht (benig venster) als standaard in en knip axiaal van inferieur naar superieur totdat de kromming van de onderste marge van de baan is bereikt om het meest inferieure punt van de onderste kromming van de baan te lokaliseren.
    2. Gebruik 2D-weergaven om te bevestigen dat het oriëntatiepunt zich op het bot bevindt. Pas de sagittale en coronale secties aan om de voorste positionering van orbitale weer te geven. Zorg ervoor dat het oriëntatiepunt anterieur in positie is, net op het punt waar de orbitale rand begint uit te buigen.
  5. Supraorbitale (SOr_R, SOr_L)-het meest superieure en voorste punt van de superieure orbitale rand
    1. Stel de vooraanzicht in als standaard in het 3D-volume en knip geleidelijk axiaal van superieur naar inferieur totdat de kromming van de bovenste marge van de baan is bereikt om het meest superieure punt van de bovengrens van de baan te lokaliseren.
      OPMERKING: Vermijd het markeren van de supraorbitale inkeping vanwege de variabele anatomie.
    2. Pas de sagittale en coronale secties aan om de voorste positionering van het oriëntatiepunt weer te geven. Zorg ervoor dat het oriëntatiepunt anterieur in positie is, net op het punt waar de orbitale rand begint uit te buigen.
  6. Sella middelpunt (sella)
    1. Zoek naar het midden van de sella turcica of hypofysaire fossa, een zadelvormige depressie in het lichaam van het sphenoïde bot, waar de hypofyse of hypofyse is gepositioneerd. Pas het oriëntatiepunt aan naar het midden van de sella turcica in alle vlakken.
    2. Plaats voor het sagittale gedeelte het oriëntatiepunt in het midden van de sella turcica. Voor de axiale en coronale secties past u de weergaven dienovereenkomstig aan.
  7. Sella inferior (Si)-het meest inferieure en centrale punt op de contour van de sella turcica in hetzelfde vlak als de sella
    1. Begin voor het sagittale gedeelte met het plaatsen van het oriëntatiepunt op het meest inferieure punt van het sagittale gedeelte van de sella turcica. Voor de axiale en coronale secties past u de positie aan om in het midden van de sectie te zijn.
  8. Sella posterior (Sp)-het meest achterste en centrale punt op de contour van de sella turcica in hetzelfde vlak als de sella
    1. Begin voor het sagittale gedeelte met het plaatsen van het oriëntatiepunt op het meest achterste punt van het sagittale gedeelte van de sella turcica. Voor de axiale en coronale secties past u de positie aan om in het midden van de sectie te zijn.
  9. Clinoïde proces (Cl)-het antero-superieure punt op de contour van het voorste clinoïde proces in hetzelfde vlak als de sella
    1. Begin voor het sagittale gedeelte met het positioneren van het oriëntatiepunt op het meest antero-superieure punt van de contour van het clinoïde proces. Voor de axiale en coronale secties past u de positie aan om in het midden van de sectie te zijn.
  10. Zygomatische boog (ZygArch_R, ZygArch_L)
    1. Zoek naar het meest latero-inferieure punt op de omtrek van de zygomatische boog. Zorg ervoor dat de schedel goed georiënteerd is en dat de zygomatische bogen duidelijk en "loodrecht" vanuit het submentale zicht te zien zijn.
      OPMERKING: Als de schedel is gekanteld, wordt de nauwkeurige annotatie van oriëntatiepunten aangetast.
    2. Plaats voor de axiale sectie het oriëntatiepunt op het meest laterale en inferieure punt van de kromming van de zygomatische boog. Plaats voor het sagittale gedeelte het oriëntatiepunt op het meest inferieure punt van de sectie. Voor het coronale gedeelte plaatst u het oriëntatiepunt op het meest laterale punt van het gedeelte.
  11. Frontozygomatische hechting (FronZyg_R, FronZyg_L)-het antero-laterale punt op de frontozygomatische hechting.
    1. Zorg er voor het sagittale gedeelte voor dat de hechting duidelijk zichtbaar is in de sectie. Plaats het oriëntatiepunt op het meest voorste punt van het gedeelte van het voorhoofdsbeen naast de hechting. Zoek voor de axiale en coronale secties naar het meest superieure punt van de sectie.
  12. Neusholte (NasCav_R, NasCav_L)-de kruising van de laterale wand van de neus, pyriforme rand / neusbodem en de bovenrand van de maxilla
    1. De drievoudige kruising is het best te zien in het coronale gedeelte. Begin met het plaatsen van het oriëntatiepunt aan de mesiale kant van de kruising. Plaats voor de axiale sectie het oriëntatiepunt op het eindpunt van de sectie. Plaats voor het sagittale gedeelte het oriëntatiepunt op het meest laterale punt van de hechtdraad op de maxillaire rand.
  13. Jugale punt (J_R, J_L)
    1. Zoek naar het diepste middelpunt van het jugale proces van de maxilla. Annoteer het oriëntatiepunt zodat het grotendeels in lijn is met de maxillaire eerste kies.
    2. Begin voor de coronale sectie met het aanpassen van de oriëntatiepuntpositie aan het diepste uiteinde van de kromming van het gedeelte van het jugale proces. Zoek voor de axiale sectie naar het meest laterale punt van de sectie, op het punt waar de botdichtheid verandert. Zoek voor het sagittale gedeelte naar het meest inferieure punt van de sectie, op het punt waar de botdichtheid verandert.
  14. Articulare (Ar_R, Ar_L)-het meest achterste punt op de condylaire kop, dichter bij de glenoïde fossa
    1. Zoek voor de axiale sectie naar het meest achterste punt rond het midden van de achterste kromming van de condylus. Zoek voor het sagittale gedeelte naar het meest achterste punt op de achterste kromming van de condylus. Zoek voor het coronale gedeelte naar het kleine radiopaque-gebied dat aangeeft dat het oriëntatiepunt zich op het bot bevindt.
  15. Coronoïde proces (Cor_R, Cor_L) - het meest superieure punt van het coronoïde proces
    1. Voor de sagittale en coronale secties plaatst u het oriëntatiepunt op de bovenkant van het coronoïde proces. Zoek voor de axiale sectie naar het kleine radiopaque gebied dat aangeeft dat het oriëntatiepunt zich op het bot bevindt.
  16. Glenoid fossa (G_Fos_R, G_Fos_L)
    1. Zoek naar een punt op de glenoïde fossa waar de condylaire kop zich in maximale articulatie met de fossa bevindt. Dit is het geschatte centrum van de koepelvormige fossa.
    2. Kies in 3D het coronale gedeelte om een weergave te krijgen die beide condyles redelijk goed weergeeft. Kies in deze weergave een punt op de inferieure rand van de fossa, zodat een verticale lijn door dit punt de condylus ruwweg doorsnijdt; Merk op dat dit misschien niet het exacte centrum van de fossa lijkt te zijn. Richt je op het punt van maximale articulatie (d.w.z. ongeveer dicht bij het centrum of het exacte centrum in sommige gevallen).
    3. Zoek voor het coronale gedeelte naar het meest benaderende punt naar het glenoïde fossa-koepelgedeelte. Zoek voor het sagittale gedeelte naar het meest superieure punt van het glenoïde fossa-koepelgedeelte. Pas voor de axiale sectie geen specifieke fijnafstelling toe als de twee andere weergaven zijn aangepast.
  17. Onderkaakprofiel (rechts en links): condylion (Co_R, Co_L), gonion (Go_R, Go_L), antegonion (Ag_R, Ag_L)
    OPMERKING: De oriëntatiepunten worden automatisch geannoteerd na het volgen van het mandibulaire profiel.
    1. Identificeer het condylion als het meest achterste en superieure punt op de condylus . Identificeer het gonion als het meest naar buiten gerichte punt op de hoek gevormd door de kruising van de ramus en het lichaam van de onderkaak. Identificeer het antegonion als het hoogste punt van de concaviteit van de onderrand van de ramus waar het samenkomt met het lichaam van de onderkaak.
    2. Traceer het onderdeelprofiel met een reeks punten (dubbelklik of klik met de rechtermuisknop om het overtrekken te voltooien). Begin bij de onderkaakinkeping en neem de condylar- en ramusprofielen op. Volg de curve onder de hoek om het gonion op te nemen door om de paar millimeter meerdere punten te gebruiken. Zorg ervoor dat u punten kiest op de inferieure of laterale rand van de mandibulaire rand.
  18. Prosthion (pr)
    1. Zoek naar het meest voorste punt van het maxillaire alveolaire proces in de middellijn. Kies een sagittale sectie die de maxillaire centrale snijtanden doorsnijdt. Selecteer in de zijweergave Prosthion en bevestig de 2D-weergaven.
    2. Identificeer voor de axiale sectie het midden van de wortelsecties van de maxillaire centrale snijtanden op het labiale alveolaire bot. Zoek voor het sagittale gedeelte naar het meest voorste punt van het maxillaire alveolaire proces. Zoek voor het coronale gedeelte naar de middellijn tussen de maxillaire centrale snijtanden.
  19. A-punt - het diepste middelpunt op de premaxilla van de kromming tussen de voorste neuswervelkolom en het prosthionpunt
    1. Kies in 3D een sagittale sectie die de maxillaire centrale snijtanden doorsnijdt. Dit vliegtuig zal de prosthion hebben (al gemarkeerd). Selecteer in de zijweergave A-punt en bevestig de 2D-weergaven.
    2. Identificeer voor de axiale sectie de punt van de sectie. Identificeer voor het sagittale gedeelte het diepste punt van de kromming van de premaxilla tussen de voorste neuswervelkolom en het alveolaire proces. Zorg er voor het coronale gedeelte voor dat het punt zich in de middellijn bevindt.
  20. Voorste nasalesSpine (ANS)
    1. Zoek naar het meest voorste punt van de neuswervelkolom. Kies een sagittale sectie die de maxillaire centrale snijtanden doorsnijdt. Dit vlak heeft het prosthion en het A-punt (al gemarkeerd). Selecteer in de zijweergave ANS en bevestig de 2D-weergaven.
    2. Zoek voor de axiale sectie naar de punt van de sectie. Zoek voor het sagittale gedeelte naar het meest voorste punt van de neuswervelkolom. Zoek voor het coronale gedeelte naar het midden van het kleine botgedeelte.
  21. Posterieure neuswervelkolom (PNS) - het middelpunt van de basis van de palatinale botten aan de achterste rand van het harde gehemelte
    1. Kies in 3D een sagittale sectie die de maxillaire centrale snijtanden doorsnijdt. Dit vliegtuig heeft het prosthion, A-punt en ANS al gemarkeerd. Selecteer PNS in de zijweergave en bevestig de 2D-weergaven.
    2. Zoek voor de axiale sectie naar het meest inferieure punt van de middellijn van de palatinale basis. Zoek voor het sagittale gedeelte naar het meest achterste punt van het middengedeelte van het palatijnse bot. Zoek voor het coronale gedeelte naar het middelpunt van het middengedeelte van het middengedeelte van het palatinale bot.
  22. Infradentale (Id)
    1. Identificeer het overgangspunt van de kroon / tand van de meest prominente mandibulaire mediale snijtand naar de alveolaire projectie.
    2. Kies in 3D een sagittale sectie die de mandibulaire centrale snijtand doorsnijdt. Selecteer id in de zijweergave en bevestig de 2D-weergaven. Als er drie snijtanden aanwezig zijn, zorg er dan voor dat het vlak de middelste tand doorsnijdt.
    3. Controleer voor de axiale sectie dat het oriëntatiepuntannotatiepunt het meest voorste punt op het alveolaire bot van de geselecteerde snijtand is. Identificeer voor het sagittale gedeelte het meest voorste punt van het mandibulaire alveolaire proces. Zorg er voor het coronale gedeelte voor dat de middellijn de geselecteerde snijtand doorsnijdt.
  23. B-punt (B) - het diepste middelpunt op de onderkaak tussen infradentale en pogonion
    1. Kies in 3D een sagittale sectie die de mandibulaire centrale snijtanden doorsnijdt. Selecteer in de zijweergave B-punt en bevestig de 2D-weergaven.
    2. Kijk voor de axiale sectie tussen de mandibulaire centrale snijtanden, of in het midden van het gedeelte van de middelste snijtand als een snijtand ontbreekt. Identificeer voor het sagittale gedeelte het punt van de diepste concaviteit anterieur op de mandibulaire symfyse. Kijk voor het coronale gedeelte tussen de mandibulaire centrale snijtanden of de verticale rasterlijn die de middelste snijtand doorsnijdt.
  24. Pogonion (Pog)
    1. Identificeer het meest voorste punt op de symfyse van de onderkaak.
    2. Kies in 3D een sagittale sectie die de mandibulaire centrale snijtanden doorsnijdt. Selecteer in de zijweergave Pogonion en bevestig de 2D-weergaven.
    3. Identificeer voor de axiale sectie de verticale rasterlijn die de mandibulaire sectie doorsnijdt. Zoek voor het sagittale gedeelte naar het meest voorste punt van de symfyse. Zoek voor het coronale gedeelte naar het kleine botgebied dat aangeeft dat het oriëntatiepunt op het botoppervlak is geplaatst.
  25. Anatomisch gnathion (Gn) - het laagste punt op de voorste rand van de onderkaak in het midden van het sagittale vlak
    1. Kies in 3D een sagittale sectie die de mandibulaire centrale snijtanden doorsnijdt. Selecteer in de zijweergave Gn en bevestig de 2D-weergaven.
    2. Zoek voor de axiale en coronale secties naar de verticale rasterlijn die de mandibulaire sectie kruist. Identificeer voor het sagittale gedeelte het laagste punt op de voorste rand van de onderkaak.
  26. Menton (Me) - het laagste punt van de mandibulaire symfyse.
    1. Kies in 3D een sagittale sectie die de mandibulaire centrale snijtanden doorsnijdt. Selecteer in de zijweergave Ik en bevestig de 2D-weergaven.
    2. Identificeer voor de axiale sectie het kleine botweefsel dat aangeeft dat het oriëntatiepunt op het botoppervlak is geplaatst. Identificeer voor het sagittale gedeelte het laagste punt van het symfysegedeelte. Zoek voor het coronale gedeelte naar het laagste middelpunt van het symfysegedeelte.
  27. Snijtandprofiel boven/rechtsonder/links
    OPMERKING: Er zijn drie punten vereist: de wortel van de bovenste / onderste snijtand; Axiaal: het middelpunt van het gedeelte van de top; Sagittaal, Coronaal: de punt van de top.
    1. In de kroon van de bovenste / onderste snijtand: zoek in de axiale en coronale secties naar het middelpunt van de incisaalrand; en identificeer in het sagittale gedeelte de punt van de incisaalrand.
    2. In het labiale punt van de bovenste / onderste snijtand: identificeer in het axiale gedeelte het middelpunt van het tandgedeelte; Zoek in het sagittale gedeelte naar het meest prominente punt van het labiale oppervlak; en zorg er in het coronale gedeelte voor dat het punt zich in de verticale lijn bevindt die de tand doorsnijdt.
  28. Boven/rechtsonder/links kies profiel
    OPMERKING: De volgende drie punten zijn vereist.
    1. Wortel van de bovenste / onderste kies: zoek in het axiale gedeelte naar het middelpunt van het gedeelte van de mesiale worteltop; en identificeer in de sagittale en coronale secties de punt van de mesiale worteltop.
    2. Voorste cusp van de bovenste/onderste kies: identificeer in de axiale sectie de mesiaal-buccale cusp van de maxillaire/mandibulaire eerste kies; Zoek in de sagittale en coronale secties naar de mesiaal-buccale cusp van de maxillaire / mandibulaire eerste kies.
    3. Achterste cusp van de bovenste kies: zoek in de axiale sectie naar de distale-buccale cusp van de maxillaire / mandibulaire eerste kies; Identificeer in de sagittale en coronale secties de distale-buccale cusp van de maxillaire / mandibulaire eerste kies.
  29. Cribriforme plaat (Cr) - het middelste superieure punt op de crista galli
    1. Kies in het sagittale gedeelte het meest inferieure punt van de crista galli. Zoek in het axiale gedeelte naar het meest inferieure punt van het kleine gedeelte van de crista galli. Kies in het coronale gedeelte het meest superieure punt van de crista galli.
  30. Foramen ovale (ForOval_R, ForOval_L) - het meest antero-mediale en superieure punt van het foramen ovale
    1. Zorg er in het axiale gedeelte voor dat dit punt ongeveer op een vlak ligt dat het foramen in de antero-mediale richting doorsnijdt. Kijk in de sagittale en coronale secties naar de onderkant van de kanaalingang.
  31. Opisthion (Opi) - het middelpunt op de achterste rand van de achterste kromming van het foramen magnum in de axiale sectie
    1. Zoek in het sagittale gedeelte naar het meest inferieure punt van het sagittale gedeelte van het foramen magnum. Plaats in de axiale en coronale secties het oriëntatiepunt in de middellijn.
  32. Voorste craniale fossa (AntCF_R, AntCF_L) - het meest voorste superieure punt op de grens die de voorste en middelste craniale fossa scheidt
    1. Gebruik in 3D de axiale sectie, die van voorste naar achterste gaat totdat de kromming van de fossa is bereikt. Als er meer dan één rand aanwezig is, kiest u de meest voorste rand.
    2. Identificeer in de axiale sectie het meest voorste punt van het gedeelte van de voorste schedelfossa. Zoek in het sagittale gedeelte naar het meest superieure punt van de rand van de voorste schedelfossa. Identificeer in de coronale sectie het meest inferieure punt van het gedeelte van de voorste schedelfossa.
  33. Inwendige akoestische meatus (AcM_R, AcM_L) - het meest achterste laterale punt op de interne akoestische meatus op het petrousgedeelte van het temporale bot
    1. Zoek in het axiale gedeelte naar het punt dat het begin van het kanaal weerspiegelt waar de kromming eindigt. Zoek in het sagittale gedeelte naar het achterste punt op de kromming. Identificeer in het coronale gedeelte het diepste punt van de kromming.
  34. Hypoglossaal kanaal (Hypog_R, Hypog_L)
    OPMERKING: Dit is het meest antero-mediale punt van het kanaal. In het geval dat er twee kanalen zijn, kiest u de achterste van de twee kanalen en markeert u het punt op de voorste rand van het achterste kanaal.
    1. Identificeer in het axiale gedeelte het punt dat het begin van het kanaal weerspiegelt waar de kromming eindigt. Zoek in het sagittale gedeelte naar het diepste uiteinde van de kromming. Zorg er in het coronale gedeelte voor dat het punt ongeveer op de as ligt die het kanaal in de antero-mediale richting doorsnijdt.

8. Opslaan van de CBCT-scan met geannoteerde oriëntatiepunten

  1. Selecteer in het menu Bestand de optie Opslaan of Opslaan als om op te slaan als een afzonderlijk bestand en kies vervolgens het gewenste bestandstype.

9. Exporteer metingen en/of oriëntatiepunten 3D-coördinaten

  1. Klik op het pictogram Informatie opslaan/diskette op de werkbalk en selecteer vervolgens Metingen exporteren of Oriëntatiepunten exporteren. Exporteer de resultaten in .csv bestandsindeling.

Representative Results

De annotatie van een gevalideerde 3D-oriëntatiepuntconfiguratie wordt in detail beschreven met behulp van een stapsgewijs protocol en videodemonstratie. Specifieke instructies worden gegeven voor de annotatie van elk oriëntatiepunt op het 3D-volume, evenals de verfijning van hun beginposities met behulp van de 2D-sectieweergaven die overeenkomen met elk vlak van de ruimte. Door de gedetailleerde methodologie in het protocol te volgen in combinatie met de video-instructies, kan de gebruiker leren hoe cefalometrische analyse kan worden uitgevoerd met behulp van menselijke CBCT-scans.

Figuur 1 toont frontale en driekwart weergaven van een volledige CBCT-scan van een menselijke schedel met de geannoteerde 3D-oriëntatiepunten die in de huidige configuratie zijn opgenomen. Alle beschreven oriëntatiepunten zijn Type 1 en Type 2. Type 1-oriëntatiepunten vertegenwoordigen duidelijk herkenbare punten die meestal worden waargenomen op het snijpunt van verschillende anatomische structuren. Type 2-oriëntatiepunten vertegenwoordigen punten met maximale kromming op de contour van herkenbare anatomische structuren12. In deze analyse zijn geen type 3 of semi-oriëntatiepunten opgenomen.

Na het voltooien van de annotatie van de oriëntatiepunten, zijn er twee soorten gegevens die door de gebruiker kunnen worden geëxporteerd en verder geanalyseerd: cefalometrische meting en 3D-coördinatenwaarden. De waarden van de belangrijkste cefalometrische metingen die nodig zijn voor de diagnose en beoordeling van dentoskeletale malocclusie worden verstrekt. Deze metingen geven een gedetailleerde beoordeling van de skelet- en tandheelkundige relaties in alle drie de vlakken van de ruimte: sagittaal, verticaal en transversaal. De 3D-coördinaatwaarden (x, y, z) van elk oriëntatiepunt kunnen worden geëxporteerd en gebruikt voor de berekening van hoeken en lineaire afstanden. De waarden van dezelfde coördinaten kunnen worden gebruikt voor de geleiding van multivariate geometrische morfometrische analyse (GMA). GMA is een methode voor het bestuderen van vormen die morfologisch verschillende vormvariabelen kan vastleggen met behulp van Cartesiaanse oriëntatiepunten en / of semi-oriëntatiepuntcoördinaten. Verschillende statistische technieken kunnen worden gebruikt om de vorm te onderzoeken, zonder rekening te houden met de grootte, locatie of oriëntatie van de onderzochte structuren. Geometrische morfometrie is momenteel de meest gevestigde morfometrische theorie voor het verwerken van op oriëntatiepunten gebaseerde gegevens.

Figure 1
Figuur 1: Frontale en driekwart weergaven van een CBCT-scan met volledige kop van een menselijke schedel met de geannoteerde 3D-oriëntatiepunten die in de huidige configuratie zijn opgenomen. Klik hier om een grotere versie van deze figuur te bekijken.

Aanvullend bestand 1: Configuratiebestand met de oriëntatiepunten die in dit protocol worden gebruiktdie rechtstreeks naar de software kunnen worden geüpload voor analyse. Klik hier om dit bestand te downloaden.

Discussion

Geneeskunde en tandheelkunde zijn al het 3D-beeldvormingstijdperk ingegaan. In de disciplines craniofaciale en tandheelkundige beeldvorming worden CBCT-scans steeds vaker gebruikt, vanwege de lage straling en lagere kosten van de bijgewerkte systemen in vergelijking met traditionele CT-machines, eenvoudige kalibratie van het personeel, relatief snelle en eenvoudige acquisitie met minimale samenwerking van de patiënt, evenals de mogelijkheid om meerdere andere diagnostische beelden en analyses te genereren uit één enkele scan. Daarom is het essentieel voor clinici en onderzoekers om te weten hoe ze deze 3D-beelden moeten lezen, diagnosticeren en analyseren, en om te leren hoe ze craniofaciale groei en ontwikkeling in 3D kunnen bestuderen.

Om clinici en onderzoekers op dit gebied te helpen, presenteren we een stapsgewijs protocol en videodemonstratie voor de geleiding van 3D-cefalometrische analyse met behulp van menselijke CBCT-scans. Deze oriëntatiepunten zijn eerder gedefinieerd en gevalideerd in een eerdere publicatie, waar hun nauwkeurigheid en herhaalbaarheid werden bevestigd4. De gedetailleerde verfijningsinstructies voor elk oriëntatiepunt helpen gebruikers ook bij de juiste annotatie van elk oriëntatiepunt. Het annotatieproces van oriëntatiepunten wordt verder vereenvoudigd met het gebruik van vooraf ingestelde weergaven van de scan die overeenkomen met het gebied dat elk oriëntatiepunt moet worden gepositioneerd. Deze functie bespaart de gebruiker veel tijd en moeite. Niettemin is er een leercurve bij betrokken en oefening is vereist door gebruikers om nauwkeurige oriëntatiepuntannotatie te bereiken.

De gevalideerde 3D-oriëntatiepuntconfiguratie die in dit protocol wordt gebruikt, biedt voldoende dekking van het skeletweefsel van het gezicht, de maxilla, de onderkaak en de schedelbasis. Op deze manier wordt de ware morfologie van de craniofaciale structuren nauwkeuriger weergegeven voor de evaluatie van de afmetingen, configuratie en oriëntatie van het craniofaciale complex en zijn componentstructuren. Weke delen oriëntatiepunten zijn niet opgenomen in dit protocol, maar gebruikers kunnen oriëntatiepunten naar keuze toevoegen aan de meegeleverde configuratie, zoals beschreven in het protocol. Bovendien kan dit protocol om praktische redenen geen specifieke instructies voor andere 3D-analysesoftware bevatten, maar kan het door elke gebruiker dienovereenkomstig worden aangepast.

Afgezien van de diagnostische waarde van de gegenereerde standaard cefalometrische metingen, voornamelijk voor clinici, zal de vrijheid die wordt geboden door het gebruik van deze analyse om hoeken en lineaire afstanden tussen 3D-oriëntatiepunten te berekenen, het mogelijk maken om nieuwe cefalometrische analyses op te stellen die meer gedetailleerde en volledige beoordelingen zullen bieden. Niettemin omvat onze toekomstige richting het vaststellen van nieuwe respectieve normatieve waarden, op dezelfde manier waarop 2D-normatieve waarden in het verleden werden gecreëerd.

Bovendien ontwikkelen de toepassingen van op monumenten gebaseerde GMA in het craniofaciale klinische en onderzoeksveld zich in een snel tempo. Onderzoekers in evolutionaire en ontwikkelingsbiologie en antropologie gebruiken deze analyse al meer dan een decennium, maar onlangs zijn er ook nieuwe klinische toepassingen gepresenteerd op het gebied van orthodontie, dentofaciale orthopedie en craniofaciale chirurgie. GMA kan ook worden gebruikt als onderdeel van een kwantitatieve fenotypering in het geval van aangeboren ziekten met craniofaciale manifestaties, evenals voor de detectie van subtiele morfologische verschillen toegeschreven aan genmutaties13,14,15,16. Bovendien kan de integratie van verschillende kwantitatieve benaderingen door morfometrische gegevens te koppelen aan functionele analyse en genetische gegevens nieuwe kennis opleveren over craniofaciale ontwikkeling in gezonde en ziektegroepen.

Vanwege de recente vooruitgang in berekening en visualisatie is de geleiding van dit type analyse nu mogelijk op personal computers, met verschillende softwarepakketten die al beschikbaar zijn, waaronder Checkpoint, Geomorph (een pakket van R statistische software), Amira-Avizo en SlicerMorph. Deze programma's kunnen onderzoekers op medische gebieden helpen die mogelijk niet bekend zijn met multivariate statistische analyses om GMA uit te voeren met de beschikbaarheid van ingebouwde geautomatiseerde functies.

Disclosures

De auteurs verklaren geen belangenverstrengeling te hebben.

Acknowledgments

Dit onderzoek werd ondersteund door het Intramurale Onderzoeksprogramma van het National Institute of Dental and Craniofacial Research (NIDCR) van de National Institutes of Health (NIH) en het Advanced Education in Orthodontics and Dentofacial Orthopedics-programma van 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

Geneeskunde Nummer 199
Driedimensionale cefalometrische oriëntatiepuntannotatiedemonstratie op computertomografiescans met menselijke kegelbundel
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