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Medicine

Dimostrazione di annotazione di riferimento cefalometrica tridimensionale su scansioni di tomografia computerizzata a fascio conico umano

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

Presentato qui è un protocollo dettagliato per la conduzione di analisi cefalometriche tridimensionali con l'uso di scansioni di tomografia computerizzata a fascio conico umano.

Abstract

L'analisi cefalometrica craniofacciale è uno strumento diagnostico utilizzato per la valutazione della relazione di varie ossa e tessuti molli nella testa e nel viso. L'analisi cefalometrica è stata tradizionalmente condotta con l'uso di radiografie 2D e set di punti di riferimento e limitata alle dimensioni, alle misurazioni lineari e angolari e alle relazioni 2D. L'uso crescente di scansioni 3D di tomografia computerizzata a fascio conico (CBCT) in campo dentale impone la necessità dell'evoluzione verso l'analisi cefalometrica 3D, che incorpora la forma e un'analisi più realistica dello sviluppo longitudinale in tutti e tre i piani. Questo studio è una dimostrazione dell'analisi cefalometrica 3D con l'uso di una serie convalidata di punti di riferimento del tessuto scheletrico su scansioni CBCT umane. Istruzioni dettagliate per l'annotazione di ogni punto di riferimento su un volume 3D sono fornite come parte di un protocollo passo-passo. Le misurazioni generate e le coordinate 3D dei punti di riferimento possono essere esportate e utilizzate sia per scopi clinici che di ricerca. L'introduzione dell'analisi cefalometrica 3D negli studi craniofacciali di base e clinici porterà a futuri progressi nel campo della crescita e dello sviluppo craniofacciale.

Introduction

L'analisi cefalometrica, che esamina le relazioni dentali e scheletriche del cranio umano, è l'applicazione clinica della cefalometria. Oltre agli antropologi, ai biologi dello sviluppo, agli esperti forensi e ai ricercatori craniofacciali che studiano l'evoluzione umana e lo sviluppo craniofacciale, viene utilizzato dai professionisti della salute orale, tra cui dentisti, ortodontisti e chirurghi orali e maxillo-facciali, come strumento di pianificazione del trattamento. Le prime istituzioni che utilizzavano l'analisi cefalometrica in ortodonzia furono Hofrath in Germania e Broadbent negli Stati Uniti nel 1931 1,2,3. L'obiettivo primario dell'analisi è stato quello di fornire una risorsa teorica e pratica per valutare le proporzioni craniofacciali di un individuo e definire la fonte anatomica della malocclusione1. Ciò ha permesso di tracciare il modello di crescita della mascella e della mandibola, monitorare le loro posizioni relazionali nello spazio e osservare i cambiamenti nei tessuti molli e nello spostamento dei denti. Di conseguenza, i cambiamenti causati dal trattamento ortodontico potrebbero essere monitorati e le relazioni scheletriche e dentali potrebbero essere caratterizzate per una diagnosi da fare per la pianificazione del trattamento. La valutazione del complesso dentofacciale è stata effettuata confrontando il tracciamento cefalometrico di un paziente con valori di riferimento rappresentativi di una popolazione normale di età, razza ed etnia simili1.

Il metodo tradizionale di analisi consisteva in una rappresentazione bidimensionale (2D) di strutture tridimensionali (3D) 4,5. Una delle principali battute d'arresto di questa tecnica è la distorsione e l'ingrandimento delle strutture anatomiche tramite l'imaging a raggi X convenzionale su pellicola semplice o formati digitali, che può portare a tracciati e interpretazioni cefalometrici imprecisi 6,7. L'introduzione iniziale dell'imaging 3D sotto forma di tomografia computerizzata assiale (TC) e TC spirale non includeva applicazioni dentali o non mediche a causa dei costi elevati e delle alte dosi di radiazioni. Tuttavia, l'emergere di scansioni di tomografia computerizzata a fascio conico (CBCT) ha mitigato queste preoccupazioni, poiché le spese e le dosi di radiazioni erano significativamente inferiori alla TC1. Il cambiamento in questa narrativa di imaging ha galvanizzato l'uso diffuso della CBCT in ortodonzia per migliorare la diagnosi e la pianificazione del trattamento. Il vantaggio principale dell'imaging 3D rispetto alla tecnica convenzionale dell'immagine 2D è che il 3D consente all'esaminatore di visualizzare strutture anatomiche senza sovrapposizioni e distorsioni spaziali (cioè la posizione della testa dell'individuo). Pertanto, è possibile un posizionamento molto più accurato dei punti di riferimento anatomici utilizzati per la conduzione dell'analisi cefalometrica, specialmente nei casi di asimmetria facciale. Inoltre, è possibile analizzare un'area anatomica molto più ampia.

Uno dei più recenti progressi nel campo della cefalometria è l'implementazione del deep learning (DL) per il rilevamento automatico dei punti di riferimento 8,9,10,11. Sebbene i risultati di questi studi siano promettenti, i livelli di precisione nel posizionamento dei punti di riferimento non sono ancora soddisfacenti. Inoltre, la maggior parte di questi studi utilizza set di punti di riferimento relativamente piccoli che derivano da precedenti analisi cefalometriche 2D, fornendo una copertura insufficiente della base cranica, che è una struttura importante per lo studio della crescita e dello sviluppo craniofacciale. Questo video dimostrativo mostra in dettaglio una metodologia per la conduzione di analisi cefalometriche 3D manuali ad alta precisione con l'uso di una serie convalidata di punti di riferimento del tessuto scheletrico 3D che coprono le aree del viso, della base cranica, della mandibola e dei denti da utilizzare in studi clinici e di ricerca che coinvolgono l'imaging CBCT4. Un esempio di analisi 3D completata può essere visto nella Figura 1.

Protocol

Questo protocollo segue le linee guida dei comitati etici di ricerca umana degli Institutional Review Boards del National Institutes of Health (NIDCR IRB # 16-D-0040) e Roseman University of Health Sciences. Vedere la tabella dei materiali per i dettagli relativi al software utilizzato in questo protocollo. Lo stesso protocollo può essere seguito con l'uso di software diversi, dopo regolazioni in base alle loro impostazioni specifiche e dettagli tecnici. Le scansioni CBCT utilizzate per la creazione della figura inclusa in questo documento, così come la dimostrazione video, sono state rese anonime prima del loro utilizzo e il consenso informato è stato acquisito dai soggetti, consentendo l'uso delle loro scansioni in pubblicazioni relative alla ricerca. Entrambi i soggetti sono stati visitati presso la NIH Dental Clinic, dove le scansioni sono state acquisite (sistema Planmeca ProMax 3D; modalità a basso dosaggio, risoluzione 400 μm) ed erano state autorizzate su un protocollo approvato dall'IRB NIH (NCT02639312).

1. Caricamento della scansione CBCT e della visualizzazione nel modulo 3DAnalysis

  1. Aprire il software di riferimento e fare clic su sfoglia file. Selezionare la scansione da analizzare e fare clic su Apri.
  2. Vai al modulo 3DAnalysis.

2. Caricamento di un file di configurazione del punto di riferimento

  1. Nel modulo 3DAnalysis, fare clic sull'icona del disco floppy di salvataggio delle informazioni . Quindi, selezionare Carica una configurazione e cercare il file di configurazione.
    NOTA: il file di configurazione, inclusi i punti di riferimento utilizzati dagli autori, è incluso come file supplementare 1.

3. Configurazione del sistema di coordinate

  1. Fare clic sull'icona Riorientamento .
  2. Nella finestra che si apre, seleziona l'opzione Selezionando punti di riferimento. Ciò consente all'utente di orientare tutte le scansioni allo stesso modo, il che è importante se i loro valori di coordinate 3D devono essere confrontati. Le opzioni selezionate per questo protocollo sono: N come punto di riferimento Origin, Definizione a tre punti con punti di riferimento Or R, Or L, Po L e Definisci asse A-P (piano medio sagittale) con punti di riferimento N e Ba.

4. Regolazioni dell'immagine di scansione CBCT

  1. Regola la luminosità e il contrasto per ridurre il rumore dell'immagine dal menu sul lato sinistro dello schermo.
  2. Ingrandisci e rimpicciolisci tenendo premuto il tasto Ctrl e facendo clic contemporaneamente con il pulsante sinistro del mouse e scorrendo sullo schermo. Sposta l'immagine in modo corporeo tenendo premuto il tasto Maiusc e facendo clic contemporaneamente con il pulsante sinistro del mouse e scorrendo sullo schermo. Abilitate Ritaglio dal menu delle impostazioni per creare viste di sezione in tutti i piani dello spazio.

5. Aggiunta di nuovi punti di riferimento

  1. Dal menu Impostazioni , che ha un'icona dello strumento, fai clic sui punti di riferimento per visualizzare un elenco di opzioni di punto di riferimento disponibili, quindi seleziona il punto di riferimento preferito.
  2. Per impostare una visualizzazione predefinita per i punti di riferimento, selezionare attività di tracciamento, fare clic su Imposta, scegliere Punto di riferimento, impostare la vista come desiderato e fare clic su Usa impostazioni di visualizzazione correnti. Ripeti i passaggi precedenti per modificare la visualizzazione predefinita per qualsiasi punto di riferimento aggiuntivo.

6. Annotazione di punti di riferimento anatomici 3D

  1. Nella parte superiore del menu a sinistra dello schermo, seleziona Crea ricalco. Nella finestra che si apre, fai clic su Start nell'angolo in basso a sinistra della finestra. Inizia ad annotare i punti di riferimento 3D facendo clic con il pulsante sinistro del mouse direttamente sul volume 3D nella posizione in cui il punto di riferimento deve essere posizionato in base alla sua definizione.
  2. Conferma e regola la posizione del punto di riferimento utilizzando le viste di sezione sulla destra dello schermo. Nel caso in cui non possano essere visualizzati, dal menu di selezione del layout a sinistra, selezionare Localizzatore di sezioni. Per confermare il posizionamento di un punto di riferimento, fai clic su Interrompi e seleziona la vista desiderata per visualizzare il punto di riferimento. Una volta confermato, procedi al posizionamento dei punti di riferimento rimanenti.
  3. Per modificare la posizione del punto di riferimento con l'uso del volume 3D, interrompere l'analisi facendo clic su Stop nella parte inferiore del menu Attività di ricalco , fare clic sul punto di riferimento da spostare e trascinarlo nella nuova posizione desiderata.
  4. Per annotare nuovamente un punto di riferimento, fai doppio clic sul quadrato contrassegnato accanto al punto di riferimento e quindi rispondi Sì alla domanda successiva.

7. Istruzioni di definizione e annotazione specifiche per ogni punto di riferimento 3D

  1. Basion (Ba) - il punto medio sul bordo anteriore della curvatura anteriore del forame magno
    1. Per la sezione assiale, cerca l'estremità più profonda della curvatura della sezione del forame magno. Per la sezione sagittale, cerca il punto più posteriore della sezione centrale del forame magno. Per la sezione coronale, cerca il punto medio inferiore della curvatura del forame magno.
  2. Porion (Po_R, Po_L) - il punto più superiore, posteriore ed esterno situato sul margine superiore di ciascun condotto uditivo (meato uditivo esterno)
    1. Per la sezione assiale, cerca il bordo del margine del meato uditivo esterno. Per la sezione sagittale , cerca il punto di intersezione della tromba di Eustachio con il canale osseo. Per la sezione coronale, cerca il punto medio sul bordo inferiore della curvatura superiore. La linea verticale attraverso il punto taglia approssimativamente in due il condotto uditivo.
  3. Nasion (N) - l'intersezione della sutura tra l'osso frontale e le ossa nasali (sutura fronto-nasale)
    1. Per la sezione assiale, cercate il punto medio/altezza di curvatura della sutura. Per la sezione sagittale, cerca il punto anteriore della sutura in cui si incontrano le ossa frontali e nasali. Per la sezione coronale, cerca il centro della sutura fronto-nasale. La linea verticale che lo attraversa taglia approssimativamente in due il naso.
  4. Orbitale (Or_R, Or_L) - il punto più antero-inferiore sul bordo orbitale inferiore
    1. Impostate la vista frontale (finestra ossea) come predefinita e agganciate assialmente da inferiore a superiore fino a raggiungere la curvatura del margine inferiore dell'orbita per individuare il punto più inferiore della curvatura inferiore dell'orbita.
    2. Usa le viste 2D per confermare che il punto di riferimento è sull'osso. Regolare le sezioni sagittale e coronale per riflettere il posizionamento anteriore dell'orbitale. Assicurarsi che il punto di riferimento sia in posizione anteriore proprio nel punto in cui il bordo orbitale inizia a curvarsi.
  5. Supraorbitale (SOr_R, SOr_L) - il punto più superiore e anteriore del bordo orbitale superiore
    1. Impostate la vista frontale come predefinita nel volume 3D e gradualmente agganciate assialmente da superiore a inferiore fino a raggiungere la curvatura del margine superiore dell'orbita per individuare il punto più superiore del bordo superiore dell'orbita.
      NOTA: Evitare di segnare la tacca sopraorbitale a causa della sua anatomia variabile.
    2. Regolare le sezioni sagittale e coronale per riflettere il posizionamento anteriore del punto di riferimento. Assicurarsi che il punto di riferimento sia in posizione anteriore proprio nel punto in cui il bordo orbitale inizia a curvarsi.
  6. Punto medio del Sella (Sella)
    1. Cerca il centro della sella turcica o fossa ipofisaria, che è una depressione a forma di sella nel corpo dell'osso sfenoide, dove è posizionata la ghiandola pituitaria o l'ipofisi. Regola il punto di riferimento al centro della sella turcica in tutti i piani.
    2. Per la sezione sagittale, posizionare il punto di riferimento al centro della sella turcica. Per le sezioni assiale e coronale, regolate le viste di conseguenza.
  7. Sella inferiore (Si) - il punto più inferiore e centrale sul contorno della sella turcica nello stesso piano della sella
    1. Per la sezione sagittale, iniziare posizionando il punto di riferimento nel punto più inferiore della sezione sagittale della sella turcica. Per le sezioni assiale e coronale, regolate la posizione in modo che si trovi al centro della sezione.
  8. Sella posteriore (Sp) - il punto più posteriore e centrale sul contorno della sella turcica nello stesso piano della sella
    1. Per la sezione sagittale, iniziare posizionando il punto di riferimento nel punto più posteriore della sezione sagittale della sella turcica. Per le sezioni assiale e coronale, regolate la posizione in modo che si trovi al centro della sezione.
  9. Processo clinoide (Cl) - il punto antero-superiore sul contorno del processo clinoide anteriore sullo stesso piano della sella
    1. Per la sezione sagittale, iniziare posizionando il punto di riferimento nel punto più antero-superiore del contorno del processo clinoideo. Per le sezioni assiale e coronale, regolate la posizione in modo che si trovi al centro della sezione.
  10. Arco zigomatico (ZygArch_R, ZygArch_L)
    1. Cerca il punto più latero-inferiore sul contorno dell'arco zigomatico. Assicurarsi che il cranio sia correttamente orientato e che gli archi zigomatici siano visti chiaramente e "perpendicolarmente" dalla vista submentale.
      NOTA: se il cranio è inclinato, l'annotazione accurata del punto di riferimento sarà compromessa.
    2. Per la sezione assiale, posizionare il punto di riferimento nel punto più laterale e inferiore della curvatura dell'arco zigomatico. Per la sezione sagittale, posizionate il punto di riferimento nel punto più inferiore della sezione. Per la sezione coronale, posizionate il punto di riferimento nel punto più laterale della sezione.
  11. Sutura frontozigomatica (FronZyg_R, FronZyg_L) - il punto antero-laterale sulla sutura frontozigomatica.
    1. Per la sezione sagittale, assicurarsi che la sutura sia chiaramente visibile nella sezione. Posizionare il punto di riferimento sul punto più anteriore della sezione dell'osso frontale vicino alla sutura. Per le sezioni assiale e coronale, cercate il punto più superiore della sezione.
  12. Cavità nasale (NasCav_R, NasCav_L) - la giunzione della parete laterale del naso, del bordo piriforme / pavimento nasale e del bordo superiore della mascella
    1. La tripla giunzione è meglio vista nella sezione coronale. Inizia posizionando il punto di riferimento sul lato mesiale dell'incrocio. Per la sezione assiale, posizionate il punto di riferimento all'estremità della sezione. Per la sezione sagittale, posizionare il punto di riferimento nel punto più laterale della sutura sul bordo mascellare.
  13. Punto jugale (J_R, J_L)
    1. Cerca il punto medio più profondo del processo jugale della mascella. Annotare il punto di riferimento in modo che sia per lo più in linea con il primo molare mascellare.
    2. Per la sezione coronale, iniziare regolando la posizione del punto di riferimento all'estremità più profonda della curvatura della sezione del processo jugale. Per la sezione assiale, cercare il punto più laterale della sezione, nel punto in cui la densità ossea cambia. Per la sezione sagittale, cerca il punto più inferiore della sezione, nel punto in cui la densità ossea cambia.
  14. Articulare (Ar_R, Ar_L) - il punto più posteriore sulla testa condilare, più vicino alla fossa glenoidea
    1. Per la sezione assiale, cerca il punto più posteriore attorno al centro della curvatura posteriore del condilo. Per la sezione sagittale, cerca il punto più posteriore sulla curvatura posteriore del condilo. Per la sezione coronale, cerca la piccola area radiopaca che indica che il punto di riferimento è sull'osso.
  15. Processo coronoideo (Cor_R, Cor_L) - il punto più superiore del processo coronoideo
    1. Per le sezioni sagittale e coronale, posizionare il punto di riferimento sulla parte superiore del processo coronoideo. Per la sezione assiale, cerca la piccola area radiopaca che indica che il punto di riferimento è sull'osso.
  16. Fossa glenoide (G_Fos_R, G_Fos_L)
    1. Cerca un punto sulla fossa glenoidea in cui la testa condilare è in massima articolazione con la fossa. Questo è il centro approssimativo della fossa a forma di cupola.
    2. In 3D, scegli la sezione coronale per ottenere una vista che mostri entrambi i condili abbastanza bene. Scegli un punto sul bordo inferiore della fossa in questa vista in modo tale che una linea verticale che attraversa questo punto taglia approssimativamente in due il condilo; Si noti che questo potrebbe non sembrare il centro esatto della fossa. Obiettivo il punto di massima articolazione (cioè, approssimativamente vicino al centro o al centro esatto in alcuni casi).
    3. Per la sezione coronale, cerca il punto più approssimativo alla sezione della cupola della fossa glenoidea. Per la sezione sagittale, cerca il punto più superiore della sezione della cupola della fossa glenoidea. Per la sezione assiale, non applicate alcuna regolazione fine specifica se le altre due viste sono state regolate.
  17. Profilo della mandibola (destra e sinistra): condilo (Co_R, Co_L), gonione (Go_R, Go_L), antegonione (Ag_R, Ag_L)
    NOTA: i punti di riferimento vengono annotati automaticamente dopo aver tracciato il profilo mandibolare.
    1. Identifica il condilo come il punto più posteriore e superiore sul condilo. Identifica il gonione come il punto più esterno dell'angolo formato dalla giunzione del ramo e dal corpo della mandibola. Identifica l'antegonione come il punto più alto della concavità del bordo inferiore del ramo dove si unisce al corpo della mandibola.
    2. Traccia il profilo mandibolare con una serie di punti (fai doppio clic o fai clic con il pulsante destro del mouse per completare il ricalco). Inizia dalla tacca mandibolare e includi i profili condilare e ramus. Seguire la curva all'angolo per includere il gonione utilizzando più punti ogni pochi millimetri. Assicurati di scegliere i punti sul margine inferiore o laterale del bordo mandibolare.
  18. Prosthion (Pr)
    1. Cerca il punto più anteriore del processo alveolare mascellare nella linea mediana. Scegli una sezione sagittale che taglia in due gli incisivi centrali mascellari. Nella vista laterale, selezionate Prosthion e confermate le viste 2D.
    2. Per la sezione assiale, identificare il centro delle sezioni radicolari degli incisivi centrali mascellari sull'osso alveolare labiale. Per la sezione sagittale, cerca il punto più anteriore del processo alveolare mascellare. Per la sezione coronale, cerca la linea mediana tra gli incisivi centrali mascellari.
  19. A-point - il punto più profondo della linea mediana sulla premascella della curvatura tra la spina nasale anteriore e il punto di prostione
    1. In 3D, scegli una sezione sagittale che taglia in due gli incisivi centrali mascellari. Questo aereo avrà il prostion (già marcato). Nella vista laterale, selezionate Punto A e confermate le viste 2D.
    2. Per la sezione assiale, identificate la punta della sezione. Per la sezione sagittale, identificare il punto più profondo della curvatura della premascella tra la spina nasale anteriore e il processo alveolare. Per la sezione coronale, assicurarsi che il punto sia nella linea mediana.
  20. Nasale anterioreSpina dorsale (ANS)
    1. Cerca il punto più anteriore della colonna vertebrale nasale. Scegli una sezione sagittale che taglia in due gli incisivi centrali mascellari. Questo piano avrà il prostione e il punto A (già marcato). Nella vista laterale, selezionare ANS e confermare le viste 2D.
    2. Per la sezione assiale, cercate la punta della sezione. Per la sezione sagittale, cerca il punto più anteriore della colonna vertebrale nasale. Per la sezione coronale, cerca il centro della sezione ossea piccola.
  21. Spina nasale posteriore (PNS) - il punto medio della base delle ossa palatine al margine posteriore del palato duro
    1. In 3D, scegli una sezione sagittale che taglia in due gli incisivi centrali mascellari. Questo aereo avrà il prosthion, il punto A e l'ANS già marcati. Nella vista laterale, selezionate PNS e confermate le viste 2D.
    2. Per la sezione assiale, cerca il punto più inferiore della linea mediana della base palatina. Per la sezione sagittale, cerca il punto più posteriore della sezione centrale dell'osso palatino. Per la sezione coronale, cerca il punto medio della sezione della sezione centrale dell'osso palatino.
  22. Infradentale (Id)
    1. Identificare il punto di transizione dalla corona/dente dell'incisivo mediale mandibolare più prominente alla proiezione alveolare.
    2. In 3D, scegli una sezione sagittale che taglia in due l'incisivo centrale mandibolare. Nella vista laterale, selezionate ID e confermate le viste 2D. Se sono presenti tre incisivi, assicurarsi che l'aereo divida in due il dente medio.
    3. Per la sezione assiale, verificare che il punto di annotazione di riferimento sia il punto più anteriore sull'osso alveolare dell'incisivo selezionato. Per la sezione sagittale, identificare il punto più anteriore del processo alveolare mandibolare. Per la sezione coronale, assicurarsi che la linea mediana divida in due l'incisivo selezionato.
  23. Punto B (B) - il punto più profondo della linea mediana sulla mandibola tra infradentale e pogonione
    1. In 3D, scegli una sezione sagittale che taglia in due gli incisivi centrali mandibolari. Nella vista laterale, selezionate Punto B e confermate le viste 2D.
    2. Per la sezione assiale, guardare tra gli incisivi centrali mandibolari o nel mezzo della sezione dell'incisivo centrale se manca un incisivo. Per la sezione sagittale, identificare il punto della concavità più profonda anteriormente sulla sinfisi mandibolare. Per la sezione coronale, guarda tra gli incisivi centrali mandibolari o la linea della griglia verticale che interseca l'incisivo centrale.
  24. Pogonion (Pog)
    1. Identificare il punto più anteriore sulla sinfisi della mandibola.
    2. In 3D, scegli una sezione sagittale che taglia in due gli incisivi centrali mandibolari. Nella vista laterale, selezionate Pogonion e confermate le viste 2D.
    3. Per la sezione assiale , identificate la linea verticale della griglia che interseca la sezione mandibolare. Per la sezione sagittale, cerca il punto più anteriore della sinfisi. Per la sezione coronale, cerca la piccola area ossea che indica che il punto di riferimento è posizionato sulla superficie ossea.
  25. Gnationi anatomici (Gn) - il punto più basso sul margine anteriore della mascella inferiore nel piano medio-sagittale
    1. In 3D, scegli una sezione sagittale che taglia in due gli incisivi centrali mandibolari. Nella vista laterale, selezionate Gn e confermate le viste 2D.
    2. Per le sezioni assiale e coronale, cercare la linea della griglia verticale che interseca la sezione mandibolare. Per la sezione sagittale, identificare il punto più basso sul margine anteriore della mascella inferiore.
  26. Mentone (Me) - il punto più basso della sinfisi mandibolare.
    1. In 3D, scegli una sezione sagittale che taglia in due gli incisivi centrali mandibolari. Nella vista laterale, selezionate Io e confermate le viste 2D.
    2. Per la sezione assiale, identificare la piccola area ossea indicando che il punto di riferimento è posizionato sulla superficie ossea. Per la sezione sagittale, identificare il punto più basso della sezione sinfisi. Per la sezione coronale, cerca il punto medio più basso della sezione sinfisi.
  27. Profilo incisivo superiore/inferiore destro/sinistro
    NOTA: Sono necessari tre punti: la radice dell'incisivo superiore/inferiore; Assiale: il punto medio della sezione dell'apice; Sagittale, Coronale: la punta dell'apice.
    1. Nella corona dell'incisivo superiore / inferiore: nelle sezioni assiale e coronale, cerca il punto medio del bordo incisale; e nella sezione sagittale, identificare la punta del bordo incisale.
    2. Nel punto labiale dell'incisivo superiore/inferiore: nella sezione assiale, identificare il punto medio della sezione del dente; nella sezione sagittale, cerca il punto più prominente della superficie labiale; E nella sezione coronale, assicurarsi che il punto sia nella linea verticale che taglia in due il dente.
  28. Profilo molare superiore/inferiore destro/sinistro
    NOTA: sono necessari i seguenti tre punti.
    1. Radice del molare superiore/inferiore: nella sezione assiale, cercare il punto medio della sezione dell'apice della radice mesiale; e nelle sezioni sagittale e coronale, identificare la punta dell'apice della radice mesiale.
    2. Cuspide anteriore del molare superiore/inferiore: nella sezione assiale, individuare la cuspide mesio-buccale del primo molare mascellare/mandibolare; Nelle sezioni sagittale e coronale, cercare la cuspide mesiale-buccale del primo molare mascellare / mandibolare.
    3. Cuspide posteriore del molare superiore: nella sezione assiale, cercare la cuspide distale-buccale del primo molare mascellare/mandibolare; Nelle sezioni sagittale e coronale, identificare la cuspide distale-buccale del primo molare mascellare/mandibolare.
  29. Piastra cribriforme (Cr) - il punto medio superiore sulla crista galli
    1. Nella sezione sagittale, scegli il punto più inferiore della crista galli. Nella sezione assiale, cerca il punto più inferiore della piccola sezione della crista galli. Nella sezione coronale, scegli il punto più superiore della crista galli.
  30. Forame ovale (ForOval_R, ForOval_L) - il punto più antero-mediale e superiore del forame ovale
    1. Nella sezione assiale, assicurati che questo punto si trovi approssimativamente su un piano che taglia in due il forame nella direzione antero-mediale. Nelle sezioni sagittale e coronale, guarda il fondo dell'ingresso del canale.
  31. Opisthion (Opi) - il punto medio sul margine posteriore della curvatura posteriore del forame magno nella sezione assiale
    1. Nella sezione sagittale, cerca il punto più inferiore della sezione sagittale del forame magno. Nelle sezioni assiale e coronale, posizionate il punto di riferimento nella linea mediana.
  32. Fossa cranica anteriore (AntCF_R, AntCF_L) - il punto superiore più anteriore sul bordo che separa la fossa cranica anteriore e media
    1. In 3D, utilizzare la sezione assiale, passando da anteriore a posteriore fino a raggiungere la curvatura della fossa. Se sono presenti più bordi, scegliere il bordo più anteriore.
    2. Nella sezione assiale, identificare il punto più anteriore della sezione della fossa cranica anteriore. Nella sezione sagittale, cerca il punto più superiore del bordo della fossa cranica anteriore. Nella sezione coronale, identificare il punto più inferiore della sezione della fossa cranica anteriore.
  33. Meato acustico interno (AcM_R, AcM_L) - il punto laterale più posteriore sul meato acustico interno sulla parte petrosa dell'osso temporale
    1. Nella sezione assiale, cercate il punto che riflette l'inizio del canale dove termina la curvatura. Nella sezione sagittale, cerca il punto posteriore sulla curvatura. Nella sezione coronale, identifica il punto più profondo della curvatura.
  34. Canale ipoglosso (Hypog_R, Hypog_L)
    NOTA: Questo è il punto più antero-mediale del canale. Nel caso in cui ci siano due canali, scegli il posteriore dei due canali e segna il punto sul bordo anteriore del canale posteriore.
    1. Nella sezione assiale, identificare il punto che riflette l'inizio del canale dove termina la curvatura. Nella sezione sagittale, cerca l'estremità più profonda della curvatura. Nella sezione coronale, assicurarsi che il punto si trovi approssimativamente sull'asse che taglia in due il canale nella direzione antero-mediale.

8. Salvataggio della scansione CBCT con punti di riferimento annotati

  1. Dal menu File , selezionare Salva o Salva con nome per salvare come file separato, quindi optare per il tipo di file preferito.

9. Esportare misure e/o coordinate 3D di riferimento

  1. Fare clic sull'icona Salva informazioni/disco floppy dalla barra degli strumenti, quindi selezionare Esporta misurazioni o Esporta punti di riferimento. Esportare i risultati in .csv formato di file.

Representative Results

L'annotazione di una configurazione di punto di riferimento 3D convalidata viene descritta in dettaglio con l'uso di un protocollo passo-passo e una dimostrazione video. Vengono fornite istruzioni specifiche per l'annotazione di ciascun punto di riferimento sul volume 3D, nonché il perfezionamento delle loro posizioni iniziali con l'aiuto delle viste di sezione 2D che corrispondono a ciascun piano di spazio. Seguendo la metodologia dettagliata fornita nel protocollo in combinazione con le istruzioni video, l'utente può imparare come condurre analisi cefalometriche con l'uso di scansioni CBCT umane.

La Figura 1 rappresenta la vista frontale e di tre quarti di una scansione CBCT completa della testa di un cranio umano con i punti di riferimento 3D annotati inclusi nella configurazione corrente. Tutti i punti di riferimento descritti sono di tipo 1 e di tipo 2. I punti di riferimento di tipo 1 rappresentano punti chiaramente riconoscibili solitamente osservati all'intersezione di strutture anatomiche distinte. I punti di riferimento di tipo 2 rappresentano punti di massima curvatura sul contorno di strutture anatomiche riconoscibili12. Nessun tipo 3 o semi-punti di riferimento sono stati inclusi in questa analisi.

Dopo il completamento dell'annotazione dei punti di riferimento, ci sono due tipi di dati che possono essere esportati e ulteriormente analizzati dall'utente: misurazione cefalometrica e valori di coordinate 3D. Vengono forniti i valori delle principali misurazioni cefalometriche necessarie per la diagnosi e la valutazione della malocclusione dentosscheletrica. Queste misurazioni forniscono una valutazione dettagliata delle relazioni scheletriche e dentali in tutti e tre i piani dello spazio: sagittale, verticale e trasversale. I valori delle coordinate 3D (x, y, z) di ogni punto di riferimento possono essere esportati e utilizzati per il calcolo degli angoli e delle distanze lineari. I valori delle stesse coordinate possono essere utilizzati per la conduzione di analisi morfometriche geometriche multivariate (GMA). GMA è un metodo per studiare la forma in grado di catturare variabili di forma morfologicamente diverse utilizzando coordinate cartesiane di punto di riferimento e / o semi-punto di riferimento. Diverse tecniche statistiche possono essere utilizzate per esaminare la forma, senza tenere conto delle dimensioni, della posizione o dell'orientamento delle strutture esaminate. La morfometria geometrica è attualmente il corpo più consolidato della teoria morfometrica per la gestione di dati basati su punti di riferimento.

Figure 1
Figura 1: Vista frontale e a tre quarti di una scansione CBCT a testa intera di un cranio umano con i punti di riferimento 3D annotati inclusi nella configurazione corrente. Fare clic qui per visualizzare una versione ingrandita di questa figura.

File supplementare 1: File di configurazione che include i punti di riferimento utilizzati in questo protocollo che può essere caricato direttamente sul software per l'analisi. Clicca qui per scaricare questo file.

Discussion

La medicina e l'odontoiatria sono già entrate nell'era dell'imaging 3D. Nelle discipline dell'imaging craniofacciale e dentale, le scansioni CBCT sono sempre più utilizzate, a causa della bassa radiazione e del costo ridotto dei sistemi aggiornati rispetto alle tradizionali macchine CT, della facile calibrazione dell'utilizzo del personale, dell'acquisizione relativamente rapida e semplice con una cooperazione minima del paziente, nonché della capacità di generare più altre immagini diagnostiche e analisi da un'unica scansione. Pertanto, è essenziale che medici e ricercatori sappiano leggere, diagnosticare e analizzare queste immagini 3D, nonché imparare a studiare la crescita e lo sviluppo craniofacciale in 3D.

Per assistere medici e ricercatori in questo campo, presentiamo un protocollo passo-passo e una dimostrazione video per la conduzione di analisi cefalometriche 3D con l'uso di scansioni CBCT umane. Questi punti di riferimento sono stati precedentemente definiti e convalidati in una precedente pubblicazione, dove la loro accuratezza e ripetibilità sono state confermate4. Le istruzioni dettagliate per il perfezionamento di ogni punto di riferimento aiutano anche gli utenti nell'annotazione corretta di ciascun punto di riferimento. Il processo di annotazione dei punti di riferimento è ulteriormente semplificato con l'uso di viste preimpostate della scansione che corrispondono all'area in cui ciascun punto di riferimento deve essere posizionato. Questa funzione consente di risparmiare tempo e fatica per l'utente. Tuttavia, c'è una curva di apprendimento coinvolta e la pratica è richiesta dagli utenti per ottenere un'accurata annotazione dei punti di riferimento.

La configurazione 3D convalidata utilizzata in questo protocollo fornisce una copertura sufficiente del tessuto scheletrico del viso, della mascella, della mandibola e della base cranica. In questo modo, la vera morfologia delle strutture craniofacciali è rappresentata in modo più accurato per la valutazione delle dimensioni, della configurazione e dell'orientamento del complesso craniofacciale e delle sue strutture componenti. I punti di riferimento dei tessuti molli non sono inclusi in questo protocollo, ma gli utenti possono aggiungere punti di riferimento di scelta alla configurazione fornita, come descritto nel protocollo. Inoltre, per motivi pratici, questo protocollo potrebbe non includere istruzioni specifiche per altri software di analisi 3D, ma può essere adattato di conseguenza da ciascun utente.

Oltre al valore diagnostico delle misurazioni cefalometriche standard generate, principalmente per i clinici, la libertà offerta con l'uso di questa analisi per calcolare angoli e distanze lineari tra qualsiasi punto di riferimento 3D consentirà l'istituzione di nuove analisi cefalometriche che forniranno valutazioni più dettagliate e complete. Tuttavia, la nostra direzione futura include la creazione di nuovi rispettivi valori normativi, nello stesso modo in cui i valori normativi 2D sono stati creati in passato.

Inoltre, le applicazioni di GMA basati su punti di riferimento nel campo clinico e di ricerca craniofacciale si stanno sviluppando a un ritmo rapido. I ricercatori in biologia evolutiva e dello sviluppo e antropologia hanno utilizzato questa analisi per più di un decennio, ma nuove applicazioni cliniche sono state recentemente presentate anche nei campi dell'ortodonzia, dell'ortopedia dentofacciale e della chirurgia craniofacciale. GMA può essere utilizzato anche come parte di una fenotipizzazione quantitativa nel caso di malattie congenite con manifestazioni craniofacciali, nonché per l'individuazione di sottili differenze morfologiche attribuite alle mutazioni geniche13,14,15,16. Inoltre, l'integrazione di diversi approcci quantitativi collegando i dati morfometrici con l'analisi funzionale e i dati genetici può fornire nuove conoscenze sullo sviluppo craniofacciale in gruppi sani e patologici.

A causa dei recenti progressi nel calcolo e nella visualizzazione, la conduzione di questo tipo di analisi è ora fattibile sui personal computer, con diversi pacchetti software già disponibili, tra cui Checkpoint, Geomorph (un pacchetto di software statistico R), Amira-Avizo e SlicerMorph. Questi programmi possono aiutare i ricercatori nei campi medici che potrebbero non avere familiarità con le analisi statistiche multivariate per condurre GMA con la disponibilità di funzioni automatizzate integrate.

Disclosures

Gli autori non dichiarano conflitti di interesse.

Acknowledgments

Questa ricerca è stata supportata dal programma di ricerca intramurale del National Institute of Dental and Craniofacial Research (NIDCR) del National Institutes of Health (NIH) e dal programma Advanced Education in Orthodontics and Dentofacial Orthopedics del 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)

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Medicina Numero 199
Dimostrazione di annotazione di riferimento cefalometrica tridimensionale su scansioni di tomografia computerizzata a fascio conico umano
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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).

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