Summary
ここに提示されるのは、人間のコーンビームコンピュータ断層撮影スキャンを使用した3次元セファロ分析の実施のための詳細なプロトコルです。
Abstract
頭蓋顔面セファロ分析は、頭と顔のさまざまな骨と軟部組織の関係を評価するために使用される診断ツールです。セファロ分析は、従来、2DX線写真とランドマークセットを使用して行われ、サイズ、線形および角度測定、および2D関係に制限されていました。歯科分野での3Dコーンビームコンピュータ断層撮影(CBCT)スキャンの使用の増加は、3つの平面すべてにおける縦方向の発達の形状とより現実的な分析を組み込んだ3Dセファロ分析への進化の必要性を指示しています。この研究は、人間のCBCTスキャンで検証された一連の骨格組織ランドマークを使用した3Dセファロ分析のデモンストレーションです。3Dボリューム上の各ランドマークの注釈に関する詳細な手順は、ステップバイステップのプロトコルの一部として提供されます。ランドマークの生成された測定値と3D座標は、エクスポートして、臨床目的と研究目的の両方に使用できます。基礎的および臨床的な頭蓋顔面研究における3Dセファロ分析の導入は、頭蓋顔面の成長と発達の分野における将来の進歩につながります。
Introduction
人間の頭蓋骨の歯と骨格の関係を調べるセファロ分析は、セファロメトリーの臨床応用です。人類の進化や頭蓋顔面の発達を研究する人類学者、発達生物学者、法医学者、頭蓋顔面研究者のほか、歯科医師、歯科矯正医、口腔外科医、口腔外科医などの口腔保健専門家が治療計画ツールとして活用しています。歯列矯正でセファロ分析を使用した最も初期の機関は、1931年のドイツのホフラスと米国のブロードベントでした1,2,3。分析の主な目的は、個人の頭蓋顔面の比率を評価し、不正咬合の解剖学的原因を定義するための理論的および実用的なリソースを提供することでした1。これにより、上顎骨と下顎骨の成長パターンを追跡し、空間内のそれらの関係位置を監視し、軟部組織と歯の変位の変化を観察することができました。その結果、矯正治療によってもたらされる変化をモニタリングすることができ、骨格と歯の関係を特徴づけて治療計画のための診断を行うことができた。顎顔面複合体の評価は、患者のセファロトレーシングを、同様の年齢、人種、民族の正常な集団を代表する基準値と比較することによって行われました1。
従来の分析方法は、3次元(3D)構造の2次元(2D)描写で構成されていました4,5。この技術の主な欠点は、プレーンフィルムまたはデジタルフォーマットでの従来のX線イメージングによる解剖学的構造の歪みと拡大であり、これは不正確なセファロトレースと解釈につながる可能性があります6,7。軸方向コンピュータ断層撮影(CT)およびスパイラルCTの形での3Dイメージングの最初の導入には、高コストおよび高放射線量のために歯科または非医療用途が含まれていなかった。しかし、コーンビームコンピュータ断層撮影(CBCT)スキャンの出現は、費用と放射線量がCT1よりも大幅に低かったため、これらの懸念を軽減しました。このイメージングの物語の変化は、診断と治療計画の改善のために歯列矯正におけるCBCTの広範な使用を刺激しました。従来の2D画像技術に対する3Dイメージングの主な利点は、3Dにより、検査者が重ね合わせや空間的歪み(すなわち、個人の頭の位置)なしに解剖学的構造を見ることができることです。したがって、特に顔面の非対称性の場合には、セファロ分析の実施に使用される解剖学的ランドマークのはるかに正確な位置決めが可能である。さらに、はるかに大きな解剖学的領域を分析することができます。
セファロメトリーの分野における最新の進歩の1つは、自動ランドマーク検出のためのディープラーニング(DL)の実装です8,9,10,11。これらの研究の結果は有望ですが、ランドマークの配置の精度のレベルはまだ満足のいくものではありません。さらに、これらの研究のほとんどは、以前の2Dセファロ分析から得られた比較的小さなランドマークセットを使用しており、頭蓋顔面の成長と発達の研究にとって重要な構造である頭蓋基部のカバレッジが不十分です。このデモビデオでは、CBCTイメージングを含む臨床および研究研究で使用するために、顔、頭蓋底、下顎骨、歯の領域をカバーする検証済みの3D骨格組織ランドマークのセットを使用して、手動の高精度3Dセファロ分析を実施するための方法論を詳しく説明します4。完成した3D解析の例を図1に示します。
Protocol
このプロトコルは、国立衛生研究所の治験審査委員会(NIDCR IRB #16-D-0040)およびローズマン健康科学大学の人間研究倫理委員会のガイドラインに従います。このプロトコルで使用されるソフトウェアに関連する詳細については、 材料表 を参照してください。特定の設定と技術的な詳細に基づいて調整した後、異なるソフトウェアを使用して同じプロトコルに従うことができます。本論文に含まれる図の作成に用いたCBCTスキャンやビデオデモは、使用前に匿名化され、被験者からインフォームドコンセントが得られているため、研究関連の出版物に使用することができます。両被験者はNIH歯科医院で診察を受け、そこでスキャンが取得され(プランメカ ProMax 3Dシステム、低線量モード、分解能400 μm)、NIH IRB承認のプロトコル(NCT02639312)に同意されました。
1. CBCTスキャンとビューを3DAnalysisモジュールにアップロードする
- 参照されているソフトウェアを開き、 ファイルの参照をクリックします。分析するスキャンを選択し、[ 開く]をクリックします。
- 3DAナリシスモジュールに移動します。
2. ランドマーク設定ファイルのアップロード
- 3DAnalysisモジュールで、情報フロッピーディスクの保存アイコンをクリックします。次に、 [構成の読み込み] を選択し、構成ファイルを参照します。
注: 作成者が使用するランドマークを含む構成ファイルは、 補足ファイル 1 として含まれています。
3. 座標系の設定
- [方向の変更]アイコンをクリックします。
- 開いたウィンドウで、[ランドマークの選択]オプションを選択します。これにより、ユーザーはすべてのスキャンを同じ方法で方向付けることができ、3D座標値を比較する場合に重要です。このプロトコルで選択されるオプションは、OリギンランドマークとしてのN、ランドマークまたはR、またはL、Po Lを使用した3点定義、およびランドマークNとBaを使用したA-P軸(中央矢状面)の定義です。
4. CBCTスキャン画像調整
- 明るさとコントラストを調整して、画面左側のメニューから画像のノイズを減らします。
- Ctrlキーを押しながら左クリックし、画面上をスライドしてズームインおよびズームアウトします。Shiftキーを押しながら同時に左クリックし、画面上をスライドして、画像を物理的に移動します。設定メニューから[クリッピング]を有効にして、空間のすべての平面に断面図を作成します。
5.新しいランドマークの追加
- ツールアイコンのある [設定 ]メニューから、ランドマークをクリックして使用可能な ランドマークオプションのリストを表示し、選択したランドマークを選択します。
- ランドマークのデフォルトビューを設定するには、 トレースタスクを選択し、 セットアップをクリックして ランドマークを選択し、必要に応じてビューを設定し、[ 現在のビュー設定を使用]をクリックします。上記の手順を繰り返して、追加のランドマークのデフォルトビューを変更します。
6. 3D解剖学的ランドマークの注釈
- 画面左側のメニューの上部から、[ トレースの作成] を選択します。開いたウィンドウで、ウィンドウの左下隅にある[ 開始 ]をクリックします。3D ランドマークの注釈付けを開始するには、定義に基づいてランドマークを配置する位置で 3D ボリュームを直接左クリックします。
- 画面右側の断面図を使用して、ランドマークの位置を確認および調整します。表示されない場合は、左側のレイアウト選択メニューから スライスロケーターを選択します。ランドマークの配置を確認するには、[ 停止 ] をクリックし、目的のビューを選択してランドマークを視覚化します。確認したら、残りのランドマークの配置に進みます。
- 3D ボリュームを使用してランドマークの位置を変更するには、[トレース タスク] メニューの下部にある [停止] をクリックして解析を停止し、移動するランドマーク ポイントをクリックして、新しい目的の位置にドラッグします。
- ランドマークに再度注釈を付けるには、ランドマークの横にあるチェックマークの付いた四角形をダブルクリックし、フォローアップの質問に [はい ]と答えます。
7.各3Dランドマークの定義と特定の注釈の説明
- バシオン(Ba) - 大孔の前方湾曲の前方境界の中点
- 軸方向の断面については、大孔の断面の曲率の最も深い端を探します。矢状断面については、大孔の中央部の最も後方の点を探します。冠状断面については、大孔の曲率の下中点を探します。
- ポリオン(Po_R、Po_L)-各外耳道(外耳道)の上縁に位置する最も上、後、および外部のポイント
- 軸方向の部分については、外耳道の縁の端を探します。矢状断面については、耳管と骨管との交点を探します。冠状断面については、上曲率の下境界上の中点を探します。ポイントを通る垂直線は、外耳道を大まかに二等分します。
- 鼻腔(N) - 前頭骨と鼻骨の間の縫合糸の交点(前鼻縫合糸)
- 軸方向断面については、縫合糸の中点/曲率の高さを探します。矢状断面については、前頭骨と鼻骨が出会う縫合糸の前点を探します。冠状断面については、前鼻縫合糸の中心を探します。それを通る垂直線は鼻を大まかに二分します。
- オービターレ(Or_R、Or_L)-下眼窩縁上の最も前劣点
- 正面図(骨窓)をデフォルトとして設定し、軌道の下縁の曲率に達するまで下から上へ軸方向にクリップして、軌道の下方曲率の最下点を見つけます。
- 2D ビューを使用して、ランドマークがボーン上にあることを確認します。矢状断面と冠状断面を調整して、眼窩の前方位置を反映します。ランドマークが、軌道リムが湾曲し始めるポイントまで前方にあることを確認します。
- 眼窩上(SOr_R、SOr_L)-上眼窩縁の最も優れた前点
- 正面ビューを 3D ボリュームのデフォルトとして設定し、軌道の上縁の曲率に達するまで上から下へと軸方向に徐々にクリップして、軌道の上境界の最も上点を見つけます。
注意: 解剖学的構造が異なるため、眼窩上ノッチに印を付けることは避けてください。 - 矢状断面と冠状断面を調整して、ランドマークの前方位置を反映します。ランドマークが、軌道リムが湾曲し始めるポイントまで前方にあることを確認します。
- 正面ビューを 3D ボリュームのデフォルトとして設定し、軌道の上縁の曲率に達するまで上から下へと軸方向に徐々にクリップして、軌道の上境界の最も上点を見つけます。
- セラの中間点(セラ)
- 下垂体または下垂体が位置する蝶形骨の体の鞍形のくぼみであるセラターシカまたは下垂体窩の中心を探します。すべての平面でランドマークをセッラターシカの中心に調整します。
- 矢状セクションの場合は、ランドマークをセラターチカの中央に配置します。軸断面と冠状断面については、それに応じてビューを調整します。
- セッラ劣(Si)-セッラと同じ平面にあるセッラターシカの輪郭上の最も劣った中心点
- 矢状セクションの場合は、セッラターシカの 矢状セクションの最も劣ったポイントにランドマークを配置することから始めます。 軸 切片と 冠状切片の場合は、切片の中央になるように位置を調整します。
- セラ後部(Sp)-セラと同じ平面にあるセラターシカの輪郭上の最も後方および中心点
- 矢状断面の場合は、セッラターシカの 矢状断面の最も後方にランドマークを配置することから始めます。 軸 切片と 冠状切片の場合は、切片の中央になるように位置を調整します。
- クリノイド突起(Cl) - セラと同じ平面にある前クリノイド突起の輪郭上の前上点
- 矢状断面の場合は、クリノイド突起の輪郭の最も前方の上位点にランドマークを配置することから始めます。軸切片と冠状切片の場合は、切片の中央になるように位置を調整します。
- 頬骨弓(ZygArch_R、ZygArch_L)
- 頬骨弓の輪郭上で最も後的に劣った点を探します。頭蓋骨が適切に向き付けられ、頬骨弓がサブメンタルビューからはっきりと「垂直に」見えることを確認してください。
注意: 頭蓋骨が傾いていると、正確なランドマーク注釈が損なわれます。 - 軸方向断面の場合、ランドマークを頬骨弓の曲率の最も外側および下側の点に配置します。矢状断面の場合は、断面の最も劣った点にランドマークを配置します。冠状断面の場合は、断面の最も外側の点にランドマークを配置します。
- 頬骨弓の輪郭上で最も後的に劣った点を探します。頭蓋骨が適切に向き付けられ、頬骨弓がサブメンタルビューからはっきりと「垂直に」見えることを確認してください。
- 前頭葉状縫合糸(FronZyg_R、FronZyg_L)-前頭葉状縫合糸の前後点。
- 矢状切片の場合は、縫合糸が 切片にはっきりと見えることを確認してください。縫合糸の隣の前頭骨の部分の最も前の点にランドマークを配置します。 軸方向 と 冠状断面については、断面の最も優れた点を探します。
- 鼻腔(NasCav_R、NasCav_L)-鼻の側壁、梨状縁/鼻底、および上顎の上部境界の接合部
- トリプルジャンクションは コロナセクションで最もよく見られます。まず、ランドマークをジャンクションの近心側に配置します。 軸方向断面の場合は、断面の端点にランドマークを配置します。 矢状断面の場合は、上顎境界の縫合糸の最も外側のポイントにランドマークを配置します。
- ジュガルポイント(J_R、J_L)
- 上顎のジュガル突起の最も深い中点を探します。上顎第一大臼歯とほぼ一致するようにランドマークに注釈を付けます。
- 冠状断面の場合は、ランドマークの位置をジュガルプロセスの断面の曲率の最も深い端に調整することから始めます。軸方向の断面については、骨密度が変化する点で、断面の最も外側の点を探します。矢状断面の場合は、骨密度が変化する点で、断面の最も劣った点を探します。
- 関節窩(Ar_R、Ar_L)-顆頭の最も後方の点、関節窩に近い
- 軸方向断面については、顆の後部曲率の中心付近の最も後方の点を探します。矢状断面については、顆の後方曲率の最も後方の点を探します。冠状断面については、ランドマークが骨上にあることを示す小さな放射線不透過性領域を探します。
- コロノイドプロセス(Cor_R、Cor_L)-コロノイドプロセスの最も優れたポイント
- 矢状断面と冠 状 断面の場合は、ランドマークを 冠状突起の上部に配置します。 軸方向のセクションでは、ランドマークが骨上にあることを示す小さな放射線不透過性領域を探します。
- 関節窩(G_Fos_R、G_Fos_L)
- 顆頭が窩と最大限に関節接合している関節窩上の点を探します。これはドーム型の窩のおおよその中心です。
- 3Dでは、冠状断面を選択して、両方の顆を適度によく示すビューを取得します。このビューで窩の下側の境界上の点を選択して、この点を通る垂直線が顆を大まかに二等分するようにします。これは窩の正確な中心ではないように見える場合があることに注意してください。最大のアーティキュレーションのポイントをターゲットにします(つまり、ほぼ中心に近いか、場合によっては正確な中心)。
- 冠状断面については、関節窩ドーム断面に最も近似した点を探します。矢状断面については、関節窩ドーム断面の最も優れた点を探します。軸方向断面では、他の 2 つのビューが調整されている場合は、特定の微調整を適用しないでください。
- 下顎プロファイル(右と左):顆頭(Co_R、Co_L)、ゴニオン(Go_R、Go_L)、アンテゴニオン(Ag_R、Ag_L)
注:ランドマークは、下顎プロファイルをトレースした後、自動的に注釈が付けられます。- 顆頭を顆の最も後方で優れた点として識別します。ゴニオンを、ラムスと下顎骨の本体の接合部によって形成される角度の最も外側の点として識別します。アンテゴニオンを、下顎骨の本体に結合するラムスの下部境界の凹面の最高点として識別します。
- 一連のポイントで下顎プロファイルをトレースします(トレースを終了します)。下顎ノッチから始めて、顆とラムスのプロファイルを含めます。数ミリメートルごとに複数のポイントを使用して、ゴニオンを含める角度で曲線をたどります。下顎境界の下縁または横縁の点を必ず選択してください。
- プロスティオン(PR)
- 正中線の上顎歯槽突起の最も前点を探します。上顎中央切歯を二等分する矢状切片を選択してください。 側面ビューで、 プロスティオン を選択し、2D ビューを確認します。
- 軸切片については、唇歯槽骨の上顎中切歯の根元部分の中央を特定します。矢状断面については、上顎歯槽突起の最も前方の点を探します。冠状断面については、上顎中切歯の間の正中線を探します。
- A点 - 前鼻棘とプロスタイオン点の間の曲率の前顎骨上の最も深い正中線点
- 3Dでは、上顎中央切歯を二等分する矢状切片を選択します。この飛行機にはプロスティオンがあります(すでにマークされています)。側面ビューで [A 点] を選択し、2D ビューを確認します。
- 軸方向断面の場合は、断面の先端を特定します。矢状断面については、前鼻棘と歯槽突起の間の前上顎骨の湾曲の最も深い点を特定します。冠状断面の場合は、ポイントが正中線にあることを確認します。
- 前鼻脊椎 (ANS)
- 鼻棘の最も前点を探します。上顎中央切歯を二等分する矢状切片を選択してください。この平面には、プロスティオンとAポイント(すでにマークされています)があります。 側面ビューで ANS を選択し、2D ビューを確認します。
- 軸方向の断面については、断面の先端を探します。矢状断面の場合は、鼻棘の最も前点を探します。冠状断面については、小骨部分の中央を探します。
- 後鼻棘(PNS)-硬口蓋の後縁にある口蓋骨の基部の中点
- 3Dでは、上顎中央切歯を二等分する矢状切片を選択します。この平面には、プロスティオン、Aポイント、およびANSがすでにマークされています。側面ビューで PNS を選択し、2D ビューを確認します。
- 軸方向のセクションでは、口蓋底の正中線の最も劣った点を探します。矢状断面については、口蓋骨の中央部の最も後方の点を探します。冠状断面については、口蓋骨の中央部の断面の中点を探します。
- インフラデンテール (Id)
- 最も顕著な下顎内側切歯の歯冠/歯から歯槽突起への移行点を特定します。
- 3Dでは、下顎中切歯を二等分する矢状切片を選択します。側面ビューで [ID] を選択し、2D ビューを確認します。3つの切歯が存在する場合は、平面が中央の歯を二等分することを確認してください。
- 軸断面については、ランドマーク注釈ポイントが、選択した切歯の歯槽骨の最も前方のポイントであることを確認します。矢状切片については、下顎歯槽突起の最も前方の点を特定します。冠状切片の場合は、正中線が選択した切歯を二等分することを確認します。
- B点(B)-下顎骨の最も深い正中線点 インフラデンテールとポゴニオンの間
- 3Dでは、下顎中切歯を二等分する矢状切片を選択します。側面図で B 点を選択し、2D ビューを確認します。
- 軸方向の切片については、下顎中切歯の間、または切歯がない場合は中切歯の切歯の切片の中央を調べます。矢状断面については、下顎結合の前方にある最も深い凹みの点を特定します。冠状切片については、下顎中切歯または中切歯と交差する垂直グリッド線の間を見てください。
- ポゴニオン(ポグ)
- 下顎骨の結合の最も前方の点を特定します。
- 3Dでは、下顎中切歯を二等分する矢状切片を選択します。側面ビューで、ポゴニオンを選択し、2D ビューを確認します。
- 軸断面については、下顎断面と交差する垂直グリッド線を特定します。矢状断面については、結合の最も前方の点を探します。冠状断面については、ランドマークが骨表面に配置されていることを示す小さな骨領域を探します。
- 解剖学的顎骨(Gn) - 矢状中央面の下顎の前縁の最低点
- 3Dでは、下顎中切歯を二等分する矢状切片を選択します。側面ビューで Gn を選択し、2D ビューを確認します。
- 軸断面と冠状断面については、下顎断面と交差する垂直グリッド線を探します。矢状断面については、下顎の前縁の最低点を特定します。
- マントン(私) - 下顎結合の最低点。
- 3Dでは、下顎中切歯を二等分する矢状切片を選択します。側面ビューで、[自分]を選択し、2D ビューを確認します。
- 軸断面については、ランドマークが骨表面に配置されていることを示す小さな骨領域を特定します。矢状断面の場合は、結合断面の最下点を特定します。冠状断面については、結合断面の最も低い中点を探します。
- 上/下右/左切歯プロファイル
注:3つのポイントが必要です:上/下切歯の根元。 軸方向:頂点のセクションの中点。 矢状、冠状:頂点の先端。- 上顎切歯の冠: 軸 切歯と 冠状切開部で、切歯縁の中点を探します。矢 状断面で、切歯縁の先端を特定します。
- 上/下切歯の唇点: 軸方向セクションで、歯の部分の中点を特定します。 矢状セクションで、唇面の最も顕著な点を探します。そして 冠状断面で、点が歯を二分する垂直線にあることを確認します。
- 上部/下部右/左大臼歯プロファイル
注:以下の3点が必要です。- 上臼歯/下臼歯の根: 軸方向セクションで、近心根尖の断面の中点を探します。そして 矢状 部と 冠状部で、近心根頂点の先端を特定します。
- 上臼歯/下臼歯の前尖端:軸断面で、上顎/下顎第一大臼歯の近心頬尖を特定します。矢状部と冠状部では、上顎/下顎第一大臼歯の近心頬側尖を探します。
- 上臼歯の後尖端: 軸方向セクションで、上顎/下顎第一大臼歯の遠位頬尖を探します。 矢 状切 片と冠状切片で、上顎/下顎第一大臼歯の遠位頬尖を特定します。
- 篩形プレート(Cr) - クリスタガリの中央の上位点
- 矢状セクションでは、クリスタガリの最も劣った点を選択してください。軸方向のセクションで、クリスタガリの小さな部分の最も劣った点を探します。冠状セクションでは、クリスタガリの最も優れたポイントを選択します。
- 卵円孔(ForOval_R、ForOval_L) - 卵円孔の最も前内側で優れた点
- 軸方向セクションでは、この点が孔を前内側方向に二等分する平面上にほぼあることを確認してください。矢状部と冠状部では、運河の入り口の下部を見てください。
- オピスティオン(Opi) - 軸方向断面における大孔の後方湾曲の後縁の中点
- 矢状セクションで、大孔の矢状断面の最も劣った点を探します。軸方向と冠状断面で、ランドマークを正中線に配置します。
- 前頭蓋窩(AntCF_R、AntCF_L) - 前頭蓋窩と中頭蓋窩を隔てる境界上の最も前方の上位点
- 3Dでは、窩の曲率に達するまで前から後に向かって軸断面を使用します。複数の境界線が存在する場合は、最も前方の境界線を選択します。
- 軸方向セクションで、前頭蓋窩のセクションの最も前方の点を特定します。矢状断面で、前頭蓋窩の境界の最も優れた点を探します。冠状断面で、前頭蓋窩の断面の最も劣った点を特定します。
- 内部聴道(AcM_R、AcM_L) - 側頭骨の錐体部分の内部聴道の最も後方の外側点
- 軸方向セクションで、曲率が終了する運河の始まりを反映する点を探します。矢状断面で、曲率の後点を探します。冠状断面で、曲率の最も深い点を特定します。
- 舌下管(Hypog_R、Hypog_L)
注:これは運河の最も前内側のポイントです。2つの運河がある場合は、2つの運河の後部を選択し、後管の前縁上の点をマークします。- 軸方向セクションで、曲率が終了する運河の始点を反映する点を特定します。矢状セクションで、曲率の最も深い端を探します。冠状断面では、点が運河を前後内側方向に二等分する軸上にほぼあることを確認してください。
8.注釈付きランドマークによるCBCTスキャンの保存
- [ファイル]メニューから、[保存]または[名前を付けて保存]を選択して別のファイルとして保存し、希望するファイルの種類を選択します。
9.測定値および/またはランドマーク3D座標のエクスポート
- ツールバーから情報の保存/フロッピーディスクアイコンをクリックし、測定値のエクスポートまたはランドマークのエクスポートを選択します。結果を.csvファイル形式でエクスポートします。
Representative Results
検証済みの3Dランドマーク構成の注釈は、ステップバイステップのプロトコルとビデオデモンストレーションを使用して詳細に説明されています。3Dボリューム上の各ランドマークの注釈、および空間の各平面に対応する2D断面図を使用した初期位置の調整に関する具体的な指示が提供されています。ビデオの説明と組み合わせてプロトコルで提供される詳細な方法論に従うことにより、ユーザーは人間のCBCTスキャンを使用してセファロ分析を行う方法を学ぶことができます。
図1 は、現在の構成に含まれる注釈付き3Dランドマークを使用した人間の頭蓋骨のフルヘッドCBCTスキャンの正面図と4分の3図を表しています。記載されているすべてのランドマークはタイプ1とタイプ2です。タイプ1のランドマークは、異なる解剖学的構造の交差点で通常観察される明確に認識可能なポイントを表します。タイプ2のランドマークは、認識可能な解剖学的構造12の輪郭上の最大曲率の点を表す。この分析には、タイプ3または準ランドマークは含まれていませんでした。
ランドマークの注釈が完了した後、ユーザーがエクスポートしてさらに分析できるデータには、セファロ測定と3D座標値の2種類があります。歯骨格不正咬合の診断と評価に必要な主要なセファロ測定の値が提供されます。これらの測定値は、矢状、垂直、横方向の空間の3つの平面すべてにおける骨格と歯の関係の詳細な評価を提供します。各ランドマークの 3D 座標値 (x、y、z) をエクスポートして、角度と直線距離の計算に使用できます。同じ座標の値は、多変量幾何学的形態測定分析(GMA)の実施に使用できます。GMAは、デカルトランドマークおよび/または半ランドマーク座標を利用して形態学的に異なる形状変数をキャプチャできる形状を研究するための方法です。いくつかの統計的手法を使用して、検査された構造のサイズ、位置、または方向を考慮せずに形状を調べることができます。幾何学的形態測定学は現在、ランドマークベースのデータを処理するための形態計測理論の最も確立された体系です。
図1:現在の構成に含まれている注釈付きの3Dランドマークを使用した人間の頭蓋骨のフルヘッドCBCTスキャンの正面図と4分の3図。 この図の拡大版を表示するには、ここをクリックしてください。
補足ファイル1:このプロトコルで使用されるランドマークを含む構成ファイル分析のためにソフトウェアに直接アップロードできます。このファイルをダウンロードするには、ここをクリックしてください。
Discussion
医学と歯学はすでに3Dイメージングの時代に突入しています。頭蓋顔面および歯科画像の分野では、従来のCT装置と比較して更新されたシステムの低放射線とコストの削減、人員の使用校正が容易、最小限の患者の協力で比較的迅速かつ容易な取得、および1回のスキャンから複数の他の診断画像と分析を生成できるため、CBCTスキャンがますます使用されています。したがって、臨床医や研究者は、これらの3D画像の読み取り、診断、分析の方法を知り、頭蓋顔面の成長と発達を3Dで研究する方法を学ぶことが不可欠です。
この分野の臨床医や研究者を支援するために、ヒトCBCTスキャンを使用した3Dセファロ分析の実施に関する段階的なプロトコルとビデオデモンストレーションを紹介します。これらのランドマークは、以前の出版物で以前に定義および検証されており、その精度と再現性が確認されています4。各ランドマークの詳細な改良手順は、ユーザーが各ランドマークの正しい注釈を付けるのにも役立ちます。ランドマークの注釈プロセスは、各ランドマークを配置する領域に対応するスキャンのプリセットビューを使用することでさらに簡素化されます。この機能により、ユーザーの時間と労力を大幅に節約できます。それにもかかわらず、学習曲線が関係しており、正確なランドマークアノテーションを実現するには、ユーザーが練習する必要があります。
このプロトコルで使用される検証済みの3Dランドマーク構成は、顔、上顎、下顎、および頭蓋底の骨格組織を十分にカバーします。このようにして、頭蓋顔面構造の真の形態は、頭蓋顔面複合体およびその構成要素構造の寸法、構成、および配向の評価のためにより正確に表現される。軟組織のランドマークはこのプロトコルに含まれていませんが、ユーザーはプロトコルで説明されているように、提供された構成に選択したランドマークを追加できます。さらに、実用的な理由から、このプロトコルには他の3D分析ソフトウェアの特定の指示を含めることはできませんでしたが、各ユーザーがそれに応じて適合させることができます。
主に臨床医のために生成された標準的なセファロ測定の診断価値とは別に、この分析を使用して3Dランドマーク間の角度と直線距離を計算することで提供される自由により、より詳細で完全な評価を提供する新しいセファロ分析の確立が可能になります。それにもかかわらず、私たちの将来の方向性には、過去に2D規範的価値が作成されたのと同じように、新しいそれぞれの規範的価値を確立することが含まれます。
さらに、頭蓋顔面の臨床および研究分野におけるランドマークベースのGMAのアプリケーションは、急速に発展しています。進化発生生物学と人類学の研究者は、この分析を10年以上使用してきましたが、最近では、歯科矯正学、顎顔面整形外科、頭蓋顔面外科の分野でも新しい臨床応用が発表されています。GMAは、頭蓋顔面症状を伴う先天性疾患の場合の定量的表現型の一部として、ならびに遺伝子変異に起因する微妙な形態学的差異の検出のためにも使用することができる13,14,15,16。さらに、形態計測データと機能解析および遺伝データをリンクさせることによるさまざまな定量的アプローチの統合は、健康なグループおよび疾患グループの頭蓋顔面発達に関する新しい知識を提供することができます。
計算と可視化の最近の進歩により、このタイプの分析の実施はパーソナルコンピュータで実現可能になり、チェックポイント、Geomorph(R統計ソフトウェアのパッケージ)、Amira-Avizo、SlicerMorphなどのいくつかのソフトウェアパッケージがすでに利用可能です。これらのプログラムは、多変量統計解析に不慣れな医療分野の研究者が、組み込みの自動機能を利用できる状態でGMAを実施するのに役立ちます。
Disclosures
著者は利益相反を宣言しません。
Acknowledgments
この研究は、国立衛生研究所(NIH)の国立歯科頭蓋顔面研究所(NIDCR)の学内研究プログラム、およびローズマン大学歯学部の歯科矯正および顎顔面整形外科プログラムの高度な教育によってサポートされました。
Materials
| Name | Company | Catalog Number | Comments |
| Invivo6 Dental Software | Anatomage | N/A | 3D Imaging Software (including 3D analysis module) |
References
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