Waiting
Login processing...

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

Medicine

Tredimensjonal cephalometrisk landemerke merknad demonstrasjon på menneskelig kjeglestråle computertomografi skanner

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

Presentert her er en detaljert protokoll for ledning av tredimensjonal cephalometrisk analyse ved bruk av human keglestråle computertomografi.

Abstract

Craniofacial cephalometric analyse er et diagnostisk verktøy som brukes til vurdering av forholdet mellom ulike bein og bløtvev i hodet og ansiktet. Kefalometrisk analyse har tradisjonelt blitt utført med bruk av 2D-røntgenbilder og landemerkesett og begrenset til størrelse, lineære og vinkelmålinger og 2D-forhold. Den økende bruken av 3D-kjeglestråle computertomografi (CBCT) skanner i tannfeltet dikterer behovet for utviklingen til 3D cephalometric analyse, som inkorporerer form og en mer realistisk analyse av langsgående utvikling i alle tre plan. Denne studien er en demonstrasjon av 3D-cefalometrisk analyse ved bruk av et validert sett med skjelettvevslandemerker på humane CBCT-skanninger. Detaljerte instruksjoner for merknaden til hvert landemerke på et 3D-volum er gitt som en del av en trinnvis protokoll. De genererte målingene og 3D-koordinatene til landemerkene kan eksporteres og brukes både til kliniske og forskningsformål. Innføringen av 3D cephalometric analyse i grunnleggende og kliniske kraniofacial studier vil føre til fremtidige fremskritt innen kraniofacial vekst og utvikling.

Introduction

Kefatometrisk analyse, som undersøker tann- og skjelettforholdene til den menneskelige skallen, er den kliniske anvendelsen av cefalometri. I tillegg til antropologer, utviklingsbiologer, rettsmedisinske eksperter og kraniofacial forskere som studerer menneskelig evolusjon og kraniofacial utvikling, brukes den av muntlige helsepersonell, inkludert tannleger, ortodontister og orale og maxillofacial kirurger, som et behandlingsplanleggingsverktøy. De tidligste institusjonene som brukte cefalometrisk analyse i kjeveortopedi var Hofrath i Tyskland og Broadbent i USA i 1931 1,2,3. Hovedmålet med analysen var å gi en teoretisk og praktisk ressurs for å evaluere kraniofacial proporsjoner av et individ og å definere den anatomiske kilden til maloklusjon1. Dette gjorde det mulig å spore vekstmønsteret til maxillaen og kjeven deres, deres relasjonelle posisjoner i rommet som skulle overvåkes, og endringer i bløtvev og tannforskyvning som skulle observeres. Som et resultat kunne endringer forårsaket av kjeveortopedisk behandling overvåkes, og skjelett- og tannforhold kunne karakteriseres for en diagnose som skal stilles for behandlingsplanlegging. Evaluering av dentofacial kompleks ble gjort ved å sammenligne en pasients cephalometriske sporing med referanseverdier som var representative for en normal befolkning av lignende alder, rase og etnisitet1.

Den tradisjonelle analysemetoden besto av en todimensjonal (2D) avbildning av tredimensjonale (3D) strukturer 4,5. Et stort tilbakeslag for denne teknikken er forvrengning og forstørrelse av anatomiske strukturer via konvensjonell røntgenavbildning på vanlig film eller digitale formater, noe som kan føre til unøyaktige cefalometriske sporinger og tolkninger 6,7. Den første introduksjonen av 3D-avbildning i form av aksial computertomografi (CT) og spiral CT inkluderte ikke dentale eller ikke-medisinske applikasjoner på grunn av høye kostnader og høye stråledoser. Imidlertid reduserte fremveksten av cone beam computed tomography (CBCT) -skanninger disse bekymringene, da utgifter og stråledoser var betydelig lavere enn CT1. Skiftet i denne bildefortellingen galvaniserte den utbredte bruken av CBCT i kjeveortopedi for forbedring i diagnose og behandlingsplanlegging. Den største fordelen med 3D-avbildning over den konvensjonelle 2D-bildeteknikken er at 3D gjør det mulig for undersøkeren å se anatomiske strukturer uten overlegg og romlige forvrengninger (dvs. hodeposisjonen til individet). Derfor er en mye mer nøyaktig posisjonering av de anatomiske landemerkene som brukes til ledning av cephalometrisk analyse, spesielt i tilfeller av ansiktsasymmetri. Videre kan et mye større anatomisk område analyseres.

En av de siste fremskrittene innen cephalometri er implementeringen av dyp læring (DL) for automatisert landemerkedeteksjon 8,9,10,11. Selv om resultatene av disse studiene er lovende, er nøyaktighetsnivåene i plasseringen av landemerkene ennå ikke tilfredsstillende. Videre bruker de fleste av disse studiene relativt små landemerkesett som er avledet fra tidligere 2D cefalometriske analyser, noe som gir utilstrekkelig dekning av kranialbasen, noe som er en viktig struktur for studiet av kraniofacial vekst og utvikling. Denne demonstrasjonsvideoen viser i detalj en metodikk for gjennomføring av manuell, høy nøyaktighet 3D cephalometric analyse ved bruk av et validert sett med 3D skjelettvev landemerker som dekker områdene i ansiktet, kraniale basen, kjeven, og tennene for bruk i kliniske og forskningsstudier som involverer CBCT imaging4. Et eksempel på en fullført 3D-analyse kan ses i figur 1.

Protocol

Denne protokollen følger retningslinjene til de humane forskningsetiske komiteene i Institutional Review Boards of the National Institutes of Health (NIDCR IRB # 16-D-0040) og Roseman University of Health Sciences. Se materialfortegnelsen for detaljer relatert til programvaren som brukes i denne protokollen. Den samme protokollen kan følges ved bruk av forskjellig programvare, etter justeringer basert på deres spesifikke innstillinger og tekniske detaljer. CBCT-skanningene som ble brukt til å lage figuren som er inkludert i dette papiret, samt videodemonstrasjonen, er anonymisert før bruk, og informert samtykke er innhentet fra fagene, slik at skanningene deres kan brukes i forskningsrelaterte publikasjoner. Begge fagene ble sett på NIH Dental Clinic, hvor skanningene ble anskaffet (Planmeca ProMax 3D-system; lavdosemodus, 400 μm oppløsning) og hadde blitt samtykket til en NIH IRB-godkjent protokoll (NCT02639312).

1. Laste opp CBCT-skanningen og visningen i 3DAnalysis-modulen

  1. Åpne den refererte programvaren og klikk på bla gjennom filen. Velg skanningen som skal analyseres, og klikk åpne.
  2. Gå til 3DAnalyse-modulen.

2. Laste opp en landemerkekonfigurasjonsfil

  1. I 3DAnalyse-modulen klikker du på ikonet Lagre informasjonsdiskett . Velg deretter Last inn en konfigurasjon og bla gjennom etter konfigurasjonsfilen.
    MERK: Konfigurasjonsfilen inkludert landemerkene som brukes av forfatterne, er inkludert som tilleggsfil 1.

3. Koordiner systemoppsett

  1. Klikk på Reorientering-ikonet .
  2. I vinduet som åpnes, velg alternativet Ved å velge landemerker. Dette gjør det mulig for brukeren å orientere alle skanningene på samme måte, noe som er viktig hvis 3D-koordinatverdiene skal sammenlignes. Alternativene som er valgt for denne protokollen, er: N somO-rigin-landemerke, Trepunktsdefinisjon med landemerker Eller R, Eller L, Po L og Definer A-P-akse (midt-sagittalplanet) med landemerker N og Ba.

4. CBCT skanne bildejusteringer

  1. Juster lysstyrke og kontrast for å redusere bildestøy fra menyen på venstre side av skjermen.
  2. Zoom inn og ut ved å holde nede Ctrl-tasten og venstreklikke samtidig og skyve over skjermen. Flytt bildet på en kroppslig måte ved å holde nede Shift-tasten og venstreklikke samtidig og skyve over skjermen. Aktiver Beskjæring fra innstillingsmenyen for å opprette seksjonsvisninger i alle romplan.

5. Tillegg av nye landemerker

  1. Fra Innstillinger-menyen , som har et verktøyikon, klikker du på landemerker for å vise en liste over tilgjengelige landemerkealternativer, og velger deretter landemerket du ønsker.
  2. Hvis du vil angi en standardvisning for landemerker, velger du sporingsoppgave, klikker på oppsett, velger landemerke, angir visningen etter ønske og klikker på bruk gjeldende visningsinnstillinger. Gjenta trinnene ovenfor for å endre standardvisningen for eventuelle ekstra landemerker.

6. Merknad av 3D anatomiske landemerker

  1. Fra toppen av menyen til venstre på skjermen velger du Opprett sporing. I vinduet som åpnes, klikk på Start i venstre nedre hjørne av vinduet. Begynn å kommentere 3D-landemerkene ved å venstreklikke direkte på 3D-volumet på stedet der landemerket skal plasseres basert på definisjonen.
  2. Bekreft og juster plasseringen av landemerket ved hjelp av seksjonsvisningene til høyre på skjermen. Hvis de ikke vises, velger du Stykkelokalisator fra layoutvalgmenyen til venstre. Hvis du vil bekrefte plasseringen av et landemerke, klikker du Stopp og velger ønsket visning for å visualisere landemerket. Når du er bekreftet, fortsett å plassere de resterende landemerkene.
  3. For å endre posisjonen til landemerket ved bruk av 3D-volumet, stopp analysen ved å klikke på Stopp nederst på menyen Sporingsoppgaver , klikk på landemerkepunktet som skal flyttes, og dra det til den nye ønskede posisjonen.
  4. Hvis du vil kommentere et landemerke på nytt, dobbeltklikker du på den merkede firkanten ved siden av landemerket og svarer Ja på oppfølgingsspørsmålet.

7. Definisjon og spesifikke merknadsinstruksjoner for hvert 3D-landemerke

  1. Basion (Ba) – midtpunktet på fremre kant av foramen magnums fremre krumning
    1. For den aksiale delen, se etter den dypeste enden av krumningen av delen av foramen magnum. For sagittalseksjonen, se etter det bakre punktet i midtseksjonen av foramen magnum. For koronaseksjonen, se etter det nedre midtpunktet av krumningen av foramen magnum.
  2. Porion (Po_R, Po_L) - det mest overlegne, bakre og ytre punktet som ligger i øvre marg av hver øregang (ekstern auditiv meatus)
    1. For den aksiale delen, se etter kanten av marginen til den eksterne hørbare meatusen. For sagittalseksjonen , se etter skjæringspunktet mellom eustachianrøret og den benete kanalen. For koronalseksjonen, se etter midtpunktet på den nedre grensen til den øvre krumningen. Den vertikale linjen gjennom punktet skjærer omtrent øregangen.
  3. Nasion (N)-skjæringspunktet mellom suturen mellom frontalbenet og nesebenene (fronto-nasal sutur)
    1. For den aksiale delen, se etter suturens midtpunkt/krumningshøyde. For sagittalseksjonen, se etter det fremre punktet av suturen der front- og nesebenene møtes. For koronalseksjonen, se etter midten av fronto-nasal suturen. Den vertikale linjen gjennom den skjærer omtrent nesen.
  4. Orbitale (Or_R, Or_L) - det mest antero-underlegne punktet på den nedre orbitalkanten
    1. Sett frontvisningen (benete vindu) som standard og klipp aksialt fra underordnet til overlegen til krumningen av banens nedre margin er nådd for å finne det dårligste punktet på banens nedre krumning.
    2. Bruk 2D-visninger for å bekrefte at landemerket er på beinet. Juster sagittal- og koronaseksjonene for å gjenspeile den fremre posisjoneringen av orbitale. Sørg for at landemerket er fremre i posisjon akkurat til det punktet hvor orbitalkanten begynner å bøye seg ut.
  5. Supraorbitale (SOr_R, SOr_L) – det mest overlegne og fremre punktet på den øvre orbitalranden
    1. Sett frontvisningen som standard i 3D-volumet og klipp gradvis aksialt fra overlegen til underordnet til krumningen av banens øvre margin er nådd for å finne det mest overlegne punktet på banens øvre kant.
      MERK: Unngå å markere supraorbital hakk på grunn av sin variable anatomi.
    2. Juster sagittal- og koronaseksjonene for å gjenspeile den fremre plasseringen av landemerket. Sørg for at landemerket er fremre i posisjon akkurat til det punktet hvor orbitalkanten begynner å bøye seg ut.
  6. Sella midtpunkt (sella)
    1. Se etter midten av sella turcica eller hypophyseal fossa, som er en sadelformet depresjon i kroppen av sphenoidbenet, hvor hypofysen eller hypofysen er plassert. Juster landemerket til midten av sella turcica i alle plan.
    2. For sagittalseksjonen, plasser landemerket i midten av sella turcica. For aksiale og koronale seksjoner, juster visningene tilsvarende.
  7. Sella inferior (Si)-det mest underlegne og sentrale punktet på konturen av sella turcica i samme plan som sella
    1. For sagittalseksjonen, start med å plassere landemerket på det dårligste punktet i sagittaldelen av sella turcica. For aksiale og koronale seksjoner, juster posisjonen til å være midt i seksjonen.
  8. Sella posterior (Sp)-det bakerste og mest sentrale punktet på konturen av sella turcica i samme plan som sella
    1. For sagittalseksjonen, start med å plassere landemerket på det bakre punktet i den sagittale delen av sella turcica. For aksiale og koronale seksjoner, juster posisjonen til å være midt i seksjonen.
  9. Clinoid prosess (Cl) - det antero-overlegne punktet på konturen av den fremre clinoidprosessen i samme plan som sella
    1. For sagittalseksjonen, start med å plassere landemerket på det mest antero-overlegne punktet i konturen til clinoidprosessen. For aksiale og koronale seksjoner, juster posisjonen til å være midt i seksjonen.
  10. Zygomatisk bue (ZygArch_R, ZygArch_L)
    1. Se etter det mest latero-underordnede punktet på omrisset av den zygomatiske buen. Sørg for at skallen er riktig orientert og de zygomatiske buene ses tydelig og "vinkelrett" fra den submentale visningen.
      MERK: Hvis hodeskallen er skråstilt, vil nøyaktig landemerkemerknad bli kompromittert.
    2. For den aksiale delen, plasser landemerket på det mest laterale og underordnede punktet på krumningen til den zygomatiske buen. For sagittalseksjonen, plasser landemerket på det dårligste punktet i seksjonen. For koronaseksjonen, plasser landemerket på det mest laterale punktet i seksjonen.
  11. Frontozygomatisk sutur (FronZyg_R, FronZyg_L)-det antero-laterale punktet på frontozygomatisk sutur.
    1. For sagittalseksjonen, sørg for at suturen er tydelig synlig i seksjonen. Plasser landemerket på det fremste punktet på delen av frontbenet ved siden av suturen. For aksiale og koronale seksjoner, se etter det mest overlegne punktet i seksjonen.
  12. Nesehulen (NasCav_R, NasCav_L) – krysset mellom sideveggen i nesen, pyriformranden/nesegulvet og maxillaens øvre kant
    1. Trippelkrysset sees best i koronalseksjonen. Start med å plassere landemerket på mesialsiden av krysset. For den aksiale delen plasserer du landemerket ved endepunktet til seksjonen. For sagittalseksjonen, plasser landemerket på det mest laterale punktet av suturen på den maksillære grensen.
  13. Jugalpunkt (J_R, J_L)
    1. Se etter det dypeste midtpunktet i den jugale prosessen til maxillaen. Kommenter landemerket slik at det stort sett er i tråd med den maksillære første jekslen.
    2. For koronalseksjonen, start med å justere landemerkeposisjonen til den dypeste enden av krumningen i delen av jugalprosessen. For den aksiale delen, se etter det mest laterale punktet i seksjonen, på det punktet hvor bein tettheten endres. For sagittalseksjonen, se etter det dårligste punktet i seksjonen, på det punktet hvor bein tettheten endres.
  14. Articulare (Ar_R, Ar_L) – det bakerste punktet på kondylærhodet, nærmere glenoid fossa
    1. For den aksiale delen, se etter det mest bakre punktet rundt midten av kondylens bakre krumning. For sagittalseksjonen, se etter det mest bakre punktet på kondylens bakre krumning. For koronalseksjonen, se etter det lille røntgentette området som indikerer at landemerket er på beinet.
  15. Coronoid prosess (Cor_R, Cor_L) - det mest overlegne punktet i coronoid prosessen
    1. For sagittal - og koronaseksjonene, plasser landemerket på toppen av koronoidprosessen. For den aksiale delen, se etter det lille røntgentette området som indikerer at landemerket er på beinet.
  16. Glenoid fossa (G_Fos_R, G_Fos_L)
    1. Se etter et punkt på glenoid fossa hvor kondylærhodet er i maksimal artikulasjon med fossa. Dette er det omtrentlige senteret av den kuppelformede fossa.
    2. I 3D velger du koronalseksjonen for å få en visning som viser begge kondylene rimelig godt. Velg et punkt på fossaens nedre grense i denne visningen slik at en vertikal linje gjennom dette punktet omtrent skjærer kondylen; Vær oppmerksom på at dette kanskje ikke ser ut til å være det nøyaktige sentrum av fossa. Mål punktet for maksimal artikulasjon (dvs. omtrent nær sentrum eller det nøyaktige sentrum i noen tilfeller).
    3. For koronalseksjonen, se etter det mest omtrentlige punktet til glenoid fossa kuppelseksjonen. For sagittalseksjonen, se etter det mest overlegne punktet i glenoid fossa-kuppelseksjonen. For den aksiale delen må du ikke bruke noen spesifikk finjustering hvis de to andre visningene er justert.
  17. Mandible profil (høyre og venstre): condylion (Co_R, Co_L), gonion (Go_R, Go_L), antegonion (Ag_R, Ag_L)
    MERK: Landemerkene annoteres automatisk etter sporing av mandibulær profil.
    1. Identifiser kondylion som det mest bakre og overlegne punktet på kondylen. Identifiser gonionen som det mest utadvendte punktet på vinkelen dannet av krysset mellom ramus og mandibelens kropp. Identifiser antegonionen som det høyeste punktet på konkavitet av ramusens nedre grense hvor den knytter seg til mandibelens kropp.
    2. Spor mandibulær profil med en rekke punkter (dobbeltklikk eller høyreklikk for å fullføre sporingen). Start fra mandibulær hakk og inkluder condylar og ramus profiler. Følg kurven i vinkelen for å inkludere gonionen ved å bruke flere punkter med noen millimeters mellomrom. Pass på å velge punkter på den nedre eller laterale marginen til mandibulær grensen.
  18. Prosthion (Pr)
    1. Se etter det fremste punktet i den maksillære alveolære prosessen i midtlinjen. Velg en sagittal seksjon som skjærer de maksillære sentrale fortennene. Velg Prosthion i sidevisning, og bekreft 2D-visningene.
    2. For den aksiale delen, identifiser midten av rotseksjonene av de maksillære sentrale snittene på labial alveolar bein. For sagittalseksjonen, se etter det fremste punktet i den maksillære alveolære prosessen. For koronaseksjonen, se etter midtlinjen mellom de maksillære sentrale fortennene.
  19. A-punkt - det dypeste midtlinjepunktet på premaxillaen av krumningen mellom den fremre nasale ryggraden og prosthionpunktet
    1. I 3D, velg en sagittal seksjon som skjærer de maksillære sentrale fortennene. Dette flyet vil ha prosthion (allerede merket). Velg A-punkt i sidevisning og bekreft 2D-visningene.
    2. For den aksiale delen, identifiser spissen av seksjonen. For sagittalseksjonen, identifiser det dypeste punktet i krumningen av premaxillaen mellom den fremre nasale ryggraden og den alveolære prosessen. For koronaseksjonen, sørg for at punktet er i midtlinjen.
  20. Fremre neseryggrad (ANS)
    1. Se etter det mest fremre punktet i neseryggraden. Velg en sagittal seksjon som skjærer de maksillære sentrale fortennene. Dette flyet vil ha prosthion og A-punktet (allerede merket). Velg ANS i sidevisning og bekreft 2D-visningene.
    2. For den aksiale delen, se etter spissen av seksjonen. For sagittalseksjonen, se etter det mest fremre punktet i neseryggraden. For koronalseksjonen, se etter midten av den lille beinseksjonen.
  21. Posterior nasal ryggrad (PNS)-midtpunktet av basen av palatine bein på bakre kanten av den harde ganen
    1. I 3D, velg en sagittal seksjon som skjærer de maksillære sentrale fortennene. Dette flyet vil ha prosthion, A-punkt og ANS allerede merket. Velg PNS i sidevisning og bekreft 2D-visningene.
    2. For den aksiale delen, se etter det dårligste punktet på midtlinjen til palatinbasen. For sagittalseksjonen, se etter det mest bakre punktet i midtseksjonen av palatinbenet. For koronalseksjonen, se etter midtpunktet i delen av midtseksjonen av palatinbenet.
  22. Infradentale (Id)
    1. Identifiser overgangspunktet fra kronen/tannen til den mest fremtredende mandibulære mediale fortennen til alveolarprojeksjonen.
    2. I 3D velger du en sagittale seksjon som skjærer den mandibulære sentrale fortennen. Velg ID i sidevisning, og bekreft 2D-visningene. Hvis tre fortenner er til stede, må du sørge for at flyet skjærer den midterste tannen.
    3. For den aksiale delen, bekreft at landemerkemerknadspunktet er det fremste punktet på det alveolære beinet til den valgte fortennen. For sagittalseksjonen, identifiser det fremre punktet i den mandibulære alveolære prosessen. For koronaseksjonen, sørg for at midtlinjen skjærer den valgte fortennen.
  23. B-punkt (B) - det dypeste midtlinjepunktet på mandibelen mellom infradentale og pogonion
    1. I 3D velger du en sagittal seksjon som skjærer de mandibulære sentrale fortennene. Velg B-punkt i sidevisning og bekreft 2D-visningene.
    2. For den aksiale delen, se mellom de mandibulære sentrale snittene, eller i midten av delen av midtsnittet hvis en snitt mangler. For sagittalseksjonen, identifiser punktet for den dypeste konkavitet anteriort på mandibulær symfyse. For koronaseksjonen, se mellom de mandibulære sentrale snittene eller den vertikale rutenettlinjen som krysser det midterste snittet.
  24. Pogonion (Pog)
    1. Identifiser det fremre punktet på symfysen av mandibelen.
    2. I 3D velger du en sagittal seksjon som skjærer de mandibulære sentrale fortennene. Velg Pogonion i sidevisning, og bekreft 2D-visningene.
    3. For den aksiale delen, identifiser den vertikale rutenettlinjen som krysser den mandibulære delen. For sagittalseksjonen, se etter det fremste punktet i symfysen. For koronalseksjonen, se etter det lille osseøse området som indikerer at landemerket er plassert på beinoverflaten.
  25. Anatomisk gnathion (Gn) - det laveste punktet på den fremre marginen av underkjeven i midt-sagittalplanet
    1. I 3D velger du en sagittal seksjon som skjærer de mandibulære sentrale fortennene. Velg Gn i sidevisning, og bekreft 2D-visningene.
    2. For aksiale og koronale seksjoner, se etter den vertikale rutenettlinjen som krysser den mandibulære delen. For sagittalseksjonen, identifiser det laveste punktet på den fremre kanten av underkjeven.
  26. Menton (Me) - det laveste punktet i mandibulær symfyse.
    1. I 3D velger du en sagittal seksjon som skjærer de mandibulære sentrale fortennene. Velg Meg i sidevisning, og bekreft 2D-visningene.
    2. For den aksiale delen, identifiser det lille osseøse området som indikerer at landemerket er plassert på beinoverflaten. For sagittalseksjonen, identifiser det laveste punktet i symfyseseksjonen. For koronalseksjonen, se etter det laveste midtpunktet i symfyseseksjonen.
  27. Øvre/nedre høyre/venstre snittprofil
    MERK: Tre punkter kreves: roten til øvre/nedre snitt; Aksial: midtpunktet i delen av toppunktet; Sagittal, Coronal: spissen av toppunktet.
    1. I kronen på øvre/nedre snitt: i aksiale og koronale seksjoner, se etter midtpunktet på snittkanten; Og i sagittalseksjonen, identifiser spissen av snittkanten.
    2. I labialpunktet på øvre/nedre fortenn: i den aksiale delen, identifiser midtpunktet på tannseksjonen; i sagittal-delen, se etter det mest fremtredende punktet på labialoverflaten; Og i koronalseksjonen, sørg for at punktet er i den vertikale linjen som krysser tannen.
  28. Øvre/nedre høyre/venstre molarprofil
    MERK: Følgende tre punkter kreves.
    1. Rot av øvre / nedre molar: i den aksiale delen, se etter midtpunktet i delen av mesialrotens apex; Og i sagittal og koronale seksjoner, identifiser spissen av mesialrotapexet.
    2. Anterior cusp av øvre/nedre molar: i den aksiale delen, identifiser mesial-bukkal cusp av maxillary / mandibular første molar; I sagittal - og koronaseksjonene, se etter mesial-bukkal cusp av den maksillære / mandibulære første molaren.
    3. Bakre cusp av den øvre molaren: i den aksiale delen, se etter den distale bukkale cusp av den maksillære / mandibulære første molaren; I sagittal - og koronaseksjonene identifiserer du distal-bukkal cusp av den maksillære / mandibulære første molaren.
  29. Cribriform plate (Cr) - det midterste overordnede punktet på crista galli
    1. I sagittalseksjonen velger du det dårligste punktet på crista galli. I den aksiale delen, se etter det dårligste punktet på den lille delen av crista galli. I koronalseksjonen velger du det mest overlegne punktet på crista galli.
  30. Foramen ovale (ForOval_R, ForOval_L) - det mest antero-mediale og overlegne punktet på foramen ovale
    1. I den aksiale delen må du sørge for at dette punktet ligger omtrent på et plan som skjærer foramen i antero-medial retning. I sagittal - og koronaseksjonene, se på bunnen av kanalinngangen.
  31. Opisthion (Opi) - midtpunktet på den bakre kanten av den bakre krumningen av foramen magnum i den aksiale delen
    1. I sagittalseksjonen, se etter det dårligste punktet i den sagittale delen av foramen magnum. I aksiale og koronale seksjoner plasserer du landemerket i midtlinjen.
  32. Fremre skallegrop (AntCF_R, AntCF_L) - det fremste overlegne punktet på grensen som skiller fremre og midtre skallegrop
    1. I 3D, bruk den aksiale delen, gå fra fremre til bakre til krumningen av fossa er nådd. Hvis mer enn én kantlinje er til stede, velger du den fremste grensen.
    2. I den aksiale delen, identifiser det mest fremre punktet i delen av den fremre kraniale fossa. I sagittalseksjonen, se etter det mest overlegne punktet på grensen til den fremre kraniale fossa. I koronalseksjonen identifiserer du det dårligste punktet i delen av den fremre kraniale fossa.
  33. Intern akustisk meatus (AcM_R, AcM_L) - det bakre laterale punktet på den indre akustiske meatus på petrousdelen av temporal bein
    1. I den aksiale delen, se etter punktet som reflekterer begynnelsen av kanalen der krumningen slutter. I sagittalseksjonen, se etter det bakre punktet på krumningen. I koronalseksjonen, identifiser det dypeste punktet på krumningen.
  34. Hypoglossalkanalen (Hypog_R, Hypog_L)
    MERK: Dette er det mest antero-mediale punktet på kanalen. I tilfelle det er to kanaler, velg den bakre av de to kanalene og merk punktet på den fremre grensen til den bakre kanalen.
    1. I den aksiale delen, identifiser punktet som reflekterer begynnelsen av kanalen der krumningen slutter. I sagittalseksjonen, se etter den dypeste enden av krumningen. I koronalseksjonen må du sørge for at punktet ligger omtrent på aksen som krysser kanalen i antero-medial retning.

8. Lagring av CBCT-skanningen med kommenterte landemerker

  1. Fra Fil-menyen velger du Lagre eller Lagre som for å lagre som en separat fil, og deretter velger du den foretrukne filtypen.

9. Eksporter målinger og/eller 3D-koordinater

  1. Klikk på ikonet Lagre informasjon / diskett fra verktøylinjen, og velg deretter enten Eksporter målinger eller Eksporter landemerker. Eksporter resultatene i .csv filformat.

Representative Results

Merknaden til en validert 3D-landemerkekonfigurasjon er beskrevet i detalj ved bruk av en trinnvis protokoll og videodemonstrasjon. Spesifikke instruksjoner er gitt for merknaden til hvert landemerke på 3D-volumet, samt forfining av deres opprinnelige posisjoner ved hjelp av 2D-seksjonsvisningene som tilsvarer hvert romplan. Ved å følge den detaljerte metodikken gitt i protokollen i kombinasjon med videoinstruksjonene, kan brukeren lære å utføre cefaometrisk analyse ved bruk av humane CBCT-skanninger.

Figur 1 representerer frontale og trekvartvisninger av en full CBCT-skanning av en menneskeskalle med de kommenterte 3D-landemerkene inkludert i gjeldende konfigurasjon. Alle de beskrevne landemerkene er Type 1 og Type 2. Type 1 landemerker representerer tydelig gjenkjennelige punkter som vanligvis observeres ved krysset mellom forskjellige anatomiske strukturer. Type 2 landemerker representerer punkter med maksimal krumning på konturen av gjenkjennelige anatomiske strukturer12. Ingen type 3 eller semi-landemerker ble inkludert i denne analysen.

Etter ferdigstillelse av merknaden til landemerkene er det to typer data som kan eksporteres og analyseres videre av brukeren: cephalometrisk måling og 3D-koordinatverdier. Verdiene av viktige cefalometriske målinger som kreves for diagnostisering og vurdering av dentoskeletal maloklusjon er gitt. Disse målingene gir en detaljert vurdering av skjelett- og tannforholdene i alle tre plan i rommet: sagittal, vertikal og tverrgående. 3D-koordinatverdiene (x, y, z) for hvert landemerke kan eksporteres og brukes til beregning av vinkler og lineære avstander. Verdiene til de samme koordinatene kan brukes til ledning av multivariat geometrisk morfometrisk analyse (GMA). GMA er en metode for å studere form som kan fange morfologisk forskjellige formvariabler ved hjelp av kartesiske landemerke og / eller semi-landemerkekoordinater. Flere statistiske teknikker kan brukes til å undersøke form, uten å ta hensyn til størrelsen, plasseringen eller orienteringen av de undersøkte strukturer. Geometrisk morfometri er for tiden den mest etablerte kroppen av morfometrisk teori for håndtering av landemerkebaserte data.

Figure 1
Figur 1: Frontal og tre fjerdedeler visninger av et fullt hode CBCT-skanning av en menneskeskalle med de kommenterte 3D-landemerkene inkludert i gjeldende konfigurasjon. Klikk her for å se en større versjon av denne figuren.

Tilleggsfil 1: Konfigurasjonsfil inkludert landemerkene som brukes i denne protokollensom kan lastes direkte opp til programvaren for analyse. Klikk her for å laste ned denne filen.

Discussion

Medisin og odontologi har allerede gått inn i 3D-bildebehandlingstiden. I disiplinene kraniofacial og dental bildebehandling blir CBCT-skanninger i økende grad brukt på grunn av den lave strålingen og reduserte kostnadene for de oppdaterte systemene sammenlignet med tradisjonelle CT-maskiner, enkel kalibrering av personellbruk, relativt rask og enkel anskaffelse med minimalt pasientsamarbeid, samt muligheten til å generere flere andre diagnostiske bilder og analyser fra en enkelt skanning. Derfor er det viktig for klinikere og forskere å vite hvordan man leser, diagnostiserer og analyserer disse 3D-bildene, samt lærer å studere kraniofacial vekst og utvikling i 3D.

For å hjelpe klinikere og forskere på dette feltet, presenterer vi en trinnvis protokoll og videodemonstrasjon for gjennomføring av 3D cephalometrisk analyse ved bruk av humane CBCT-skanninger. Disse landemerkene er tidligere definert og validert i en tidligere publikasjon, der nøyaktigheten og repeterbarheten ble bekreftet4. De detaljerte instruksjonene for finjustering for hvert landemerke hjelper også brukerne med riktig merknad for hvert landemerke. Merknadsprosessen for landemerker forenkles ytterligere ved bruk av forhåndsinnstilte visninger av skanningen som tilsvarer området som hvert landemerke skal plasseres. Denne funksjonen sparer betydelig tid og krefter for brukeren. Likevel er det en læringskurve involvert, og praksis kreves av brukerne for å oppnå nøyaktig landemerkemerknad.

Den validerte 3D-landemerkekonfigurasjonen som brukes i denne protokollen, gir tilstrekkelig dekning av skjelettvevet i ansiktet, maxilla, mandibelen og kranialbasen. På denne måten er den sanne morfologien til kraniofacial strukturer mer nøyaktig representert for evaluering av dimensjonene, konfigurasjonen og orienteringen til kraniofacial komplekset og dets komponentstrukturer. Bløtvevslandemerker er ikke inkludert i denne protokollen, men brukere kan legge til valgfrie landemerker i den angitte konfigurasjonen, som beskrevet i protokollen. I tillegg kan denne protokollen av praktiske grunner ikke inneholde spesifikke instruksjoner for annen 3D-analyseprogramvare, men kan tilpasses tilsvarende av hver bruker.

Bortsett fra den diagnostiske verdien av de genererte standard cefalometriske målingene, hovedsakelig for klinikere, vil friheten som tilbys ved bruk av denne analysen til å beregne vinkler og lineære avstander mellom 3D-landemerker, tillate etablering av nye cefalometriske analyser som vil gi mer detaljerte og komplette vurderinger. Likevel inkluderer vår fremtidige retning å etablere nye respektive normative verdier, på samme måte som 2D-normative verdier ble skapt tidligere.

Videre utvikler anvendelsene av landemerkebasert GMA i kraniofacial klinisk og forskningsfelt i et raskt tempo. Forskere innen evolusjons- og utviklingsbiologi og antropologi har brukt denne analysen i mer enn et tiår, men nye kliniske anvendelser har også nylig blitt presentert innen kjeveortopedi, dentofacial ortopedi og kraniofacial kirurgi. GMA kan også brukes som en del av en kvantitativ fenotyping ved medfødte sykdommer med kraniofaciale manifestasjoner, samt for påvisning av subtile morfologiske forskjeller som tilskrives genmutasjoner13,14,15,16. I tillegg kan integrering av ulike kvantitative tilnærminger ved å koble morfometriske data med funksjonsanalyse samt genetiske data gi ny kunnskap om kraniofacial utvikling i friske, så vel som sykdomsgrupper.

På grunn av nylige fremskritt innen beregning og visualisering, er gjennomføringen av denne typen analyse nå mulig på personlige datamaskiner, med flere programvarepakker som allerede er tilgjengelige, inkludert Checkpoint, Geomorph (en pakke med R statistisk programvare), Amira-Avizo og SlicerMorph. Disse programmene kan hjelpe forskere på de medisinske feltene som kanskje ikke er kjent med multivariate statistiske analyser for å gjennomføre GMA med tilgjengeligheten av innebygde automatiserte funksjoner.

Disclosures

Forfatterne oppgir ingen interessekonflikter.

Acknowledgments

Denne forskningen ble støttet av det intramurale forskningsprogrammet fra National Institute of Dental and Craniofacial Research (NIDCR) fra National Institutes of Health (NIH), og Advanced Education in Orthodontics and Dentofacial Orthopedics program fra Roseman University College of Dental Medicine.

Materials

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

DOWNLOAD MATERIALS LIST

References

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

Tags

Medisin utgave 199
Tredimensjonal cephalometrisk landemerke merknad demonstrasjon på menneskelig kjeglestråle computertomografi skanner
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