Tredimensionell kefalometrisk landmärkeanteckningsdemonstration på datortomografiskanningar av mänsklig konstråle

Summary

Här presenteras ett detaljerat protokoll för ledning av tredimensionell kefalometrisk analys med användning av humana konstråledatortomografiskanningar.

Abstract

Kraniofacial cefalometrisk analys är ett diagnostiskt verktyg som används för bedömning av förhållandet mellan olika ben och mjuka vävnader i huvud och ansikte. Kefalometrisk analys har traditionellt utförts med användning av 2D-röntgenbilder och landmärkeuppsättningar och begränsad till storlek, linjära och vinkelmätningar och 2D-relationer. Den ökande användningen av 3D-konstråledatortomografi (CBCT) -skanningar inom tandområdet dikterar behovet av utvecklingen till 3D-kefalometrisk analys, som innehåller form och en mer realistisk analys av longitudinell utveckling i alla tre planen. Denna studie är en demonstration av 3D-kefalometrisk analys med användning av en validerad uppsättning skelettvävnadsmärken på humana CBCT-skanningar. Detaljerade instruktioner för anteckning av varje landmärke på en 3D-volym tillhandahålls som en del av ett steg-för-steg-protokoll. De genererade mätningarna och 3D-koordinaterna för landmärkena kan exporteras och användas både för kliniska och forskningsändamål. Införandet av 3D-kefalometrisk analys i grundläggande och kliniska kraniofaciala studier kommer att leda till framtida framsteg inom kraniofacial tillväxt och utveckling.

Introduction

Kefalometrisk analys, som undersöker tand- och skelettförhållandena hos den mänskliga skallen, är den kliniska tillämpningen av cefalometri. Förutom antropologer, utvecklingsbiologer, rättsmedicinska experter och kraniofaciala forskare som studerar mänsklig utveckling och kraniofacial utveckling, används den av munhälsopersonal, inklusive tandläkare, ortodontister och orala och maxillofacial kirurger, som ett behandlingsplaneringsverktyg. De tidigaste institutionerna som använde kefalometrisk analys inom tandreglering var Hofrath i Tyskland och Broadbent i USA 1931 ^1,2,3. Det primära syftet med analysen var att tillhandahålla en teoretisk och praktisk resurs för att utvärdera kraniofaciala proportioner hos en individ och att definiera den anatomiska källan till malocclusion¹. Detta gjorde det möjligt att spåra tillväxtmönstret för maxillan och underkäken, övervaka deras relationspositioner i rymden och observera förändringar i mjukvävnad och tandförskjutning. Som ett resultat kunde förändringar som orsakas av tandreglering övervakas, och skelett- och tandförhållanden kunde karakteriseras för att en diagnos skulle ställas för behandlingsplanering. Utvärdering av dentofacialkomplexet gjordes genom att jämföra en patients kefalometrisk spårning med referensvärden som var representativa för en normal population av liknande ålder, ras och etnicitet¹.

Den traditionella analysmetoden bestod av en tvådimensionell (2D) avbildning av tredimensionella (3D) strukturer ^4,5. Ett stort bakslag för denna teknik är förvrängningen och förstoringen av anatomiska strukturer via konventionell röntgenavbildning på vanlig film eller digitala format, vilket kan leda till felaktiga kefalometriska spår och tolkningar ^6,7. Den ursprungliga introduktionen av 3D-avbildning i form av axiell datortomografi (CT) och spiral-CT inkluderade inte dentala eller icke-medicinska tillämpningar på grund av höga kostnader och höga stråldoser. Framväxten av datortomografi (CBCT) -skanningar (Cone Beam) mildrade emellertid dessa problem, eftersom kostnader och stråldoser var signifikant lägre än CT¹. Skiftet i denna bildberättelse galvaniserade den utbredda användningen av CBCT i tandreglering för förbättring av diagnos och behandlingsplanering. Den största fördelen med 3D-avbildning jämfört med den konventionella 2D-bildtekniken är att 3D tillåter undersökaren att se anatomiska strukturer utan överlagringar och rumsliga snedvridningar (dvs. individens huvudposition). Därför är en mycket mer exakt positionering av de anatomiska landmärken som används för ledning av kefalometrisk analys möjlig, särskilt i fall av ansiktsasymmetri. Dessutom kan ett mycket större anatomiskt område analyseras.

En av de senaste framstegen inom kefalometri är implementeringen av djupinlärning (DL) för automatiserad landmärkedetektering 8,9,10,11. Även om resultaten av dessa studier är lovande, är noggrannhetsnivåerna i placeringen av landmärkena ännu inte tillfredsställande. Dessutom använder de flesta av dessa studier relativt små landmärkeuppsättningar som härrör från tidigare 2D-kefalometriska analyser, vilket ger otillräcklig täckning av kranialbasen, vilket är en viktig struktur för studier av kraniofacial tillväxt och utveckling. Denna demonstrationsvideo visar i detalj en metod för ledning av manuell, hög noggrannhet 3D-kefalometrisk analys med användning av en validerad uppsättning 3D-skelettvävnadsmärken som täcker områdena i ansiktet, kranialbasen, underkäken och tänderna för användning i kliniska och forskningsstudier som involverar CBCT-avbildning⁴. Ett exempel på en genomförd 3D-analys kan ses i figur 1.

Protocol

Detta protokoll följer riktlinjerna från de mänskliga forskningsetiska kommittéerna vid de institutionella granskningsnämnderna vid National Institutes of Health (NIDCR IRB # 16-D-0040) och Roseman University of Health Sciences. Se materialförteckningen för detaljer relaterade till programvaran som används i detta protokoll. Samma protokoll kan följas med användning av olika program, efter justeringar baserat på deras specifika inställningar och tekniska detaljer. CBCT-skanningarna som används för att skapa figuren som ingår i detta papper, liksom videodemonstrationen, har anonymiserats före deras användning, och informerat samtycke har förvärvats från ämnena, vilket möjliggör användning av deras skanningar i forskningsrelaterade publikationer. Båda försökspersonerna sågs på NIH Dental Clinic, där skanningarna förvärvades (Planmeca ProMax 3D-system; lågdosläge, 400 μm upplösning) och hade godkänts för ett NIH IRB-godkänt protokoll (NCT02639312).

1. Ladda upp CBCT-skanningen och vyn i 3DAnalysis-modulen

1. Öppna den refererade programvaran och klicka på bläddringsfilen. Välj skanningen som ska analyseras och klicka på öppna.
2. Gå till 3DAnalysis-modulen.

2. Ladda upp en landmärkeskonfigurationsfil

1. I modulen 3DAnalysis klickar du på ikonen Spara informationsdiskett . Välj sedan Läs in en konfiguration och bläddra efter konfigurationsfilen.
   Konfigurationsfilen inklusive de landmärken som används av författarna ingår som kompletterande fil 1.

3. Inställning av koordinatsystem

1. Klicka på ikonen Omorientering .
2. I fönstret som öppnas väljer du alternativet Genom att välja landmärken. Detta gör det möjligt för användaren att orientera alla skanningar på samma sätt, vilket är viktigt om deras 3D-koordinatvärden ska jämföras. De alternativ som valts för detta protokoll är: N somO-rigin-landmärke, Trepunktsdefinition med landmärken Eller R, Eller L, Po L och Definiera A-P-axel (mittsagittalplan) med landmärken N och Ba.

4. CBCT-skanningsbildjusteringar

1. Justera ljusstyrka och kontrast för att minska bildbruset från menyn till vänster på skärmen.
2. Zooma in och ut genom att hålla ned Ctrl-tangenten och vänsterklicka samtidigt och glida över skärmen. Flytta bilden på ett kroppsligt sätt genom att hålla ned Skift-tangenten och vänsterklicka samtidigt och glida över skärmen. Aktivera Urklipp från inställningsmenyn för att skapa sektionsvyer i alla rymdplan.

5. Tillägg av nya landmärken

1. Från menyn Inställningar , som har en verktygsikon, klickar du på landmärken för att visa en lista över tillgängliga landmärkealternativ och väljer sedan det landmärke du väljer.
2. För att ställa in en standardvy för landmärken, välj spårningsuppgift, klicka på konfigurera, välj landmärke, ställ in vyn efter önskemål och klicka på använd aktuella vyinställningar. Upprepa stegen ovan för att ändra standardvyn för ytterligare landmärken.

6. Anteckning av 3D-anatomiska landmärken

1. Överst på menyn till vänster på skärmen väljer du Skapa spårning. I fönstret som öppnas klickar du på Start i fönstrets nedre vänstra hörn. Börja kommentera 3D-landmärkena genom att vänsterklicka direkt på 3D-volymen på den plats där landmärket ska placeras baserat på dess definition.
2. Bekräfta och justera platsen för landmärket med hjälp av avsnittsvyerna till höger på skärmen. Om de inte kan visas väljer du Segmentsökare på menyn för layoutval till vänster. Bekräfta placeringen av ett landmärke genom att klicka på Stoppa och välja önskad vy för att visualisera landmärket. När du har bekräftat, fortsätt att placera de återstående landmärkena.
3. För att ändra landmärkets position med hjälp av 3D-volymen, stoppa analysen genom att klicka på Stopp längst ner på menyn Spårningsuppgifter , klicka på landmärkepunkten som ska flyttas och dra den till den nya önskade positionen.
4. Om du vill kommentera om ett landmärke dubbelklickar du på den markerade fyrkanten bredvid landmärket och svarar sedan Ja på uppföljningsfrågan.

7. Definition och specifika anteckningsinstruktioner för varje 3D-landmärke

1. Basion (Ba)-mittpunkten på den främre kanten av foramen magnums främre krökning
   1. För den axiella sektionen, leta efter den djupaste änden av krökningen av sektionen av foramen magnum. För sagittalsektionen, leta efter den mest bakre punkten i mitten av foramen magnum. För koronalsektionen, leta efter den nedre mittpunkten för krökningen av foramen magnum.
2. Porion (Po_R, Po_L)-den mest överlägsna, bakre och yttre punkten belägen vid den övre marginalen av varje hörselgång (yttre hörselkött)
   1. För den axiella sektionen, leta efter kanten på marginalen på den yttre hörselkötten. För sagittalsektionen , leta efter skärningspunkten för eustachianröret med benkanalen. För koronalsektionen, leta efter mittpunkten på den nedre gränsen för den överlägsna krökningen. Den vertikala linjen genom punkten skär ungefär hörselgången.
3. Nasion (N)-skärningspunkten mellan suturen mellan frontbenet och näsbenen (fronto-nasal sutur)
   1. För den axiella sektionen, leta efter suturens mittpunkt / krökningshöjd. För sagittalsektionen, leta efter suturens främre punkt där front- och näsbenen möts. För koronalsektionen, leta efter mitten av fronto-nasal sutur. Den vertikala linjen genom den skär grovt näsan.
4. Orbitale (Or_R, Or_L)-den mest antero-underlägsna punkten på den nedre orbitalkanten
   1. Ställ in frontvyn (benigt fönster) som standard och klipp axiellt från underlägsen till överlägsen tills krökningen av banans nedre marginal uppnås för att lokalisera den underlägsna punkten i banans nedre krökning.
   2. Använd 2D-vyer för att bekräfta att landmärket sitter på benet. Justera sagittala och koronala sektioner för att återspegla orbitalens främre positionering. Se till att landmärket är främre i position precis till den punkt där orbitalkanten börjar böja sig ut.
5. Supraorbitale (SOr_R, SOr_L)-den mest överlägsna och främre punkten i den överlägsna orbitalkanten
   1. Ställ in frontvyn som standard i 3D-volymen och klipp gradvis axiellt från överlägsen till underlägsen tills krökningen av banans övre marginal uppnås för att lokalisera den mest överlägsna punkten på banans övre kant.
      OBS: Undvik att markera supraorbitalhacket på grund av dess variabla anatomi.
   2. Justera sagittal- och koronalsektionerna för att återspegla landmärkets främre positionering. Se till att landmärket är främre i position precis till den punkt där orbitalkanten börjar böja sig ut.
6. Sella mittpunkt (sella)
   1. Leta efter mitten av sella turcica eller hypophyseal fossa, som är en sadelformad depression i kroppen av sphenoidbenet, där hypofysen eller hypofysen är placerad. Justera landmärket till mitten av sella turcica i alla plan.
   2. För sagittalsektionen, placera landmärket i mitten av sella turcica. För axiella och koronala sektioner, justera vyerna därefter.
7. Sella inferior (Si)-den mest underlägsna och centrala punkten på konturen av sella turcica i samma plan som sella
   1. För sagittalsektionen, börja med att placera landmärket vid den mest underlägsna punkten i sagittaldelen av sella turcica. För axiella och koronala sektioner, justera positionen så att den är i mitten av sektionen.
8. Sella posterior (Sp)-den mest bakre och centrala punkten på konturen av sella turcica i samma plan som sella
   1. För sagittalsektionen, börja med att placera landmärket längst bak i sagittaldelen av sella turcica. För axiella och koronala sektioner, justera positionen så att den är i mitten av sektionen.
9. Clinoidprocess (Cl)-den antero-överlägsna punkten på konturen av den främre klinoidprocessen i samma plan som sella
   1. För sagittalsektionen, börja med att placera landmärket vid den mest antero-överlägsna punkten i konturen av klinoidprocessen. För axiella och koronala sektioner, justera positionen så att den är i mitten av sektionen.
10. Zygomatisk båge (ZygArch_R, ZygArch_L)
    1. Leta efter den mest latero-sämre punkten på konturen av den zygomatiska bågen. Se till att skallen är ordentligt orienterad och de zygomatiska bågarna ses tydligt och "vinkelrätt" från den submentala vyn.
       OBS: Om skallen lutas kommer korrekt landmärkesanteckning att äventyras.
    2. För den axiella sektionen, placera landmärket vid den mest laterala och underlägsna punkten för krökningen hos den zygomatiska bågen. För sagittalsektionen, placera landmärket vid sektionens mest underlägsna punkt. För koronalsektionen, placera landmärket vid sektionens mest laterala punkt.
11. Frontozygomatisk sutur (FronZyg_R, FronZyg_L)-den antero-laterala punkten på den frontozygomatiska suturen.
    1. För sagittalsektionen, se till att suturen är tydligt synlig i sektionen. Placera landmärket på den främre punkten på den del av frontbenet bredvid suturen. För axiella och koronala sektioner, leta efter sektionens mest överlägsna punkt.
12. Näshålan (NasCav_R, NasCav_L)-korsningen mellan näsens sidovägg, pyriform kant / näsgolv och maxillaens övre kant
    1. Den tredubbla korsningen ses bäst i koronalsektionen. Börja med att placera landmärket vid mesialsidan av korsningen. För den axiella sektionen, placera landmärket vid sektionens slutpunkt. För sagittalsektionen, placera landmärket vid suturens mest laterala punkt på maxillärgränsen.
13. Jugal point (J_R, J_L)
    1. Leta efter den djupaste mittpunkten i maxillaens jugala process. Kommentera landmärket så att det mestadels överensstämmer med maxillary första molaren.
    2. För koronalsektionen, börja med att justera landmärkepositionen till den djupaste änden av krökningen av sektionen av jugalprocessen. För den axiella sektionen, leta efter sektionens mest laterala punkt, vid den punkt där bentätheten ändras. För sagittalsektionen, leta efter den mest underlägsna punkten i sektionen, vid den punkt där bentätheten ändras.
14. Articulare (Ar_R, Ar_L)-den mest bakre punkten på kondylärt huvud, närmare glenoid fossa
    1. För den axiella sektionen, leta efter den mest bakre punkten runt mitten av kondylens bakre krökning. För sagittalsektionen, leta efter den mest bakre punkten på kondylens bakre krökning. För koronalsektionen, leta efter det lilla röntgentäta området som indikerar att landmärket är på benet.
15. Coronoidprocess (Cor_R, Cor_L) - den mest överlägsna punkten i coronoidprocessen
    1. För sagittala och koronala sektioner, placera landmärket på toppen av coronoidprocessen. För den axiella sektionen, leta efter det lilla radiopaka området som indikerar att landmärket är på benet.
16. Glenoid fossa (G_Fos_R, G_Fos_L)
    1. Leta efter en punkt på glenoid fossa där kondylarhuvudet är i maximal artikulation med fossan. Detta är det ungefärliga centrumet av den kupolformade fossan.
    2. I 3D väljer du koronalsektionen för att få en vy som visar båda kondylerna ganska bra. Välj en punkt på fossans nedre kant i denna vy så att en vertikal linje genom denna punkt grovt skär kondylen; Observera att detta kanske inte verkar vara det exakta centrumet för fossan. Rikta in dig på punkten för maximal artikulation (dvs. ungefär nära mitten eller exakt centrum i vissa fall).
    3. För koronalsektionen, leta efter den mest ungefärliga punkten till glenoid fossa-kupolsektionen. För sagittalsektionen, leta efter den mest överlägsna punkten i glenoid fossa-kupolsektionen. För den axiella sektionen, använd ingen specifik finjustering om de två andra vyerna har justerats.
17. Mandible profil (höger och vänster): condylion (Co_R, Co_L), gonion (Go_R, Go_L), antegonion (Ag_R, Ag_L)
    Landmärkena kommenteras automatiskt efter att mandibulära profilen har spårats.
    1. Identifiera kondylon som den mest bakre och överlägsna punkten på kondylen. Identifiera gonion som den mest utåtriktade punkten på vinkeln som bildas av korsningen av ramus och underkäkens kropp. Identifiera antegonion som den högsta punkten i konkaviteten i ramusens nedre kant där den förenar underkäkens kropp.
    2. Kalkera underkäkens profil med en serie punkter (dubbelklicka eller högerklicka för att slutföra spårningen). Börja från underkäkens skåra och inkludera kondylar- och ramusprofilerna. Följ kurvan i vinkeln för att inkludera gonion genom att använda flera punkter med några millimeters mellanrum. Var noga med att välja punkter på den underlägsna eller laterala marginalen på den mandibulära gränsen.
18. Prostans (Pr)
    1. Leta efter den mest främre punkten i maxillary alveolar processen i mittlinjen. Välj en sagittal sektion som skär maxillära centrala snedställningar. I sidovy väljer du Prosthion och bekräftar 2D-vyerna.
    2. För den axiella sektionen, identifiera mitten av rotsektionerna i maxillära centrala snedställningar på det labiala alveolära benet. För sagittalsektionen, leta efter den mest främre punkten i den maxillära alveolära processen. För koronalsektionen, leta efter mittlinjen mellan maxillära centrala snedställningar.
19. A-punkt - den djupaste mittlinjen på krökningens premaxilla mellan den främre näsryggen och prosthionpunkten
    1. I 3D väljer du en sagittal sektion som skär de maxillära centrala snedställningarna. Detta plan kommer att ha prostionen (redan markerad). I sidovy väljer du A-punkt och bekräftar 2D-vyerna.
    2. För den axiella sektionen, identifiera sektionens spets. För sagittalsektionen, identifiera den djupaste punkten av premaxillaens krökning mellan den främre näsryggen och den alveolära processen. För koronalsektionen, se till att punkten är i mittlinjen.
20. Främre nasalerRyggrad (ANS)
    1. Leta efter den mest främre punkten i näsryggen. Välj en sagittal sektion som skär maxillära centrala snedställningar. Detta plan kommer att ha prostionen och A-punkten (redan markerad). I sidovy väljer du ANS och bekräftar 2D-vyerna.
    2. För den axiella sektionen, leta efter sektionens spets. För sagittalsektionen, leta efter den mest främre punkten i näsryggen. För koronalsektionen, leta efter mitten av den lilla bensektionen.
21. Bakre näsryggen (PNS)-mittpunkten av basen av palatinbenen vid den bakre kanten av den hårda gommen
    1. I 3D väljer du en sagittal sektion som skär de maxillära centrala snedställningarna. Detta plan kommer att ha prosthion, A-punkt och ANS redan markerade. I sidovy väljer du PNS och bekräftar 2D-vyerna.
    2. För den axiella sektionen, leta efter den mest underlägsna punkten på palatinbasens mittlinje. För sagittalsektionen, leta efter den mest bakre punkten i mitten av palatinbenet. För koronalsektionen, leta efter mittpunkten för sektionen av mittsektionen av palatinbenet.
22. Infradentale (Id)
    1. Identifiera övergångspunkten från kronan / tanden hos den mest framträdande mandibulära mediala framtänderna till den alveolära projektionen.
    2. I 3D väljer du en sagittal sektion som skär den mandibulära centrala snittet. I sidovy väljer du Id och bekräftar 2D-vyerna. Om tre snedställningar är närvarande, se till att planet skär mitttanden.
    3. För den axiella sektionen, bekräfta att landmärkeanteckningspunkten är den mest främre punkten på det alveolära benet på den valda framtanden. För sagittalsektionen, identifiera den mest främre punkten i den mandibulära alveolära processen. För koronalsektionen, se till att mittlinjen skär den valda snittet.
23. B-punkt (B) - den djupaste mittlinjen på underkäken mellan infradentale och pogonion
    1. I 3D väljer du en sagittal sektion som skär de mandibulära centrala snedställningarna. I sidovy väljer du B-punkt och bekräftar 2D-vyerna.
    2. För den axiella sektionen, titta mellan de mandibulära centrala snedställningarna, eller i mitten av sektionen av mittsnittet om en snitt saknas. För sagittalsektionen, identifiera punkten för den djupaste konkaviteten framåt på den mandibulära symfysen. För koronalsektionen, titta mellan de mandibulära centrala snedställningarna eller den vertikala rutnätet som skär mittsnittet.
24. Pogonion (Pog)
    1. Identifiera den mest främre punkten på underkäkens symfys.
    2. I 3D väljer du en sagittal sektion som skär de mandibulära centrala snedställningarna. I sidovy väljer du Pogonion och bekräftar 2D-vyerna.
    3. För den axiella sektionen, identifiera den vertikala rutnätet som skär den mandibulära sektionen. För sagittalsektionen, leta efter symfysens mest främre punkt. För koronalsektionen, leta efter det lilla osseösa området som indikerar att landmärket är placerat på benytan.
25. Anatomisk gnathion (Gn) - den lägsta punkten på underkäkens främre marginal i mitten av sagittalplanet
    1. I 3D väljer du en sagittal sektion som skär de mandibulära centrala snedställningarna. I sidovy väljer du Gn och bekräftar 2D-vyerna.
    2. För de axiella och koronala sektionerna, leta efter den vertikala rutnätet som skär den mandibulära sektionen. För sagittalsektionen, identifiera den lägsta punkten på underkäkens främre marginal.
26. Menton (Me) - den lägsta punkten i den mandibulära symfysen.
    1. I 3D väljer du en sagittal sektion som skär de mandibulära centrala snedställningarna. I sidovy väljer du Jag och bekräftar 2D-vyerna.
    2. För den axiella sektionen, identifiera det lilla osseösa området som indikerar att landmärket är placerat på benytan. För sagittalsektionen, identifiera den lägsta punkten i symfyssektionen. För koronalsektionen, leta efter den lägsta mittpunkten i symfyssektionen.
27. Övre / nedre höger / vänster framtändprofil
    OBS: Tre punkter krävs: roten till den övre / nedre framtänderna; Axial: mittpunkten för sektionen av toppen; Sagittal, Coronal: spetsen på toppen.
    1. I kronan på den övre / nedre snittet: i de axiella och koronala sektionerna, leta efter mittpunkten på snittkanten; Och i sagittalsektionen, identifiera spetsen på snittkanten.
    2. I den övre / nedre framtändernas labialpunkt: i den axiella sektionen, identifiera mittpunkten för tandsektionen; i sagittalsektionen, leta efter den mest framträdande punkten på labialytan; Och i koronalsektionen, se till att punkten är i den vertikala linjen som delar tanden.
28. Övre/nedre högra/vänster molprofil
    OBS: Följande tre punkter krävs.
    1. Roten av den övre / nedre molaren: i den axiella sektionen, leta efter mittpunkten för sektionen av mesialrotspetsen; Och i sagittala och koronala sektioner, identifiera spetsen på mesialrotspetsen.
    2. Främre kusp av den övre/nedre molaren: i den axiella sektionen, identifiera mesial-buckal cusp av maxillary / mandibular första molar; I de sagittala och koronala sektionerna, leta efter mesial-buckal cusp av maxillary / mandibular första molar.
    3. Bakre kusp av den övre molaren: i den axiella sektionen, leta efter den distal-buckala kuspen hos maxillary / mandibular första molaren; I sagittala och koronala sektioner, identifiera den distal-buckala kuspen hos maxillary / mandibular första molar.
29. Cribriform platta (Cr) - den mellersta överlägsna punkten på crista galli
    1. I sagittalavsnittet väljer du den mest underlägsna punkten i crista galli. I den axiella sektionen, leta efter den mest underlägsna punkten i den lilla delen av crista galli. I koronalsektionen väljer du den mest överlägsna punkten i crista galli.
30. Foramen ovale (ForOval_R, ForOval_L) - den mest antero-mediala och överlägsna punkten i foramen ovale
    1. I den axiella sektionen, se till att denna punkt ligger ungefär på ett plan som skär foramen i antero-medial riktning. I sagittal - och koronalsektionerna, titta på botten av kanalingången.
31. Opisthion (Opi) - mittpunkten på den bakre marginalen av foramen magnums bakre krökning i axiell sektion
    1. I sagittalsektionen, leta efter den mest underlägsna punkten i sagittaldelen av foramen magnum. I de axiella och koronala sektionerna, placera landmärket i mittlinjen.
32. Anterior cranial fossa (AntCF_R, AntCF_L) - den mest främre överlägsna punkten på gränsen som skiljer den främre och mellersta kranialfossan
    1. I 3D, använd den axiella sektionen, gå från främre till bakre tills krökningen av fossa uppnås. Om det finns mer än en kantlinje väljer du den främre kantlinjen.
    2. I den axiella sektionen, identifiera den mest främre punkten i sektionen av den främre kranialfossan. I sagittalsektionen, leta efter den mest överlägsna punkten på gränsen till den främre kranialfossan. I koronalsektionen identifierar du den mest underlägsna punkten i sektionen av den främre kranialfossan.
33. Intern akustisk meatus (AcM_R, AcM_L) - den mest bakre laterala punkten på den inre akustiska meatusen på den petroösa delen av det tidiga benet
    1. I den axiella sektionen, leta efter den punkt som återspeglar kanalens början där krökningen slutar. I sagittalsektionen, leta efter den bakre punkten på krökningen. I koronalsektionen identifierar du den djupaste punkten på krökningen.
34. Hypoglossal kanal (Hypog_R, Hypog_L)
    OBS: Detta är kanalens mest antero-mediala punkt. Om det finns två kanaler, välj den bakre av de två kanalerna och markera punkten på den bakre kanalens främre kant.
    1. I den axiella sektionen identifierar du den punkt som återspeglar kanalens början där krökningen slutar. I sagittalsektionen, leta efter den djupaste änden av krökningen. I koronalsektionen, se till att punkten ligger ungefär på axeln som skär kanalen i antero-medial riktning.

8. Spara CBCT-skanningen med kommenterade landmärken

1. På menyn Arkiv väljer du Spara eller Spara som för att spara som en separat fil och väljer sedan önskad filtyp.

9. Exportera mätningar och/eller landmärke 3D-koordinater

1. Klicka på ikonen Spara information/diskett i verktygsfältet och välj sedan antingen Exportera mått eller Exportera landmärken. Exportera resultaten i .csv filformat.

Representative Results

Anteckningen av en validerad 3D-landmärkeskonfiguration beskrivs i detalj med hjälp av ett steg-för-steg-protokoll och videodemonstration. Specifika instruktioner tillhandahålls för anteckning av varje landmärke på 3D-volymen, liksom förfining av deras ursprungliga positioner med hjälp av 2D-sektionsvyerna som motsvarar varje rymdplan. Genom att följa den detaljerade metoden i protokollet i kombination med videoinstruktionerna kan användaren lära sig att genomföra kefalometrisk analys med hjälp av humana CBCT-skanningar.

Figur 1 visar frontal- och trekvartsvyer av en CBCT-skanning av ett fullständigt huvud av en mänsklig skalle med de kommenterade 3D-landmärken som ingår i den aktuella konfigurationen. Alla beskrivna landmärken är typ 1 och typ 2. Typ 1 landmärken representerar tydligt igenkännliga punkter som vanligtvis observeras vid skärningspunkten mellan distinkta anatomiska strukturer. Typ 2 landmärken representerar punkter med maximal krökning på konturen av igenkännliga anatomiska strukturer¹². Inga typ 3 eller semi-landmärken inkluderades i denna analys.

Efter avslutad anteckning av landmärkena finns det två typer av data som kan exporteras och analyseras vidare av användaren: kefalometrisk mätning och 3D-koordinatvärden. Värdena för viktiga kefalometriska mätningar som krävs för diagnos och bedömning av dentoskeletal malocclusion tillhandahålls. Dessa mätningar ger en detaljerad bedömning av skelett- och tandförhållandena i alla tre rymdplanen: sagittal, vertikal och tvärgående. 3D-koordinatvärdena (x, y, z) för varje landmärke kan exporteras och användas för beräkning av vinklar och linjära avstånd. Värdena för samma koordinater kan användas för ledning av multivariat geometrisk morfometrisk analys (GMA). GMA är en metod för att studera form som kan fånga morfologiskt olika formvariabler med hjälp av kartesiska landmärke- och / eller semi-landmärkekoordinater. Flera statistiska tekniker kan användas för att undersöka form, utan att ta hänsyn till storleken, platsen eller orienteringen av de undersökta strukturerna. Geometrisk morfometri är för närvarande den mest etablerade kroppen av morfometrisk teori för hantering av landmärkebaserade data.

Figur 1: Frontal- och trekvartsvyer av en CBCT-skanning av ett fullständigt huvud av en mänsklig skalle med de kommenterade 3D-landmärkena som ingår i den aktuella konfigurationen. Klicka här för att se en större version av denna figur.

Kompletterande fil 1: Konfigurationsfil inklusive landmärken som används i detta protokollsom kan laddas upp direkt till programvaran för analys. Klicka här för att ladda ner den här filen.

Discussion

Medicin och tandvård har redan gått in i 3D-bildtiden. Inom disciplinerna kraniofacial och dental avbildning används CBCT-skanningar alltmer på grund av den låga strålningen och minskade kostnaderna för de uppdaterade systemen jämfört med traditionella CT-maskiner, enkel kalibrering av personalanvändning, relativt snabb och enkel insamling med minimalt patientsamarbete, samt möjligheten att generera flera andra diagnostiska bilder och analyser från en enda skanning. Därför är det viktigt för kliniker och forskare att veta hur man läser, diagnostiserar och analyserar dessa 3D-bilder, samt lär sig att studera kraniofacial tillväxt och utveckling i 3D.

För att hjälpa kliniker och forskare inom detta område presenterar vi ett steg-för-steg-protokoll och videodemonstration för ledning av 3D-kefalometrisk analys med användning av humana CBCT-skanningar. Dessa landmärken har tidigare definierats och validerats i en tidigare publikation, där deras noggrannhet och repeterbarhet bekräftades⁴. De detaljerade förfiningsinstruktionerna för varje landmärke hjälper också användarna att korrekt kommentera varje landmärke. Landmärkesanteckningsprocessen förenklas ytterligare med hjälp av förinställda vyer av skanningen som motsvarar det område som varje landmärke ska placeras. Denna funktion sparar betydande tid och ansträngning för användaren. Ändå finns det en inlärningskurva inblandad, och övning krävs av användare för att uppnå korrekt landmärkesanteckning.

Den validerade 3D-landmärkekonfigurationen som används i detta protokoll ger tillräcklig täckning av skelettvävnaden i ansiktet, maxilla, underkäken och kranialbasen. På detta sätt representeras den sanna morfologin hos de kraniofaciala strukturerna mer exakt för utvärdering av dimensionerna, konfigurationen och orienteringen av kraniofacialkomplexet och dess komponentstrukturer. Landmärken för mjukvävnad ingår inte i det här protokollet, men användare kan lägga till valfria landmärken i den angivna konfigurationen, enligt beskrivningen i protokollet. Dessutom, av praktiska skäl, kan detta protokoll inte innehålla specifika instruktioner för andra 3D-analysprogram, men kan anpassas därefter av varje användare.

Bortsett från det diagnostiska värdet av de genererade standardkefalometriska mätningarna, främst för kliniker, kommer friheten som erbjuds med användningen av denna analys för att beräkna vinklar och linjära avstånd mellan alla 3D-landmärken att möjliggöra upprättandet av nya kefalometriska analyser som ger mer detaljerade och fullständiga bedömningar. I vår framtida riktning ingår dock att etablera nya respektive normativa värden, på samma sätt som 2D-normativa värden skapades tidigare.

Dessutom utvecklas tillämpningarna av landmärkebaserad GMA inom det kraniofaciala kliniska och forskningsområdet i snabb takt. Forskare inom evolutions- och utvecklingsbiologi och antropologi för har använt denna analys i mer än ett decennium, men nya kliniska tillämpningar har också nyligen presenterats inom tandreglering, dentofacial ortopedi och kraniofacial kirurgi. GMA kan också användas som en del av en kvantitativ fenotypning vid medfödda sjukdomar med kraniofaciala manifestationer, liksom för detektering av subtila morfologiska skillnader som tillskrivs genmutationer^13,14,15,16. Dessutom kan integrationen av olika kvantitativa metoder genom att länka morfometriska data med funktionell analys samt genetiska data ge ny kunskap om kraniofacial utveckling i såväl friska som sjukdomsgrupper.

På grund av de senaste framstegen inom beräkning och visualisering är genomförandet av denna typ av analys nu möjlig på persondatorer, med flera mjukvarupaket redan tillgängliga, inklusive Checkpoint, Geomorph (ett paket med R-statistisk programvara), Amira-Avizo och SlicerMorph. Dessa program kan hjälpa forskare inom de medicinska områdena som kanske inte känner till multivariata statistiska analyser för att genomföra GMA med tillgången till inbyggda automatiserade funktioner.

Materials

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