İnsan Koni Işınlı Bilgisayarlı Tomografi Taramalarında Üç Boyutlu Sefalometrik Dönüm Noktası Ek Açıklama Gösterimi
概要
Burada, insan koni ışınlı bilgisayarlı tomografi taramalarının kullanımı ile üç boyutlu sefalometrik analizin yapılması için ayrıntılı bir protokol sunulmaktadır.
Abstract
Kraniofasiyal sefalometrik analiz, baş ve yüzdeki çeşitli kemiklerin ve yumuşak dokuların ilişkisinin değerlendirilmesinde kullanılan bir tanı aracıdır. Sefalometrik analiz geleneksel olarak 2D radyografiler ve yer işareti setleri kullanılarak gerçekleştirilmiş ve boyut, doğrusal ve açısal ölçümler ve 2D ilişkiler ile sınırlandırılmıştır. Diş hekimliği alanında 3D koni ışınlı bilgisayarlı tomografi (CBCT) taramalarının artan kullanımı, her üç düzlemde de şekil ve uzunlamasına gelişimin daha gerçekçi bir analizini içeren 3D sefalometrik analize evrim ihtiyacını belirlemektedir. Bu çalışma, insan CBCT taramalarında doğrulanmış bir dizi iskelet dokusu işaretinin kullanılmasıyla 3D sefalometrik analizin bir gösterimidir. Bir 3B birimdeki her yer işaretinin ek açıklamasına ilişkin ayrıntılı yönergeler, adım adım protokolün bir parçası olarak sağlanır. Oluşturulan ölçümler ve yer işaretlerinin 3D koordinatları hem klinik hem de araştırma amacıyla dışa aktarılabilir ve kullanılabilir. Temel ve klinik kraniyofasiyal çalışmalarda 3D sefalometrik analizin tanıtılması, kraniyofasiyal büyüme ve gelişme alanında gelecekteki ilerlemelere yol açacaktır.
Introduction
İnsan kafatasının diş ve iskelet ilişkilerini inceleyen sefalometrik analiz, sefalometrinin klinik uygulamasıdır. İnsan evrimi ve kraniyofasiyal gelişimi inceleyen antropologlar, gelişimsel biyologlar, adli tıp uzmanları ve kraniyofasiyal araştırmacılara ek olarak, diş hekimleri, ortodontistler ve ağız ve çene cerrahları da dahil olmak üzere ağız sağlığı profesyonelleri tarafından bir tedavi planlama aracı olarak kullanılmaktadır. Ortodontide sefalometrik analizi kullanan ilk kurumlar 1931’de Almanya’da Hofrath ve ABD’de Broadbent idi 1,2,3. Analizin temel amacı, bir bireyin kraniyofasiyal oranlarını değerlendirmek ve maloklüzyonun anatomik kaynağını tanımlamak için teorik ve pratik bir kaynak sağlamaktır1. Bu, maksilla ve mandibulanın büyüme paterninin izlenmesine, uzaydaki ilişkisel konumlarının izlenmesine ve yumuşak doku ve diş yer değiştirmesindeki değişikliklerin gözlenmesine izin verdi. Sonuç olarak, ortodontik tedavinin getirdiği değişiklikler izlenebilir, tedavi planlaması için konulacak bir tanı için iskelet ve diş ilişkileri karakterize edilebilir. Dentofasiyal kompleksin değerlendirilmesi, bir hastanın sefalometrik izlemesini, benzer yaş, ırk ve etnik kökene sahip normal bir popülasyonu temsil eden referans değerlerle karşılaştırarak yapıldı1.
Geleneksel analiz yöntemi, üç boyutlu (3B) yapıların iki boyutlu (2B) bir tasvirinden oluşuyordu 4,5. Bu tekniğin önemli bir aksaklığı, anatomik yapıların düz film veya dijital formatlarda geleneksel röntgen görüntüleme yoluyla bozulması ve büyütülmesidir, bu da yanlış sefalometrik izlemelere ve yorumlara yol açabilir 6,7. Aksiyel bilgisayarlı tomografi (BT) ve spiral BT şeklinde 3D görüntülemenin ilk tanıtımı, yüksek maliyet ve yüksek radyasyon dozları nedeniyle dental veya tıbbi olmayan uygulamaları içermemiştir. Bununla birlikte, koni ışınlı bilgisayarlı tomografi (CBCT) taramalarının ortaya çıkması, masraflar ve radyasyon dozları BT1’den önemli ölçüde daha düşük olduğu için bu endişeleri hafifletmiştir. Bu görüntüleme anlatısındaki değişim, CBBT’nin ortodontide yaygın olarak kullanılmasını, tanı ve tedavi planlamasında iyileşme için harekete geçirmiştir. 3D görüntülemenin geleneksel 2D görüntü tekniğine göre temel avantajı, 3D’nin denetçinin anatomik yapıları üst üste binmeler ve mekansal bozulmalar (yani, bireyin baş pozisyonu) olmadan görmesine izin vermesidir. Bu nedenle, özellikle yüz asimetrisi durumunda, sefalometrik analizin iletilmesi için kullanılan anatomik işaretlerin çok daha doğru bir şekilde konumlandırılması mümkündür. Dahası, çok daha geniş bir anatomik alan analiz edilebilir.
Sefalometri alanındaki en son gelişmelerden biri, otomatik dönüm noktası tespiti için derin öğrenmenin (DL) uygulanmasıdır 8,9,10,11. Bu çalışmaların sonuçları umut verici olsa da, yer işaretlerinin yerleştirilmesindeki doğruluk seviyeleri henüz tatmin edici değildir. Dahası, bu çalışmaların çoğu, önceki 2D sefalometrik analizlerden türetilen nispeten küçük dönüm noktası setleri kullanmakta ve kraniyofasiyal büyüme ve gelişme çalışması için önemli bir yapı olan kraniyal tabanın yetersiz kapsamını sağlamaktadır. Bu tanıtım videosu, CBCT görüntüleme4’ü içeren klinik ve araştırma çalışmalarında kullanılmak üzere yüz, kraniyal taban, mandibula ve diş bölgelerini kapsayan doğrulanmış bir dizi 3D iskelet dokusu yer işaretlerinin kullanılmasıyla manuel, yüksek hassasiyetli 3D sefalometrik analizin iletilmesi için bir metodolojiyi ayrıntılı olarak sergilemektedir. Tamamlanmış bir 3B analizin bir örneği Şekil 1’de görülebilir.
Protocol
Representative Results
Discussion
Tıp ve diş hekimliği zaten 3D görüntüleme çağına girdi. Kraniofasiyal ve dental görüntüleme disiplinlerinde, CBCT taramaları, geleneksel BT makinelerine kıyasla güncellenmiş sistemlerin düşük radyasyonu ve düşük maliyeti, kolay personel kullanımı kalibrasyonu, minimum hasta işbirliği ile nispeten hızlı ve kolay elde etme ve tek bir taramadan birden fazla başka tanısal görüntü ve analiz üretme yeteneği nedeniyle giderek daha fazla kullanılmaktadır. Bu nedenle, klinisyenlerin ve araştırmacıların bu 3D görüntüleri nasıl okuyacaklarını, teşhis edeceklerini ve analiz edeceklerini bilmelerinin yanı sıra kraniyofasiyal büyüme ve gelişmeyi 3D’de nasıl inceleyeceklerini öğrenmeleri önemlidir.
Bu alandaki klinisyenlere ve araştırmacılara yardımcı olmak için, insan CBCT taramalarının kullanımıyla 3D sefalometrik analizin yürütülmesi için adım adım bir protokol ve video gösterimi sunuyoruz. Bu işaretler daha önce tanımlanmış ve doğruluklarının ve tekrarlanabilirliklerinin doğrulandığı önceki bir yayında doğrulanmıştır4. Her yer işareti için ayrıntılı iyileştirme talimatları, kullanıcılara her bir yer işaretinin doğru ek açıklamasında da yardımcı olur. Yer işareti ek açıklama süreci, her bir yer işaretinin konumlandırılması gereken alana karşılık gelen taramanın önceden ayarlanmış görünümlerinin kullanılmasıyla daha da basitleştirilmiştir. Bu işlev, kullanıcı için önemli ölçüde zaman ve emek tasarrufu sağlar. Bununla birlikte, ilgili bir öğrenme eğrisi vardır ve kullanıcılar tarafından doğru yer işareti ek açıklaması elde etmek için pratik yapılması gerekir.
Bu protokolde kullanılan doğrulanmış 3D dönüm noktası konfigürasyonu, yüzün, maksillanın, mandibulanın ve kraniyal tabanın iskelet dokusunun yeterli kapsamını sağlar. Bu şekilde, kraniyofasiyal yapıların gerçek morfolojisi, kraniyofasiyal kompleksin ve bileşen yapılarının boyutlarının, konfigürasyonunun ve oryantasyonunun değerlendirilmesi için daha doğru bir şekilde temsil edilir. Yumuşak doku işaretleri bu protokole dahil değildir, ancak kullanıcılar protokolde açıklandığı gibi sağlanan yapılandırmaya tercih edilen işaretleri ekleyebilirler. Ek olarak, pratik nedenlerden dolayı, bu protokol diğer 3D analiz yazılımları için özel talimatlar içeremez, ancak her kullanıcı tarafından buna göre uyarlanabilir.
Üretilen standart sefalometrik ölçümlerin tanısal değerinin yanı sıra, özellikle klinisyenler için, herhangi bir 3D yer işareti arasındaki açıları ve doğrusal mesafeleri hesaplamak için bu analizin kullanılmasıyla sunulan özgürlük, daha ayrıntılı ve eksiksiz değerlendirmeler sağlayacak yeni sefalometrik analizlerin kurulmasına izin verecektir. Bununla birlikte, gelecekteki yönümüz, geçmişte 2B normatif değerlerin yaratıldığı gibi, yeni ilgili normatif değerlerin oluşturulmasını içerir.
Ayrıca, kraniyofasiyal klinik ve araştırma alanındaki dönüm noktası bazlı GMA uygulamaları hızla gelişmektedir. Evrimsel ve gelişimsel biyoloji ve antropoloji araştırmacıları bu analizi on yıldan fazla bir süredir kullanıyorlar, ancak son zamanlarda ortodonti, dentofasiyal ortopedi ve kraniyofasiyal cerrahi alanlarında yeni klinik uygulamalar da sunulmuştur. GMA ayrıca, kraniyofasiyal bulguları olan konjenital hastalıklar durumunda kantitatif fenotiplemenin bir parçası olarak veayrıca gen mutasyonlarına atfedilen ince morfolojik farklılıkların tespiti için de kullanılabilir 13,14,15,16. Ek olarak, morfometrik verilerin fonksiyonel analiz ve genetik verilerle ilişkilendirilerek farklı nicel yaklaşımların entegrasyonu, sağlıklı ve hastalıklı gruplarda kraniyofasiyal gelişim hakkında yeni bilgiler sağlayabilir.
Hesaplama ve görselleştirmedeki son gelişmeler nedeniyle, bu tür analizlerin iletimi artık kişisel bilgisayarlarda mümkündür ve Checkpoint, Geomorph (bir R istatistik yazılımı paketi), Amira-Avizo ve SlicerMorph dahil olmak üzere çeşitli yazılım paketleri zaten mevcuttur. Bu programlar, yerleşik otomatik fonksiyonların mevcudiyeti ile GMA yapmak için çok değişkenli istatistiksel analizlere aşina olmayabilecek tıbbi alanlardaki araştırmacılara yardımcı olabilir.
開示
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Bu araştırma, Ulusal Sağlık Enstitüleri (NIH) Ulusal Diş ve Kraniofasiyal Araştırma Enstitüsü (NIDCR) Intramural Araştırma Programı ve Roseman Üniversitesi Diş Hekimliği Fakültesi Ortodonti ve Dentofasiyal Ortopedi İleri Eğitim programı tarafından desteklenmiştir.
Materials
| Invivo6 Dental Software | Anatomage | N/A | 3D Imaging Software (including 3D analysis module) |
参考文献
- Proffit, W. R., Fields, H. W., Larson, B., Sarver, D. M. Contemporary Orthodontics – E-Book. Elsevier Health Sciences. , (2018).
- Broadbent, B. H. A new x-ray technique and its application to orthodontia. The Angle Orthodontist. 1 (2), 45-66 (1931).
- 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).
- 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).
- 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).
- 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).
- 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).
- Dot, G., et al. Automatic 3-dimensional cephalometric landmarking via deep learning. Journal of Dental Research. 101 (11), 1380-1387 (2022).
- 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).
- Schwendicke, F., et al. Deep learning for cephalometric landmark detection: systematic review and meta-analysis. Clinical Oral Investigations. 25 (7), 4299-4309 (2021).
- 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).
- Bookstein, F. L. . Morphometric Tools for Landmark Data: Geometry and Biology. , (1992).
- 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).
- 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).
- 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).
- 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).
