Dreidimensionale Demonstration der kephalometrischen Landmark-Annotation auf Computertomographie-Scans des menschlichen Kegelstrahls

Zusammenfassung

Hier wird ein detailliertes Protokoll für die Durchführung von dreidimensionalen Fernröntgenanalysen unter Verwendung von humanen Kegelstrahl-Computertomographie-Scans vorgestellt.

Zusammenfassung

Die kraniofaziale Fernröntgenanalyse ist ein diagnostisches Instrument zur Beurteilung der Beziehung zwischen verschiedenen Knochen und Weichteilen in Kopf und Gesicht. Die kephalometrische Analyse wurde traditionell unter Verwendung von 2D-Röntgenbildern und Landmark-Sets durchgeführt und war auf Größen-, Linear- und Winkelmessungen sowie 2D-Beziehungen beschränkt. Der zunehmende Einsatz von 3D-Cone-Beam-Computertomographie-Scans (DVT) im zahnmedizinischen Bereich diktiert die Notwendigkeit der Entwicklung zur 3D-Fernröntgenanalyse, die die Form und eine realistischere Analyse der Längsschnittentwicklung in allen drei Ebenen einbezieht. Diese Studie ist eine Demonstration der 3D-Fernröntgenanalyse unter Verwendung eines validierten Satzes von Skelettgewebe-Orientierungspunkten auf menschlichen DVT-Scans. Detaillierte Anweisungen für die Kommentierung jedes Orientierungspunkts auf einem 3D-Volumen werden als Teil eines Schritt-für-Schritt-Protokolls bereitgestellt. Die generierten Messungen und 3D-Koordinaten der Landmarken können exportiert und sowohl für klinische als auch für Forschungszwecke verwendet werden. Die Einführung der 3D-Fernröntgenanalyse in grundlegenden und klinischen kraniofazialen Studien wird zu zukünftigen Fortschritten auf dem Gebiet des kraniofazialen Wachstums und der kraniofazialen Entwicklung führen.

Einleitung

Die kephalometrische Analyse, bei der die Zahn- und Skelettbeziehungen des menschlichen Schädels untersucht werden, ist die klinische Anwendung der Kephalometrie. Neben Anthropologen, Entwicklungsbiologen, Forensikern und kraniofazialen Forschern, die die menschliche Evolution und kraniofaziale Entwicklung untersuchen, wird es von Fachleuten für Mundgesundheit, einschließlich Zahnärzten, Kieferorthopäden sowie Mund-, Kiefer- und Gesichtschirurgen, als Instrument zur Behandlungsplanung verwendet. Die ersten Institutionen, die die kephalometrische Analyse in der Kieferorthopädie einsetzten, waren Hofrath in Deutschland und Broadbent in den USA im Jahr 1931 ^1,2,3. Das primäre Ziel der Analyse war es, eine theoretische und praktische Ressource zur Verfügung zu stellen, um die kraniofazialen Proportionen eines Individuums zu bewerten und die anatomische Ursache der Malokklusion zu definieren¹. Auf diese Weise konnten das Wachstumsmuster von Ober- und Unterkiefer verfolgt, ihre relationalen Positionen im Raum überwacht und Veränderungen des Weichgewebes und der Zahnverschiebung beobachtet werden. Dadurch könnten Veränderungen durch die kieferorthopädische Behandlung überwacht und skelett- und zahnärztliche Beziehungen charakterisiert werden, um eine Diagnose für die Behandlungsplanung stellen zu können. Die Bewertung des dentofazialen Komplexes erfolgte durch den Vergleich der kephalometrischen Nachverfolgung eines Patienten mit Referenzwerten, die für eine normale Bevölkerung ähnlichen Alters, ähnlicher Rasse und ähnlicher ethnischer Zugehörigkeit repräsentativ waren¹.

Die traditionelle Analysemethode bestand in einer zweidimensionalen (2D) Darstellung von dreidimensionalen (3D) Strukturen ^4,5. Ein großer Nachteil dieser Technik ist die Verzerrung und Vergrößerung anatomischer Strukturen durch konventionelle Röntgenbildgebung auf Normalfilm oder digitalen Formaten, was zu ungenauen kephalometrischen Nachzeichnungen und Interpretationen führen kann ^6,7. Die anfängliche Einführung der 3D-Bildgebung in Form von axialer Computertomographie (CT) und Spiral-CT umfasste aufgrund der hohen Kosten und hohen Strahlendosen keine zahnmedizinischen oder nicht-medizinischen Anwendungen. Das Aufkommen von DVT-Scans (Cone Beam Computertomographie) entschärfte diese Bedenken jedoch, da die Kosten und die Strahlendosis deutlich niedriger waren als bei CT¹. Die Verschiebung in diesem bildgebenden Narrativ führte zu einer weit verbreiteten Verwendung von DVT in der Kieferorthopädie zur Verbesserung der Diagnose und Behandlungsplanung. Der Hauptvorteil der 3D-Bildgebung gegenüber der herkömmlichen 2D-Bildtechnik besteht darin, dass 3D es dem Untersucher ermöglicht, anatomische Strukturen ohne Überlagerungen und räumliche Verzerrungen (d. h. Kopfposition des Individuums) zu betrachten. Daher ist eine viel genauere Positionierung der anatomischen Orientierungspunkte möglich, die für die Durchführung der kephalometrischen Analyse verwendet werden, insbesondere bei Gesichtsasymmetrie. Darüber hinaus kann ein viel größerer anatomischer Bereich analysiert werden.

Einer der jüngsten Fortschritte auf dem Gebiet der Kephalometrie ist die Implementierung von Deep Learning (DL) zur automatisierten Erkennung von Orientierungspunkten 8,9,10,11. Obwohl die Ergebnisse dieser Studien vielversprechend sind, ist die Genauigkeit bei der Platzierung der Orientierungspunkte noch nicht zufriedenstellend. Darüber hinaus verwenden die meisten dieser Studien relativ kleine Landmark-Sets, die aus früheren 2D-Fernröntgenanalysen abgeleitet wurden, was eine unzureichende Abdeckung der Schädelbasis bietet, die eine wichtige Struktur für die Untersuchung des kraniofazialen Wachstums und der kraniofazialen Entwicklung darstellt. Dieses Demonstrationsvideo zeigt im Detail eine Methodik für die Durchführung manueller, hochpräziser 3D-Fernröntgenanalysen unter Verwendung eines validierten Satzes von 3D-Skelettgewebe-Orientierungspunkten, die die Bereiche Gesicht, Schädelbasis, Unterkiefer und Zähne für die Verwendung in klinischen und Forschungsstudien mit DVT-Bildgebung abdecken⁴. Ein Beispiel für eine abgeschlossene 3D-Analyse ist in Abbildung 1 zu sehen.

Protokoll

Dieses Protokoll folgt den Richtlinien der Ethikkommissionen für die Humanforschung der Institutional Review Boards der National Institutes of Health (NIDCR IRB #16-D-0040) und der Roseman University of Health Sciences. In der Materialtabelle finden Sie Details zu der in diesem Protokoll verwendeten Software. Das gleiche Protokoll kann bei der Verwendung verschiedener Software befolgt werden, nachdem Anpassungen auf der Grundlage ihrer spezifischen Einstellungen und technischen Details vorgenommen wurden. Die DVT-Scans, die für die Erstellung der in dieser Arbeit enthaltenen Abbildung verwendet wurden, sowie die Videodemonstration wurden vor ihrer Verwendung anonymisiert, und es wurde eine informierte Einwilligung der Probanden eingeholt, die die Verwendung ihrer Scans in forschungsbezogenen Publikationen ermöglicht. Beide Probanden wurden in der NIH Dental Clinic untersucht, wo die Scans aufgenommen wurden (Planmeca ProMax 3D-System; niedriger Dosismodus, 400 μm Auflösung) und in ein vom NIH IRB genehmigtes Protokoll eingewilligt worden waren (NCT02639312).

1. Hochladen des DVT-Scans und der Ansicht im 3DAnalysis-Modul

1. Öffnen Sie die referenzierte Software und klicken Sie auf Datei durchsuchen. Wählen Sie den zu analysierenden Scan aus und klicken Sie auf Öffnen.
2. Rufen Sie das Modul 3DAnalysis auf.

2. Hochladen einer Landmark-Konfigurationsdatei

1. Klicken Sie im 3DAnalysis-Modul auf das Symbol Informationsdiskette speichern . Wählen Sie dann Konfiguration laden aus, und suchen Sie nach der Konfigurationsdatei.
   HINWEIS: Die Konfigurationsdatei mit den von den Autoren verwendeten Orientierungspunkten ist als Ergänzungsdatei 1 enthalten.

3. Einrichten des Koordinatensystems

1. Klicken Sie auf das Symbol Neuausrichtung .
2. Wählen Sie im sich öffnenden Fenster die Option Durch Auswahl von Orientierungspunkten aus. Dies ermöglicht es dem Benutzer, alle Scans auf die gleiche Weise auszurichten, was wichtig ist, wenn ihre 3D-Koordinatenwerte verglichen werden sollen. Die für dieses Protokoll ausgewählten Optionen sind: N als Origin Landmark, Drei-Punkt-Definition mit Orientierungspunkten Or R, Oder L, Po L und Define A-P Axis (Mid-Sagittal Plane) mit Landmarks N und Ba.

4. DVT-Scan-Bildanpassungen

1. Passen Sie die Helligkeit und den Kontrast an, um das Bildrauschen über das Menü auf der linken Seite des Bildschirms zu reduzieren.
2. Vergrößern und verkleinern Sie die Ansicht, indem Sie die Strg-Taste gedrückt halten und gleichzeitig mit der linken Maustaste klicken und über den Bildschirm gleiten. Bewegen Sie das Bild auf körperliche Weise, indem Sie die Umschalttaste gedrückt halten und gleichzeitig mit der linken Maustaste klicken und über den Bildschirm gleiten. Aktivieren Sie Clipping aus dem Einstellungsmenü , um Schnittansichten in allen Raumebenen zu erstellen.

5. Hinzufügung neuer Orientierungspunkte

1. Klicken Sie im Menü Einstellungen , das über ein Werkzeugsymbol verfügt, auf Orientierungspunkte, um eine Liste der verfügbaren Orientierungspunktoptionen anzuzeigen, und wählen Sie dann die gewünschte Sehenswürdigkeit aus.
2. Um eine Standardansicht für Orientierungspunkte festzulegen, wählen Sie Nachverfolgungsaufgabe aus, klicken Sie auf Einrichten, wählen Sie Orientierungspunkt, legen Sie die Ansicht wie gewünscht fest und klicken Sie auf Aktuelle Ansichtseinstellungen verwenden. Wiederholen Sie die obigen Schritte, um die Standardansicht für alle weiteren Orientierungspunkte zu ändern.

6. Annotation von anatomischen 3D-Orientierungspunkten

1. Wählen Sie oben im Menü auf der linken Seite des Bildschirms die Option Ablaufverfolgung erstellen aus. Klicken Sie im sich öffnenden Fenster in der linken unteren Ecke des Fensters auf Start . Beginnen Sie mit der Beschriftung der 3D-Orientierungspunkte, indem Sie mit der linken Maustaste direkt auf das 3D-Volumen an der Stelle klicken, an der die Orientierungsmarke basierend auf ihrer Definition platziert werden soll.
2. Bestätigen und passen Sie die Position des Orientierungspunkts mithilfe der Schnittansichten auf der rechten Seite des Bildschirms an. Falls sie nicht angezeigt werden, wählen Sie im Layout-Auswahlmenü auf der linken Seite die Option Slice-Locator aus. Um die Platzierung einer Landmarke zu bestätigen, klicken Sie auf Stopp und wählen Sie die gewünschte Ansicht aus, um die Landmarke zu visualisieren. Nach der Bestätigung fahren Sie mit dem Platzieren der verbleibenden Orientierungspunkte fort.
3. Um die Position des Orientierungspunkts mithilfe des 3D-Volumens zu ändern, stoppen Sie die Analyse, indem Sie unten im Menü Verfolgungsaufgaben auf Stopp klicken, klicken Sie auf den zu verschiebenden Orientierungspunkt und ziehen Sie ihn an die neue gewünschte Position.
4. Um eine Sehenswürdigkeit erneut zu kommentieren, doppelklicken Sie auf das angekreuzte Quadrat neben der Orientierungsmarke, und beantworten Sie dann die Folgefrage mit Ja .

7. Definition und spezifische Anmerkungsanweisungen für jedes 3D-Wahrzeichen

1. Basion (Ba) – der Mittelpunkt am vorderen Rand der vorderen Krümmung des Foramen magnum
   1. Suchen Sie für den axialen Schnitt nach dem tiefsten Ende der Krümmung des Abschnitts des Foramen magnum. Suchen Sie für den sagittalen Abschnitt nach dem hintersten Punkt des mittleren Abschnitts des Foramen magnum. Suchen Sie für den koronalen Schnitt nach dem unteren Mittelpunkt der Krümmung des Foramen magnum.
2. Porion (Po_R, Po_L – der oberste, hintere und äußere Punkt am oberen Rand jedes Gehörgangs (äußerer Gehörgang)
   1. Suchen Sie für den axialen Schnitt nach dem Rand des Randes des äußeren Gehörgangs. Suchen Sie für den sagittalen Schnitt nach dem Schnittpunkt der Eustachischen Röhre mit dem knöchernen Kanal. Suchen Sie für den koronalen Schnitt nach dem Mittelpunkt am unteren Rand der oberen Krümmung. Die senkrechte Linie durch die Spitze halbiert grob den Gehörgang.
3. Nasion (N) – der Schnittpunkt der Naht zwischen dem Stirnbein und den Nasenknochen (fronto-nasale Naht)
   1. Achten Sie für den axialen Schnitt auf den Mittelpunkt/die Höhe der Krümmung der Naht. Suchen Sie für den sagittalen Abschnitt nach dem vorderen Punkt der Naht, an dem sich die Stirn- und Nasenknochen treffen. Suchen Sie für den koronalen Schnitt nach der Mitte der fronto-nasalen Naht. Die senkrechte Linie durchquert grob die Nase.
4. Orbitale (Or_R, Or_L) – der antero-inferiore Punkt am unteren Orbitalrand
   1. Legen Sie die Frontalansicht (knöchernes Fenster) als Standard fest und schneiden Sie axial von unten nach oben, bis die Krümmung des unteren Randes der Umlaufbahn erreicht ist, um den untersten Punkt der unteren Krümmung der Umlaufbahn zu lokalisieren.
   2. Verwenden Sie 2D-Ansichten, um zu bestätigen, dass sich die Orientierungsmarke auf dem Bone befindet. Passen Sie die sagittalen und koronalen Abschnitte an, um die vordere Position der Augenhöhle widerzuspiegeln. Stellen Sie sicher, dass sich der Orientierungspunkt gerade bis zu dem Punkt befindet, an dem sich der Orbitalrand zu krümmen beginnt.
5. Supraorbitale (SOr_R, SOr_L) – der oberste und vorderste Punkt des oberen Orbitalrandes
   1. Legen Sie die Frontalansicht als Standard im 3D-Volumen fest und schneiden Sie ihn allmählich axial von oben nach unten ab, bis die Krümmung des oberen Randes des Orbits erreicht ist, um den obersten Punkt des oberen Randes des Orbits zu lokalisieren.
      Anmerkungen: Vermeiden Sie es, die supraorbitale Kerbe aufgrund ihrer variablen Anatomie zu markieren.
   2. Passen Sie die sagittalen und koronalen Abschnitte an, um die vordere Position des Orientierungspunkts widerzuspiegeln. Stellen Sie sicher, dass sich der Orientierungspunkt gerade bis zu dem Punkt befindet, an dem sich der Orbitalrand zu krümmen beginnt.
6. Sella-Mittelpunkt (Sella)
   1. Suchen Sie nach der Mitte der Sella turcica oder Hypophysengrube, einer sattelförmigen Vertiefung im Körper des Keilbeins, wo sich die Hypophyse oder Hypophyse befindet. Passen Sie die Landmarke in allen Ebenen an die Mitte der Sella turcica an.
   2. Platzieren Sie für den sagittalen Abschnitt die Landmarke in der Mitte der Sella turcica. Passen Sie für die axialen und koronalen Schnitte die Ansichten entsprechend an.
7. Sella inferior (Si) - der unterlegenste und zentralste Punkt auf der Kontur der Sella turcica in der gleichen Ebene wie die Sella
   1. Beginnen Sie für den sagittalen Abschnitt damit, den Orientierungspunkt am untersten Punkt des sagittalen Abschnitts der Sella turcica zu positionieren. Passen Sie für die axialen und koronalen Abschnitte die Position so an, dass sie sich in der Mitte des Abschnitts befindet.
8. Sella posterior (Sp) - der hinterste und zentralste Punkt auf der Kontur der Sella turcica in der gleichen Ebene wie die Sella
   1. Beginnen Sie für den sagittalen Abschnitt damit, den Orientierungspunkt am hintersten Punkt des sagittalen Abschnitts der Sella turcica zu positionieren. Passen Sie für die axialen und koronalen Abschnitte die Position so an, dass sie sich in der Mitte des Abschnitts befindet.
9. Processus clinoideus (Cl) – der antero-superiore Punkt auf der Kontur des Processus clinoideus anterior in der gleichen Ebene wie die Sella
   1. Beginnen Sie für den sagittalen Schnitt damit, den Orientierungspunkt am antero-superiorsten Punkt der Kontur des Processus klinoideus zu positionieren. Passen Sie für die axialen und koronalen Abschnitte die Position so an, dass sie sich in der Mitte des Abschnitts befindet.
10. Jochbeinbogen (ZygArch_R, ZygArch_L)
    1. Suchen Sie nach dem latero-inferioren Punkt auf dem Umriss des Jochbogens. Stellen Sie sicher, dass der Schädel richtig ausgerichtet ist und die Jochbögen aus der submentalen Sicht klar und "senkrecht" zu sehen sind.
       HINWEIS: Wenn der Schädel geneigt ist, wird die genaue Orientierungspunkt-Annotation beeinträchtigt.
    2. Positionieren Sie für den axialen Schnitt die Landmarke am lateralsten und untersten Punkt der Krümmung des Jochbogens. Positionieren Sie für den sagittalen Schnitt den Orientierungspunkt am untersten Punkt des Schnitts. Positionieren Sie die Landmarke für den koronalen Schnitt am lateralsten Punkt des Schnitts.
11. Frontozygomatische Naht (FronZyg_R, FronZyg_L) – der antero-laterale Punkt an der frontozygomatischen Naht.
    1. Achten Sie beim sagittalen Schnitt darauf, dass die Naht im Schnitt gut sichtbar ist. Positionieren Sie den Orientierungspunkt am vordersten Punkt des Abschnitts des Stirnbeins neben der Naht. Suchen Sie für die axialen und koronalen Abschnitte nach dem obersten Punkt des Abschnitts.
12. Nasenhöhle (NasCav_R, NasCav_L) – der Übergang zwischen der Seitenwand der Nase, dem pyriformen Rand/Nasenboden und dem oberen Rand des Oberkiefers
    1. Die Dreifachverbindung ist am besten im koronalen Schnitt zu sehen. Beginnen Sie mit der Positionierung des Orientierungspunkts auf der mesialen Seite des Knotens. Positionieren Sie für den axialen Schnitt die Landmarke am Endpunkt des Schnitts. Für den sagittalen Schnitt positionieren Sie die Landmarke am lateralsten Punkt der Naht am Oberkieferrand.
13. Jugalpunkt (J_R, J_L)
    1. Suchen Sie nach dem tiefsten Mittelpunkt des Processus jugalis des Oberkiefers. Versehen Sie den Orientierungspunkt so, dass er größtenteils mit dem ersten Backenzahn des Oberkiefers übereinstimmt.
    2. Beginnen Sie für den koronalen Schnitt damit, die Position des Orientierungspunkts an das tiefste Ende der Krümmung des Abschnitts des Processus jugalis anzupassen. Suchen Sie für den axialen Abschnitt nach dem lateralsten Punkt des Abschnitts, an dem Punkt, an dem sich die Knochendichte ändert. Suchen Sie für den sagittalen Schnitt nach dem unterlegensten Punkt des Schnitts, an der Stelle, an der sich die Knochendichte ändert.
14. Articulare (Ar_R, Ar_L – der hinterste Punkt des Kondylenkopfes, näher an der Fossa glenoidalis
    1. Suchen Sie für den axialen Schnitt nach dem hintersten Punkt um die Mitte der hinteren Krümmung des Kondylus. Suchen Sie für den sagittalen Schnitt nach dem hintersten Punkt der hinteren Krümmung des Kondylus. Suchen Sie für den koronalen Schnitt nach dem kleinen röntgendichten Bereich, der anzeigt, dass sich die Landmarke auf dem Knochen befindet.
15. Coronoidfortsatz (Cor_R, Cor_L) – der übergeordnete Punkt des Coronoidfortsatzes
    1. Positionieren Sie für die sagittalen und koronalen Abschnitte den Orientierungspunkt auf der Oberseite des Processus coronoideus. Suchen Sie für den axialen Schnitt nach dem kleinen röntgendichten Bereich, der anzeigt, dass sich die Landmarke auf dem Knochen befindet.
16. Fossa Glenoide (G_Fos_R, G_Fos_L)
    1. Suchen Sie nach einem Punkt auf der Fossa glenoidalis, an dem sich der Kondylenkopf in maximaler Artikulation mit der Fossa befindet. Dies ist der ungefähre Mittelpunkt der kuppelförmigen Fossa.
    2. Wählen Sie in 3D den koronalen Schnitt aus, um eine Ansicht zu erhalten, die beide Kondylen einigermaßen gut zeigt. Wählen Sie in dieser Ansicht einen Punkt am unteren Rand der Fossa so, dass eine vertikale Linie durch diesen Punkt den Kondylus grob halbiert; Beachten Sie, dass dies möglicherweise nicht der genaue Mittelpunkt der Fossa zu sein scheint. Zielen Sie auf den Punkt der maximalen Artikulation ab (d. h. ungefähr nahe an der Mitte oder in einigen Fällen genau an der Mitte).
    3. Suchen Sie für den koronalen Schnitt nach dem nächstgelegenen Punkt zum Kuppelschnitt der Fossa glenoidalis. Suchen Sie für den sagittalen Schnitt nach dem obersten Punkt des Kuppelabschnitts der Fossa glenoidalis. Wenden Sie für den axialen Schnitt keine spezifische Feinabstimmung an, wenn die beiden anderen Ansichten angepasst wurden.
17. Unterkieferprofil (rechts und links): Kondylion (Co_R, Co_L), Goion (Go_R, Go_L), Antegonion (Ag_R, Ag_L)
    HINWEIS: Die Orientierungspunkte werden nach dem Nachzeichnen des Unterkieferprofils automatisch mit Anmerkungen versehen.
    1. Identifiziere das Kondylion als den hintersten und oberen Punkt des Kondylus . Identifizieren Sie den Gonie als den äußersten Punkt auf dem Winkel, der durch die Verbindung des Ramus mit dem Körper des Unterkiefers gebildet wird. Identifizieren Sie das Antegonion als den höchsten Punkt der Konkavität des unteren Randes des Ramus, wo er mit dem Körper des Unterkiefers verbunden ist.
    2. Zeichnen Sie das Unterkieferprofil mit einer Reihe von Punkten nach (Doppelklick oder Rechtsklick, um die Nachzeichnung abzuschließen). Beginnen Sie mit der Unterkieferkerbe und beziehen Sie die Kondylen- und Ramusprofile mit ein. Folgen Sie der Kurve in dem Winkel, in dem das Goion eingeschlossen werden soll, indem Sie alle paar Millimeter mehrere Punkte verwenden. Achten Sie darauf, Punkte am unteren oder lateralen Rand des Unterkieferrandes zu wählen.
18. Prosthion (Pr)
    1. Suchen Sie nach dem vordersten Punkt des Processus alveolaris maxillaris in der Mittellinie. Wählen Sie einen sagittalen Schnitt, der die mittleren Schneidezähne des Oberkiefers halbiert. Wählen Sie in der Seitenansicht Prosthion aus, und bestätigen Sie die 2D-Ansichten.
    2. Identifizieren Sie für den axialen Schnitt die Mitte der Wurzelabschnitte der oberen mittleren Schneidezähne am labialen Alveolarknochen. Suchen Sie für den sagittalen Abschnitt nach dem vordersten Punkt des Processus alveolaris maxillaris. Achten Sie beim koronalen Schnitt auf die Mittellinie zwischen den mittleren Schneidezähnen des Oberkiefers.
19. A-Punkt - der tiefste Mittellinienpunkt auf der Prämaxilla der Krümmung zwischen der vorderen Nasenwirbelsäule und dem Prosthionpunkt
    1. Wählen Sie in 3D einen sagittalen Abschnitt, der die mittleren Schneidezähne des Oberkiefers halbiert. Diese Ebene wird das Prosthion (bereits markiert) haben. Wählen Sie in der Seitenansicht A-Punkt und bestätigen Sie die 2D-Ansichten.
    2. Identifizieren Sie für den axialen Abschnitt die Spitze des Abschnitts. Identifizieren Sie für den sagittalen Schnitt den tiefsten Punkt der Krümmung des Oberkiefers zwischen der vorderen Nasenwirbelsäule und dem Alveolarfortsatz. Stellen Sie für den koronalen Abschnitt sicher, dass sich der Punkt in der Mittellinie befindet.
20. Vordere NaseWirbelsäule (ANS)
    1. Suchen Sie nach dem vordersten Punkt der Nasenwirbelsäule. Wählen Sie einen sagittalen Schnitt, der die mittleren Schneidezähne des Oberkiefers halbiert. Diese Ebene hat das Prosthion und den A-Punkt (bereits markiert). Wählen Sie in der Seitenansicht ANS aus, und bestätigen Sie die 2D-Ansichten.
    2. Suchen Sie für den axialen Abschnitt nach der Spitze des Abschnitts. Suchen Sie für den sagittalen Abschnitt nach dem vordersten Punkt der Nasenwirbelsäule. Suchen Sie für den koronalen Schnitt nach der Mitte des kleinen Knochenabschnitts.
21. Hintere Nasenwirbelsäule (PNS) – der Mittelpunkt der Basis der Gaumenknochen am hinteren Rand des harten Gaumens
    1. Wählen Sie in 3D einen sagittalen Abschnitt, der die mittleren Schneidezähne des Oberkiefers halbiert. Auf dieser Ebene sind Prosthion, A-Punkt und ANS bereits markiert. Wählen Sie in der Seitenansicht PNS aus, und bestätigen Sie die 2D-Ansichten.
    2. Suchen Sie für den axialen Schnitt nach dem untersten Punkt der Mittellinie der Gaumenbasis. Suchen Sie für den sagittalen Abschnitt nach dem hintersten Punkt des mittleren Abschnitts des Gaumenknochens. Suchen Sie für den koronalen Schnitt nach dem Mittelpunkt des Abschnitts des Mittelabschnitts des Gaumenknochens.
22. Infradentale (id)
    1. Bestimmen Sie den Übergangspunkt von der Krone/dem Zahn des prominentesten medialen Schneidezahns des Unterkiefers zur Alveolarprojektion.
    2. Wählen Sie in 3D einen sagittalen Schnitt aus, der den zentralen Schneidezahn des Unterkiefers halbiert. Wählen Sie in der Seitenansicht Id aus, und bestätigen Sie die 2D-Ansichten. Wenn drei Schneidezähne vorhanden sind, stellen Sie sicher, dass die Ebene den mittleren Zahn halbiert.
    3. Vergewissern Sie sich für den axialen Schnitt, dass der Orientierungspunkt der vorderste Punkt auf dem Alveolarknochen des ausgewählten Schneidezahns ist. Identifizieren Sie für den sagittalen Schnitt den vordersten Punkt des Alveolarfortsatzes des Unterkiefers. Stellen Sie für den koronalen Abschnitt sicher, dass die Mittellinie den ausgewählten Schneidezahn halbiert.
23. B-Punkt (B) - der tiefste Mittellinienpunkt auf dem Unterkiefer zwischen infradentale und pogonion
    1. Wählen Sie in 3D einen sagittalen Schnitt aus, der die mittleren Schneidezähne des Unterkiefers halbiert. Wählen Sie in der Seitenansicht B-Punkt und bestätigen Sie die 2D-Ansichten.
    2. Suchen Sie für den axialen Schnitt zwischen den mittleren Schneidezähnen des Unterkiefers oder in der Mitte des Abschnitts des mittleren Schneidezähns, wenn ein Schneidezahn fehlt. Bestimmen Sie für den sagittalen Schnitt den Punkt der tiefsten Konkavität anterior an der Unterkiefersymphyse. Suchen Sie für den koronalen Schnitt zwischen den mittleren Schneidezähnen des Unterkiefers oder der vertikalen Gitterlinie, die den mittleren Schneidezahn schneidet.
24. Pogonion (Pog)
    1. Identifiziere den vordersten Punkt der Symphyse des Unterkiefers.
    2. Wählen Sie in 3D einen sagittalen Schnitt aus, der die mittleren Schneidezähne des Unterkiefers halbiert. Wählen Sie in der Seitenansicht Pogonion aus und bestätigen Sie die 2D-Ansichten.
    3. Identifizieren Sie für den axialen Schnitt die vertikale Rasterlinie, die den Unterkieferabschnitt schneidet. Suchen Sie für den sagittalen Abschnitt nach dem vordersten Punkt der Symphyse. Suchen Sie für den koronalen Schnitt nach dem kleinen knöchernen Bereich, der darauf hinweist, dass sich die Landmarke auf der Knochenoberfläche befindet.
25. Anatomisches Gnathion (Gn) - der tiefste Punkt am vorderen Rand des Unterkiefers in der mittleren Sagittalebene
    1. Wählen Sie in 3D einen sagittalen Schnitt aus, der die mittleren Schneidezähne des Unterkiefers halbiert. Wählen Sie in der Seitenansicht Gn aus, und bestätigen Sie die 2D-Ansichten.
    2. Achten Sie bei den axialen und koronalen Abschnitten auf die vertikale Gitterlinie, die den Unterkieferabschnitt schneidet. Identifizieren Sie für den sagittalen Schnitt den tiefsten Punkt am vorderen Rand des Unterkiefers.
26. Menton (Ich) - der tiefste Punkt der Unterkiefersymphyse.
    1. Wählen Sie in 3D einen sagittalen Schnitt aus, der die mittleren Schneidezähne des Unterkiefers halbiert. Wählen Sie in der Seitenansicht die Option Ich aus, und bestätigen Sie die 2D-Ansichten.
    2. Identifizieren Sie für den axialen Schnitt den kleinen knöchernen Bereich, der darauf hinweist, dass sich die Landmarke auf der Knochenoberfläche befindet. Identifizieren Sie für den sagittalen Abschnitt den tiefsten Punkt des Symphysenabschnitts. Suchen Sie für den koronalen Schnitt nach dem untersten Mittelpunkt des Symphysenabschnitts.
27. Profil des oberen/unteren rechten/linken Schneidezahns
    Anmerkungen: Drei Punkte sind erforderlich: die Wurzel des oberen/unteren Schneidezahns; Axial: der Mittelpunkt des Abschnitts des Scheitelpunkts; Sagittal, koronal: die Spitze der Spitze.
    1. In der Krone des oberen/unteren Schneidezahns: Suchen Sie im axialen und koronalen Abschnitt nach dem Mittelpunkt der Schneidekante; und identifizieren Sie im sagittalen Abschnitt die Spitze der Schneidekante.
    2. Im Labialpunkt des oberen/unteren Schneidezahns: Identifizieren Sie im axialen Abschnitt den Mittelpunkt des Zahnabschnitts; Suchen Sie im sagittalen Abschnitt nach dem markantesten Punkt der labialen Oberfläche. und stellen Sie im koronalen Abschnitt sicher, dass sich der Punkt in der vertikalen Linie befindet, die den Zahn halbiert.
28. Oberes/unteres rechts/linkes Molarenprofil
    HINWEIS: Die folgenden drei Punkte sind erforderlich.
    1. Wurzel des oberen/unteren Molaren: Suchen Sie im axialen Schnitt nach dem Mittelpunkt des Abschnitts der mesialen Wurzelspitze; und identifizieren Sie in den sagittalen und koronalen Abschnitten die Spitze der mesialen Wurzelspitze.
    2. Vorderer Höcker des oberen/unteren Molaren: Identifizieren Sie im axialen Schnitt den mesial-bukkalen Höcker des ersten Molaren des Oberkiefers/Unterkiefers; Suchen Sie im sagittalen und koronalen Schnitt nach dem mesial-bukkalen Höcker des ersten Molaren des Oberkiefers/Unterkiefers.
    3. Hinterer Höcker des oberen Molaren: Suchen Sie im axialen Schnitt nach dem distal-bukkalen Höcker des ersten Molaren des Oberkiefers/Unterkiefers; Identifizieren Sie im sagittalen und koronalen Schnitt den distal-bukkalen Höcker des ersten Molaren des Oberkiefers/Unterkiefers.
29. Cribriforme Platte (Cr) - der mittlere obere Punkt auf der Crista galli
    1. Wählen Sie im sagittalen Abschnitt den untersten Punkt der Crista Galli. Suchen Sie im axialen Schnitt nach dem am schlechtesten liegenden Punkt des kleinen Abschnitts der Crista Galli. Wählen Sie im koronalen Abschnitt den höchsten Punkt der Crista Galli.
30. Foramen ovale (ForOval_R, ForOval_L) - der antero-mediale und obere Punkt des Foramen ovale
    1. Achten Sie im axialen Schnitt darauf, dass dieser Punkt ungefähr auf einer Ebene liegt, die das Foramen in antero-medialer Richtung halbiert. Schauen Sie sich im sagittalen und koronalen Abschnitt den Boden des Kanaleingangs an.
31. Opisthion (Opi) - der Mittelpunkt am hinteren Rand der hinteren Krümmung des Foramen magnum im axialen Schnitt
    1. Suchen Sie im sagittalen Schnitt nach dem untersten Punkt des sagittalen Abschnitts des Foramen magnum. Positionieren Sie im axialen und koronalen Schnitt die Landmarke in der Mittellinie.
32. Schädelgrube anterior (AntCF_R, AntCF_L) - der vorderste obere Punkt an der Grenze, die die vordere und mittlere Schädelgrube trennt
    1. Verwenden Sie in 3D den axialen Schnitt von vorne nach hinten, bis die Krümmung der Fossa erreicht ist. Wenn mehr als ein Rand vorhanden ist, wählen Sie den vordersten Rand aus.
    2. Identifizieren Sie im axialen Schnitt den vordersten Punkt des Abschnitts der vorderen Schädelgrube. Suchen Sie im sagittalen Abschnitt nach dem obersten Punkt der Grenze der vorderen Schädelgrube. Identifizieren Sie im koronalen Schnitt den untersten Punkt des Abschnitts der vorderen Schädelgrube.
33. Innerer Gehörgang (AcM_R, AcM_L) - der hinterste laterale Punkt des inneren Gehörgangs am Felsenbein
    1. Suchen Sie im axialen Schnitt nach dem Punkt, der den Beginn des Kanals widerspiegelt, an dem die Krümmung endet. Suchen Sie im sagittalen Abschnitt nach dem hinteren Punkt der Krümmung. Identifizieren Sie im koronalen Schnitt den tiefsten Punkt der Krümmung.
34. Hypoglossuskanal (Hypog_R, Hypog_L)
    HINWEIS: Dies ist der anteromedialste Punkt des Kanals. Falls es zwei Kanäle gibt, wählen Sie den hinteren der beiden Kanäle und markieren Sie den Punkt am vorderen Rand des hinteren Kanals.
    1. Identifizieren Sie im axialen Schnitt den Punkt, der den Anfang des Kanals widerspiegelt, an dem die Krümmung endet. Suchen Sie im sagittalen Abschnitt nach dem tiefsten Ende der Krümmung. Achten Sie im koronalen Schnitt darauf, dass der Punkt ungefähr auf der Achse liegt, die den Kanal in antero-medialer Richtung halbiert.

8. Speichern des DVT-Scans mit kommentierten Orientierungspunkten

1. Wählen Sie im Menü "Datei" die Option "Speichern" oder "Speichern unter" aus, um sie als separate Datei zu speichern, und wählen Sie dann den bevorzugten Dateityp aus.

9. Exportieren von Messungen und/oder 3D-Koordinaten von Orientierungspunkten

1. Klicken Sie in der Symbolleiste auf das Symbol Informationen speichern/Diskette und wählen Sie dann entweder Messungen exportieren oder Orientierungspunkte exportieren aus. Exportieren Sie die Ergebnisse in .csv Dateiformat.

Diskussion

Medizin und Zahnmedizin sind bereits in das Zeitalter der 3D-Bildgebung eingetreten. In den Bereichen der kraniofazialen und zahnärztlichen Bildgebung werden zunehmend DVT-Scans eingesetzt, da die aktualisierten Systeme im Vergleich zu herkömmlichen CT-Geräten strahlungsarm und kostengünstig sind, die Kalibrierung des Personaleinsatzes einfach ist, die Aufnahme relativ schnell und einfach mit minimaler Patientenkooperation erfolgt sowie die Möglichkeit, mehrere andere diagnostische Bilder und Analysen aus einem einzigen Scan zu generieren. Daher ist es für Kliniker und Forscher wichtig zu wissen, wie man diese 3D-Bilder liest, diagnostiziert und analysiert und wie man kraniofaziales Wachstum und Entwicklung in 3D untersucht.

Um Kliniker und Forscher auf diesem Gebiet zu unterstützen, präsentieren wir ein Schritt-für-Schritt-Protokoll und eine Videodemonstration für die Durchführung von 3D-Fernröntgenanalysen unter Verwendung von humanen DVT-Scans. Diese Orientierungspunkte wurden bereits in einer früheren Veröffentlichung definiert und validiert, wobei ihre Genauigkeit und Wiederholbarkeit bestätigt wurde⁴. Die detaillierten Verfeinerungsanweisungen für jedes Wahrzeichen helfen den Benutzern auch bei der korrekten Beschriftung der einzelnen Sehenswürdigkeiten. Der Prozess der Beschriftung von Sehenswürdigkeiten wird durch die Verwendung voreingestellter Ansichten des Scans weiter vereinfacht, die dem Bereich entsprechen, in dem jede Sehenswürdigkeit positioniert werden soll. Diese Funktion spart dem Benutzer viel Zeit und Mühe. Nichtsdestotrotz ist eine Lernkurve erforderlich, und die Benutzer müssen üben, um eine genaue Orientierungspunktanmerkung zu erreichen.

Die in diesem Protokoll verwendete validierte 3D-Landmark-Konfiguration bietet eine ausreichende Abdeckung des Skelettgewebes des Gesichts, des Oberkiefers, des Unterkiefers und der Schädelbasis. Auf diese Weise wird die wahre Morphologie der kraniofazialen Strukturen genauer dargestellt, um die Dimensionen, Konfiguration und Orientierung des kraniofazialen Komplexes und seiner Komponentenstrukturen besser beurteilen zu können. Weichteil-Orientierungspunkte sind in diesem Protokoll nicht enthalten, aber Benutzer können der bereitgestellten Konfiguration Orientierungspunkte ihrer Wahl hinzufügen, wie im Protokoll beschrieben. Darüber hinaus könnte dieses Protokoll aus praktischen Gründen keine spezifischen Anweisungen für andere 3D-Analysesoftware enthalten, kann aber von jedem Benutzer entsprechend angepasst werden.

Abgesehen von der diagnostischen Aussagekraft der generierten Standard-Fernröntgenmessungen, vor allem für Kliniker, wird die Freiheit, die die Verwendung dieser Analyse zur Berechnung von Winkeln und linearen Abständen zwischen beliebigen 3D-Orientierungspunkten bietet, die Erstellung neuer kephalometrischer Analysen ermöglichen, die detailliertere und vollständigere Beurteilungen ermöglichen. Nichtsdestotrotz beinhaltet unsere zukünftige Ausrichtung die Etablierung neuer entsprechender normativer Werte, so wie in der Vergangenheit normative 2D-Werte geschaffen wurden.

Darüber hinaus entwickeln sich die Anwendungen der denkmalgeschützten GMA im kraniofazialen klinischen und Forschungsbereich in rasantem Tempo. Forscher der Evolutions- und Entwicklungsbiologie und der Anthropologie verwenden diese Analyse seit mehr als einem Jahrzehnt, aber auch in den Bereichen Kieferorthopädie, dentofaziale Orthopädie und kraniofaziale Chirurgie wurden in jüngster Zeit neue klinische Anwendungen vorgestellt. GMA kann auch als Teil einer quantitativen Phänotypisierung bei angeborenen Erkrankungen mit kraniofazialen Manifestationen sowie zur Detektion subtiler morphologischer Unterschiede, die auf Genmutationen zurückzuführen sind, eingesetzt werden^13,14,15,16. Darüber hinaus kann die Integration verschiedener quantitativer Ansätze durch die Verknüpfung morphometrischer Daten mit funktionellen Analysen sowie genetischen Daten neue Erkenntnisse über die kraniofaziale Entwicklung in gesunden, aber auch in kranken Gruppen liefern.

Aufgrund der jüngsten Fortschritte in der Berechnung und Visualisierung ist die Durchführung dieser Art von Analyse jetzt auf PCs möglich, wobei bereits mehrere Softwarepakete verfügbar sind, darunter Checkpoint, Geomorph (ein Paket von R-Statistiksoftware), Amira-Avizo und SlicerMorph. Diese Programme können Forschern in medizinischen Bereichen, die mit multivariaten statistischen Analysen nicht vertraut sind, bei der Durchführung von GMA mit der Verfügbarkeit integrierter automatisierter Funktionen helfen.

Materialien

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