* These authors contributed equally
מוצג כאן פרוטוקול מפורט לביצוע ניתוח צפלומטרי תלת מימדי עם שימוש בסריקות טומוגרפיה ממוחשבת של קרן חרוט אנושית.
ניתוח צפלומטרי Craniofacial הוא כלי אבחון המשמש להערכת היחסים של עצמות שונות ורקמות רכות בראש ובפנים. ניתוח צפלומטרי נערך באופן מסורתי תוך שימוש ברדיוגרפים דו-ממדיים וקבוצות ציון דרך והוגבל לגודל, מדידות ליניאריות וזוויתיות ויחסים דו-ממדיים. השימוש הגובר בסריקות טומוגרפיה ממוחשבת תלת-ממדית של קרן חרוט (CBCT) בתחום רפואת השיניים מכתיב את הצורך באבולוציה לאנליזה צפלומטרית תלת-ממדית, המשלבת צורה וניתוח מציאותי יותר של התפתחות אורכית בכל שלושת המישורים. מחקר זה הוא הדגמה של ניתוח צפלומטרי תלת ממדי עם שימוש בקבוצה מתוקפת של ציוני דרך של רקמת השלד על סריקות CBCT אנושיות. הוראות מפורטות לביאור של כל ציון דרך בכרך תלת-ממדי מסופקות כחלק מפרוטוקול שלב אחר שלב. ניתן לייצא את המדידות שנוצרו ואת הקואורדינטות התלת-ממדיות של ציוני הדרך ולהשתמש בהן למטרות קליניות ומחקריות. הכנסת אנליזה צפלומטרית תלת ממדית במחקרים קרניופלציאליים בסיסיים וקליניים תוביל להתקדמות עתידית בתחום הצמיחה וההתפתחות של הגולגולת.
אנליזה צפלומטרית, הבוחנת את יחסי השיניים והשלד של גולגולת האדם, היא היישום הקליני של צפלומטריה. בנוסף לאנתרופולוגים, ביולוגים התפתחותיים, מומחים לזיהוי פלילי וחוקרי קרניופציאליות החוקרים את האבולוציה האנושית ואת התפתחות הגולגולת, הוא משמש אנשי מקצוע בתחום בריאות הפה, כולל רופאי שיניים, אורתודונטים ומנתחי פה ולסת, ככלי לתכנון טיפול. המוסדות הראשונים שהשתמשו באנליזה צפלומטרית באורתודונטיה היו Hofrath בגרמניה וברודבנט בארצות הברית בשנת 1931 1,2,3. המטרה העיקרית של הניתוח הייתה לספק משאב תיאורטי ומעשי להערכת הפרופורציות הגולגולתיות של הפרט ולהגדיר את המקור האנטומי של חסימה1. זה איפשר לעקוב אחר דפוס הצמיחה של המקסילה והלסת התחתונה, לעקוב אחר מיקומם היחסי בחלל, ולצפות בשינויים ברקמות רכות ובתזוזת שיניים. כתוצאה מכך, ניתן היה לעקוב אחר השינויים שנגרמו על ידי הטיפול האורתודונטי, וניתן היה לאפיין יחסי שלד ושיניים לצורך אבחון לצורך תכנון הטיפול. הערכת הקומפלקס הדנטופציאלי נעשתה על ידי השוואת המעקב הצפלומטרי של המטופל עם ערכי ייחוס המייצגים אוכלוסייה נורמלית בגיל, גזע ומוצא אתני דומים1.
שיטת הניתוח המסורתית כללה תיאור דו-ממדי (דו-ממדי) של מבנים תלת-ממדיים (תלת-ממדיים) 4,5. מכשול עיקרי של טכניקה זו הוא עיוות והגדלה של מבנים אנטומיים באמצעות הדמיית רנטגן קונבנציונלית על סרט רגיל או פורמטים דיגיטליים, אשר יכול להוביל למעקב ופרשנויות צפלומטריות לא מדויקות 6,7. ההקדמה הראשונית של הדמיה תלת ממדית בצורה של טומוגרפיה ממוחשבת צירית (CT) ו- CT ספירלי לא כללה יישומים דנטליים או לא רפואיים עקב עלות גבוהה ומינוני קרינה גבוהים. עם זאת, הופעתן של סריקות טומוגרפיה ממוחשבת של קרן חרוט (CBCT) מיתנה חששות אלה, שכן ההוצאות ומנות הקרינה היו נמוכות משמעותית מ- CT1. השינוי בנרטיב הדימות הזה עורר את השימוש הנרחב ב- CBCT באורתודונטיה לשיפור באבחון ובתכנון הטיפול. היתרון העיקרי של הדמיה תלת-ממדית על פני טכניקת התמונה הדו-ממדית הקונבנציונלית הוא שהתלת-ממד מאפשר לבוחן לראות מבנים אנטומיים ללא סופראימפוזיציות ועיוותים מרחביים (כלומר, מיקום הראש של הפרט). לכן, מיקום מדויק הרבה יותר של ציוני דרך אנטומיים המשמשים להולכה של ניתוח cephalometric אפשרי, במיוחד במקרים של אסימטריה הפנים. יתר על כן, שטח אנטומי הרבה יותר גדול ניתן לנתח.
אחד החידושים האחרונים בתחום הצפלומטריה הוא יישום למידה עמוקה (DL) לזיהוי ציוני דרך אוטומטיים 8,9,10,11. למרות שתוצאות מחקרים אלה מבטיחות, רמות הדיוק במיקום ציוני הדרך עדיין אינן משביעות רצון. יתר על כן, רוב המחקרים הללו משתמשים בקבוצות ציון דרך קטנות יחסית הנגזרות מניתוחים צפלומטריים דו-ממדיים קודמים, ומספקים כיסוי לא מספיק של בסיס הגולגולת, שהוא מבנה חשוב לחקר צמיחה והתפתחות גולגולתית. סרטון הדגמה זה מציג בפירוט מתודולוגיה לביצוע ניתוח צפלומטרי תלת-ממדי ידני ומדויק עם שימוש במערך מאומת של ציוני דרך תלת-ממדיים של רקמת השלד המכסים את אזורי הפנים, בסיס הגולגולת, הלסת התחתונה והשיניים לשימוש במחקרים קליניים ומחקריים הכוללים הדמיית CBCT4. דוגמה לניתוח תלת-ממדי שהושלם ניתן לראות באיור 1.
פרוטוקול זה עוקב אחר ההנחיות של ועדות האתיקה של המחקר האנושי של מועצות הסקירה המוסדיות של המכונים הלאומיים לבריאות (NIDCR IRB #16-D-0040) ואוניברסיטת רוזמן למדעי הבריאות. עיין בטבלת החומרים לקבלת פרטים הקשורים לתוכנה המשמשת בפרוטוקול זה. ניתן לעקוב אחר אותו פרוטוקול עם שימוש בתוכנות שונות, לאחר התאמות המבוססות על ההגדרות הספציפיות והפרטים הטכניים שלהן. סריקות CBCT ששימשו ליצירת הדמות הכלולה במאמר זה, כמו גם הדגמת הווידיאו, הפכו לאנונימיות לפני השימוש בהן, והסכמה מדעת התקבלה מהנבדקים, המאפשרת שימוש בסריקות שלהם בפרסומים הקשורים למחקר. שני הנבדקים נראו במרפאת השיניים של NIH, שם נרכשו הסריקות (מערכת Planmeca ProMax 3D; מצב מינון נמוך, רזולוציה של 400 מיקרומטר) וקיבלו הסכמה לפרוטוקול IRB שאושר על ידי NIH (NCT02639312).
1. העלאת סריקת CBCT ותצוגה במודול 3DAnalysis
2. העלאת קובץ תצורה ציון דרך
3. תיאום הגדרת המערכת
4. התאמות תמונה של סריקת CBCT
5. הוספת ציוני דרך חדשים
6. ביאור ציוני דרך אנטומיים תלת ממדיים
7. הגדרות והוראות ביאור ספציפיות לכל ציון דרך תלת ממדי
8. שמירת סריקת CBCT עם ציוני דרך מבוארים
9. ייצוא מדידות ו/או קואורדינטות תלת-ממדיות פורצות דרך
הביאור של תצורת ציון דרך תלת-ממדית מאומתת מתואר בפירוט באמצעות פרוטוקול שלב אחר שלב והדגמת וידאו. הוראות ספציפיות מסופקות עבור ביאור של כל ציון דרך על נפח 3D, כמו גם חידוד של המיקום הראשוני שלהם בעזרת תצוגות סעיף 2D המתאימים לכל מישור של חלל. על ידי ביצוע המתודולוגיה המפורטת המסופקת בפרוטוקול בשילוב עם הוראות הווידאו, המשתמש יכול ללמוד כיצד לבצע ניתוח צפלומטרי עם שימוש בסריקות CBCT אנושיות.
איור 1 מייצג מבט חזיתי ושלושה רבעים של סריקת CBCT בראש מלא של גולגולת אנושית עם ציוני דרך תלת-ממדיים מבוארים הכלולים בתצורה הנוכחית. כל ציוני הדרך המתוארים הם סוג 1 וסוג 2. ציוני דרך מסוג 1 מייצגים נקודות זיהוי ברורות הנצפות בדרך כלל בהצטלבות של מבנים אנטומיים נפרדים. ציוני דרך מסוג 2 מייצגים נקודות של עקמומיות מקסימלית על קווי המתאר של מבנים אנטומיים מוכרים12. לא נכללו סוג 3 או ציוני דרך למחצה בניתוח זה.
לאחר השלמת הביאור של ציוני הדרך, ישנם שני סוגים של נתונים שניתן לייצא ולנתח עוד יותר על ידי המשתמש: מדידה צפלומטרית וערכי קואורדינטות תלת ממדיות. הערכים של מדידות צפלומטריות מפתח הנדרשות לאבחון והערכה של חסימת שלד שיניים מסופקים. מדידות אלה מספקות הערכה מפורטת של יחסי השלד והשיניים בכל שלושת מישורי החלל: קשת, אנכי ורוחבי. ניתן לייצא את ערכי הקואורדינטות התלת-ממדיות (x, y, z) של כל ציון דרך ולהשתמש בהם לחישוב זוויות ומרחקים ליניאריים. הערכים של אותן קואורדינטות יכולים לשמש להולכה של אנליזה מורפומטרית גיאומטרית רב-משתנית (GMA). GMA היא שיטה לחקר צורה שיכולה ללכוד משתני צורה שונים מורפולוגית באמצעות קואורדינטות ציון דרך קרטזיות ו / או ציון דרך למחצה. ניתן להשתמש במספר טכניקות סטטיסטיות כדי לבחון צורה, מבלי לקחת בחשבון את הגודל, המיקום או הכיוון של המבנים שנבדקו. מורפומטריה גיאומטרית היא כיום הגוף המבוסס ביותר של התאוריה המורפומטרית לטיפול בנתונים מבוססי ציוני דרך.
איור 1: מבט חזיתי ושלושה רבעים של סריקת CBCT בראש מלא של גולגולת אנושית עם ציוני דרך תלת-ממדיים מבוארים הכלולים בתצורה הנוכחית. לחץ כאן כדי להציג גרסה גדולה יותר של איור זה.
קובץ משלים 1: קובץ תצורה הכולל את ציוני הדרך המשמשים בפרוטוקול זהאשר ניתן להעלות ישירות לתוכנה לניתוח. אנא לחץ כאן כדי להוריד קובץ זה.
הרפואה ורפואת השיניים כבר נכנסו לעידן הדימות התלת-ממדי. בתחומי ההדמיה הגולגולתית והדנטלית, סריקות CBCT נמצאות בשימוש הולך וגובר, בשל הקרינה הנמוכה והעלות המופחתת של המערכות המעודכנות בהשוואה למכשירי CT מסורתיים, כיול קל לשימוש בכוח אדם, רכישה מהירה וקלה יחסית עם שיתוף פעולה מינימלי של המטופל, כמו גם היכולת להפיק מספר רב של תמונות אבחון וניתוחים אחרים מסריקה אחת בודדת. לכן, חיוני שקלינאים וחוקרים ידעו כיצד לקרוא, לאבחן ולנתח תמונות תלת-ממדיות אלה, כמו גם ללמוד כיצד לחקור צמיחה והתפתחות גולגולתית בתלת-ממד.
כדי לסייע לקלינאים ולחוקרים בתחום זה, אנו מציגים פרוטוקול שלב אחר שלב והדגמת וידאו לביצוע אנליזה צפלומטרית תלת ממדית תוך שימוש בסריקות CBCT אנושיות. ציוני דרך אלה הוגדרו ואומתו בעבר בפרסום קודם, שם אושרו דיוקם וחזרתם4. הוראות החידוד המפורטות עבור כל ציון דרך גם מסייעות למשתמשים בביאור הנכון של כל ציון דרך. תהליך ביאור ציון הדרך מפושט עוד יותר באמצעות שימוש בתצוגות מוגדרות מראש של הסריקה התואמות לאזור שיש למקם כל ציון דרך. פונקציה זו חוסכת זמן ומאמץ משמעותיים עבור המשתמש. עם זאת, יש עקומת למידה מעורבת, ותרגול נדרש על ידי המשתמשים כדי להשיג ביאור ציון דרך מדויק.
תצורת ציון הדרך התלת-ממדית המאומתת המשמשת בפרוטוקול זה מספקת כיסוי מספיק של רקמת השלד של הפנים, המקסילה, הלסת התחתונה ובסיס הגולגולת. בדרך זו, המורפולוגיה האמיתית של מבני הגולגולת מיוצגת בצורה מדויקת יותר להערכת הממדים, התצורה והכיוון של קומפלקס הגולגולת והמבנים המרכיבים אותו. ציוני דרך של רקמות רכות אינם כלולים בפרוטוקול זה, אך משתמשים יכולים להוסיף ציוני דרך לפי בחירה לתצורה שסופקה, כמתואר בפרוטוקול. בנוסף, מסיבות מעשיות, פרוטוקול זה לא יכול לכלול הוראות ספציפיות עבור תוכנות ניתוח תלת מימד אחרות, אך ניתן להתאים אותו בהתאם על ידי כל משתמש.
מלבד הערך האבחנתי של המדידות הצפלומטריות הסטנדרטיות שנוצרו, בעיקר עבור קלינאים, החופש המוצע עם השימוש בניתוח זה לחישוב זוויות ומרחקים ליניאריים בין כל ציוני דרך תלת-ממדיים יאפשר הקמת ניתוחים צפלומטריים חדשים שיספקו הערכות מפורטות ומלאות יותר. עם זאת, הכיוון העתידי שלנו כולל קביעת ערכים נורמטיביים חדשים, בדומה לערכים נורמטיביים דו-ממדיים שנוצרו בעבר.
יתר על כן, היישומים של GMA מבוסס ציון דרך בתחום הקליני והמחקר craniofacial מתפתחים בקצב מהיר. חוקרים בביולוגיה אבולוציונית והתפתחותית ואנתרופולוגיה משתמשים בניתוח זה כבר יותר מעשור, אך לאחרונה הוצגו יישומים קליניים חדשים גם בתחומי אורתודונטיה, אורתופדיה דנטופציאלית וכירורגיה קרניופציאלית. GMA יכול לשמש גם כחלק מפנוטיפ כמותי במקרה של מחלות מולדות עם ביטויים גולגולתיים, כמו גם לזיהוי הבדלים מורפולוגיים עדינים המיוחסים למוטציות גנטיות13,14,15,16. בנוסף, שילוב של גישות כמותיות שונות על ידי קישור נתונים מורפומטריים עם ניתוח פונקציונלי, כמו גם נתונים גנטיים יכול לספק ידע חדש לגבי התפתחות גולגולת בקבוצות בריאות, כמו גם מחלות.
בגלל ההתקדמות האחרונה בחישוב והדמיה, ביצוע סוג זה של ניתוח אפשרי כעת במחשבים אישיים, עם מספר חבילות תוכנה שכבר זמינות, כולל צ'קפוינט, Geomorph (חבילה של תוכנה סטטיסטית R), Amira-Avizo, ו SlicerMorph. תוכניות אלה יכולות לסייע לחוקרים בתחומים רפואיים שאולי אינם מכירים ניתוחים סטטיסטיים רב-משתניים לבצע GMA עם זמינות של פונקציות אוטומטיות מובנות.
המחברים מצהירים כי אין ניגודי עניינים.
מחקר זה נתמך על ידי תוכנית המחקר Intramural של המכון הלאומי למחקר שיניים וקרניופציאליות (NIDCR) של המכונים הלאומיים לבריאות (NIH), והתוכנית לחינוך מתקדם באורתודונטיה ואורתופדיה דנטופציאלית של המכללה לרפואת שיניים של אוניברסיטת רוזמן.
Name | Company | Catalog Number | Comments |
Invivo6 Dental Software | Anatomage | N/A | 3D Imaging Software (including 3D analysis module) |
Request permission to reuse the text or figures of this JoVE article
Request PermissionExplore More Articles
This article has been published
Video Coming Soon
Copyright © 2025 MyJoVE Corporation. All rights reserved