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.

הדגמת ביאור ציון דרך צפלומטרית תלת-ממדית בסריקות CBCT אנושיות

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

המחברים מצהירים כי אין ניגודי עניינים.

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.

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.

<table border="1" fo:keep-together.within-page="1" fo:keep-with-next.within-page="always">
	<tbody>
		<tr>
			<td>Invivo6 Dental Software</td>
			<td>Anatomage</td>
			<td>N/A</td>
			<td>3D Imaging Software (including 3D analysis module)</td>
		</tr>
	</tbody>
</table>

three-dimensional cephalometric landmark annotation demonstration on human cone beam computed tomography scans

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.

Cephalometric analysis, which examines the dental and skeletal relationships of the human skull, is the clinical application of cephalometry. In addition to anthropologists, developmental biologists, forensic experts, and craniofacial researchers who study human evolution and craniofacial development, it is utilized by oral health professionals, including dentists, orthodontists, and oral and maxillofacial surgeons, as a treatment planning tool. The earliest institutions that used cephalometric analysis in orthodontics were Hofrath in Germany and Broadbent in the USA in 19311,2,3. The primary objective of the analysis was to provide a theoretical and practical resource to evaluate the craniofacial proportions of an individual and to define the anatomical source of malocclusion1. This allowed for the growth pattern of the maxilla and mandible to be tracked, their relational positions in space to be monitored, and changes in soft tissue and teeth displacement to be observed. As a result, changes brought about by orthodontic treatment could be monitored, and skeletal and dental relationships could be characterized for a diagnosis to be made for treatment planning. Evaluation of the dentofacial complex was done by comparing a patient&#39;s cephalometric tracing with reference values that were representative of a normal population of similar age, race, and ethnicity1.
The traditional method of analysis consisted of a two-dimensional (2D) depiction of three-dimensional (3D) structures4,5. A major setback of this technique is the distortion and magnification of anatomical structures via conventional x-ray imaging on plain film or digital formats, which can lead to inaccurate cephalometric tracings and interpretations6,7. The initial introduction of 3D imaging in the form of axial computed tomography (CT) and spiral CT did not include dental or non-medical applications due to high cost and high radiation doses. However, the emergence of cone beam computed tomography (CBCT) scans mitigated these concerns, as expenses and radiation doses were significantly lower than CT1. The shift in this imaging narrative galvanized the widespread use of CBCT in orthodontics for improvement in diagnosis and treatment planning. The main advantage of 3D imaging over the conventional 2D image technique is that 3D allows the examiner to view anatomical structures without superimpositions and spatial distortions (i.e., head position of the individual). Therefore, a much more accurate positioning of the anatomical landmarks used for the conduction of cephalometric analysis is possible, especially in cases of facial asymmetry. Moreover, a much larger anatomical area can be analyzed.
One of the most recent advances in the field of cephalometry is the implementation of deep learning (DL) for automated landmark detection8,9,10,11. Although the results of these studies are promising, the levels of accuracy in the placement of the landmarks are not yet satisfactory. Moreover, most of these studies use relatively small landmark sets that are derived from previous 2D cephalometric analyses, providing insufficient coverage of the cranial base, which is an important structure for the study of craniofacial growth and development. This demonstration video showcases in detail a methodology for the conduction of manual, high-accuracy 3D cephalometric analysis with the use of a validated set of 3D skeletal tissue landmarks covering the areas of the face, cranial base, mandible, and teeth for use in clinical and research studies involving CBCT imaging4. An example of a completed 3D analysis can be seen in Figure 1.

מחבר זרקור: הדגמת ביאור ציון דרך צפלומטרית תלת-ממדית על סריקות טומוגרפיה ממוחשבת של קרן חרוט אנושית  

הדגמת ביאור ציון דרך צפלומטרית תלת מימדית על סריקות טומוגרפיה ממוחשבת של קרן חרוט אנושית

The aim of this project is to provide a detailed methodology for the conduction of 3D cephalometric analysis with the use of a validated set of 3D skeletal landmarks. These landmarks cover the areas of the cranial base, face maxilla and mandible, and can be used in clinical as well as research studies. There is a learning curve for those who annotate the landmarks for the first time on the 3D volume, and a lot of practice is strongly recommended to acquire more experience and consistency before applying these landmarks on clinical and research studies.The 3D cephalometric analysis offers more accurate measures in comparison to 2D cephalometric analysis. Because of the distortion and magnification of the anatomical structures in conventional x-ray films and 2D digital formats, 2D cephalometric analysis can lead to in accurate tracings and interpretations. Moreover, the coordinates of the 3D landmarks can be exported and used for the conduction of geometric-morphometric analysis to study shape.The use of the 3D landmark data analysis can be part of an in-depth quantitative phenotypic approach in the case of craniofacial deformities. In addition, the integration of morphometric analysis with functional analysis and genetic information will provide new knowledge in the case of craniofacial development in healthy as well as disease cohorts.

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.
<img alt="Figure 1" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/65224/65224fig01.jpg"> איור 1: מבט חזיתי ושלושה רבעים של סריקת CBCT בראש מלא של גולגולת אנושית עם ציוני דרך תלת-ממדיים מבוארים הכלולים בתצורה הנוכחית. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/65224/65224fig01large.jpg" target="_blank">לחץ כאן כדי להציג גרסה גדולה יותר של איור זה.</a>
קובץ משלים 1: קובץ תצורה הכולל את ציוני הדרך המשמשים בפרוטוקול זהאשר ניתן להעלות ישירות לתוכנה לניתוח. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/65224/AnalysisCFGUser.zip" target="_blank">אנא לחץ כאן כדי להוריד קובץ זה.</a>

Watch this Scientific Journal Video about Three-Dimensional Cephalometric Landmark Annotation Demonstration on Human Cone Beam Computed Tomography Scans at JoVE.com

מוצג כאן פרוטוקול מפורט לביצוע ניתוח צפלומטרי תלת מימדי עם שימוש בסריקות טומוגרפיה ממוחשבת של קרן חרוט אנושית.

Craniofacial cephalometric analysis is a diagnostic tool used for the assessment of the relationship of various bones and soft tissues in the head and ...

מטרת הפרויקט היא לספק מתודולוגיה מפורטת לביצוע ניתוח צפלומטרי תלת-ממדי תוך שימוש בקבוצה מתוקפת של ציוני דרך תלת-ממדיים בשלד. ציוני דרך אלה מכסים את אזורי בסיס הגולגולת, מקסילה הפנים והלסת התחתונה, וניתן להשתמש בהם במחקרים קליניים כמו גם מחקריים. יש עקומת למידה למי שמבאר את ציוני הדרך בפעם הראשונה על נפח התלת-ממד, ומומלץ מאוד להתאמן כדי לרכוש יותר ניסיון ועקביות לפני יישום ציוני דרך אלה במחקרים קליניים ומחקריים.הניתוח הצפלומטרי התלת-ממדי מציע מדדים מדויקים יותר בהשוואה לניתוח צפלומטרי דו-ממדי. בגלל העיוות וההגדלה של המבנים האנטומיים בסרטי רנטגן קונבנציונליים ובפורמטים דיגיטליים דו-ממדיים, ניתוח צפלומטרי דו-ממדי יכול להוביל למעקב ופרשנויות מדויקות. יתר על כן, הקואורדינטות של ציוני הדרך התלת-ממדיים ניתנות לייצוא ומשמשות להולכה של אנליזה גיאומטרית-מורפומטרית לחקר צורה.השימוש בניתוח נתונים תלת ממדי יכול להיות חלק מגישה פנוטיפית כמותית מעמיקה במקרה של עיוותים גולגולתיים. בנוסף, שילוב של ניתוח מורפומטרי עם ניתוח פונקציונלי ומידע גנטי יספק ידע חדש במקרה של התפתחות craniofacial בקבוצות בריאות כמו גם מחלות.

three-dimensional-cephalometric-landmark-annotation-demonstration-on

Research

JoVE Journal

Medicine

Three-Dimensional Cephalometric Landmark Annotation Demonstration on Human Cone Beam Computed Tomography Scans

1.7K Views.  National Institute of Dental and Craniofacial Research. מטרת הפרויקט היא לספק מתודולוגיה מפורטת לביצוע ניתוח צפלומטרי תלת-ממדי תוך שימוש בקבוצה מתוקפת של ציוני דרך תלת-ממדיים בשלד. ציוני דרך אלה מכסים את אזורי בסיס הגולגולת, מקסילה הפנים והלסת התחתונה, וניתן להשתמש בהם במחקרים קליניים כמו גם מחקריים. יש עקומת למידה למי שמבאר את ...

Video: מחבר זרקור: הדגמת ביאור ציון דרך צפלומטרית תלת-ממדית על סריקות טומוגרפיה ממוחשבת של קרן חרוט אנושית  

Craniofacial cephalometric analysis is a diagnostic tool used for the assessment of the relationship of various bones and soft tissues in the head and face. Cephalometric analysis has been traditionally conducted with the use of 2D radiographs and landmark sets and restricted to size, linear and angular measurements, and 2D relationships. The increasing use of 3D cone beam computed tomography (CBCT) scans in the dental field dictates the need for the evolution to 3D cephalometric analysis, which incorporates shape and a more realistic analysis of longitudinal development in all three planes. This study is a demonstration of 3D cephalometric analysis with the use of a validated set of skeletal tissue landmarks on human CBCT scans. Detailed instructions for the annotation of each landmark on a 3D volume are provided as part of a step-by-step protocol. The generated measurements and 3D coordinates of the landmarks can be exported and used both for clinical and research purposes. The introduction of 3D cephalometric analysis in basic and clinical craniofacial studies will lead to future advancements in the field of craniofacial growth and development.

Presented here is a detailed protocol for the conduction of three-dimensional cephalometric analysis with the use of human cone beam computed tomography scans.

Uploading the CBCT Scan, System Set-Up, and Annotation of 3D Anatomical Landmarks

To begin, open the software invivo six, and click on browse file from this device. Select the scan to be analyzed and click open. Go to the 3D analysis module and click on the save information floppy disk icon.Then select load a configuration and browse for the configuration file. Click on the reorientation icon. In the window that opens, select the by picking landmarks option.This allows the user to orientate all the scans, in the same way. For this protocol nasion is selected as the origin landmark. Then three point definition with landmarks, right orbitally right porion left, porion, and define anterior, posterior axis, midsagittal plane with landmarks, nasion and basion are selected.Adjust the brightness and contrast, to reduce the CBCT scam image noise from the menu on the left side of the screen. Zoom in and out by holding down the control key and left clicking simultaneously and sliding across the screen. Move the image in a bodily manner by holding down the shift key and left clicking simultaneously and sliding across the screen.Enable clipping from the settings menu to create sectional views in all planes of space. To add new landmarks in the settings menu, click on landmarks, to reveal a list of available landmark options and then select the landmark of choice. To set a default view for landmarks, select tracing task.Click on edit, choose landmark. Set the view as desired, and click on use current view settings. Repeat these steps to change the default view for any additional landmark.To annotate 3D anatomical landmarks, select create tracing from the top of the menu, and click start. Start annotating the 3D landmarks by left clicking directly on the 3D volume at the location where the landmark should be placed, based on its definition. Adjust the location of the landmark using the section views on the right of the screen.In case they cannot be seen from the layout selection menu, select slice locator. To confirm the placement of a landmark, click stop and select the desired view to visualize the landmark. Then proceed to place the remaining landmarks.To change the position of the landmark using the 3D volume, stop the analysis by clicking on stop at the bottom of the tracing tasks menu. Click on the landmark point to be moved, and drag it to the new desired position. Re-annotate a landmark by double clicking on the ticked square next to the landmark and then answering yes to the follow-up question.

העלאת סריקת CBCT, הגדרת מערכת וביאור של ציוני דרך אנטומיים תלת-ממדיים

Definition and Specific Annotation Instructions for the 3D Cephalometric Landmarks

Start with the annotation of the preselected origin landmarks. The midpoint on the anterior border of the anterior curvature of the foramen magnum is called basion. To annotate basion for the axial section, locate the deepest end of the curvature of the section of the foramen magnum.For the sagittal section, look for the most posterior point of the midsection of the foramen magnum. For the coronal section, look for the inferior midpoint of the curvature of the foramen magnum. The most superior, posterior and external point located at the upper margin of each ear canal is called porion.To annotate porion for the axial section, look for the edge of the margin of the external auditory meatus. For the sagittal section, look for the point of intersection of the eustachian tube with the bony canal. For the coronal section, look for the midpoint on the inferior border of the superior curvature.The vertical line through the point roughly bisects the ear canal. The landmark nasion is located at the intersection of the suture between the frontal bone and the nasal bones. For the axial section, look for the midpoint at the height of curvature of the suture.For the sagittal section, look for the anterior point of the suture where the frontal and nasal bones meet. For the coronal section, look for the center of the frontal nasal suture. The vertical line through it roughly bisects the nose.Orbitale is the most an inferior point on the inferior orbital rim. To annotate this, set the frontal view or bony window as default and clip axially from inferior to superior until the curvature of the lower margin of the orbit is reached to locate the inferior most point of the lower curvature of the orbit. Use 2D views to confirm that the landmark is on the bone.Adjust the sagittal and coronal sections to reflect the anterior positioning of orbitale. Ensure that the landmark is anterior in position just to the point where the orbital rim starts to curve out. The most superior and anterior point of the superior orbital rim is called supraorbitale.To annotate it, set the frontal view as default in the 3D volume, and gradually clip axially from superior to inferior until the curvature of the upper margin of the orbit is reached to locate the most superior point of the upper border of the orbit. Adjust the sagittal and coronal sections to reflect the anterior positioning of the landmark. Ensure that the landmark is anterior in position just to the point where the orbital room starts to curve out.For the sella midpoint, look for the center of the sella turcica or hypophyseal fossa, which is a saddle shaped depression in the body of the sphenoid bone where the pituitary gland or hypothesis is positioned. Adjust the landmark to the center of the sella turcica in all planes. For the sagittal section, place the landmark in the center of the sella turcica.For the axial and coronal sections, adjust the views accordingly. Next, trace the right mandibular profile with a series of points. Then do the same for the left mandibular profile.After tracing the mandibular profile, the landmarks, condilion, gonion, and antigonion are annotated automatically. Identify the condilion as the most posterior and superior point on the condyle and the gonion as the most outward point on the angle formed by the junction of the ramus and the body of the mandible. Then identify the antigonion as the highest point of the concavity of the lower border of the ramus where it joins the body of the mandible.The frontal and three-quarter views of a full head CBCT scan of a human skull with all the annotated three D landmarks included in the current configuration are presented in this figure.