DOI: https://doi.org/10.1038/s41598-024-57617-7
PMID: https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/38609399
تاريخ النشر: 2024-04-12
المؤلف: Aspasia Chalazoniti وآخرون
الموضوع الرئيسي: التنوعات الشكلية والتماثل
نظرة عامة
تركز هذه الدراسة على إنشاء أطلس ثلاثي الأبعاد (3D) للفك البشري، مع التأكيد على أهمية المعرفة التشريحية لإعادة بناء العيوب العظمية. تألفت العينة من 100 بالغ (50 ذكراً و50 أنثى) تتراوح أعمارهم بين 18.9 و73.7 سنة، حيث تم تقسيم أسطح الفك باستخدام صور الأشعة المقطعية بالتصوير الشعاعي المخروطي (CBCT). تم رقمنة وإجراء تعديلات على إجمالي تسعة معالم ثابتة و510 معالم منزلقة لتقليل طاقة الانحناء مقابل شكل متوسط. أظهر تحليل المكونات الرئيسية أن حوالي 49% من تباين الشكل تم التقاطه بواسطة أول ثلاثة مكونات رئيسية، والتي كانت مرتبطة بميزات مورفولوجية مختلفة، بما في ذلك نسب العرض والارتفاع والطول، بالإضافة إلى الزاوية بين الساق والجسم.
تم تحديد اختلافات كبيرة بين الجنسين، حيث أظهر الذكور حجمًا أكبر، وساقًا أعلى، وزوايا غونالية أكثر وضوحًا، وشقوقًا أمامية مميزة مقارنة بالإناث. وُجد أن دقة تحديد الجنس بناءً على أول مكونين رئيسيين كانت 91%. على الرغم من أن درجة فقدان الأسنان أظهرت ارتباطًا ضعيفًا مع شكل الفك، إلا أن تأثيرات العمر لم تكن ذات دلالة. يوفر الأطلس الناتج وصفًا شاملاً لشكل الفك، والذي يمكن أن يكون دليلًا سريريًا لإعادة البناء الجراحي، خاصة في حالات الصدمة، والعيوب الخلقية، أو فقدان الأسنان. تعتبر هذه الطريقة المعتمدة على الأطلس ضرورية لإعادة بناء العينات المتضررة بشدة بدقة، مستفيدة من تكوين معالم كثيف لضمان نتائج مفصلة.
الطرق
يستعرض قسم “المواد والطرق” في ورقة البحث التصميم التجريبي والإجراءات المستخدمة للتحقيق في سؤال البحث. يوضح المواد المستخدمة، بما في ذلك الكواشف المحددة، والمعدات، وأي عينات بيولوجية، لضمان إمكانية تكرار الدراسة. تشمل المنهجية إعداد التجربة، وتقنيات جمع البيانات، والأساليب التحليلية المطبقة لتفسير النتائج.
بالإضافة إلى ذلك، قد يصف القسم التحليلات الإحصائية التي تم إجراؤها للتحقق من النتائج، بما في ذلك أي برامج أو خوارزميات تم استخدامها. تعتبر صرامة الطرق ضرورية لتأسيس موثوقية النتائج، كما يتم تسليط الضوء على أي ضوابط أو متغيرات تم أخذها في الاعتبار خلال التجارب لتوفير سياق للنتائج الملاحظة. بشكل عام، يعد هذا القسم مكونًا أساسيًا من البحث، مما يمكّن الأقران من تقييم صلاحية وملاءمة النتائج.
النتائج
يقدم قسم “النتائج” في ورقة البحث النتائج الرئيسية المستمدة من التجارب أو التحليلات التي تم إجراؤها. عادةً ما يتضمن بيانات كمية، وتحليلات إحصائية، وتمثيلات بصرية مثل الرسوم البيانية أو الجداول لتوضيح النتائج. غالبًا ما تتم مقارنة النتائج مع الفرضيات الأولية أو المعايير لتقييم أهميتها.
في هذا القسم، قد يبلغ المؤلفون عن فعالية الطرق أو النماذج المقترحة، مع تسليط الضوء على أي تحسينات على الأساليب الحالية. بالإضافة إلى ذلك، قد يناقشون تداعيات هذه النتائج فيما يتعلق بالسياق الأوسع لمجال البحث، مؤكدين كيف تساهم النتائج في المعرفة الحالية أو تقترح اتجاهات بحث مستقبلية.
المناقشة
حصلت الدراسة على موافقة أخلاقية من اللجان المعنية في اليونان، مما يضمن الامتثال للإرشادات واللوائح. تألفت العينة من صور الأشعة المقطعية بالتصوير الشعاعي المخروطي (CBCT) من مركز تصوير الأسنان، مع إجمالي 100 مشارك (50 ذكراً و50 أنثى) تم اختيارهم بناءً على معايير إدراج محددة. تم إخفاء هوية الصور، وشمل المعالجة المسبقة تقسيم وبناء شبكة مثلثية لسطح الفك، والتي بلغ متوسطها حوالي 130,000 رأس. تم إجراء وضع المعالم على الشبكات باستخدام قالب مُحسّن، مما أسفر عن إجمالي 519 معلمًا، مع التركيز على ضمان المطابقة التشريحية وتقليل خطأ الرقمنة.
أظهر التحليل المورفومتري الهندسي اختلافات شكلية كبيرة بين الجنسين، حيث أظهر الذكور فكًا أوسع عند الزوايا الغونالية وساقًا أعلى، بينما كانت الإناث لديهن زاوية فك أكبر وجسم أكثر رقة. أشار التحليل إلى أن الجنس وعدد الأسنان المفقودة كانا عاملين مهمين يؤثران على تباين الشكل، مع معدل تصنيف صحيح يبلغ 93% للجنس بناءً على الشكل والحجم. كما سلطت الدراسة الضوء على أهمية تقنيات وضع المعالم والتحديات في تحقيق المطابقة التشريحية، مشددة على أنه بينما تعتبر الطرق المورفومترية الهندسية قوية إحصائيًا، فإنها تتطلب اعتبارًا دقيقًا لمكان وضع المعالم لالتقاط التباين الظاهري بدقة. بشكل عام، تساهم النتائج في فهم مورفولوجيا الفك وتنوعها، خاصة فيما يتعلق باختلافات الجنس وتأثير فقدان الأسنان.
القيود
تسلط قيود الدراسة حول تباين شكل الفك واختلافات الجنس الضوء على عدة مجالات لتعزيز البحث المستقبلي. أحد الاقتراحات الرئيسية هو تعزيز قالب المورفومترية الهندسية (GM) بنقاط إضافية على رأس المفصل لتسهيل تحقيق أكثر تفصيلاً لتباين شكل المفصل. قد يؤدي تحليل GM المركز على مناطق محددة، مثل مناطق المفصل والعقل، إلى نتائج أكثر إيضاحًا بشأن اختلافات الجنس، على الرغم من استمرار التحديات في تحديد الحدود المورفولوجية الواضحة لهذه المناطق.
بالإضافة إلى ذلك، يحد تكوين عينة الدراسة، التي تتكون في الغالب من عرق يوناني وتفتقر إلى تمثيل عبر طيف العمر، من تقييم تأثيرات العمر على شكل الفك. كما أن غياب البيانات حول توقيت فقدان الأسنان يعقد التحليل، حيث من المعروف أن فقدان الأسنان يؤثر على امتصاص العظم السنخي والنتائج الوظيفية المتعلقة بإعادة التأهيل الاصطناعي. بينما تشير النتائج إلى أن فقدان الأسنان والجنس هما عاملان مهمان يؤثران على شكل الفك، فإن فصل التأثيرات المحتملة المرتبطة بالعمر للجنس لا يزال يمثل تحديًا. يجب أن تهدف الدراسات المستقبلية إلى الحصول على عينة أكثر تنوعًا مع الحد الأدنى من فقدان الأسنان عبر نطاق عمر أوسع لتقييم هذه العلاقات بشكل أفضل.
DOI: https://doi.org/10.1038/s41598-024-57617-7
PMID: https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/38609399
Publication Date: 2024-04-12
Author(s): Aspasia Chalazoniti et al.
Primary Topic: Morphological variations and asymmetry
Overview
This study focuses on the creation of a three-dimensional (3D) atlas of the human mandible, emphasizing the importance of anatomical knowledge for reconstructing osseous defects. The sample consisted of 100 adults (50 males and 50 females) aged between 18.9 and 73.7 years, from which mandibular surfaces were segmented using cone beam computed tomography (CBCT) images. A total of nine fixed landmarks and 510 sliding semilandmarks were digitized and adjusted to minimize bending energy against an average shape. Principal component analysis revealed that nearly 49% of shape variation was captured by the first three principal components, which were associated with various morphological features, including proportions of width, height, and length, as well as the angle between the ramus and corpus.
Significant sex differences were identified, with males exhibiting larger size, higher ramus, more pronounced gonial angles, and distinct antegonial notches compared to females. The accuracy of sex determination based on the first two principal components was found to be 91%. Although the degree of edentulism showed a weak correlation with mandibular shape, age effects were not significant. The resulting atlas provides a comprehensive description of mandibular form, which can serve as a clinical guide for surgical reconstruction, particularly in cases of trauma, congenital abnormalities, or tooth loss. This atlas-based approach is crucial for accurately reconstructing severely damaged specimens, leveraging a dense landmark configuration to ensure detailed results.
Methods
The “Materials and Methods” section of the research paper outlines the experimental design and procedures employed to investigate the research question. It details the materials used, including specific reagents, equipment, and any biological samples, ensuring reproducibility of the study. The methodology encompasses the experimental setup, data collection techniques, and analytical methods applied to interpret the results.
Additionally, the section may describe statistical analyses performed to validate findings, including any software or algorithms utilized. The rigor of the methods is crucial for establishing the reliability of the results, and any controls or variables considered during the experiments are also highlighted to provide context for the outcomes observed. Overall, this section serves as a foundational component of the research, enabling peers to assess the validity and applicability of the findings.
Results
The “Results” section of the research paper presents key findings derived from the conducted experiments or analyses. It typically includes quantitative data, statistical analyses, and visual representations such as graphs or tables to illustrate the outcomes. The results are often compared against the initial hypotheses or benchmarks to assess their significance.
In this section, the authors may report on the effectiveness of the proposed methods or models, highlighting any improvements over existing approaches. Additionally, they may discuss the implications of these findings in relation to the broader context of the research field, emphasizing how the results contribute to existing knowledge or suggest future research directions.
Discussion
The study received ethical approval from the relevant committees in Greece, ensuring compliance with guidelines and regulations. The sample comprised cone-beam computed tomography (CBCT) images from a dental imaging center, with a total of 100 participants (50 males and 50 females) selected based on specific inclusion criteria. The images were anonymized, and preprocessing involved segmentation and construction of a triangular mesh of the mandibular surface, which averaged approximately 130,000 vertices. Landmarking was performed on the meshes using a refined template, resulting in a total of 519 landmarks, with a focus on ensuring anatomical correspondence and minimizing digitization error.
Geometric morphometric analysis revealed significant shape differences between sexes, with males exhibiting a wider mandible at the gonial angles and a higher ramus, while females had a larger mandibular angle and a more gracile body. The analysis indicated that sex and the number of missing teeth were significant factors influencing shape variation, with a correct classification rate of 93% for sex based on shape and size. The study also highlighted the importance of landmarking techniques and the challenges in achieving anatomical correspondence, emphasizing that while geometric morphometric methods are statistically robust, they require careful consideration of landmark placement to capture phenotypic variability accurately. Overall, the findings contribute to understanding mandibular morphology and its variations, particularly in relation to sex differences and the impact of edentulism.
Limitations
The limitations of the study on mandibular shape variability and sex differences highlight several areas for future research enhancement. One key suggestion is to augment the geometric morphometric (GM) template with additional points on the condylar head to facilitate a more detailed investigation of condylar form variability. A focused GM analysis on specific regions, such as the condylar and mental areas, may yield more insightful results regarding sex differences, although challenges in defining clear morphological boundaries for these regions persist.
Additionally, the study’s sample composition, predominantly of Greek ethnicity and lacking representation across the age spectrum, limits the evaluation of age effects on mandibular shape. The absence of data on the timing of tooth loss further complicates the analysis, as tooth loss is known to influence alveolar bone resorption and functional outcomes related to prosthetic rehabilitation. While the findings indicate that tooth loss and sex are significant factors influencing mandibular shape, disentangling the potential age-related effects of sex remains challenging. Future studies should aim for a more diverse sample with minimal edentulism across a broader age range to better assess these relationships.