DOI: https://doi.org/10.1016/j.ortho.2024.100845
PMID: https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/38350255
تاريخ النشر: 2024-02-12
المؤلف: Marco Farronato وآخرون
الموضوع الرئيسي: تقويم الأسنان وطب الأسنان الوجهية
نظرة عامة
تدرس الدراسة التباين الهندسي بين صور التصوير المقطعي المحوسب باستخدام شعاع مخروط (CBCT) والمسحات الوجهية ثلاثية الأبعاد في سياق تشخيص وعلاج تقويم الأسنان. وتبرز الأهمية المتزايدة لتحليل الأنسجة الرخوة الوجهية، التي كانت تقليديًا مظللة بتقييمات الأنسجة الصلبة في القياسات الرأسية. من خلال استخدام نظام تصوير متخصص، أجرى الباحثون دراسة مقطعية من يناير 2020 إلى مايو 2023، حيث حصلوا على صور CBCT والمسحات الوجهية ثلاثية الأبعاد في وقت واحد. قاموا بتحليل نقاط المعالم القابلة للتكرار وسجلوا قياسات زوايا وخطية لتقييم العلاقات بين أسلوبي التصوير.
أشارت النتائج إلى متوسط فرق الجذر التربيعي المتوسط (RMS) قدره 1.8 مم بين تمثيلات الأنسجة الرخوة المستمدة من CBCT وتلك المستندة إلى المسح الوجه. ومن الجدير بالذكر أن القياسات الزاوية مثل زوايا ANB وزوايا الجون كانت تظهر ارتباطًا عاليًا (0.98) مع نظيراتها من الأنسجة الرخوة، بينما أظهرت القياسات الخطية، وخاصة ارتفاع الوجه الأمامي الكلي، معامل ارتباط أقل قدره 0.51. وتخلص الدراسة إلى أن صور الأنسجة الرخوة الوجهية من الماسح تتماشى جيدًا مع تلك من CBCT، خاصة بالنسبة للقياسات الزاوية، بينما تظهر القياسات الرأسية ارتباطات أضعف. علاوة على ذلك، كان الارتباط بين قياسات الأنسجة الرخوة والصلبة أقوى بشكل ملحوظ بالنسبة لزوايا الجون، مما يبرز أهمية دمج تحليل الأنسجة الرخوة في ممارسات تقويم الأسنان.
مقدمة
تسلط المقدمة الضوء على الأهمية المتزايدة لتحليل الأنسجة الوجهية في تشخيص وعلاج تقويم الأسنان. وتؤكد على الحاجة إلى الحصول على بيانات ثلاثية الأبعاد (3D) رقمية للأنسجة الرخوة لتقييم تأثير التغيرات السنية والهيكلية على ملف الأنسجة الرخوة خلال إدارة تقويم الأسنان. على الرغم من التقدم في تقنيات التصوير غير الغازية التي تسهل التقاط دقيق ثلاثي الأبعاد للأنسجة الرخوة الوجهية، فإن الاعتماد التقليدي على التحليل الرأسية ثنائية الأبعاد قد قيد دور تحليل الأنسجة الرخوة في التشخيص. تشير الفقرة إلى وجود فجوة كبيرة في بيانات المرجع التي تربط قياسات الأنسجة الرخوة الوجهية ثلاثية الأبعاد مع المعايير الرأسية التقليدية، خاصة في سياق البيانات ثلاثية الأبعاد الكاملة.
تناقش النص أيضًا الدراسات السابقة التي استكشفت دمج التصوير المقطعي المحوسب (CT) والمسحات الوجهية، كاشفة عن اختلاف سطحي قدره 0.60 مم SD، 0.12 مم. وتؤكد على ضرورة إجراء مزيد من الأبحاث حول العلاقات بين الأنسجة الرخوة الوجهية والأنسجة الصلبة الأساسية لتعزيز طرق التشخيص غير الغازية وتقليل تعرض المرضى للإشعاع المؤين. يُعتبر إنشاء علاقات موثوقة بين الأنسجة الرخوة الوجهية والقياسات الرأسية أمرًا ضروريًا لتحسين تشخيص وعلاج تقويم الأسنان، حيث سيمكن الأطباء من التنبؤ بشكل أفضل بالنتائج الجمالية. تهدف الدراسة إلى تقييم الفروق بين بيانات الماسح الوجه المستمدة من CBCT وبيانات الماسح الوجه من خلال التحليل الهندسي المحوسب والتحقيق في التوافق بين قياسات الأنسجة الصلبة والرخوة الرأسية.
طرق البحث
في هذه الدراسة المقطعية التي أجريت في قسم تقويم الأسنان بمستشفى أوسبيدالي ماجيوري بوليكلينيكو في ميلانو، كان هدف الباحثين هو تقييم فعالية المسحات الوجهية ثلاثية الأبعاد والتصوير المقطعي المحوسب باستخدام شعاع مخروط (CBCT) في تشخيص وعلاج تقويم الأسنان. التزمت الدراسة بإعلان هلسنكي وحصلت على موافقة أخلاقية (البروتوكول 573/15). تم تحليل ما مجموعه 20 مسحة وجهية وCBCT من 10 أشخاص بالغين (متوسط العمر 35.97 سنة)، مع التركيز على معايير الإدخال التي تشمل العرق القوقازي، والعمر بين 30 و40 سنة، ومؤشر كتلة الجسم (BMI) الطبيعي، والفئة الهيكلية I. شملت معايير الاستبعاد تاريخًا من إصابات الوجه، والعمليات الجراحية السابقة في الفك والوجه، والعيوب القحفية الوجهية، والتماثلات الوجهية الملحوظة، والعلاجات التقويمية السابقة.
تم إجراء الحصول على الصور باستخدام جهاز Planmeca ProMax 3D ProFace، الذي سمح بالتقاط متزامن لصور CBCT والمسحات الوجهية. حدد بروتوكول تصوير CBCT مجال الرؤية بمقدار 170 × 230 مم، وسمك الشريحة 4 مم، وحجم الفوكسل 0.49 × 0.49 × 0.5 مم، مع وقت مسح قدره 30 ثانية. تم وضع المشاركين للحفاظ على وضعية رأس طبيعية، وتم استبعاد أي مسحات تحتوي على عيوب كبيرة من التحليل. خلصت الدراسة إلى أن كل من المسحات الوجهية ثلاثية الأبعاد وCBCT توفر نتائج قابلة للمقارنة لتقييمات تقويم الأسنان، مما يدعم استخدام أدوات التشخيص غير الغازية، مع تسليط الضوء على الحاجة إلى مزيد من البحث لاستكشاف تعقيدات العلاقات بين الأنسجة الصلبة والرخوة في تقويم الأسنان.
النتائج
في هذه الدراسة التي شملت 20 مسحة من 10 أشخاص بالغين، لم تكشف المقارنة بين الأسطح التي تم الحصول عليها عبر التصوير المقطعي المحوسب باستخدام شعاع مخروط (CBCT) وجهاز Planmeca ProFace 3D باستخدام VAM® عن اختلافات كبيرة في المتوسط والانحراف المعياري. تراوحت المسافة المتوسطة بين الأسطح من -0.2 مم إلى 5.4 مم، مع قيمة R-squared متوسطة قدرها 1.8، مما يدل على مستوى عالٍ من الدقة، حيث تعتبر القيم التي تزيد عن 0.6 جيدة جدًا. ومن الجدير بالذكر أن القياسات الزاوية مثل ANB وزاوية الجون اليمنى (RGA) وزاوية الجون اليسرى (LGA) أظهرت معاملات ارتباط قوية مع متغيراتها من الأنسجة الرخوة، بينما أظهرت القياسات الخطية لارتفاع الوجه الأمامي الكلي (TAFH) أضعف الارتباطات.
تم تصنيف معاملات الارتباط، حيث تشير القيم 1 إلى ارتباط مثالي، والقيم بين 0.7 و0.9 تشير إلى ارتباط قوي، والقيم بين 0.4 و0.7 تشير إلى ارتباط معتدل، والقيم أقل من 0.4 تشير إلى ارتباط ضعيف. تلخص النتائج، الموضحة في الجداول III وIV، الارتباطات الكبيرة لـ ANB (معامل ارتباط بيرسون = 0.923، p < 0.05)، RGA (معامل ارتباط بيرسون = 0.902، p < 0.05)، وLGA (معامل ارتباط بيرسون = 0.890، p < 0.05)، بينما كان TAFH لديه ارتباط أقل (معامل ارتباط بيرسون = 0.510، p = 0.080). تم تقديم تمثيلات بصرية لهذه الارتباطات في الشكل 4.
المناقشة
تسلط قسم المناقشة في الدراسة الضوء على فعالية استخدام المسحات الوجهية والتصوير المقطعي المحوسب باستخدام شعاع مخروط (CBCT) لتحليل الأنسجة الرخوة الوجهية وارتباطها بقياسات الأنسجة الصلبة. باستخدام برنامج Mimics Innovation Suite 19 وبرنامج VAM®، أنشأ الباحثون نماذج ثلاثية الأبعاد من المسحات الوجهية وبيانات CBCT، مما سمح بإجراء مقارنات دقيقة للمعالم التشريحية. وجدت الدراسة ارتباطات قوية بين قياسات الأنسجة الرخوة والأنسجة الصلبة، خاصة بالنسبة للقياسات الزاوية مثل ANB وزوايا الجون، والتي تعتبر حاسمة لتشخيص التشوهات الهيكلية. أشارت النتائج إلى أن تحليل الأنسجة الرخوة يمكن أن يكون أداة تشخيصية أولية موثوقة، مما قد يقلل من الحاجة إلى التصوير الهيكلي الغازي.
ومع ذلك، اعترفت الدراسة أيضًا بالقيود، بما في ذلك أن التحليل تم بواسطة مشغل واحد والتركيز الحصري على المرضى من العرق القوقازي، مما قد يؤثر على قابلية تعميم النتائج. كان الارتباط بين الأنسجة الرخوة والصلبة قويًا بشكل خاص بالنسبة للثلث السفلي من الوجه، بينما أظهرت قياسات ارتفاع الوجه الأمامي الكلي ارتباطًا أقل، ربما بسبب اختلافات في سمك الأنسجة الرخوة. وأكد المؤلفون على الحاجة إلى مزيد من البحث لاستكشاف العلاقات المعقدة بين الأنسجة الصلبة والرخوة، خاصة في السكان المتنوعين ومؤشرات كتلة الجسم (BMI) المتفاوتة، لتعزيز فائدة أدوات التصوير غير الغازية في تشخيص وعلاج تقويم الأسنان.
DOI: https://doi.org/10.1016/j.ortho.2024.100845
PMID: https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/38350255
Publication Date: 2024-02-12
Author(s): Marco Farronato et al.
Primary Topic: Orthodontics and Dentofacial Orthopedics
Overview
The study investigates the geometrical divergence between Cone Beam Computed Tomography (CBCT) images and 3D facial scans in the context of orthodontic diagnosis and treatment planning. It highlights the increasing importance of facial soft tissue analysis, which has traditionally been overshadowed by hard tissue assessments in cephalometry. By employing a specialized imaging system, the researchers conducted a cross-sectional study from January 2020 to May 2023, obtaining simultaneous CBCT and 3D facial scans. They analyzed reproducible landmark points and recorded both angular and linear measurements to assess correlations between the two imaging modalities.
Results indicated a mean root mean square (RMS) difference of 1.8 mm between the CBCT-derived and facial scan-based soft tissue representations. Notably, angular measurements such as ANB and gonial angles showed a high correlation (0.98) with their soft tissue counterparts, while linear measurements, particularly total anterior facial height, demonstrated a lower correlation coefficient of 0.51. The study concludes that facial soft tissue images from the scanner align well with those from CBCT, especially for angular measurements, while vertical measurements exhibit weaker correlations. Furthermore, the correlation between soft and hard tissue measurements is notably stronger for gonial angles, underscoring the relevance of integrating soft tissue analysis in orthodontic practices.
Introduction
The introduction highlights the growing importance of facial tissue analysis in orthodontic diagnosis and treatment planning. It emphasizes the need for digital three-dimensional (3D) data acquisition of soft tissues to assess the impact of dental and skeletal changes on the soft tissue profile during orthodontic management. Despite advancements in non-invasive imaging techniques that facilitate accurate 3D capture of facial soft tissues, traditional reliance on two-dimensional cephalometric analysis has limited the role of soft tissue analysis in diagnostics. The section notes a significant gap in reference data correlating 3D measurements of facial soft tissues with conventional cephalometric parameters, particularly in the context of fully 3D data.
The text further discusses previous studies that have explored the integration of computed tomography (CT) and facial scans, revealing a surface discrepancy of 0.60 mm SD, 0.12 mm. It underscores the necessity for further research into the relationships between facial soft tissues and their underlying hard tissues to enhance non-invasive diagnostic methods and minimize patient exposure to ionizing radiation. Establishing reliable correlations between facial soft tissues and cephalometric measurements is deemed essential for improving orthodontic diagnosis and treatment planning, as it would enable clinicians to better predict aesthetic outcomes. The study aims to evaluate the differences between CBCT-derived and facial scanner data through geometric computed analysis and to investigate the correspondence between hard and soft tissue cephalometric measurements.
Methods
In this cross-sectional study conducted at the orthodontic department of Ospedale Maggiore Policlinico in Milan, the researchers aimed to evaluate the effectiveness of 3D facial scans and cone beam computed tomography (CBCT) in orthodontic diagnosis and treatment planning. The study adhered to the Helsinki Declaration and received ethical approval (protocol 573/15). A total of 20 facial and CBCT scans from 10 adult subjects (mean age 35.97 years) were analyzed, with inclusion criteria focusing on Caucasian ethnicity, age between 30 and 40 years, normal body mass index (BMI), and skeletal class I. Exclusion criteria included a history of facial trauma, previous maxillofacial surgeries, craniofacial anomalies, noticeable facial asymmetries, and prior orthodontic treatments.
Image acquisition was performed using the Planmeca ProMax 3D ProFace, which allowed simultaneous capture of CBCT and facial scans. The CBCT imaging protocol specified a field of view of 170 x 230 mm, slice thickness of 4 mm, and voxel size of 0.49 x 0.49 x 0.5 mm, with a scan time of 30 seconds. Participants were positioned to maintain a natural head posture, and any scans with significant artifacts were excluded from analysis. The study concluded that both 3D facial scans and CBCT provide comparable results for orthodontic evaluations, supporting the use of noninvasive diagnostic tools, while highlighting the need for further research to explore the complexities of hard and soft tissue relationships in orthodontics.
Results
In this study involving 20 scans from 10 adult subjects, the comparison between surfaces obtained via Cone Beam Computed Tomography (CBCT) and Planmeca ProFace 3D using VAM® revealed no significant differences in mean and standard deviation. The mean distance between the surfaces varied from -0.2 mm to 5.4 mm, with a mean R-squared value of 1.8, indicating a high level of accuracy, as values above 0.6 are considered very good. Notably, angular measurements such as ANB, right gonial angle (RGA), and left gonial angle (LGA) exhibited strong correlation coefficients with their corresponding soft tissue variables, while the linear measurement of total anterior facial height (TAFH) showed the weakest correlations.
The correlation coefficients were categorized, with values of 1 indicating perfect correlation, between 0.7 and 0.9 indicating strong correlation, between 0.4 and 0.7 indicating moderate correlation, and below 0.4 indicating weak correlation. The results, summarized in tables III and IV, demonstrate significant correlations for ANB (Pearson’s r = 0.923, p < 0.05), RGA (Pearson's r = 0.902, p < 0.05), and LGA (Pearson's r = 0.890, p < 0.05), while TAFH had a lower correlation (Pearson's r = 0.510, p = 0.080). Visual representations of these correlations are provided in figure 4.
Discussion
The discussion section of the study highlights the effectiveness of using facial scans and cone beam computed tomography (CBCT) for analyzing facial soft tissues and their correlation with hard tissue measurements. Utilizing Mimics Innovation Suite 19 and VAM® software, the researchers generated 3D models from facial scans and CBCT data, allowing for precise comparisons of anatomical landmarks. The study found strong correlations between soft tissue and hard tissue measurements, particularly for angular measurements such as the ANB and gonial angles, which are critical for diagnosing skeletal malocclusions. The results indicated that soft tissue analysis could serve as a reliable preliminary diagnostic tool, potentially reducing the need for invasive skeletal imaging.
However, the study also acknowledged limitations, including the analysis being conducted by a single operator and the exclusive focus on Caucasian patients, which may affect the generalizability of the findings. The correlation between soft and hard tissues was particularly strong for the lower third of the face, while total anterior facial height showed a lower correlation, possibly due to variations in soft tissue thickness. The authors emphasized the need for further research to explore the complex relationships between hard and soft tissues, especially in diverse populations and varying body mass indices (BMIs), to enhance the utility of non-invasive imaging tools in orthodontic diagnosis and treatment planning.