DOI: https://doi.org/10.1186/s12903-025-06442-z
PMID: https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/40604880
تاريخ النشر: 2025-07-02
المؤلف: Melih Özdede وآخرون
الموضوع الرئيسي: الأشعة السينية السنية والتصوير
نظرة عامة
تقييمت هذه الدراسة تأثير نوع جهاز التصوير المقطعي المحوسب باستخدام شعاع المخروط (CBCT) ودقة الفوكسل وبرامج التقسيم على دقة قياسات حجم الأسنان. تم تحليل ثلاثين سنًا بشريًا مستخرجًا من جذور فردية، وتم تحديد الأحجام الفيزيائية باستخدام طريقة إزاحة الماء لأرخميدس (WDM) كمعيار ذهبي. تم إجراء المسح باستخدام جهازين من أجهزة CBCT (Planmeca Promax 3D-Mid و NewTom 5G-XL) بأحجام فوكسل تبلغ 0.1 مم و 0.2 مم، تلاها تقسيم باستخدام برنامجين: 3D Slicer و ITK-SNAP. أظهرت التحليلات الإحصائية عبر ANOVA للقياسات المتكررة عدم وجود اختلافات ذات دلالة إحصائية في الدقة الحجمية بين أجهزة CBCT (p = 0.431) أو أحجام الفوكسل (p = 0.070). ومع ذلك، لوحظ فرق كبير بين برامج التقسيم (p < 0.001)، حيث أظهرت ITK-SNAP انحرافات حجم أعلى مقارنةً بـ 3D Slicer و WDM. تشير النتائج إلى أنه بينما لم يؤثر اختيار جهاز CBCT وحجم الفوكسل بشكل كبير على الدقة الحجمية، كانت برامج التقسيم حاسمة، حيث قدمت 3D Slicer أقرب القياسات إلى المعيار الذهبي. كانت البروتوكولات المثلى للحصول على قياسات حجمية دقيقة تتضمن جهاز Planmeca Promax 3D-Mid، وحجم فوكسل 0.1 مم، وبرنامج 3D Slicer، الذي لم يظهر انحرافًا كبيرًا عن WDM (p = 0.467). تؤكد هذه النتائج على أهمية اختيار البرنامج في التقييمات الحجمية المعتمدة على CBCT للتطبيقات السنية، على الرغم من أن استنتاجات الدراسة قد تكون محدودة للأسنان ذات الجذر الواحد. يجب أن تستكشف الأبحاث المستقبلية قابلية تطبيق هذه النتائج على الأسنان متعددة الجذور والفوائد المحتملة لتقنيات التقسيم الآلي.
مقدمة
تسلط المقدمة الضوء على زيادة اعتماد التصوير المقطعي المحوسب باستخدام شعاع المخروط (CBCT) في تشخيص الأسنان، لا سيما لقدرته على تصوير الأنسجة الصلبة في الوجه والفكين بدقة ثلاثية الأبعاد عالية. يعد CBCT ضروريًا لمجموعة متنوعة من التطبيقات، بما في ذلك تقييم الحالات المرضية، والتقييمات الحجمية، وتخطيط العلاج، حيث تعتبر القياسات الحجمية حاسمة لتقدير العمر، والتعرف الشخصي، وعلم الأسنان الجنائي، وإعادة بناء الوجه والفكين. تتأثر دقة هذه القياسات بعدة عوامل، لا سيما حجم الفوكسل، الذي يتراوح من 0.07 مم إلى 0.60 مم. بينما تعزز أحجام الفوكسل الأصغر دقة الصورة، فإنها تؤدي أيضًا إلى زيادة التعرض للإشعاع، مما يتطلب توازنًا دقيقًا بين دقة التشخيص وسلامة المريض.
علاوة على ذلك، تناقش المقدمة تأثير طرق التقسيم على الدقة الحجمية، مشيرة إلى أن التقسيم شبه الآلي غالبًا ما يُفضل لكفاءته وتحكم المستخدم، على الرغم من التقدم في الطرق الآلية بالكامل المدفوعة بالتعلم العميق. تؤكد الدراسة على أهمية تحسين معلمات التصوير والتقسيم، حيث يمكن أن تؤثر التغيرات في هذه العوامل بشكل كبير على التقييمات الحجمية. ومن الجدير بالذكر أنه بينما استكشفت الأبحاث السابقة هذه العناصر بشكل منفصل، تهدف هذه الدراسة إلى تقييم شامل للتأثيرات المشتركة لحجم الفوكسل، وأجهزة CBCT، وبرامج التقسيم على دقة قياسات حجم الأسنان، واختبار الفرضية الصفرية بأن هذه المتغيرات لا تؤثر بشكل كبير على الدقة الحجمية مقارنةً بالمعايير المعتمدة.
طرق
توضح قسم “الطرق” المواد والمنهجيات المستخدمة في البحث. تتناول تصميم التجربة، بما في ذلك اختيار المواد، وإعداد التجارب، والإجراءات المتبعة لضمان قابلية تكرار النتائج وموثوقيتها. يتم وصف التقنيات المحددة المستخدمة لجمع البيانات وتحليلها، مع تسليط الضوء على أي طرق إحصائية أو أدوات حسابية تم تطبيقها لتفسير النتائج.
بالإضافة إلى ذلك، قد يتضمن القسم معلومات عن أحجام العينات، والضوابط، وأي متغيرات ذات صلة تم التلاعب بها أو قياسها طوال الدراسة. يضمن هذا النهج الشامل أن البحث يمكن تقييمه بشكل نقدي وتكراره من قبل باحثين آخرين في هذا المجال.
نتائج
يوفر قسم النتائج نظرة شاملة على قياسات حجم الأسنان المستمدة من أحجام فوكسل مختلفة، وبرامج، وأجهزة التصوير المقطعي المحوسب باستخدام شعاع المخروط (CBCT)، كما هو مفصل في الجدول 1. يتضمن هذا الجدول مقاييس إحصائية رئيسية مثل المتوسط، والانحراف المعياري، والوسيط، والقيم الدنيا والقصوى للقياسات. علاوة على ذلك، يبرز الجدول 2 التباينات الملحوظة عند مقارنة هذه القياسات بطريقة إزاحة الماء المعيارية (WDM)، مما يوفر رؤى حول دقة وموثوقية تقنيات التصوير المختلفة المستخدمة في الدراسة.
مناقشة
في هذه الدراسة، بحث المؤلفون تأثير أجهزة التصوير المقطعي المحوسب باستخدام شعاع المخروط (CBCT) وأحجام الفوكسل وبرامج التقسيم على الدقة الحجمية لأسنان القواطع ذات الجذر الواحد. أجريت الدراسة وفقًا للمعايير الأخلاقية، وشملت 30 سنًا مستخرجًا، مع الحصول على قياسات حجمية باستخدام طريقة إزاحة الماء (WDM) كمعيار ذهبي. كشفت النتائج عن عدم وجود اختلافات ذات دلالة إحصائية في القياسات الحجمية بين جهازي CBCT (Planmeca Promax 3D-Mid و NewTom 5G-XL) أو بين أحجام الفوكسل 0.1 مم و 0.2 مم. ومع ذلك، لوحظ تأثير كبير بناءً على اختيار برنامج التقسيم، حيث قدمت 3D Slicer نتائج أقرب إلى WDM، بينما كانت ITK-SNAP تفرط في تقدير الأحجام باستمرار.
تؤكد الدراسة على الدور الحاسم لبرامج التقسيم في التحليل الحجمي، لا سيما في السياقات السريرية مثل علاج الجذور وطب الأسنان الجنائي. تم تحقيق أدق النتائج باستخدام جهاز Planmeca Promax 3D-Mid بحجم فوكسل 0.1 مم وبرنامج 3D Slicer. تشير هذه النتائج إلى أنه بينما تعتبر كلا حجمي الفوكسل مقبولين، يمكن أن يؤثر اختيار البرنامج بشكل كبير على موثوقية القياسات. يدعو المؤلفون إلى اختيار أدوات التقسيم بعناية لتعزيز دقة التقييمات الحجمية في الممارسة السريرية، ويوصون بمزيد من البحث في الأسنان متعددة الجذور وطرق التقسيم الآلي لتوسيع قابلية تطبيق نتائجهم.
القيود
تقدم الدراسة عدة قيود قد تؤثر على قابلية تعميم وملاءمة نتائجها. أولاً، ركزت الدراسة حصريًا على أسنان القواطع ذات الجذر الواحد، التي تمتلك أشكال قنوات جذرية أبسط. قد لا تعكس هذه الاختيار التعقيدات المرتبطة بالأسنان متعددة الجذور، مثل الأضراس والأنياب، التي تحتوي على تكوينات جذرية معقدة وأنظمة قنوات أكثر كثافة. يمكن أن تؤثر هذه الاختلافات التشريحية على أداء التقسيم والدقة الحجمية في التصوير المقطعي المحوسب باستخدام شعاع المخروط (CBCT)، لا سيما عند استخدام الطرق شبه الآلية.
ثانيًا، استخدمت الدراسة نظامين محددين فقط من أجهزة CBCT، وهما Planmeca Promax 3D-Mid و NewTom 5G-XL. على الرغم من أن هذه الأجهزة تم التحقق من صحتها سريريًا، فإن وجود العديد من نماذج CBCT الأخرى مع خوارزميات إعادة بناء ومعايير جودة صورة مختلفة يشير إلى أن النتائج قد لا تكون قابلة للتطبيق بشكل عالمي. يجب أن تأخذ الأبحاث المستقبلية في الاعتبار مجموعة أوسع من أجهزة CBCT لتحديد أي تحيزات خاصة بالجهاز في دقة التقسيم. أخيرًا، يمثل برنامج التقسيم المستخدم، 3D Slicer و ITK-SNAP، جزءًا فقط من الأدوات المتاحة. يمكن أن تؤدي خوارزميات مختلفة، بما في ذلك تلك من المنصات التجارية أو المدعومة بالذكاء الاصطناعي، إلى نتائج متفاوتة في الدقة والاتساق. من شأن دمج مجموعة أوسع من أدوات التقسيم في الدراسات المستقبلية أن يعزز من قوة وملاءمة بروتوكولات التقييم الحجمي باستخدام CBCT.
DOI: https://doi.org/10.1186/s12903-025-06442-z
PMID: https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/40604880
Publication Date: 2025-07-02
Author(s): Melih Özdede et al.
Primary Topic: Dental Radiography and Imaging
Overview
This study evaluated the impact of cone-beam computed tomography (CBCT) device type, voxel resolution, and segmentation software on the accuracy of tooth volume measurements. Thirty extracted single-rooted human incisor teeth were analyzed, with physical volumes determined using the Archimedes water displacement method (WDM) as the gold standard. Scans were performed using two CBCT devices (Planmeca Promax 3D-Mid and NewTom 5G-XL) at voxel sizes of 0.1 mm and 0.2 mm, followed by segmentation with two software programs: 3D Slicer and ITK-SNAP. Statistical analysis via repeated-measures ANOVA revealed no significant differences in volumetric accuracy between the CBCT devices (p = 0.431) or voxel sizes (p = 0.070). However, a significant difference was observed between the segmentation programs (p < 0.001), with ITK-SNAP showing higher volume deviations compared to 3D Slicer and WDM. The findings indicate that while the choice of CBCT device and voxel size did not significantly affect volumetric accuracy, the segmentation software was crucial, with 3D Slicer yielding the closest measurements to the gold standard. The optimal protocol for accurate volumetric measurements involved the Planmeca Promax 3D-Mid device, a 0.1 mm voxel size, and 3D Slicer software, which showed no significant deviation from WDM (p = 0.467). These results emphasize the importance of software selection in CBCT-based volumetric assessments for dental applications, although the study's conclusions may be limited to single-rooted incisors. Future research should explore the applicability of these findings to multi-rooted teeth and the potential benefits of automated segmentation techniques.
Introduction
The introduction highlights the increasing adoption of cone-beam computed tomography (CBCT) in dental diagnostics, particularly for its high-resolution three-dimensional imaging capabilities of maxillofacial hard tissues. CBCT is essential for various applications, including the evaluation of pathological conditions, volumetric assessments, and treatment planning, with volumetric measurements being critical for age estimation, personal identification, forensic odontology, and maxillofacial reconstruction. The accuracy of these measurements is influenced by several factors, notably voxel size, which ranges from 0.07 mm to 0.60 mm. While smaller voxel sizes enhance image resolution, they also lead to increased radiation exposure, necessitating a careful balance between diagnostic accuracy and patient safety.
Furthermore, the introduction discusses the impact of segmentation methods on volumetric accuracy, noting that semi-automatic segmentation is often favored for its efficiency and user control, despite advancements in fully automatic methods driven by deep learning. The study underscores the importance of optimizing imaging and segmentation parameters, as variations in these factors can significantly affect volumetric assessments. Notably, while previous research has explored these elements in isolation, this study aims to comprehensively evaluate the combined effects of voxel size, CBCT devices, and segmentation software on the accuracy of tooth volume measurements, testing the null hypothesis that these variables do not significantly influence volumetric accuracy compared to established standards.
Methods
The “Methods” section outlines the materials and methodologies employed in the research. It details the experimental design, including the selection of materials, the setup of experiments, and the procedures followed to ensure reproducibility and reliability of results. Specific techniques used for data collection and analysis are described, highlighting any statistical methods or computational tools applied to interpret the findings.
Additionally, the section may include information on sample sizes, controls, and any relevant variables that were manipulated or measured throughout the study. This comprehensive approach ensures that the research can be critically evaluated and replicated by other scholars in the field.
Results
The results section provides a comprehensive overview of tooth volume measurements derived from various voxel sizes, software, and cone beam computed tomography (CBCT) devices, as detailed in Table 1. This table includes key statistical metrics such as the mean, standard deviation, median, minimum, and maximum values of the measurements. Furthermore, Table 2 highlights the discrepancies observed when comparing these measurements to the gold-standard water displacement method (WDM), offering insights into the accuracy and reliability of the different imaging techniques employed in the study.
Discussion
In this study, the authors investigated the impact of cone beam computed tomography (CBCT) devices, voxel sizes, and segmentation software on the volumetric accuracy of single-rooted incisor teeth. Conducted in accordance with ethical standards, the research included 30 extracted teeth, with volumetric measurements obtained using water displacement method (WDM) as the gold standard. The findings revealed no significant differences in volumetric measurements between the two CBCT devices (Planmeca Promax 3D-Mid and NewTom 5G-XL) or between voxel sizes of 0.1 mm and 0.2 mm. However, a significant effect was observed based on the choice of segmentation software, with 3D Slicer yielding results closest to WDM, while ITK-SNAP consistently overestimated volumes.
The study emphasizes the critical role of segmentation software in volumetric analysis, particularly in clinical contexts such as endodontics and forensic dentistry. The most accurate results were achieved using the Planmeca Promax 3D-Mid device with a 0.1 mm voxel size and 3D Slicer software. These results suggest that while both voxel sizes are acceptable, the choice of software can significantly influence measurement reliability. The authors advocate for careful selection of segmentation tools to enhance the accuracy of volumetric assessments in clinical practice, and they recommend further research into multi-rooted teeth and automated segmentation methods to broaden the applicability of their findings.
Limitations
The study presents several limitations that may affect the generalizability and applicability of its findings. Firstly, the research focused exclusively on single-rooted incisor teeth, which possess simpler root canal morphologies. This choice may not reflect the complexities associated with multi-rooted teeth, such as molars and premolars, which have intricate root configurations and denser canal systems. These anatomical variations could influence both segmentation performance and volumetric accuracy in cone beam computed tomography (CBCT), particularly when employing semi-automatic methods.
Secondly, the investigation utilized only two specific CBCT systems, namely the Planmeca Promax 3D-Mid and NewTom 5G-XL. While these devices are clinically validated, the existence of numerous other CBCT models with varying reconstruction algorithms and image quality parameters suggests that the findings may not be universally applicable. Future research should consider a broader array of CBCT devices to identify potential device-specific biases in segmentation accuracy. Lastly, the segmentation software used, 3D Slicer and ITK-SNAP, represents only a fraction of available tools. Different algorithms, including those from commercial or AI-assisted platforms, could yield varying results in precision and consistency. Incorporating a wider range of segmentation tools in future studies would enhance the robustness and clinical relevance of CBCT volumetric assessment protocols.