DOI: https://doi.org/10.5624/isd.20250013
PMID: https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/41070246
تاريخ النشر: 2025-01-01
المؤلف: Marco Serafin وآخرون
الموضوع الرئيسي: الأشعة السينية السنية والتصوير
نظرة عامة
تقييمت هذه الدراسة الاستعادية دقة تسجيل مسح الوجه (FS) إلى التصوير المقطعي المحوسب باستخدام شعاع مخروط (CBCT) من خلال مقارنة التراكبات على التصوير المقطعي الكامل للجمجمة والتصوير المقطعي الميداني المنخفض (FOV). كان الهدف هو تقييم ما إذا كان التصوير المقطعي الميداني المنخفض يمكن أن يقلل من التعرض للإشعاع دون المساس بجودة التشخيص. قامت الدراسة بتحليل مسحات CBCT من 50 مريضًا، مع دمج بيانات FS التي تم الحصول عليها عبر المسح بالليزر ثلاثي الأبعاد. تم إجراء التسجيل باستخدام المطابقة المعتمدة على المعالم وخوارزمية أفضل ملاءمة، وتم تقييم الدقة من خلال مقاييس تشمل الجذر التربيعي لمتوسط المسافة (RMSD)، مسافة هاوسدورف (HD)، والمسافة المتوسطة (MD). كان التصوير المقطعي الكامل للجمجمة هو الحقيقة الأساسية للمقارنة.
أشارت النتائج إلى عدم وجود فرق كبير في HD (P = 0.288) بين الطريقتين؛ ومع ذلك، كانت RMSD المتوسطة وMD أقل بشكل ملحوظ بالنسبة للتصوير المقطعي الكامل للجمجمة (P = 0.019). ومن الجدير بالذكر أن محاذاة الخط الأوسط بين FS وCBCT الميداني المنخفض أظهرت MD قدره 0.35 مم على طول المستوى السهمي، مما يشير إلى عدم وجود تناقضات بصرية. خلصت الدراسة إلى أن تسجيل FS إلى CBCT الميداني المنخفض يحقق دقة مقبولة سريريًا، خاصة في منطقة الخط الأوسط، مع تقليل التعرض للإشعاع بشكل كبير. تظهر هذه التقنية وعدًا لمجموعة متنوعة من التطبيقات السنية، خاصة في الحالات pediatrics والسيناريوهات التي تعطي الأولوية للجماليات الوجهية، مما يستدعي مزيدًا من البحث لتحسين استخدامها في سياقات سريرية متنوعة.
مقدمة
تسلط مقدمة هذه الورقة البحثية الضوء على التأثير التحويلي للتقنيات التصويرية المتقدمة في طب الأسنان، وخاصة دمج مسحات الوجه (FS) مع التصوير المقطعي المحوسب باستخدام شعاع مخروط (CBCT). يعزز هذا الجمع من دقة التشخيص عبر مختلف التخصصات السنية من خلال السماح بالتقييم المتزامن لخصائص الهيكل العظمي والأنسجة الرخوة، وهو أمر حاسم للتخطيط الفعال للعلاج والتواصل مع المرضى. تؤكد الورقة على أهمية تحليل السيفالومتري للأنسجة الرخوة في تقييم التناغم الوجه، خاصة في تقويم الأسنان وجراحة الوجه والفكين، حيث يعد فهم العلاقة بين الهياكل الوجهية أمرًا أساسيًا لتحديد توقعات العلاج وتقليل المضاعفات.
تناقش هذه القسم أيضًا الدور الأساسي لتسجيل الصور الطبية في محاذاة أوضاع التصوير المختلفة، وهو أمر حيوي لتفسير البيانات بدقة. تصنف طرق التسجيل إلى يدوية، قائمة على الميزات، وقائمة على الكثافة، مع الإشارة إلى التقدم الذي أحرزته تقنيات التعلم العميق في تحسين دقة التسجيل. تتناول الورقة أيضًا التحديات المرتبطة بمسحات CBCT التقليدية الكاملة للجمجمة، بما في ذلك التعرض غير الضروري للإشعاع والتباين في ظروف الحصول على الصور. بالمقابل، يقدم التصوير المقطعي الميداني المنخفض (FOV) حلاً من خلال التركيز على مناطق محددة من الاهتمام مع تقليل التعرض للإشعاع بشكل كبير. تهدف الدراسة إلى تقييم دقة تراكب FS مقابل كل من CBCT الكامل للجمجمة وCBCT الميداني المنخفض، في النهاية تسعى لتطوير طريقة تسجيل سيفالومترية واقية من الإشعاع تعزز من موثوقية التشخيص.
الطرق
تحدد قسم “المواد والطرق” التصميم التجريبي والإجراءات المستخدمة في الدراسة. تفصل المواد المحددة المستخدمة، بما في ذلك أي مواد كيميائية، معدات، أو عينات بيولوجية، وتصف البروتوكولات المتبعة لضمان إمكانية التكرار. كما يبرز القسم الأساليب الإحصائية المطبقة لتحليل البيانات، بما في ذلك أي برامج تم استخدامها ومعايير اختبار الدلالة.
بالإضافة إلى ذلك، تشمل المنهجية تقنيات أخذ العينات، الضوابط التجريبية، وأي اعتبارات أخلاقية ذات صلة. الهدف هو توفير إطار شامل يسمح بالتحقق من النتائج ويسهل البحث المستقبلي في نفس المجال. بشكل عام، يعمل هذا القسم كأساس حاسم لفهم موثوقية وقابلية تطبيق نتائج الدراسة.
النتائج
حللت الدراسة عينة من 50 حالة، تتكون من 31 ذكرًا و19 أنثى، بمتوسط عمر 17.1 ± 10.4 سنوات. ركزت النتائج على دقة التسجيل بين مسحات الوجه (FS) ونوعين من التصوير المقطعي المحوسب باستخدام شعاع مخروط (CBCT): مجال الرؤية الكامل للجمجمة (Full-FOV) ومجال الرؤية المقصوص (Crop-FOV). أظهرت التحليلات الإحصائية باستخدام اختبار مان-ويتني U عدم وجود فرق كبير في مسافة هاوسدورف (HD) (P > 0.05)، ولكن تم العثور على اختلافات كبيرة في الانحراف الجذري المتوسط (RMSD) والانحراف المتوسط (MD) (كلاهما P < 0.05)، مما يشير إلى أن CBCT الكامل للجمجمة قدم محاذاة أفضل من Crop-FOV. أظهر التحليل الإضافي أن RMSD المتوسطة وMD لـ Full-FOV كانت أقل بشكل ملحوظ من تلك الخاصة بـ Crop-FOV، مما يشير إلى تحسين دقة التسجيل مع الأولى. أشارت التقييمات البصرية إلى أن التناقضات كانت أكثر وضوحًا في المناطق الوجهية الأمامية والجانبية، بينما كانت المحاذاة في الخط الأوسط متسقة بشكل عام. تؤكد النتائج على أهمية استخدام CBCT الكامل للجمجمة من أجل تعزيز دقة التسجيل في تطبيقات التصوير الوجهية.
المناقشة
تقدم الدراسة تحليلًا استعاديًا يقيم دمج مسح الوجه (FS) مع التصوير المقطعي المحوسب باستخدام شعاع مخروط (CBCT) باستخدام كل من التصوير الكامل للجمجمة والتصوير الميداني المنخفض (FOV). أجريت في جامعة ميلانو، التزمت البحث بالمعايير الأخلاقية وشملت مجموعة بيانات من مسحات CBCT من المرضى الذين يخضعون لعلاج جراحي تقويمي. تضمنت المنهجية تسجيلًا دقيقًا لبيانات FS وCBCT، باستخدام أداة مطابقة قائمة على المعالم وتقييم دقة التسجيل من خلال مقاييس مثل الجذر التربيعي لمتوسط المسافة (RMSD)، مسافة هاوسدورف (HD)، والمسافة السطحية المتوسطة (MD). أشارت النتائج إلى أنه بينما أظهر CBCT الكامل للجمجمة دقة أفضل قليلاً، حافظ CBCT الميداني المنخفض على دقة مقبولة سريريًا، خاصة في منطقة الخط الأوسط، مما يجعله خيارًا قابلاً للتطبيق لتقليل التعرض للإشعاع في المرضى الأطفال وتقييمات الجراحة التقويمية.
تؤكد النتائج على إمكانية دمج FS مع CBCT الميداني المنخفض لتعزيز دقة التشخيص مع الالتزام بمبادئ ALADAIP (أقل ما يمكن أن يكون مقبولًا تشخيصيًا، مع التركيز على المؤشرات وكونه مخصصًا للمرضى). تسلط الدراسة الضوء على أنه على الرغم من التناقضات الطفيفة في دقة التسجيل، خاصة في المناطق الوجهية الجانبية، إلا أن المحاذاة في الخط الأوسط ظلت غير قابلة للتمييز بصريًا. وهذا يشير إلى أن CBCT الميداني المنخفض يمكن أن يدعم بفعالية التطبيقات السريرية التي تركز على الجماليات الوجهية وتخطيط العلاج التقويمي. يدعو المؤلفون إلى مزيد من البحث لتحسين هذا النهج التصويري الهجين وتوسيع فائدته السريرية، مع التأكيد على أهميته في تحسين نتائج العلاج مع ضمان سلامة المرضى من خلال تقليل التعرض للإشعاع.
DOI: https://doi.org/10.5624/isd.20250013
PMID: https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/41070246
Publication Date: 2025-01-01
Author(s): Marco Serafin et al.
Primary Topic: Dental Radiography and Imaging
Overview
This retrospective study evaluated the accuracy of facial scan (FS) registration to cone-beam computed tomography (CBCT) by comparing superimpositions on full-cranium and reduced field-of-view (FOV) CBCT. The objective was to assess whether reduced FOV CBCT could decrease radiation exposure without compromising diagnostic quality. The study analyzed CBCT scans from 50 patients, integrating FS data obtained via 3D laser scanning. Registration was performed using landmark-based matching and a best-fit algorithm, with accuracy assessed through metrics including root mean square distance (RMSD), Hausdorff distance (HD), and median distance (MD). Full FOV CBCT served as the ground truth for comparison.
Results indicated no significant difference in HD (P = 0.288) between the two methods; however, median RMSD and MD were significantly lower for full-cranium CBCT (P = 0.019). Notably, midline alignment between FS and reduced FOV CBCT demonstrated an MD of 0.35 mm along the midsagittal plane, indicating no visual discrepancies. The study concluded that FS registration to reduced FOV CBCT achieves clinically acceptable accuracy, particularly in the midline region, while significantly reducing radiation exposure. This technique shows promise for various dental applications, especially in pediatric cases and scenarios where facial aesthetics are prioritized, warranting further research to optimize its use in diverse clinical contexts.
Introduction
The introduction of this research paper highlights the transformative impact of advanced imaging technologies in dentistry, particularly the integration of facial scans (FS) with cone beam computed tomography (CBCT). This combination enhances diagnostic precision across various dental specialties by allowing simultaneous assessment of skeletal and soft tissue characteristics, which is crucial for effective treatment planning and communication with patients. The paper emphasizes the importance of soft tissue cephalometric analysis in evaluating facial harmony, particularly in orthodontics and maxillofacial surgery, where understanding the relationship between facial structures is essential for setting treatment expectations and minimizing complications.
The section further discusses the foundational role of medical image registration in aligning different imaging modalities, which is vital for accurate data interpretation. It categorizes registration methods into manual, feature-based, and intensity-based approaches, noting the advancements brought by deep learning techniques in improving registration accuracy. The paper also addresses the challenges associated with traditional full-cranium CBCT scans, including unnecessary radiation exposure and variability in image acquisition conditions. In contrast, reduced field-of-view (FOV) CBCT offers a solution by focusing on specific regions of interest while significantly reducing radiation exposure. The study aims to evaluate the accuracy of FS superimposition against both full-cranium and reduced FOV CBCT, ultimately seeking to develop a radioprotective, cephalometric registration method that enhances diagnostic reliability.
Methods
The “Materials and Methods” section outlines the experimental design and procedures employed in the study. It details the specific materials used, including any reagents, equipment, or biological samples, and describes the protocols followed to ensure reproducibility. The section also highlights the statistical methods applied for data analysis, including any software utilized and the criteria for significance testing.
Additionally, the methodology encompasses the sampling techniques, experimental controls, and any relevant ethical considerations. The aim is to provide a comprehensive framework that allows for the validation of results and facilitates future research in the same domain. Overall, this section serves as a critical foundation for understanding the reliability and applicability of the study’s findings.
Results
The study analyzed a sample of 50 cases, comprising 31 males and 19 females, with a mean age of 17.1 ± 10.4 years. The results focused on the registration accuracy between facial scans (FS) and two types of cone beam computed tomography (CBCT): full-cranium field of view (Full-FOV) and cropped field of view (Crop-FOV). Statistical analysis using the Mann-Whitney U test revealed no significant difference in Hausdorff distance (HD) (P > 0.05), but significant differences were found in root mean square deviation (RMSD) and mean deviation (MD) (both P < 0.05), indicating that Full-FOV CBCT provided better alignment than Crop-FOV. Further analysis showed that the median RMSD and MD for Full-FOV were significantly lower than those for Crop-FOV, suggesting improved registration accuracy with the former. Visual assessments indicated that discrepancies were most pronounced in the frontal and lateral facial regions, while midline alignments were generally consistent. The findings underscore the importance of using Full-FOV CBCT for enhanced registration accuracy in facial imaging applications.
Discussion
The study presents a retrospective analysis evaluating the integration of facial scanning (FS) with cone-beam computed tomography (CBCT) using both full-cranium and reduced field of view (FOV) imaging. Conducted at the University of Milan, the research adhered to ethical standards and involved a dataset of CBCT scans from patients undergoing orthosurgical treatment. The methodology included precise registration of FS and CBCT data, utilizing a landmarks-based matching tool and assessing registration accuracy through metrics such as root mean square distance (RMSD), Hausdorff distance (HD), and median surface distance (MD). Results indicated that while full-FOV CBCT demonstrated slightly better accuracy, reduced FOV CBCT maintained clinically acceptable precision, particularly in the midline region, making it a viable option for minimizing radiation exposure in pediatric patients and orthognathic evaluations.
The findings underscore the potential of combining FS with reduced FOV CBCT to enhance diagnostic accuracy while adhering to the ALADAIP principles (As Low As Diagnostically Acceptable, being Indication-Oriented and Patient-Specific). The study highlights that despite minor discrepancies in registration accuracy, particularly in lateral facial regions, the midline alignment remained visually indistinguishable. This suggests that reduced FOV CBCT can effectively support clinical applications focused on facial aesthetics and orthodontic treatment planning. The authors advocate for further research to refine this hybrid imaging approach and expand its clinical utility, emphasizing its relevance in improving treatment outcomes while ensuring patient safety through reduced radiation exposure.