Rekonstrüktif Dentoalveolar Cerrahi Prosedürlerin Sanal Planlaması için Dijital Hibrit Model Hazırlama
Summary
Radyografik görüntü segmentasyon yöntemleri ve serbest biçimli yüzey modellemesi kullanılarak konik ışınlı bilgisayarlı tomografi veri setine ve ağız içi optik taramalara dayalı olarak üç boyutlu (3B) sanal hibrit modeller oluşturmak için bir iş akışı tasarlanmıştır. Rekonstrüktif dentoalveolar cerrahi prosedürlerin sanal olarak planlanması için dijital modeller kullanılır.
Abstract
Bu makalede, radyografik görüntü segmentasyonu, uzamsal kayıt ve serbest biçimli yüzey modelleme dizisi kullanılarak sanal, hibrit üç boyutlu (3B) model alımı sunulmaktadır. İlk olarak, konik ışınlı bilgisayarlı tomografi veri setleri yarı otomatik segmentasyon yöntemi ile yeniden yapılandırıldı. Alveol kemiği ve dişler farklı segmentlere ayrılarak 3 boyutlu morfoloji ve periodontal kemik içi defektlerin lokalizasyonunun değerlendirilmesine olanak tanır. Akut ve kronik alveoler kret defektlerinin şiddeti, yaygınlığı ve morfolojisi komşu dişlerle ilgili olarak doğrulanmıştır. Sanal kompleks doku modellerinde, diş implantlarının pozisyonları 3 boyutlu olarak planlanabilir. IOS ve CBCT verilerinin uzamsal kaydı ve ardından serbest biçimli yüzey modellemesi kullanılarak, alveolar kemik, dişler ve yumuşak dokuları görselleştiren gerçekçi 3D hibrit modeller elde edilebilir. IOS ve CBCT yumuşak dokusunun üst üste binmesiyle, dişsiz sırtın üzerindeki kalınlık, alttaki kemik boyutları hakkında değerlendirilebilir; Bu nedenle, flep tasarımı ve cerrahi flep yönetimi belirlenebilir ve zaman zaman komplikasyonlardan kaçınılabilir.
Introduction
Diş hekimliğindeki teknolojik gelişmeler, cerrahi işlemlerin ve protetik rehabilitasyonun bilgisayar destekli tedavi planlamasını ve simülasyonunu mümkün kılmıştır. Dijital diş hekimliğinde 3D veri toplama için iki temel yöntem şunlardır: (1) konik ışınlı bilgisayarlı tomografi (CBCT)1 ve (2) ağız içi optik tarama (IOS)2. Rekonstrüktif dentoalveolar cerrahi prosedürleri planlamak için bu araçlar kullanılarak ilgili tüm anatomik yapıların (alveol kemiği, dişler, yumuşak dokular) dijital bilgileri elde edilebilir.
Koni kiriş teknolojisi ilk olarak 1996 yılında bir İtalyan araştırma grubu tarafından tanıtıldı. Konvansiyonel bilgisayarlı tomografiye kıyasla önemli ölçüde daha düşük radyasyon dozu ve daha yüksek çözünürlük sağlayan KIBT, kısa sürede diş hekimliği ve ağız cerrahisinde en sık kullanılan 3D görüntüleme yöntemi haline gelmiştir3. KIBT genellikle farklı cerrahi prosedürleri planlamak için kullanılır (örneğin, periodontal rejeneratif cerrahi, alveolar kret büyütme, dental implant yerleştirme, ortognatik cerrahi)1. CBCT veri kümeleri, 2D görüntüler ve 3D renderlar sağlayan radyografik görüntüleme yazılımında görüntülenir ve işlenebilir – ancak çoğu görüntüleme yazılımı, 3D görüntü rekonstrüksiyonu için eşik tabanlı algoritmalar kullanır. Eşikleme yöntemleri, voksel grisi değer aralığının üst ve alt sınırlarını ayarlar. Bu sınırlar arasında kalan vokseller 3D olarak işlenecektir. Bu yöntem, hızlı model alımına izin verir; bununla birlikte, algoritma anatomik yapıları metal artefaktlardan ve saçılmadan ayırt edemediğinden, 3D işlemeler son derece yanlıştır ve çok az tanısal değere sahiptir 4,5. Yukarıda belirtilen nedenlerden dolayı, diş hekimliğinde birçok alan hala geleneksel 2D radyografilere (ağız içi radyografiler, panoramik röntgen) veya CBCT veri kümelerinin 2D görüntülerinedayanmaktadır 5. Araştırma grubumuz, yakın zamanda yayınlanan bir makalede, CBCT veri kümelerinin anatomik tabanlı 3D rekonstrüksiyonunungerçekleştirildiği açık kaynaklı radyografik görüntü işleme yazılımı6 kullanılarak yarı otomatik bir görüntü segmentasyon yöntemi sundu 7. Bu yöntem sayesinde anatomik yapılar metal eserlerden ayırt edilebiliyor ve daha da önemlisi alveol kemiği ile dişler ayrılabiliyordu. Bu nedenle, sert dokuların gerçekçi bir sanal modeli elde edilebilir. Rejeneratif periodontal cerrahi öncesi kemik içi periodontal defektlerin değerlendirilmesi ve tedavi planlaması için 3 boyutlu modeller kullanıldı.
Ağız içi optik yüzey tarayıcıları, klinik koşullar (dişlerin ve yumuşak dokuların klinik kronu) hakkında dijital bilgi sağlar. Bu cihazların asıl amacı, bilgisayar destekli tasarım (CAD) ve bilgisayar destekli üretim (CAM) teknolojileri ile diş protezlerinin planlanması ve üretilmesi için hastaların dijital modellerini doğrudan elde etmekti8. Bununla birlikte, geniş uygulama yelpazesi nedeniyle, kullanımları diş hekimliğinin diğer alanlarında hızla uygulandı. Maksillo-fasiyal cerrahlar, IOS ve CBCT’yi sanal osteotomi ve ortognatik ameliyatların dijital planlaması için kullanılabilecek hibrit bir kurulumda birleştirir 9,10. Dental implantoloji muhtemelen dijital planlama ve rehberli yürütmeyi en yaygın olarak kullanan alandır. Navigasyonlu cerrahi, implantın yanlış konumlandırılmasıyla ilgili çoğu komplikasyonu ortadan kaldırır. IOS’un CBCT veri kümeleri ve stereolitografi (.stl) dosyalarının kombinasyonu, kılavuzlu implant yerleşimini ve statik implant delme kılavuzlarının üretimini planlamak için rutin olarak kullanılır11,12. Estetik kuron uzatma hazırlamak için CBCT veri kümeleri üzerine bindirilmiş ağız içi taramalar da kullanılmıştır13; bununla birlikte, yumuşak dokular yalnızca eşikleme algoritmaları ile yeniden yapılandırılan CBCT veri kümeleri üzerine bindirildi. Ancak, rejeneratif-rekonstrüktif cerrahi müdahalelerin ve dental implant yerleştirmenin doğru 3D sanal planlamasını gerçekleştirmek için, hastaların gerçekçi 3D hibrit modellerinin CBCT ve IOS verilerinden oluşması gerekir.
Bu nedenle, bu makale, rekonstrüktif dentoalveoler cerrahi girişimlerden önce sanal cerrahi planlama için gerçekçi hibrit dijital modeller elde etmek için adım adım bir yöntem sunmayı amaçlamaktadır.
Protocol
Representative Results
Discussion
Sunulan protokol ile periodontal ve alveoler defekt morfolojileri üç boyutlu (3D) olarak görselleştirilebilmekte ve klinik durumun 2D tanı yöntemleri ve eşikleme algoritmaları ile oluşturulan 3D modellerle elde edilebileceğinden daha doğru bir tasviri sağlanmaktadır. Protokol üç ana aşamaya ayrılabilir: (1) CBCT veri kümelerinin yarı otomatik segmentasyonu, (2) CBCT ve IOS’un uzamsal kaydı ve (3) serbest biçimli yüzey modellemesi. Teknik olarak, segmentasyon herhangi bir üç boyutlu radyografik gö…
Offenlegungen
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Hiç kimse
Materials
| 3DSlicer | 3DSlicer (The software was first developed at Queen’s University Canada and since it is open source it is constantly developed by it’s community) | 4.13.0-2021-03-19 | Open source radiographic image processing software platform. Software is primarily intended for general medicine, however the wide range of segmentation an modelling tools allow it’s use for dental purposes as well |
| Meshmixer | Autodesk Inc. | 3.5 | Open source free form surface modelling software developed for prototype development and basic 3D sculpting. However, due to the usefulness of tools for dental purpose, not just 3D models, but even static guides for navigated surgery can be designed. |
Referenzen
- Jacobs, R., Salmon, B., Codari, M., Hassan, B., Bornstein, M. Cone beam computed tomography in implant dentistry: recommendations for clinical use. BMC Oral Health. 18 (1), 88 (2018).
- Mangano, F., Gandolfi, A., Luongo, G., Logozzo, S. Intraoral scanners in dentistry: a review of the current literature. BMC Oral Health. 17 (1), 149 (2017).
- Pauwels, R., Araki, K., Siewerdsen, J. H., Thongvigitmanee, S. S. Technical aspects of dental CBCT: state of the art. Dentomaxillofacial Radiology. 44 (1), 20140224 (2015).
- Queiroz, P. M., Santaella, G. M., Groppo, F. C., Freitas, D. Q. Metal artifact production and reduction in CBCT with different numbers of basis images. Imaging Science in Dentistry. 48 (1), 41-44 (2018).
- Scarfe, W. C., Azevedo, B., Pinheiro, L. R., Priaminiarti, M., Sales, M. A. O. The emerging role of maxillofacial radiology in the diagnosis and management of patients with complex periodontitis. Periodontology 2000. 74 (1), 116-139 (2017).
- Fedorov, A., et al. 3D Slicer as an image computing platform for the Quantitative Imaging Network. Magnetic Resonance Imaging. 30 (9), 1323-1341 (2012).
- Palkovics, D., Mangano, F. G., Nagy, K., Windisch, P. Digital three-dimensional visualization of intrabony periodontal defects for regenerative surgical treatment planning. BMC Oral Health. 20 (1), 351 (2020).
- Papadiochou, S., Pissiotis, A. L. Marginal adaptation and CAD-CAM technology: A systematic review of restorative material and fabrication techniques. Journal of Prosthetic Dentisty. 119 (4), 545-551 (2018).
- Xia, J. J., et al. Algorithm for planning a double-jaw orthognathic surgery using a computer-aided surgical simulation (CASS) protocol. Part 1: planning sequence. International Journal of Oral Maxillofacial Surgery. 44 (12), 1431-1440 (2015).
- Xia, J. J., et al. Algorithm for planning a double-jaw orthognathic surgery using a computer-aided surgical simulation (CASS) protocol. Part 2: three-dimensional cephalometry. International Journal of Oral Maxillofacial Surgery. 44 (12), 1441-1450 (2015).
- Lee, C. Y., Ganz, S. D., Wong, N., Suzuki, J. B. Use of cone beam computed tomography and a laser intraoral scanner in virtual dental implant surgery: part 1. Implant Dentistry. 21 (4), 265-271 (2012).
- Ganz, S. D. Three-dimensional imaging and guided surgery for dental implants. Dental Clinics of North America. 59 (2), 265-290 (2015).
- Güth, J. F., Kauling, A. E. C., Schweiger, J., Kühnisch, J., Stimmelmayr, M. Virtual simulation of periodontal surgery including presurgical CAD/CAM fabrication of tooth-colored removable splints on the basis of CBCT Data: A case report. The International Journal of Periodontics & Restorative Dentistry. 37 (6), 310-320 (2017).
- Pauwels, R., et al. Effective radiation dose and eye lens dose in dental cone beam CT: effect of field of view and angle of rotation. The British Journal of Radiology. 87 (1042), 20130654 (2014).
- Li, Q., Chen, K., Han, L., Zhuang, Y., Li, J., Lin, J. Automatic tooth roots segmentation of cone beam computed tomography image sequences using U-net and RNN. Journal of X-ray Science and Technology. 28 (5), 905-922 (2020).
- Lahoud, P., et al. Artificial intelligence for fast and accurate 3D tooth segmentation on CBCT. Journal of Endodontics. 47 (5), 827-835 (2021).
- Blume, O., Donkiewicz, P., Back, M., Born, T. Bilateral maxillary augmentation using CAD/CAM manufactured allogenic bone blocks for restoration of congenitally missing teeth: A case report. Journal of Esthetic and Restorative Dentistry. 31 (3), 171-178 (2019).
- Hartmann, A., Seiler, M. Minimizing risk of customized titanium mesh exposures – a retrospective analysis. BMC Oral Health. 20 (1), 36 (2020).
- Varga, E., et al. Guidance means accuracy: A randomized clinical trial on freehand versus guided dental implantation. Clinical Oral Implants Research. 31 (5), 417-430 (2020).
