הכנת מודל היברידי דיגיטלי לתכנון וירטואלי של הליכים כירורגיים דנטולבאולריים משחזרים
Summary
תהליך עבודה ליצירת מודלים היברידיים וירטואליים תלת-ממדיים (תלת-ממדיים) תוכנן בהתבסס על מערך נתונים של טומוגרפיה ממוחשבת של קרן חרוט וסריקות אופטיות אינטרה-אוראליות תוך שימוש בשיטות פילוח תמונה רדיוגרפיות ומידול פני שטח בצורה חופשית. מודלים דיגיטליים משמשים לתכנון וירטואלי של הליכים כירורגיים dentoalveolar שחזור.
Abstract
רכישת מודל וירטואלי היברידי תלת-ממדי (תלת-ממדי) מוצגת במאמר זה, תוך שימוש ברצף של פילוח תמונות רדיוגרפי, רישום מרחבי ומידול פני שטח חופשיים. ראשית, מערכי נתונים של טומוגרפיה ממוחשבת של קרן חרוט שוחזרו בשיטת פילוח חצי אוטומטית. עצם הנאדית והשיניים מופרדות למקטעים שונים, מה שמאפשר הערכה של מורפולוגיה תלת ממדית, ולוקליזציה של פגמים תוך גרמיים פריודונטליים. חומרתם, היקפם והמורפולוגיה של פגמים חריפים וכרוניים ברכס הנאדיות מאומתים לגבי שיניים סמוכות. במודלים וירטואליים של רקמות מורכבות, ניתן לתכנן מיקומים של שתלים דנטליים בתלת מימד. באמצעות רישום מרחבי של נתוני IOS ו- CBCT ומידול פני שטח חופשיים לאחר מכן, ניתן לרכוש מודלים היברידיים תלת-ממדיים מציאותיים, המדמיינים עצם מכתשית, שיניים ורקמות רכות. עם superimposition של IOS ו CBCT רקמות רכות, עובי מעל רכס edentulous ניתן להעריך על ממדי העצם הבסיסית; לכן, ניתן לקבוע את עיצוב הדש ואת ניהול הדש הניתוחי, ולהימנע מסיבוכים מדי פעם.
Introduction
ההתקדמות הטכנולוגית ברפואת השיניים אפשרה תכנון טיפול בעזרת מחשב וסימולציה של הליכים כירורגיים ושיקום תותבות. שתי שיטות חיוניות לרכישת נתונים תלת-ממדיים ברפואת שיניים דיגיטלית הן: (1) טומוגרפיה ממוחשבת של קרן חרוט (CBCT)1 ו-(2) סריקה אופטית אינטרה-אוראלית (IOS)2. מידע דיגיטלי של כל המבנים האנטומיים הרלוונטיים (עצם מכתשית, שיניים, רקמות רכות) ניתן לרכוש באמצעות כלים אלה כדי לתכנן הליכים כירורגיים dentoalveolar משחזר.
טכנולוגיית קרן חרוט הוצגה לראשונה בשנת 1996 על ידי קבוצת מחקר איטלקית. עם מינון קרינה נמוך משמעותית ורזולוציה גבוהה יותר (בהשוואה לטומוגרפיה ממוחשבת קונבנציונלית), CBCT הפך במהירות לשיטת ההדמיה התלת-ממדית הנפוצה ביותר ברפואת שיניים ובכירורגיית פה3. CBCT משמש לעתים קרובות לתכנון הליכים כירורגיים שונים (למשל, כירורגיה רגנרטיבית חניכיים, הגדלת רכס מכתשית, מיקום שתלים דנטליים, ניתוחים אורתוגנטיים)1. מערכי נתונים של CBCT נצפים וניתן לעבד אותם בתוכנת הדמיה רדיוגרפית המספקת תמונות דו-ממדיות, ובעיבודים תלת-ממדיים – עם זאת, רוב תוכנות ההדמיה משתמשות באלגוריתמים מבוססי סף לשחזור תמונות תלת-ממדיות. שיטות סף קובעות את הגבול העליון והתחתון של מרווח ערך אפור ווקסל. ווקסלים שנופלים בין גבולות אלה יעובדו בתלת-ממד. שיטה זו מאפשרת רכישת מודל מהירה; עם זאת, מכיוון שהאלגוריתם אינו יכול להבדיל בין מבנים אנטומיים לבין ממצאים מתכתיים ופיזור, העיבודים התלת-ממדיים מאוד לא מדויקים ויש להם מעט מאוד ערך אבחון 4,5. מהסיבות שהוזכרו לעיל, תחומים רבים ברפואת שיניים עדיין מסתמכים על רדיוגרפים דו-ממדיים קונבנציונליים (רדיוגרפים אינטרה-אוראליים, צילומי רנטגן פנורמיים) או על תמונות דו-ממדיות של מערכי נתונים CBCT5. קבוצת המחקר שלנו הציגה שיטת פילוח תמונות חצי אוטומטית במאמר שפורסם לאחרונה, באמצעות תוכנת עיבוד תמונה רדיוגרפיתבקוד פתוח 6 שבה מתבצע שחזור תלת-ממדי אנטומי של מערכי נתונים CBCT7. בעזרת שיטה זו, מבנים אנטומיים נבדלו מחפצי מתכת, וחשוב מכך, עצם מכתשית ושיניים ניתן להפריד. לכן, מודל וירטואלי מציאותי של רקמות קשות ניתן לרכוש. מודלים תלת ממדיים שימשו להערכת מומי חניכיים תוך גרמיים ולתכנון טיפול לפני ניתוחי חניכיים רגנרטיביים.
סורקי משטח אופטיים אינטרה-אוראליים מספקים מידע דיגיטלי על מצבים קליניים (כתר קליני של השיניים ורקמות רכות). המטרה המקורית של מכשירים אלה הייתה לרכוש ישירות מודלים דיגיטליים של מטופלים לתכנון וייצור תותבות שיניים עם תכנון בעזרת מחשב (CAD) וייצור בעזרת מחשב (CAM)8. עם זאת, בשל מגוון רחב של יישומים, השימוש בהם יושם במהירות בתחומים אחרים של רפואת שיניים. מנתחי פנים מקסילו-פנים משלבים IOS ו-CBCT למערך היברידי שניתן להשתמש בו לאוסטאוטומיה וירטואלית ולתכנון דיגיטלי של ניתוחים אורתוגנטיים 9,10. השתלת שיניים היא כנראה התחום המשתמש בתכנון דיגיטלי וביצוע מונחה בדרך כלל. ניתוח ניווט מבטל את רוב הסיבוכים הקשורים למיקום שגוי של השתל. השילוב של מערכי נתונים CBCT וקבצי סטריאוליתוגרפיה ( .stl) של IOS משמש באופן שגרתי לתכנון מיקום השתל המודרך וייצור מדריכי קידוח שתל סטטיים11,12. סריקות אינטרה-אוראליות מעל מערכי נתונים של CBCT שימשו גם להכנת הארכת כתר אסתטית13; עם זאת, רקמות רכות הונחו רק על גבי מערכי נתונים של CBCT ששוחזרו באמצעות אלגוריתמי סף. עם זאת, כדי לבצע תכנון וירטואלי תלת-ממדי מדויק של התערבויות כירורגיות רגנרטיביות-משחזרות ומיקום שתלים דנטליים, מודלים היברידיים תלת-ממדיים מציאותיים של מטופלים חייבים להיות מורכבים מנתוני CBCT ו-IOS.
לפיכך, מאמר זה שואף להציג שיטה שלב אחר שלב לרכישת מודלים דיגיטליים היברידיים מציאותיים לתכנון כירורגי וירטואלי לפני התערבויות כירורגיות דנטולבאולריות משחזרות.
Protocol
Representative Results
Discussion
עם הפרוטוקול המוצג, ניתן לדמיין מורפולוגיות של פגם חניכיים ומכתשית בשלושה ממדים (3D), המספקים תיאור מדויק יותר של המצב הקליני מאשר ניתן להשיג על ידי שיטות אבחון דו-ממדיות ומודלים תלת-ממדיים שנוצרו באמצעות אלגוריתמי סף. ניתן לחלק את הפרוטוקול לשלושה שלבים עיקריים: (1) סגמנטציה חצי-אוטומטית של…
Divulgations
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
ללא
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. |
References
- 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).
