재건 치조골 수술 절차의 가상 계획을 위한 디지털 하이브리드 모델 준비
Summary
3차원(3D) 가상 하이브리드 모델을 생성하기 위한 워크플로는 방사선 사진 이미지 분할 방법 및 자유형 표면 모델링을 활용하여 원뿔 빔 컴퓨터 단층 촬영 데이터 세트 및 구강 내 광학 스캔을 기반으로 설계되었습니다. 디지털 모델은 재건 치조골 수술 절차의 가상 계획에 사용됩니다.
Abstract
이 기사에서는 가상의 하이브리드 3차원(3D) 모델 획득을 다루며, 방사선 이미지 분할, 공간 정합 및 자유형 표면 모델링의 시퀀스를 활용합니다. 먼저, 원뿔 빔 컴퓨터 단층 촬영 데이터 세트를 반자동 분할 방법으로 재구성했습니다. 치조골과 치아는 서로 다른 세그먼트로 분리되어 3D 형태 및 치주 골내 결손의 국소화를 평가할 수 있습니다. 급성 및 만성 치조골 융기 결손의 중증도, 범위 및 형태는 인접 치아와 관련하여 검증됩니다. 가상 복합 조직 모델에서 치과 임플란트의 위치를 3D로 계획할 수 있습니다. IOS 및 CBCT 데이터의 공간 정합과 후속 자유형 표면 모델링을 활용하여 사실적인 3D 하이브리드 모델을 획득하여 치조골, 치아 및 연조직을 시각화할 수 있습니다. IOS와 CBCT 연조직의 중첩을 통해 무치악 융기 위의 두께를 기본 뼈 치수에 대해 평가할 수 있습니다. 따라서 피판 설계 및 수술 피판 관리를 결정할 수 있으며 간헐적인 합병증을 피할 수 있습니다.
Introduction
치과의 기술 발전은 컴퓨터 지원 치료 계획 및 수술 절차 및 보철 재활의 시뮬레이션을 가능하게 했습니다. 디지털 치의학에서 3D 데이터 수집을 위한 두 가지 필수 방법은 (1) 원뿔 빔 컴퓨터 단층 촬영(CBCT)1 및 (2) 구강 내 광학 스캐닝(IOS)2입니다. 이러한 도구를 사용하여 모든 관련 해부학적 구조(치조골, 치아, 연조직)의 디지털 정보를 획득하여 치조골 재건 수술 절차를 계획할 수 있습니다.
콘빔 기술은 1996년 이탈리아의 한 연구 그룹에 의해 처음 소개되었습니다. 기존의 컴퓨터 단층 촬영에 비해 훨씬 낮은 방사선량과 더 높은 해상도를 제공하는 CBCT는 치과 및 구강 수술에서 가장 자주 사용되는 3D 이미징 방식이 되었습니다3. CBCT는 다양한 수술 절차(예: 치주 재생 수술, 치조골 융기 확대술, 치과 임플란트 식립, 양악 수술)를 계획하는 데 자주 사용됩니다1. CBCT 데이터 세트는 2D 이미지 및 3D 렌더링을 제공하는 방사선 영상 소프트웨어에서 보고 처리할 수 있지만 대부분의 이미징 소프트웨어는 3D 이미지 재구성을 위해 임계값 기반 알고리즘을 사용합니다. 임계값 적용 방법은 복셀 회색 값 간격의 상한과 하한을 설정합니다. 이 경계 사이에 있는 복셀은 3D로 렌더링됩니다. 이 방법을 사용하면 모델을 빠르게 획득할 수 있습니다. 그러나 알고리즘은 해부학적 구조를 금속 인공물 및 산란과 구별할 수 없기 때문에 3D 렌더링은 매우 부정확하며 진단 값 4,5가 거의 없습니다. 위에서 언급한 이유로, 치의학의 많은 분야에서는 여전히 기존의 2D 방사선 사진(구강 내 방사선 사진, 파노라마 X-레이) 또는 CBCT 데이터 세트의 2D 이미지에 의존하고 있다5. 우리 연구팀은 최근 발표된 논문에서 CBCT 데이터셋의 해부학적 기반 3D 재구성을 수행하는 오픈소스 방사선 영상 처리 소프트웨어6를 사용하는 반자동 영상 분할 방법을 제시했다7. 이 방법의 도움으로 해부학적 구조가 금속 인공물과 구별되었으며 더 중요한 것은 치조골과 치아를 분리할 수 있다는 것입니다. 따라서 단단한 조직의 사실적인 가상 모델을 얻을 수 있습니다. 3D 모델은 뼈 내 치주 결손을 평가하고 재생 치주 수술 전 치료 계획을 세우는 데 사용되었습니다.
구강 내 광학 표면 스캐너는 임상 상태(치아 및 연조직의 임상 크라운)에 대한 디지털 정보를 제공합니다. 이 장치의 원래 의도된 목적은 CAD(Computer-Aided Design) 및 CAM(Computer-Aided Manufacturing) 기술을 사용하여 치과 보철물을 계획하고 제작하기 위해 환자의 디지털 모델을 직접 획득하는 것이었습니다8. 그러나 응용 분야가 넓기 때문에 다른 치과 분야에서도 빠르게 사용할 수 있습니다. 악안면외과 의사는 IOS와 CBCT를 가상 절골술 및 양악수술 9,10의 디지털 계획에 활용할 수 있는 하이브리드 설정으로 결합합니다. 치과 임플란트학은 아마도 디지털 계획과 안내 실행을 가장 일반적으로 사용하는 분야일 것입니다. 탐색 수술은 임플란트 잘못된 위치와 관련된 대부분의 합병증을 제거합니다. CBCT 데이터 세트와 IOS의 광조형(.stl) 파일의 조합은 유도 임플란트 배치 및 정적 임플란트 드릴링 가이드(11,12)의 제작을 계획하는 데 일상적으로 사용됩니다. CBCT 데이터 세트 위에 중첩 된 구강 내 스캔은 또한 심미 크라운 연장을 준비하는 데 사용되었습니다13; 그러나 연조직은 임계값 알고리즘으로 재구성한 CBCT 데이터 세트 위에만 중첩되었습니다. 그러나 재생-재건 수술 중재 및 치과 임플란트 식립에 대한 정확한 3D 가상 계획을 수행하려면 환자의 사실적인 3D 하이브리드 모델이 CBCT 및 IOS 데이터로 구성되어야 합니다.
따라서 이 기사는 재건 치조골 수술 개입 전에 가상 수술 계획을 위한 현실적인 하이브리드 디지털 모델을 획득하는 단계별 방법을 제시하는 것을 목표로 합니다.
Protocol
Representative Results
Discussion
제시된 프로토콜을 사용하면 치주 및 폐포 결손 형태를 3차원(3D)으로 시각화할 수 있으므로 2D 진단 방법 및 임계값 알고리즘으로 생성된 3D 모델보다 임상 상황을 더 정확하게 묘사할 수 있습니다. 프로토콜은 (1) CBCT 데이터 세트의 반자동 분할, (2) CBCT 및 IOS의 공간 등록, (3) 자유 형식 표면 모델링의 세 가지 주요 단계로 나눌 수 있습니다. 기술적으로, 분할은 임의의 3차원 방사선 이미지 상에서 ?…
Divulgations
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
없음
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. |
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