إعداد نموذج رقمي هجين للتخطيط الافتراضي للإجراءات الجراحية السنخية الترميمية
Summary
تم تصميم سير عمل لإنشاء نماذج هجينة افتراضية ثلاثية الأبعاد (3D) بناء على مجموعة بيانات التصوير المقطعي المحوسب بالشعاع المخروطي والمسح البصري داخل الفم باستخدام طرق تجزئة الصور الشعاعية ونمذجة السطح ذات الشكل الحر. تستخدم النماذج الرقمية للتخطيط الافتراضي للإجراءات الجراحية السنخية الترميمية.
Abstract
يتم تقديم اقتناء نموذج افتراضي هجين ثلاثي الأبعاد (3D) في هذه المقالة ، باستخدام تسلسل تجزئة الصور الشعاعية والتسجيل المكاني ونمذجة السطح ذات الشكل الحر. أولا ، تم إعادة بناء مجموعات بيانات التصوير المقطعي المحوسب بالشعاع المخروطي بطريقة تجزئة شبه أوتوماتيكية. يتم فصل العظام السنخية والأسنان إلى أجزاء مختلفة ، مما يسمح بمورفولوجيا 3D ، وتقييم توطين عيوب اللثة داخل العظم. يتم التحقق من شدة ومدى ومورفولوجيا عيوب التلال السنخية الحادة والمزمنة فيما يتعلق بالأسنان المجاورة. على نماذج الأنسجة المعقدة الافتراضية ، يمكن تخطيط مواقف زراعة الأسنان في 3D. باستخدام التسجيل المكاني لبيانات IOS و CBCT والنمذجة السطحية الحرة اللاحقة ، يمكن الحصول على نماذج هجينة 3D واقعية ، وتصور العظام السنخية والأسنان والأنسجة الرخوة. مع تراكب الأنسجة الرخوة IOS و CBCT ، يمكن تقييم السماكة فوق التلال الصخرية حول أبعاد العظام الأساسية. لذلك ، يمكن تحديد تصميم السديلة وإدارة السديلة الجراحية ، ويمكن تجنب المضاعفات العرضية.
Introduction
مكنت التطورات التكنولوجية في طب الأسنان من تخطيط العلاج بمساعدة الكمبيوتر ومحاكاة الإجراءات الجراحية وإعادة تأهيل الأطراف الاصطناعية. طريقتان أساسيتان للحصول على البيانات ثلاثية الأبعاد في طب الأسنان الرقمي هما: (1) التصوير المقطعي المحوسب بالشعاع المخروطي (CBCT) 1 و (2) المسح البصري داخل الفم (IOS) 2. يمكن الحصول على المعلومات الرقمية لجميع الهياكل التشريحية ذات الصلة (العظام السنخية والأسنان والأنسجة الرخوة) باستخدام هذه الأدوات للتخطيط للإجراءات الجراحية السنخية الترميمية.
تم تقديم تقنية الشعاع المخروطي لأول مرة في عام 1996 من قبل مجموعة بحثية إيطالية. من خلال تقديم جرعة إشعاعية أقل بكثير ودقة أعلى (مقارنة بالتصوير المقطعي المحوسب التقليدي) ، سرعان ما أصبح CBCT طريقة التصوير ثلاثية الأبعاد الأكثر استخداما في طب الأسنان وجراحة الفم3. غالبا ما يستخدم CBCT لتخطيط الإجراءات الجراحية المختلفة (على سبيل المثال ، جراحة تجديد اللثة ، تكبير التلال السنخية ، وضع زراعة الأسنان ، جراحة تقويم الفكين)1. يتم عرض مجموعات بيانات CBCT ويمكن معالجتها في برنامج التصوير الشعاعي الذي يوفر صور 2D ، ويعرض 3D – ومع ذلك ، فإن معظم برامج التصوير تستخدم خوارزميات قائمة على العتبة لإعادة بناء الصورة ثلاثية الأبعاد. تحدد طرق العتبة الحدود العليا والسفلى لفاصل قيمة فوكسل الرمادي. سيتم تقديم Voxels التي تقع بين هذه الحدود في 3D. تسمح هذه الطريقة بالحصول السريع على النموذج ؛ ومع ذلك ، نظرا لأن الخوارزمية لا يمكنها التمييز بين الهياكل التشريحية والتحف المعدنية والتشتت ، فإن العروض ثلاثية الأبعاد غير دقيقة للغاية ولها قيمة تشخيصية قليلة جدا 4,5. للأسباب المذكورة أعلاه ، لا تزال العديد من المجالات في طب الأسنان تعتمد على الصور الشعاعية التقليدية ثنائية الأبعاد (الصور الشعاعية داخل الفم ، الأشعة السينية البانورامية) أو الصور ثنائية الأبعاد لمجموعات بيانات CBCT5. قدمت مجموعتنا البحثية طريقة تجزئة الصور شبه التلقائية في مقال نشر مؤخرا ، باستخدام برنامج معالجة الصور الشعاعية مفتوح المصدر6 حيث يتم إجراء إعادة بناء ثلاثية الأبعاد تعتمد على التشريح لمجموعات بيانات CBCT7. بمساعدة هذه الطريقة ، تم تمييز الهياكل التشريحية عن القطع الأثرية المعدنية ، والأهم من ذلك ، يمكن فصل العظام السنخية والأسنان. لذلك ، يمكن الحصول على نموذج افتراضي واقعي للأنسجة الصلبة. تم استخدام نماذج 3D لتقييم عيوب اللثة داخل العظم ولتخطيط العلاج قبل جراحات اللثة التجديدية.
توفر الماسحات الضوئية السطحية داخل الفم معلومات رقمية عن الحالات السريرية (التاج السريري للأسنان والأنسجة الرخوة). كان الغرض الأصلي المقصود من هذه الأجهزة هو الحصول مباشرة على نماذج رقمية للمرضى لتخطيط وتصنيع الأطراف الاصطناعية للأسنان باستخدام تقنيات التصميم بمساعدة الكمبيوتر (CAD) والتصنيع بمساعدة الكمبيوتر (CAM)8. ومع ذلك ، نظرا لمجموعة واسعة من التطبيقات ، تم تنفيذ استخدامها بسرعة في مجالات طب الأسنان الأخرى. يجمع جراحو الوجه والفكين بين IOS و CBCT في إعداد هجين يمكن استخدامه لقطع العظم الافتراضي والتخطيط الرقمي لجراحات تقويم الفكين 9,10. من المحتمل أن يكون علم زراعة الأسنان هو المجال الذي يستخدم التخطيط الرقمي والتنفيذ الموجه بشكل شائع. تقضي الجراحة الملاحية على معظم المضاعفات المتعلقة بسوء وضع الغرسة. يتم استخدام مزيج من مجموعات بيانات CBCT وملفات الطباعة الحجرية المجسمة (.stl) الخاصة ب IOS بشكل روتيني لتخطيط وضع الغرسة الموجهة وتصنيع أدلة حفر الغرسة الثابتة11,12. كما تم استخدام المسح داخل الفم المتراكب على مجموعات بيانات CBCT لإعداد إطالة التاج الجمالي13 ؛ ومع ذلك ، تم تركيب الأنسجة الرخوة فقط على مجموعات بيانات CBCT التي أعيد بناؤها باستخدام خوارزميات العتبة. ومع ذلك ، لإجراء تخطيط افتراضي ثلاثي الأبعاد دقيق للتدخلات الجراحية التجديدية الترميمية ووضع زراعة الأسنان ، يجب أن تتكون النماذج الهجينة ثلاثية الأبعاد الواقعية للمرضى من بيانات CBCT و IOS.
ومن ثم ، تهدف هذه المقالة إلى تقديم طريقة خطوة بخطوة للحصول على نماذج رقمية هجينة واقعية للتخطيط الجراحي الافتراضي قبل التدخلات الجراحية السنخية الترميمية.
Protocol
Representative Results
Discussion
مع البروتوكول المقدم ، يمكن تصور أشكال عيوب اللثة والسنخية في ثلاثة أبعاد (3D) ، مما يوفر تصويرا أكثر دقة للحالة السريرية مما يمكن تحقيقه من خلال طرق التشخيص 2D ونماذج 3D التي تم إنشاؤها باستخدام خوارزميات العتبة. يمكن تقسيم البروتوكول إلى ثلاث مراحل رئيسية: (1) التجزئة شبه التلقائية لمجموعات ?…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
اي
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).
