Skaner 3D Eva w badaniach zmian tkanek miękkich twarzy

Tureccy lekarze używają skanera 3D Eva do mierzenia zmian w tkankach miękkich twarzy. Przez lata lekarze polegali na konwencjonalnych technikach cefalometrii badając proporcje głowy i twarzy. Wśród różnych metod diagnostycznych  stosuje się rezonans magnetyczny (MRI), tomografię komputerową (CT) i tomografię wiązki stożkowej (CBCT). Jednak badanie przeprowadzone przez ekspertów z tureckich z Uniwersytetu Akdeniz zwracają uwagę, że wyniki uzyskane z tradycyjnych metod bywają bardzo nieprecyzyjne.

Jeśli zbierzemy i porównamy dane biometryczne otrzymane z różnych z metod, to po analizie w praktyce klinicznej okaże się, że występują znaczne rozbieżności pomiarów. Jednak nieczęsto są one uwzględnione w diagnostyce, powodując niezłe zamieszanie w ocenie badań.

Skanery 3D wykorzystane do badań wygrywają z aparaturą MRI i CBCT

W konfrontacji z konwencjonalną aparaturą MRI i CBCT precyzyjny skaner 3D Artec Eva działający w oparciu o wiązki światła białego, zakupiony przez Uniwersytet, okazał się lepszym rozwiązaniem. Dzięki mobilności i ergonomii skanera zminimalizowano rozbieżności w  pomiarach. Umożliwiło to  przeprowadzenie badań bez ograniczeń, na co nie pozwalają dotychczasowe metody  diagnostyczne. Użycie tradycyjnej aparatury medycznej wymaga, aby pacjent pozostał w pozycji stojącej, siedzącej lub leżącej. Dzięki temu uzyskujemy najbardziej wiarygodne dane biometryczne.

Jeśli do badań użyjemy skanera 3D Eva takie wymagania wobec pacjenta i lekarza prowadzącego badanie nie są konieczne. Użycie skanera pozwala prowadzić pomiar pod niemalże dowolnym kątem. Uzyskana wielkość danych, które zostaną odczytane przez lekarzy kompleksowo zapewnia możliwie najbardziej precyzyjne i wiarygodne wyniki.

W studium badawczym zatytułowanym „Wpływ pozycji siedzącej, stojącej i leżącej na tkanki miękkie twarzy: szczegółowa analiza 3D,” pracownicy Zakładu Anatomii Wydziału Lekarskiego Uniwersytetu, U. Özsoy, R. Sekerci i E. Ogut postawili kilka kluczowych pytań, które dotyczą przemieszczenia tkanek biologicznych oraz medycznych metod obrazowania.

Jakie zmiany mogą być wykryte w tkankach miękkich twarzy przy zmianie pozycji ciała?

Po pierwsze, naukowcy starali się zbadać złożony wpływ zachowania ludzkich na tkanki  miękkie twarzy W szczególności skupili się na stopniu przesunięcia tkanki w momencie zachowania jednej z trzech pozycji ciała w trakcie skanowania: stania, siedzenia i pozycji leżącej. Co w momencie przyjęcia jednej z tych trzech pozycji ciała można wykryć zmiany w tkankach miękkich twarzy? Jakie znaczenie mają te zmiany w wykonanych analizach i procedurach medycznych?

Po drugie, być może najważniejsze jest pytanie, które nurtuje większość praktykujących lekarzy: o wybór metody. Standardowe techniki pomiaru twarzy są ograniczone przez czynniki zewnętrzne. W procedurach wrażliwych, które wymagają bardzo dokładnych danych na temat tkanek miękkich twarzy, możliwość zminimalizowania, jeśli nie całkowitego usunięcia wpływu czynników zewnętrznych, określa stopień niezawodności tej metody.

Badania wykonane przez tureckich naukowców wskazują grawitację jako czynnik decydujący.

Jakie znaczenie mają te zmiany dla analiz i procedur medycznych?

Badania wykonane przez ekspertów w Turcji wskazują grawitację jako czynnik przyczyniający się do nieprecyzyjnych wyników. Choć wpływ siły grawitacji na ciało ma niewielkie znaczenie dla badania, to jednak jeśli chodzi o ludzkie tkanki miękkie twarzy, grawitacja może znacząco wpływać na zmiany. Studium powstało zatem z założenia badaczy, że dane uzyskane w wyniku badań prowadzonych za pomocą  dotychczasowej aparatury muszą być analizowane z uwzględnieniem zmian, do których przyczyniają się siły grawitacyjne odnośnie zmian pozycji ciała badanej osoby.

Badania na grupach testowych

Aby zbadać znaczący wpływ grawitacji na zmiany ludzkich tkanek miękkich twarzy, naukowcy stworzyli grupę testową 35 kobiet i 35 mężczyzn w przedziale wieku między 19 i 24. Za pomocą długopisu naukowcy  zaznaczyli 35 punktów bezpośrednio na twarzy każdego uczestnika. W ten sposób segmentując powierzchnię twarzy. Lekarze potraktowali ich twarze jako rodzaj mapy.  Na jej powierzchni starannie nakreślili punkty. W ten sposób zespół badaczy może monitorować wszelkie zmiany na skanach twarzy pacjenta w różnych pozycjach jego ciała.

Skaner 3D Eva działa na poziomie dokładności wynoszącej 0,05 mm i 3D rozdzielczości do 0,1 mm. Liczby te mają istotne udział w dostarczaniu odpowiedzi na zasadnicze pytania stawiane przez badaczy.

Zmiany tkanek miękkich twarzy w różnych pozycjach ciała

Odchylenia kolorów mapy w wyniku nakładania masek twarzy w punkcie (a) siedzącą i stojąca pozycji ciała, (B) siedząca i leżąca pozycja ciała, oraz (c) stojąca i leżąca pozycja ciała. Mapa zmienia kolor z niebieskiego koloru, który odpowiada ujemnej odległości do czerwonego, który odpowiada dodatniej odległości; kolor zielony oznacza, że odległość między powierzchniami w danym momencie jest bliski zeru.

Obróbka skanów – Artec Studio

Po uzyskaniu obrazów 3D załadowano je do programu Artec Studio. Tam poszczególne zestawy skanów każdej pozycji ciała zostały poprawione manualnie. Następnie naukowcy musieli znaleźć sposób, by uszeregować skany należące do konkretnych  pacjentów. W związku z tym ustalili punkt odniesienia – jako punkt położony między wewnętrznymi kącikami oczu. Statystycznie jest to najbardziej stabilny punkt twarzy. To umożliwiło naukowcom znalezienie punktu „zakotwiczenia” osi x, y i z, odpowiadających przekrojom: poprzecznemu, podłużnemu i strzałkowemu głowy.

Wszystkie  punkty zostały użyte do stworzenia cyfrowej mapy twarzy. Naukowcy posługując się programem Artex Studio wykorzystali algorytm mapowania, aby scalić powstałe skany 3D. Uzyskane punkty orientacyjne umożliwiły ustawienie skanów w jednej pozycji i orientacji, co pozwoliło na śledzenie różnic w przemieszczaniu się tych punktów względem osi x, y i z  przy różnych pozycjach ciała: siedzenia, stania i leżenia. Uzyskane w ten sposób maski zostały cyfrowo nałożone na siebie w celu wyświetlania przesunięcia punktów orientacyjnych , wskazujących zmiany położenia i parametrów tkanek.

Następnie badacze poddali te mapy analizie statystycznej, a uzyskane punkty orientacyjne przeanalizowano pod kątem standardowego odchylenia (SD), aby określić  ilościowe przemieszczenie powierzchni.

W międzyczasie określono także średnie: pierwiastka kwadratowy (RMS), odchylenia bezwzględnego (MAD) oraz określonej odległości (MSD) w celu określenia zmienności kształtu i objętości powierzchni. To pozwoliło naukowcom uzyskać miarodajny „numeryczny” dowód na zmiany tkanek miękkich twarzy pod wpływem sił grawitacji, czego nie udało się potwierdzić przy pomocy skanerów medycznych, gdyż nie były wystarczająco czułe.

Znaczące różnice

Skanowanie 3D miękkich tkanek twarzy umożliwiło natomiast zaobserwowanie znaczących różnic między różnymi pozycjami ciała: siedzenie – leżenie i stanie – leżenie. Natomiast w porównaniu pozycji siedzącej i stojącej różnice były bardzo małe w obrębie wszystkich osi.

Ponadto analiza wszystkich punktów orientacyjnych wykazała wrażliwość zmian poszczególnych punktów przy zmianie pozycji ciała.

Przeprowadzony eksperyment ma niezwykle istotne znaczenie dla rozwoju nauk medycznych: począwszy od konsultacji medycznej aż po zastosowanie praktyczne w medycynie, w szczególności w chirurgii szczękowo-twarzowej, gdzie nawet niewielka pomyłka może mieć poważne konsekwencje. Dlatego też dokładna ocena tkanek miękkich twarzy w badaniach przed i pooperacyjnych może mieć istotny wpływ na ogólny wynik leczenia.