ディープラーニングに基づくCBCT画像のオートセグメンテーションによる片側性口蓋裂患者の上顎骨と欠損の3D形態計測定量化

3D morphometric quantification of maxillae and defects for patients with unilateral cleft palate via deep learning-based CBCT image auto-segmentation.

抄録

目的:

本研究は、ディープラーニングに基づくCBCT画像セグメンテーションプロトコルを用いて、片側性口唇口蓋裂（UCP）患者における上顎骨の3D非対称性を定量化し、口蓋裂側の上顎骨のばらつきの原因となる欠損因子を調査することを目的とした。

OBJECTIVE: This study aimed to quantify the 3D asymmetry of the maxilla in patients with unilateral cleft lip and palate (UCP) and investigate the defect factors responsible for the variability of the maxilla on the cleft side using a deep-learning-based CBCT image segmentation protocol.

設定と標本集団:

UCP患者60名のコーンビームCT（CBCT）画像を取得した。本研究のサンプルは男性39人、女性21人で、平均年齢は11.52歳（SD=3.27歳、範囲8～18歳）であった。

SETTING AND SAMPLE POPULATION: Cone beam computed tomography (CBCT) images of 60 patients with UCP were acquired. The samples in this study consisted of 39 males and 21 females, with a mean age of 11.52 years (SD = 3.27 years; range of 8-18 years).

材料と方法:

ディープラーニングに基づくプロトコルを用いて、上顎と欠損のセグメンテーションを行い、その後、手動による精緻化を行った。上顎の非対称性を特徴づけるために、一対のt検定を行った。欠損パラメータと上顎の裂隙側のパラメータとの関係を調べるために重回帰を行った。

MATERIALS AND METHODS: The deep-learning-based protocol was used to segment the maxilla and defect initially, followed by manual refinement. Paired t-tests were performed to characterize the maxillary asymmetry. A multiple linear regression was carried out to investigate the relationship between the defect parameters and those of the cleft side of the maxilla.

結果:

上顎裂側では、上顎の体積と長さ、歯槽長、前歯幅、後歯幅、前歯高、後歯高が有意に減少した。上顎前歯幅は上顎裂側で有意な増加が認められた。欠損パラメータと上顎の裂隙側のパラメータとの間には密接な関係があった。

RESULTS: The cleft side of the maxilla demonstrated a significant decrease in maxillary volume and length as well as alveolar length, anterior width, posterior width, anterior height and posterior height. A significant increase in maxillary anterior width was demonstrated on the cleft side of the maxilla. There was a close relationship between the defect parameters and those of the cleft side of the maxilla.

結論:

3次元体積分割に基づくと、上顎裂側の上顎の著しい低形成は、欠損近傍の錐体開口部および歯槽堤領域に存在した。欠損構造は、裂隙側の上顎骨のばらつきに寄与しているようであった。

CONCLUSIONS: Based on the 3D volumetric segmentations, significant hypoplasia of the maxilla on the cleft side existed in the pyriform aperture and alveolar crest area near the defect. The defect structures appeared to contribute to the variability of the maxilla on the cleft side.