Ocena poprawności leczenia złamań żuchwy. na podstawie komputerowej analizy zdjęć pantomograficznych.

Transkrypt

1 Czas. Stomatol., 2006, LIX, 8, Organ Polskiego Towarzystwa Stomatologicznego Ocena poprawności leczenia złamań żuchwy na podstawie komputerowej analizy zdjęć pantomograficznych The assessment of the correctness of the management of mandibular fractures on the basis of computer analysis of panoramic radiographs Magdalena Jędrusik-Pawłowska 1, Jan Drugacz 1, Aleksander Lamża 2, Zygmunt Wróbel 2 Z Katedry i Kliniki Chirurgii Szczękowo-Twarzowej Śląskiej Akademii Medycznej w Katowicach 1 Kierownik: dr hab. n. med. J. Drugacz, prof. ŚAM Z Zakładu Komputerowych Systemów Biomedycznych Instytutu Informatyki, Wydziału Techniki Uniwersytetu Śląskiego w Katowicach 2 Kierownik: dr hab. inż. Z. Wróbel, prof. UŚ Streszczenie Cel pracy: podjęto próbę obiektywnej oceny poprawności chirurgicznego leczenia złamań żuchwy na podstawie komputerowej analizy zdjęć pantomograficznych. Materiał i metody: materiał badawczy stanowiła dokumentacja kliniczna i radiologiczna chorych ze złamaniami żuchwy. Wszystkim badanym, w ujednolicony sposób, wykonywano dwa pantomogramy (pierwszy przed zabiegiem, drugi kontrolny, po osteosyntezie). Zanalizowano cyfrowo poprawność zespolenia 60 szczelin złamania u 38 pacjentów. Wprowadzono nowy parametr oceny: względny współczynnik przemieszczenia odłamów (l). Rozpatrzono również średnie wartości względnego współczynnika przemieszczenia odłamów (l) dla poszczególnych topograficznych miejsc występowania złamań. Wyniki: porównując wartości współczynników (l) stwierdzono, że najlepsze wyniki repozycji uzyskano dla złamań w okolicy spojenia żuchwy, zaś najgorsze podczas leczenia złamań wyrostków kłykciowych. Summary Aim of the study: To assess objectively the correctness of the surgical management of mandibular fractures on the basis of computer analysis of panoramic radiographs. Material and methods: The research material consisted of clinical and radiological records of patients with mandibular fractures. All the patients under study had two panoramic pictures taken: one pre-operatively, and the other, the control one, following osteosynthesis. 60 fracture lines were digitally analysed for proper healing in 38 patients. A new evaluation parameter was introduced: a relative bone fragments dislocation coefficient (l). Mean values of (l) parameter for individual topographical fracture sites were also assessed. Results: By comparing values of coefficient (l) it was observed that the best reposition results were achieved for fractures occuring in the parasymphyseal region, the worst during treatment of mandibular condyle fractures. HASŁA INDEKSOWE: złamania żuchwy, leczenie chirurgiczne, zdjęcia pantomograficzne, analiza komputerowa KEYWORDS: mandibular fractures, surgical treatment, panoramic radiograms, computer assisted analysis 578

2 2006, LIX, 8 Komputerowa analiza zdjęć pantomograficznych Wprowadzenie Złamania żuchwy stanowią największy odsetek wszystkich pourazowych złamań kośćca części twarzowej czaszki (8, 14, 16, 21). Rozpoznanie złamania żuchwy musi być zawsze potwierdzone badaniem radiologicznym. Rentgenogramy umożliwiają prawidłową ocenę złamania: przebieg szczeliny, stopień oraz kierunek przemieszczenia odłamów (1, 3, 7, 12, 17, 25, 28, 30, 31). W większości przypadków wystarczające jest zdjęcie pantomograficzne (pantomogram), które wykorzystuje się również do oceny wyników leczenia (5, 6, 11, 15, 18, 22, 23, 24, 29, 36). We współczesnej traumatologii szczękowej najbardziej rozpowszechniona jest osteosynteza płytkowa. Stabilna osteosynteza minipłytkowa eliminuje konieczność zastosowania unieruchomienia międzyszczękowego, przez co zachowuje czynność stawów skroniowo- -żuchwowych, mięśni układu stomatognatycznego oraz zapewnia chorym lepsze warunki żywienia i zachowywania higieny jamy ustnej (1, 9, 13, 27, 33). Cel pracy W niniejszej pracy podjęto próbę opracowania metody umożliwiającej obiektywną ocenę poprawności repozycji odłamów żuchwy na podstawie wykonywanych zdjęć pantomograficznych. Materiał i metody Materiał badawczy stanowiła dokumentacja kliniczna i radiologiczna pacjentów leczonych chirurgicznie w Klinice Chirurgii Szczękowo- Twarzowej ŚAM w Katowicach w latach Do badań zakwalifikowano 38 chorych (7 kobiet i 31 mężczyzn) z izolowanymi złamaniami żuchwy, u których analizowano 60 szczelin złamania. Wszystkim pacjentom wykonywano dwa zdjęcia pantomograficzne zgodnie z opisanymi poniżej metodami kalibracji (pierwsze przed zabiegiem, drugie kontrolne, po osteosyntezie minipłytkowej). W celu standaryzacji warunków ekspozycji wszystkie rentgenogramy były wykonywane tym samym aparatem ortopantomograficznym Orthophos (Siemens) z użyciem tego samego rodzaju klisz i parametrów ekspozycji oraz przez tego samego technika. W celu wyeliminowania błędów w unieruchomieniu głowy pacjenta podczas badań wykonywanych po pewnym czasie zastosowano prostą metodę powielenia ułożenia świetlnych linii generowanych przez aparat w czasie jego ustawiania. Podczas wykonywania pierwszego rentgenogramu położenie linii świetlnych w płaszczyźnie strzałkowej i frankfurckiej przenoszono niezmywalnym markerem na skórę twarzy chorego, aby przy ustawianiu głowy do zdjęcia kontrolnego zachować dokładnie tę samą pozycję (ryc. 1a, b). Oceny poprawności zespolenia odłamów dokonano na podstawie porównania dwóch zdjęć pantomograficznych przed i po osteosyntezie. Do analizy użyto 76 pantomogramów (38 przed osteosyntezą i tyleż samo po osteosyntezie). W związku z tym, że na jednym pantomogramie występowały dwie, a nawet trzy szczeliny złamania w dalszej części pracy analizowano odrębnie poszczególne szpary. Zanalizowano cyfrowo poprawność zespolenia 60 szczelin złamania u 38 pacjentów. Analizę wykonano stosując system komputerowy (skaner umożliwiający skanowanie transparentne, komputer, program) skonstruowany w Zakładzie Komputerowych Systemów Biomedycznych Instytutu Informatyki, Wydziału Techniki Uniwersytetu Śląskiego w Sosnowcu. 579

3 M. Jędrusik-Pawłowska i in. Czas. Stomatol., Ryc. 1. Świetlne linie generowane przez aparat Othophos (Siemens) na twarzy; a chory przygotowany do wykonania pantomogramu przed osteosyntezą, b odwzorowanie ułożenia linii świetlnych na twarzy pacjenta za pomocą markera. Program składa się z dwóch części, pozwalających na zniwelowanie różnic wynikających ze zniekształcenia obrazu na obu pantomogramach przed i po osteosyntezie oraz na analizę przemieszczenia odłamów w szparze złamania. Mimo ujednoliconego sposobu ustawiania głowy pacjenta w ortopantomografie, nie udało się uniknąć różnic i zniekształceń na obu zdjęciach, z czego wynika, że nie jest możliwe bezpośrednie porównanie pantomogramów. Poprzez wprowadzenie trzech punktów odniesienia na obu zdjęciach jest możliwe wzajemne przeskalowanie mierzonych odległości (skalibrowane pomiary nie są wyrażone w żadnych jednostkach miary, np. w mm), a co za tym idzie możliwe staje się ich porównanie. Ponieważ odłamy żuchwy przemieszczają się wzajemnie, ich pozycja na obu zdjęciach z pewnością będzie różna. Wobec tego, punkty odniesienia w każdym przypadku wyznaczono na szczęce, zakładając, że na obu pantomogramach nie zmienia ona swojego położenia. Za punkty odniesienia posłużyły definiowalne szczegóły anatomiczne widoczne na cyfrowych obrazach rentgenogramów pantomograficznych. Optymalnym rozmieszczeniem punktów jest wybranie jednego z nich z lewej strony zdjęcia, drugiego po prawej stronie, a trzeciego pośrodku. Najczęściej boczne punkty kalibracyjne wyznaczano na wierzchołkach korzeni zębów trzonowych szczęki lub w przypadku ich braku za punkt pomiarowy posłużyła największa wypukłość guza szczęki. Punkt środkowy obierano zwykle na kolcu nosowym przednim lub na wierzchołku korzenia jednego z górnych zębów siecznych. Przykładowe rozmieszczenie punktów odniesienia ilustruje (ryc. 2a, b). Na podstawie wzajemnego położenia punktów kalibracyjnych wyznaczane są dwa współczynniki korekcyjne (kx, ky) dla obliczeń wszelkich długości. Druga część programu komputerowego służy do analizy przemieszczenia odłamów w szparze złamania. Po kalibracji pary pantomogramów obierano dwa punkty na krawędziach szczeliny złamania przed (ryc. 3a) i po osteosyntezie (ryc. 3b). Po wyznaczeniu punktów na obu pantomogramach liczono odległość między nimi (odległość ta nie jest wyrażona w żadnych jednostkach miary). Przy obliczaniu odległości brano pod uwagę współczynniki korekcyjne kx i ky: 580

4 2006, LIX, 8 Komputerowa analiza zdjęć pantomograficznych Ryc. 2. Optymalne rozmieszczenie punktów kalibracyjnych na pantomogramie; a w przypadku obecności górnych zębów, b w przypadku braku górnych zębów. gdzie: l odległość między punktami pomiarowymi, i indeks pantomogramu (i = 1 rentgenogram przed osteosyntezą, i = 2 rentgenogram po osteosyntezie), kx, ky współczynniki korekcyjne, x 1 (ż), y 1 (ż) i x 2 (ż), y 2 (ż) współrzędne punktów pomiaru odległości na krawędziach szczeliny złamania żuchwy. Na tej podstawie wyznaczano nowy parametr oceny, tzw.: względny współczynnik przemieszczenia odłamów (l). Jest to funkcja odległości między odłamami na zdjęciu przed (l 1 ) i po osteosyntezie (l 2 ). 581

5 M. Jędrusik-Pawłowska i in. Czas. Stomatol., Ryc. 3. Oznaczenie punktów pomiarowych 1-2 na krawędzi szczeliny złamania; a przed osteosyntezą, b ich przemieszczenie po osteosyntezie. Wyniki i ich omówienie gdzie: l 1 odległość między punktami pomiarowymi na rentgenogramie przed osteosyntezą, l 2 odległość między punktami pomiarowymi na rentgenogramie po osteosyntezie. Wartości współczynnika (l) mieszczą się w zakresie od -1,00 do 1,00. Znaczenie wartości współczynnika (l) przedstawiono w tabeli I. Rozpatrując zebrany materiał badawczy ustalono poniższy rozkład wartości względnego współczynnika przemieszczenia odłamów (l) dla 60 szczelin złamań (ryc. 4). Analiza materiału wykazała, że w 44 przypadkach współczynnik (l) przyjął wartości dodatnie. Dokonano więc prawidłowego nastawienia, bowiem odległość między odłamami w szczelinie złamania jest mniejsza po zabiegu niż przed nim. W pozostałych 16 przy- T a b e l a I. Znaczenie wartości względnego współczynnika przemieszczenia odłamów Wartość współczynnika (l) Znaczenie <-1,00; 0) repozycja nieprawidłowa odległość między odłamami po zabiegu jest większa niż przed osteosyntezą 0 brak zmian w odległości między odłamami (0; 1,00> repozycja prawidłowa odległość między odłamami po zabiegu jest mniejsza niż przed osteosyntezą 582

6 2006, LIX, 8 Komputerowa analiza zdjęć pantomograficznych padkach względny współczynnik przemieszczenia odłamów (l) przyjął wartości ujemne. Oznacza to, że w tych przypadkach ustawienie odłamów po repozycji było niekorzystne odległość między odłamami po ich nastawieniu jest większa niż przed osteosyntezą. Średnia wartość (l) dla wszystkich analizowanych szczelin złamania wyniosła 0,138 (minimalna wartość (l) = -0,79; maksymalna wartość (l) = 0,89). Najwięcej analizowanych szczelin złamania (26 przypadków), dla wartości współczynnika (l), mieści się w przedziale <0; 0,25). Rozpatrzono również średnie wartości względnego współczynnika przemieszczenia odłamów (l) dla poszczególnych topograficznych miejsc występowania złamań. Wyniki zestawiono w tabeli II. Porównując wartości współczynników (l) dla poszczególnych lokalizacji szczelin złamania stwierdzono, że najlepsze wyniki repozycji uzyskano dla złamań w okolicy spojenia żuchwy nie zanotowano ujemnych wartości (l). Największy odsetek ujemnych wartości współczynnika (l) ujawnił się w przypadku złamań wyrostka kłykciowego, co wskazuje na to, że leczenie tych złamań w badanym materiale dało najgorsze wyniki. Skuteczność zespalania szczelin złamania żuchwy w zależności od ich usytuowania zilustrowano na ryc. 5. Ryc. 4. Ilościowy rozkład wartości względnego współczynnika przemieszczenia odłamów (l). Ryc. 5. Skuteczność zespalania szczelin złamania żuchwy w zależności od ich lokalizacji. Podsumowanie Wielu autorów podkreśla wagę dobrej oceny radiologicznej złamań żuchwy i dowodzi, że zdjęcia pantomograficzne stają się pod względem ekonomii i jakości obrazowania struktur anatomicznych żuchwy rentgenogramami z wyboru (5, 6, 7, 22, 23, 26, 30, 32). W niniejszej pracy zaproponowano metodę obiektywnej oceny radiologicznej chi- 583

7 M. Jędrusik-Pawłowska i in. Czas. Stomatol., T a b e l a I I. Rozkład wartości względnego współczynnika przemieszczenia odłamów (l) dla poszczególnych topograficznych miejsc występowania złamań żuchwy 584 Średnia wartość współczynnika (l) Współczynniki (l) Odsetek szczelin % Liczba szczelin Lokalizacja szczeliny złamania Wyrostek kłykciowy 8 13,3-0,47-0,35-0,10 0,07 0,10 0,15 0,24 0,52 0,02 Kąt żuchwy 16 26,7-0,79-0,53-0,48-0,02 0,06 0,19 0,20 0,21 0,35 0,41 0,41 0,43 0,44 0,50 0,87 0,89 0,20 Kieł przedtrzonowce 19 31,7-0,49-0,39-0,24-0,24-0,13-0,08 0,01 0,08 0,08 0,15 0,24 0,24 0,38 0,45 0,54 0,54 0,59 0,61 0,87 0,17 Okolica trzonowcowa 14 23,3-0,55-0,10-0,05 0,03 0,04 0,05 0,11 0,11 0,14 0,15 0,18 0,23 0,23 0,57 0,08 Spojenie żuchwy 3 5,0 0,12 0,13 0,38 0,21 Razem ,14 rurgicznej repozycji odłamów kostnych złamań żuchwy. Dzięki wykorzystaniu programu komputerowego, który powstał w Zakładzie Komputerowych Systemów Biomedycznych Uniwersytetu Śląskiego i wprowadzeniu nowego parametru oceny względnego współczynnika przemieszczenia odłamów (l) możliwe stało się wymierne określenie poprawności nastawienia odłamów w szczelinie złamania (14, 19, 20, 35, 37). Znormalizowany zakres wartości tego współczynnika pozwala na analizę wyników leczenia na podstawie wielu pantomogramów pod warunkiem, że są one prawidłowo wykonane. Na ogólny wynik leczenia chirurgicznego złamań żuchwy składa się nie tylko ocena radiologiczna, ale także ocena warunków zgryzowych i artykulacyjnych, kliniczna ocena stabilizacji odłamów, gojenia się rany pooperacyjnej, zrostu kostnego oraz ocena symetrii twarzy i zaburzeń czucia w obrębie nerwu zębodołowego dolnego (2, 4, 9, 10, 18, 27, 34). Obiektywna ocena radiologiczna z zastosowaniem względnego współczynnika przemieszczenia odłamów (l) może stanowić cenny dodatek do oceny klinicznej leczenia złamań żuchwy. Piśmiennictwo 1. Assael L. A.: Clinical aspects of imaging in maxillofacial trauma. Radiol. Clin. North. Am., 1993, 31, 1, Bolourian R., Lazow S., Berger J.: Transoral 2,0-mm miniplate fixation of mandibular fractures plus 2 weeks maxillomandibular fixation: a prospective study. J. Oral. Maxillofac. Surg., 2002, 60, 2, Cade J. E.: Periapical radiographs as an aid in diagnosing fractures of the mandibular angle. Gen. Dent., 1995, 43, 3, Champy M., Lodde J. P., Schmitt R., Jaeger J. H., Muster D.: Mandibular ososteosynthesis by miniature screwed plates via a buccal approach. J. Oral Maxillofac. Surg.,

8 2006, LIX, 8 Komputerowa analiza zdjęć pantomograficznych 1978, 6, Chayra G. A., Meador L. R., Laskin D. M.: Comparison of panoramic and standard radiographs for the diagnosis of mandibular fractures. J. Oral Maxillofac. Surg., 1986, 44, Childress C. S., Newlands S. D.: Utilization of panoramic radiographs to evaluate short-term complications of mandibular fracture repair. Laryngoscope., 1999, 109, 8, Creasman C. N., Markowitz B. L., Kawamoto H. K., Cohen S., Kioumehr F., Hanafee W., Shaw W. W.: Computed tomography versus standard radiography in the assessment of fractures of the mandible. Ann. Plast. Surg., 1992, 29, 2, Degwi A., Methog R. H.: Mandible fractures-medical and economic considerations. Otolaryngol. Head Neck Surg., 1993, 108, 3, Ellis E. 3rd.: Treatment methods for fractures of the mandibular angle. Int. J. Oral Maxillofac. Surg., 1999, 18, 4, Eyrich G. K. H., Grätz K. W., Sailer H. F.: Surgical treatment of fractures of the edentulous mandible. J. Oral Maxillofac. Surg., 1997, 56, Farman A. G., Farman T. T.: Panoramic dental radiography using a charge-coupled device receptor. J. Digit. Imaging., 1998, 11, 3, Giovannini U. M., Goudot P.: Radiologic evaluation of mandibular and dentoalveolar fractures. Plast. Reconstr. Surg., 2002, 109, 6, Jarząb G., Różyło K.: Problemy leczenia złamań żuchwy w świetle nowoczesnych osiągnięć technicznych. Mag. Stom., 1992, 2, 6, Jędrusik-Pawłowska M., Drugacz J., Lamża A., Wróbel Z.: Assessment of the results of mandibular fractures surgical titanium miniplates treatment on the basis of computer-aided analysis of pantomographical radiograms. J. Med. Informatics & Technologies, 2002, 4, ISSN , Johnston C. C., Doris P. E.: Clinical trial of pantomography for the evaluation of mandibular trauma. Ann. Emer. Med., 1980, 9, Kreutziger K. L.: Comprehensive surgical management of mandibular fractures. South. Med. J., 1992, 85, 5, Kryst L., Markiewicz H., Thun-Szretter K.: Badania rentgenowskie w urazach zębów i wyrostka zębodołowego szczęki oraz części zębodołowej żuchwy. Czas. Stomatol., 1995, 48, 10, Kryst L., Piekarczyk J., Mlosek K., Wanyura H., Szmurło W., Baramow P., Siemińska-Piekarczyk B.: Ocena odległych wyników leczenia złamań żuchwy. Czas. Stomatol., 1990, 63, 2, Kuchariew G.: Przetwarzanie i analiza obrazów cyfrowych. Szczecin: Wydawnictwo Uczelniane Politechniki Szczecińskiej Lamża A., Wróbel Z., Jędrusik-Pawłowska M., Drugacz J.: Computer assessment of correctness of mandibular bones fracture slit integration based on pantomographic radiograms. J. Med. Informatics & Technologies 2002, 4, ISSN , Lutomska K.: Złamania żuchwy. Warszawa: PZWL Markiewicz H., Kryst L., Thun- Szretter K., Mańkowska E., Knorr R.: Wybrane zagadnienia z oceny radiologicznej złamań żuchwy. Czas. Stomatol., 1997, 50, 7, Markowitz B. L., Sinow J. D., Kawamoto H. K., Khoumehr F.: Prospective comparison of axial computed tomography and standard and panoramic radiographs in the diagnosis of mandibular fractures. Ann. Plast. Surg., 1999, 42, 2, Mlosek K., Markiewicz H., Sołtan M.: Wartość pantomografii w rozpoznawaniu, morfologii i syntopii szczelin złamania żuchwy. Pol. Przegl. Radiol. Med. Nukl., 1976, XL, 6, Moilanen A.: Primary radiographic diagnosis of fractures in the mandible. Int. J. Oral Surg., 1982, 11, 5, Nottet J. B., Divaris M., Goudot P.: Radiologic pitfalls of mandibular fractures. Rev. Stomatol. Chir. Maxillofac., 1993, 94, 2, Osmola K.: Wyniki operacyjnego zespalania odłamów w złamaniach żuchwy. Pol. Merkuriusz Lek., 1996, 1, 4, Pogorzelska-Stronczak B., Cieślik T., Wąsek A., Szporek B.: Ocena leczenia złamań kości twarzy płytkami zespalającymi odłamy na podstawie pięcioletniego materiału klinicznego. Czas. Stomatol., 1996, XLIX, 4, Reymond J., Sołtan M., Markiewicz H., Deryńska B., Kępa A., Wielogórski J.: Leczenie złamań żuchwy za pomocą wewnątrzustnej osteosyntezy kortykalnej z jednoczasowym usunięciem zębów ze szpary złamania. Doświadczenia własne. Mag. Stom., 2001, 11, 1, Różyło-Kalinowska I., Różyło T. K.: Wzorzec zastosowania technik obrazowania w diagnostyce złamań żuchwy. Pol. 585

9 M. Jędrusik-Pawłowska i in. Czas. Stomatol., Przeg. Radiol., 2001, 66, 3, Serman N., Horrell B.: Fractures: know your radiographic anatomy. Dent. Today., 2002, 21, 1, Sewell J., Drage N., Brown J.: The use of panoramic radiography in a dental accident and emergency department. Dentomaxillofac. Radiol., 2001, 30, 5, Świder M., Stępniak-Goździewicz A.: Zastosowanie płytek samodociskowych w leczeniu złamań żuchwy. Czas. Stomatol., 1993, XLVI, 2/3, Tomaszewski T., Bartoszcze M.: Chirurgiczne leczenie złamań żuchwy. Mag. Stom., 1993, 2, 2/3, Watkins C. D., Sadun A., Marenka S.: Nowoczesne metody przetwarzania obrazu. Warszawa: WNT Wilson I. F., Lokeh A., Benjamin Ch. I., Hilger P. A., Hamlar D. D., Ondrey F. G., Tashjian J. H., Thomas W., Schubert W.: Contribution of conventional axial computed tomography (nonhelical), in conjunction with panoramic tomography (zonography). Ann. Plast. Surg., 2000, 45, 4, Wróbel Z., Koprowski R.: Przetwarzanie obrazu w programie MATLAB. Katowice: Wyd. Uniwersytetu Śląskiego Otrzymano: 6.I.2004 r. Adres autorów: Katowice, ul. Francuska 20/