Lateraalikallokuva on oikojan perustyökalu

Johdanto

Kefalometrinen kallokuvaus otettiin käyttöön yli 75 vuotta sitten. Nykyään ortodontian erikoishammaslääkärit kaikkialla maailmassa käyttävät lateraalikallokuvia rutiininomaisesti muun muassa diagnostiikassa, hoidon suunnittelussa ja seurannassa. Vaikka kyseessä on periaatteessa kaksiulotteinen tekniikka ja viime vuosina on kehitetty kolmiulotteisia menetelmiä kasvojen pehmytosien, luiden ja hampaiden kuvantamiseen, lateraalikallokuvat tulevat olemaan tärkeä apuväline kliinisessä ortodontiassa vielä vuosien ajan.

Lateraalikallo- ja panoraamaröntgenkuvia käytetään ortodontiassa diagnostiikkaan, hoidon suunnitteluun ja seurantaan (1). Viime vuosina on kehitetty myös uusia ei-radiologisia kefalometrisia mittausmenetelmiä [esim. 3D-digitaalitekniikka (2) ja 3D-pintakuvaukset (3)] ja röntgenkuvausmenetelmiä, mm. kartiokeilatietokonetomografia (kartiokeila-TT; engl. Cone Beam Computed Tomography eli CBCT) eli mikro-TT-kuvaus (4, 5). Näiden menetelmien käyttö ei ole vielä laajalle levinnyt (2, 6, 7), ja vaikuttaa siltä, että kefalometrista kallokuvausta käytetään kliinisessä ortodontiassa vielä monta vuotta. Tässä artikkelissa keskitytään kefalometriseen kallokuvaukseen, ja mikro-TT-kuvausta käsitellään erikseen toisen teemanumeron artikkelissa.

Taustaa

Kefalometrisen kallokuvauksen tekniikka kehitettiin vuonna 1931 kraniometrian ja antropometrian pohjalta. Kraniometriassa tehtiin löydettyjen kallojen tarkkoja mit- tauksia, kun taas antropometriassa mitattiin elävien henkilöiden kallon mittoja standardoidulla tavalla. Kliinisessä ortodontiassa tarvittiin objektiivista, kvantitatiivista ja toistettavissa olevaa menetelmää, jolla pystyttäisiin selvittämään hampaiston suhdetta leukoihin ja leukojen suhdetta kalloon eri ajankohtina ja siten myös arvioimaan kasvun ja/tai hoidon aikaansaamia muutoksia.

Sekä saksalainen Hofrath (8) että amerikkalainen Broadbent (9) kehittivät vuonna 1931 kefalometriseen kallokuvaukseen laitteita, jotka osittain mahdollistivat tämän tavoitteen. Hofrathin (8) kefalometrialaitteessa oli yksi röntgenputki, ja sillä pystyttiin ottamaan vain lateraalikuvia. Broadbentin (9) laitteistoon taas kuului kaksi säteilylähdettä, ja potilas pystyttiin kuvantamaan sekä lateraali- että frontaali- eli PA-projektiossa. Kefalometrinen kallokuvaus perustuu siihen, että potilaan kallosta pystytään ottamaan standardoituja röntgenkuvia, joissa vääristymä on minimaalinen, suurennoskerroin tiedossa ja pään asento täsmällinen ja toistettavissa (10, 11). Kefalometrialaitteestoon kuuluu näin ollen kuvantamislaite, jonka rakenne on tiedossa, ja ns. kefalostaatti, jonka avulla potilaan pää pystytään asettelemaan kuvauksen ajaksi haluttuun, toistettavissa olevaan asentoon. Lähes kaikissa laitteissa röntgenlähteen ja kefalostaatin keskipisteen välimatka on pitkä, mutta kefalostaatin keskipisteen ja röntgenfilmin välimatka taas lyhyt. Näin sekä kuvan vääristymää että suurentumista pystytään vähentämään mahdollisimman paljon.

Tekninen kehitys

Kefalometrisen kallokuvauksen tekniikka otettiin käyttöön yli 75 vuotta sitten. Sittemmin on kehitetty monia erilaisia kefalometrialaitteita, joissa kuvan laatu ja geometriset ominaisuudet, erilaisten projektioiden mahdollisuus, pään asettelun tyydyttävyys sekä laitteiston tilan tarve ja hinnan edullisuus ovat vaihtelevasti painottuneet. Taulukossa 1 esitetään joitakin kefalometrisen kallokuvauksen tekniikan tärkeitä kehitysvaiheita. Kuten taulukosta ilmenee, tekninen kehitys on johtanut:

• projektiomahdollisuuksien lisääntymiseen (lateraali-, frontaali- eli PA-, viistolateraali-, viistofrontaali- ja aksiaaliprojektiot) (kuvat 1–5)
• pään asennon tarkentumiseen ja sen toistettavuuden parantumiseen kasvoille ja päähän heijastettavan valo- tai laserristin tai läpivalaisujärjestelmien ansiosta
• vakioidun suurennoksen käyttöön, jolloin kasvun ja hoidon vaikutusta voidaan analysoida suoraan asettamalla eri ajankohtina otetut kuvat päällekkäin
• kuvan laadun paranemiseen
• potilaan säteilyrasitusta vähentävän digitaalitekniikan käyttöön

Projektiot ja pään asettelun tarkkuus

Kefalometrisessä kallokuvauksessa voidaan periaatteessa käyttää useita eri projektioita (esim. lateraalista, frontaalista ja aksiaalista), mikä sallisi teoriassa kallon ja kasvojen alueen kolmiulotteisen analyysin. Ongelmana on kuitenkin se, että juuri mikään kehitetyistä kefalometrialaitteista ei mahdollista potilaan pään asettelua tarkkaan ja toistettavissa olevaan asentoon frontaali- tai aksiaalikuvauksissa. Kuvassa 6 pää on oikeassa asennossa. Pään asennon virheet, esimerkiksi kiertäminen tai pään kallistaminen eteen, taakse tai sivulle, (kuva 6), aiheuttavat eri projektioihin ennustettavissa olevia virheitä (taulukko 3).

Broadbentin (9) kefalometrialaitteessa käytettiin kahta röntgenlähdettä, jolloin potilas pystyttiin kuvaamaan yhtä aikaa lateraali- ja frontaalisuunnista. Kefalostaatissa oli korvatapit ja nenätuki. Potilas aseteltiin niin, että Frankfurt-taso oli samansuuntainen lattian kanssa ja pään eteen, taakse tai sivulle kallistuminen tai sen kiertyminen tarkastettiin silmämääräisesti mahdollisimman tarkoin. Björk (18) kehitti edistyneemmän järjestelmän pään asemointiin. Korvatappien ja nenätuen lisäksi siihen kuului kasvoille projisoitava valoristi ja läpivalaisulaite. Tällä menetelmällä pää saatiin joka kuvauskerralla lähes täydelliseen asentoon lateraaliprojektiossa. Björkin kefalometrialaitteeseen kuului kuitenkin vain yksi röntgenputki, joten frontaalikuvien saamiseksi potilas oli otettava pois kefalostaatista, minkä jälkeen laitetta käännettiin 90 astetta ja hänet aseteltiin uudelleen. Sama päti myös aksiaalikuvien ottamiseen. Näissä projektioissa pään asentoa voitiin säädellä vain korvatapeilla ja silmämääräisesti arvioiden, mikä taas johti virheisiin ja huononsi toistettavuutta. Voidaan todeta, että tavanomaisessa kefalometriassa, jossa käytetään vain yhtä röntgenlähdettä, pään asentoa ja sen toistettavuutta ei pystytä kontrolloimaan frontaali- ja aksiaaliprojektioissa riittävästi. Lateraaliprojektiossa taas pään asettelu onnistuu hyväksyttävästi, jos laitteessa on korvatapit ja potilaan kasvoille heijastetaan valoristi (taulukko 4). Tämä onkin tärkein syy siihen, että arviolta yli 95 % kaikista kefalometrisistä kallokuvista on lateraalikuvia.

Kreiborgin ym. (20) ja Solowin ja Kreiborgin (22) kehittämissä kefalometrialaitteissa käytettiin kahta röntgenlähdettä ja edistyneitä kefalostaattijärjestelmiä, joilla pään asettelu onnistui tarkasti. Nämä laitteet mahdollistavat sekä lateraali-, frontaali- että aksiaaliprojektion tehokkaan käytön ja tarjoavat siten mahdollisuuden kallon ja kasvojen alueen kehityksen kolmiulotteiseen tarkasteluun (24, 25). Ne ovat kuitenkin kalliita ja runsaasti tilaa vaativia prototyyppejä, jotka eivät ole rutiinikäytössä kliinisessä ortodontiassa.

Suurennoskertoimeen liittyvät hankaluudet

Broadbentin (9) kefalometrialaitteessa röntgenlähteen ja kefalostaatin keskipisteen välimatka oli vakioitu 5 jalaksi (152,4 cm). Filmikasetit asetettiin mahdollisimman lähelle kasvoja, jotta kuvan vääristymä ja suurentuminen voitiin minimoida. Kasetin ja kefalostaatin keskipisteen välimatka taas pystyttiin mittaamaan laitteeseen rakennetulla mittatikulla, jonka lukemat kirjattiin muistiin joka kuvauskerralla. Tällöin pään keskisagittaalitason ja korvatappien kautta kulkevan tason suurennos voitiin laskea kullekin kuvalle erikseen. Broadbentin tekniikkaan perustuvissa myöhemmissä ja yksinkertaisemmissa kefalometrialaitteissa käytettiin tilasyistä vain yhtä röntgenlähdettä, joka yhdistettiin kääntyvään kefalostaattiin edellä kuvattuun tapaan. Tällöin kuvan suurennos arvioitiin asettamalla kefalostaattiin 10 cm:n pituinen alumiiniviivoitin, joka vastasi keskisagittaalitasoa ja korvatappien välistä tasoa. Viivoitin kuvautui filmille, mikä mahdollisti vaihtelevan suurennoksen korjaamisen kuvia analysoitaessa. Björk (14) valitsi toisenlaisen ratkaisun eli vakioi kefalostaatin ja filmin välimatkan ja pidensi samalla säteilylähteen ja kefalostaatin keskipisteen välistä matkaa (kuvat 1 ja 2). Keskisagittaalitason suurentuminen lateraaliprojektiossa on tällöin aina 5,6 % [(190 cm x 100)/180 cm] (kuva 1), kun taas korvatappien kautta kulkevan tason suurennos frontaaliprojektiossa on aina 8,3 % [(195 cm x 100)/180 cm](kuva 2). Tämä mahdollistaa periaatteessa kasvun ja hoidon vaikutusten suoran analyysin, kun vähintään kaksi lateraali- tai frontaalisuunnista eri ajankohtina otettua kuvaa asetetaan päällekkäin. Kuten edellä mainittiin, tämä onnistuu käytännössä kuitenkin vain lateraalikuvilla, sillä pään asentoon liittyy frontaaliprojektiossa tarkkuus- ja toistettavuusongelmia. Kasvuikäisten lasten eri ajankohtina otettujen frontaalikuvien suoraa vertailua päällekkäin asettamalla vaikeuttaa myös se, että yläleuan rakenteiden suurennos pienenee sitä mukaa kuin yläleuka suhteessa kallonpohjaan kasvaa eteenpäin ja lähenee filmiä (kuva 7).

Digitaalinen tekniikka

Digitaalisen tekniikan käyttö kefalometrisessa kallokuvauksessa on periaatteessa ollut mahdollista vuodesta 1985 lähtien (21). Useat tutkimukset ovat osoittaneet, että joko CCD-sensoria (CCD = Charge Coupled Device) tai SP-kuvalevyjä (Storage Phosphor eli fotostimuloitu fosforilevy) hyödyntävällä digitaalitekniikalla saatavien kuvien laatu riittää kefalometriakäyttöön (26–33). Sähköisen kuvankäsittelyn ansiosta digitaalitekniikka tarjoaa runsaasti uusia mahdollisuuksia laadun parantamiseen ja mahdollistaa joitakin järjestelmiä käytettäessä myös sädeannoksen pienentämisen (23). Se mahdollistaa myös kefalometriakuvien suoran analyysin tietokoneen näytöllä.

Kefalometriset analyysit

Vuosien mittaan kefalometriakuvien analysointiin on kehitetty monia menetelmiä, esimerkiksi Björkin, Downin, McNamaran, Rickettsin, Steinerin ja Tweedin analyysit (11, 34). Analyysit perustuvat yleensä välimatkojen ja kulmien mittaamiseen tarkoin määriteltyjen referenssipisteiden avulla. Kehitys on edennyt röntgenkuvien tai piirrosten käsin tehdyistä mittauksista filmi- ja piirrospisteiden digitalisointiin ja digitaalisen kuvantamistekniikan myötä edelleen suoriin mittauksiin tietokoneen näytöllä (taulukko 2). TIOPS-ohjelmistopaketti (57) sallii myös kasvun suoran analyysin digitaalikuvista Björkin tapaan sekä mahdollistaa leuan kasvun ja ortodonttis-kirurgisten hoitojen vaikutusten ennustamisen ja simuloinnin.

Viime vuosina, etenkin digitaalitekniikan käyttöönoton jälkeen, on useaan otteeseen pyritty kehittämään järjestelmiä, jotka kykenisivät tunnistamaan automaattisesti kefalometrisiä referenssipisteitä ja tekemään automatisoidun morfologisen analyysin (27, 54, 60–64). Vaikka aihetta on tutkittu aktiivisesti noin 25 vuotta, pään ja kasvojen alueen morfologian ja kasvun tai hoitotulosten automaattiseen analyysiin tarkoitettua spesifistä ohjelmistoa ei edelleenkään ole.

Tilanne ja suositukset

Arvioitaessa kefalometrisen kallokuvaustekniikan merkitystä nyt, reilun 75 vuoden kuluttua sen käyttöönotosta, voidaan todeta sen olleen suurmenestys. Lateraaliprojektiossa otetut kefalometriakuvat (lateraalikallokuvat) ovat nykyään mittaamattoman arvokas apuväline, jota valtaosa oikomishoidon erikoishammaslääkäreistä käyttää diagnostiikkaan, hoidon suunnitteluun ja seurantaan. Menetelmää käytetään kaikkialla maailmassa, ja ajan mittaan on tutkittu monien etnisten ryhmien hampaiston ja kasvojen luiden morfologiaa ja kasvua. Lähes kaikissa Euroopan maissa on julkaistu kansalliset normaaliarvot niin lapsista kuin aikuisistakin. Myös suuri määrä kefalometrisia analyysimenetelmiä on kehitetty ja tutkittu.

Kefalometrista kallokuvausta on käytetty runsaasti myös ortodontian ja synnynnäisten pään ja kasvojen alueiden epämuodostumien tutkimuksessa (65). PubMed-tietokannan mukaan (66) jo pelkästään vuoden 2008 ensimmäisten kuuden kuukauden aikana julkaistiin yli 100 kansainvälistä tieteellistä artikkelia, joissa menetelmää käytettiin. Tanskassa kefalometristen analyysien kehittämisen eturintamassa oli Kööpenhaminan yliopiston Hammaslääketieteen laitoksen nyt jo edesmennyt professori Arne Björk. Kuten edellä mainittiin, Björk (14, 18) kehitti edistyneen kefalometrialaitteen, jolla otettujen kuvien laatu oli hyvä, pään asento lateraalikuvissa voitiin säätää täsmällisesti ja toistettavasti ja suurennoskerroin oli tiedossa. Tämä mahdollisti hänen uraauurtavat kefalometriset analyysinsä, jotka perustuivat leukoihin asetettuihin pieniin metallikuuliin (18, 36, 37, 67–69). Tällä menetelmällä saatu tieto on vaikuttanut suuresti sekä kliinisen ortodontian että ortodonttisen ja kraniofakiaalialueen tutkimuksen kehitykseen niin Tanskassa kuin kansainvälisestikin.

Kefalometrisen kallokuvauksen laaja-alaista, rutiininomaista käyttöä kliinisessä ortodontiassa on lisännyt se, että on kehitetty edullisia, yksinkertaisia ja suhteellisen vähän tilaa vieviä kefalometrialaitteita, joilla voidaan usein ottaa myös panoraamaröntgenkuvia. Tämä kehitys on toisaalta vaikuttanut siihen, että periaatteessa vain lateraalikuvien toistettavuus eri ajankohtina on hyväksyttävä (ks. edellä). Ortodontian kasvu- ja hoitoanalyyseihin on moneen otteeseen pyritty saamaan mukaan kolmaskin ulottuvuus kuvaamalla useammista projektioista hyödyntäen kolmessa tasossa (x, y, z) kiinteitä referenssipisteitä, tai ottamalla stereokuvia joko käyttäen apuna metallikuulia tai ilman niitä. Nämä yritykset eivät kuitenkaan ole tuottaneet kolmiulotteisia analyysimenetelmiä rutiininomaiseen ortodonttiseen käyttöön.

Professori Thomas Graber totesi vuonna 2005 kansainvälisesti erittäin arvostetun ortodontian oppikirjan, Orthodontics: Current Principles and Techniques -teoksen (70) viimeisimmän painoksen sisäkannessa:

The cover is an artistic interpretation of serial frontal (PA) and lateral (sagittal) cephalometric tracings depicting the Bolton Standard face from Case Western Reserve University. These tracings call attention to the three-dimensional developmental growth and the dentofacial orthopedic challenge at successive ages for each patient. For too long, the PA film has not received adequate consideration by the clinician. We are not only a "generation of profiles", as Sam Weinstein sagely observed many years ago.

Lainaus osoittaa, että kallon ja kasvojen alueen kolmiulotteiselle analyysille on kliinisen ortodontian parissa selvä ja tunnustettu tarve. Kallokuvaustekniikka ei kuitenkaan mahdollista frontaalikuvien ottamista tarkassa ja toistettavassa asennossa eri ajankohtina. Valtaosalla laitteista pystytään ottamaan kuvia frontaali- ja viistofrontaaliprojektioissa, ja kuvista voidaan analysoida kraniofakiaalialueen (frontaalikuvat) ja alaleuan (viistofrontaalikuvat) epäsymmetriat. Voidaan silti ennustaa, että kasvun ja hoidon tarkka ortodonttinen analyysi potilailla, joilla on kraniofakiaalialueen ja/tai alaleuan epäsymmetriaa, toteutetaan tulevaisuudessa mikro-TT-kuvauksen avulla (3, 4).

Kaupallisesti saatavilla oleviin kefalometrialaitteisiin liittyy joitakin teknisiä rajoituksia, jotka on vain hyväksyttävä. Muutamat tekniset perusedellytykset on silti otettava huomioon ja asetettava etusijalle uuden laitteiston hankinnassa:

• Röntgenfokuksen ja filmin välimatkan tulee olla mahdollisimman suuri (vähintään 150 cm).
• Kefalostaatin keskipisteen ja filmin välimatkan tulee olla vakio, jolloin suurennus on vakio ja tiedossa.
• Kefalostaatissa tulee korvatappien lisäksi olla kasvoille projisoitava valo-/laserristi, jolla pään tarkka asento lateraalikuvissa voidaan varmistaa.
• Röntgenkuvien tulee olla kontrastiltaan ja terävyydeltään laadukkaita.

Vakiosuurennuksen, tarkan ja toistettavan pään asennon, minimaalisen vääristymän ja hyvän kuvanlaadun yhdistelmä on välttämätön, jotta hampaiston ja kasvojen alueen kasvun ja hoidolla aikaansaatavien muutosten arvioinnissa voitaisiin käyttää Björkin menetelmää ja asettaa kuvat suoraan päällekkäin kallonpohjan ja ylä- ja alaleuan stabiilien anatomisten rakenteiden perusteella (68, 69).

Digitaalista kuvantamistekniikkaa käytettäessä säteilyannosta voidaan vähentää ja kuvien laatua parantaa myöhemmän sähköisen kuvankäsittelyn avulla. Digitaalitekniikan etuna on myös se, että kefalometrinen analyysi voidaan tehdä suoraan tietokoneen näytöllä käyttämällä jotakin monista markkinoilla olevista ohjelmistopaketeista. TIOPS (57) on oivallinen valinta niille ortodontian erikoishammaslääkäreille, jotka käyttävät Björkin (68, 69) analyysimenetelmää. n

Craniofacial imaging in orthodontics

The roentgencephalometric technique was developed more than 75 years ago by researchers looking for a method for objective, quantitative and reproducible analysis of the relation between the dentition and the jaws and the relation between the jaws and the cranium over time. Today, cephalometric radiographs in the lateral projection are routinely used worldwide by orthodontists for diagnostics, treatment planning and follow-up. Several other cephalometric projections have been suggested that would include the third dimension, but these have met with limited success. However, although the technique, in principle, is limited to two dimensions, it must be anticipated that it will still be in routine use for several years to come.

This review deals with the development of the technique since its introduction and development of cephalometric analyses. Furthermore, the article summarizes the current application of the technique within clinical orthodontics, recognizing its limitations. Finally, some recommendations are given related to the purchase of new equipment and software for cephalometric analysis. n