Development of neurocranium in children with deformational plagiocephaly:influence of therapy using cranial orthosis

Deformační plagiocefalie představuje polohovou deformitu, která je v raném věku nejčastější příčinou abnormality tvaru hlavy. Je považována za klinicky nevýznamný nález s možným nepříznivým kosmetickým efektem. Její zvýšený výskyt je dáván do souvislosti s doporučením supinační spánkové polohy jako prevence syndromu náhlého úmrtí kojence. Nejčastěji je pro nápravu deformity volena konzervativní léčba ve formě rehabilitačních cvičení a režimových opatření, při jejich neúspěchu pak aplikace kraniálních ortéz. Stěžejním cílem předložené diplomové práce bylo popsat růst neurokrania během ortotické léčby. Dílčím cílem bylo popsat tvar neurokrania zdravých jedinců v časné postnatální ontogenezi. V práci jsou analyzovány dva soubory jedinců. První soubor zahrnuje pacienty s deformační plagiocefalií (n = 22; pacienti), kteří podstoupili ortotickou léčbu. Druhým souborem je kontrolní soubor (n = 26; kontrolní soubor), který obsahuje jedince bez diagnostikované deformační plagiocefalie. Výsledky ortotické léčby (soubor pacienti) byly hodnoceny pomocí metod geometrické morfometrie na základě 3D skenů a dále oba dva soubory metodami klasické morfometrie. Práce prokazuje žádoucí účinek léčby deformační plagiocefalie s využitím kraniální ortézy ("helmy"). Aplikací kraniální ortézy došlo ke statisticky významnému...Deformational plagiocephaly represent a positional deformity, that is the most frequent abnormality of misshapen head presenting at an early age. It is accepted as clinical insignificant finding with possible unfavourable superficial effect. Its increased incidence is associated with recommendation of supine sleep position as a prevention of sudden infant death. The most common therapy for correction of this asymmetry is conservative treatment in the form of rehabilitation and regime arrangement and in the case of failure the application of cranial orthoses. The main aim of the thesis was to evaluate the growth of neurocranium during the orthotic treatment. The partial aim was to describe the shape of neurocranium in early postnatal ontogenesis in healthy infants. Two cohorts are analyzed in this thesis. The first group are patients (n = 22; patients), who underwent orthotic therapy. The second, control group (n = 26; control group) includes individuals without diagnosed deformational plagiocephaly. The results of orthotic treatment (patients) were evaluated using geometric morphometry methods based on 3D scans. Both sets were evaluated using classical morphometry. The work demonstrates the positive effect of treatment of deformational plagiocephaly using cranial orthoses ("helmet"). Using of...Katedra antropologie a genetiky člověkaDepartment of Anthropology and Human GeneticsPřírodovědecká fakultaFaculty of Scienc

Data-Driven Classification Methods for Craniosynostosis Using 3D Surface Scans

Diese Arbeit befasst sich mit strahlungsfreier Klassifizierung von Kraniosynostose mit zusätzlichem Schwerpunkt auf Datenaugmentierung und auf die Verwendung synthetischer Daten als Ersatz für klinische Daten. Motivation: Kraniosynostose ist eine Erkrankung, die Säuglinge betrifft und zu Kopfdeformitäten führt. Diagnose mittels strahlungsfreier 3D Oberflächenscans ist eine vielversprechende Alternative zu traditioneller computertomographischer Bildgebung. Aufgrund der niedrigen Prävalenz und schwieriger Anonymisierbarkeit sind klinische Daten nur spärlich vorhanden. Diese Arbeit adressiert diese Herausforderungen, indem sie neue Klassifizierungsalgorithmen vorschlägt, synthetische Daten für die wissenschaftliche Gemeinschaft erstellt und zeigt, dass es möglich ist, klinische Daten vollständig durch synthetische Daten zu ersetzen, ohne die Klassifikationsleistung zu beeinträchtigen. Methoden: Ein Statistisches Shape Modell (SSM) von Kraniosynostosepatienten wird erstellt und öffentlich zugänglich gemacht. Es wird eine 3D-2D-Konvertierung von der 3D-Gittergeometrie in ein 2D-Bild vorgeschlagen, die die Verwendung von Convolutional Neural Networks (CNNs) und Datenaugmentierung im Bildbereich ermöglicht. Drei Klassifizierungsansätze (basierend auf cephalometrischen Messungen, basierend auf dem SSM, und basierend auf den 2D Bildern mit einem CNN) zur Unterscheidung zwischen drei Pathologien und einer Kontrollgruppe werden vorgeschlagen und bewertet. Schließlich werden die klinischen Trainingsdaten vollständig durch synthetische Daten aus einem SSM und einem generativen adversarialen Netz (GAN) ersetzt. Ergebnisse: Die vorgeschlagene CNN-Klassifikation übertraf konkurrierende Ansätze in einem klinischen Datensatz von 496 Probanden und erreichte einen F1-Score von 0,964. Datenaugmentierung erhöhte den F1-Score auf 0,975. Zuschreibungen der Klassifizierungsentscheidung zeigten hohe Amplituden an Teilen des Kopfes, die mit Kraniosynostose in Verbindung stehen. Das Ersetzen der klinischen Daten durch synthetische Daten, die mit einem SSM und einem GAN erstellt wurden, ergab noch immer einen F1-Score von über 0,95, ohne dass das Modell ein einziges klinisches Subjekt gesehen hatte. Schlussfolgerung: Die vorgeschlagene Umwandlung von 3D-Geometrie in ein 2D-kodiertes Bild verbesserte die Leistung bestehender Klassifikatoren und ermöglichte eine Datenaugmentierung während des Trainings. Unter Verwendung eines SSM und eines GANs konnten klinische Trainingsdaten durch synthetische Daten ersetzt werden. Diese Arbeit verbessert bestehende diagnostische Ansätze auf strahlungsfreien Aufnahmen und demonstriert die Verwendbarkeit von synthetischen Daten, was klinische Anwendungen objektiver, interpretierbarer, und weniger kostspielig machen

PRELIMINARY FINDINGS OF A POTENZIATED PIEZOSURGERGICAL DEVICE AT THE RABBIT SKULL

The number of available ultrasonic osteotomes has remarkably increased. In vitro and in vivo studies have revealed differences between conventional osteotomes, such as rotating or sawing devices, and ultrasound-supported osteotomes (Piezosurgery®) regarding the micromorphology and roughness values of osteotomized bone surfaces. Objective: the present study compares the micro-morphologies and roughness values of osteotomized bone surfaces after the application of rotating and sawing devices, Piezosurgery Medical® and Piezosurgery Medical New Generation Powerful Handpiece. Methods: Fresh, standard-sized bony samples were taken from a rabbit skull using the following osteotomes: rotating and sawing devices, Piezosurgery Medical® and a Piezosurgery Medical New Generation Powerful Handpiece. The required duration of time for each osteotomy was recorded. Micromorphologies and roughness values to characterize the bone surfaces following the different osteotomy methods were described. The prepared surfaces were examined via light microscopy, environmental surface electron microscopy (ESEM), transmission electron microscopy (TEM), confocal laser scanning microscopy (CLSM) and atomic force microscopy. The selective cutting of mineralized tissues while preserving adjacent soft tissue (dura mater and nervous tissue) was studied. Bone necrosis of the osteotomy sites and the vitality of the osteocytes near the sectional plane were investigated, as well as the proportion of apoptosis or cell degeneration. Results and Conclusions: The potential positive effects on bone healing and reossification associated with different devices were evaluated and the comparative analysis among the different devices used was performed, in order to determine the best osteotomes to be employed during cranio-facial surgery