Imagem Cefalométrica em 3D

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1 21 Imgem Ceflométri em 3D Willim E. Hrrell, Jr Rihrd L. Joson Dvid C. Hther Jmes Mh O ojetivo do dignóstio e do plno de trtmento ortodôntio é determinr um rumo do trtmento ortodôntio sedo n vlição d ondição iniil do piente. Trdiionlmente, s relções ntômis têm sido vlids prtir de fontes de ddos idimensionis (2D) e tridimensionis (3D). Atulmente, vlição ds relções ntômis om utilizção de váris modliddes de imgens 2D (tis omo fotogrfis, rdiogrfis, trçdos eflométrios) e nálise eflométri resultnte propi im um quntidde reltivmente pequen de informção preis qundo omprds à rel ntomi 3D. A verddeir informção 3D é limitd à vlição in vivo do piente e os modelos dentários de gesso pr estudo. Historimente, Durer, Cmper, Vn Loon, Simon, Pini, Brodent, e outros, utilizrm todos os diferentes tipos de sistems 2D e 3D em su us pelo registro d informção ntômi mis preis (ver Cp.2). A nálise em três dimensões omeç om o exme d form dos teidos moles fiis, dos dentes e do esqueleto. A form pode ser desmemrd em tmnho e form: o tmnho lid om dimensão e esl de um ojeto; form lid om o ontorno e estrutur, que pode ser volumétri, topográfi, sed n superfíie, et. A nálise d form é mis do que pens exminr s relções lineres e ngulres; é um estudo morfométrio ompleto. A Figur 21-1 mostr imgens fiis 3D esneds de gêmeos omo um exemplo de nálise morfométri utilizndo tenologi 3D. As diferençs de tmnho e form entre eles form vlids utilizndo o MorphoStudio (3dMD), um pote de progrms. As tomds 3D esneds d superfíie d fe dos dois indivíduos form orregistrds entre si trvés d orrespondêni ds áres homólogs. As diferençs de tmnho e form form então mostrds omo vrições de or, mostrndo que té mesmo em gêmeos, diferençs signifitivs n form fil preem em um nálise 3D que normlmente não preerim em um nálise 2D. A pidde de mensurr diferençs disrets de tmnho e form melhor signifitivmente noss pidde de dignostir, plnejr e monitorr o trtmento e nlisr os resultdos. Além d nálise morfométri, imgem eflométri 3D integr vários tipos de ddos volumétrios 3D e sedos em superfíie er do esqueleto, dentes e teidos moles. Esses vários tipos de melhor fonte de imgem 3D podem então ser orregistrdos em um modelo espeífio 3D do piente sedo em omputdor, omo mostrdo n Figur Tenologis Tridimensionis Esnemento Lser Esâneres à lser são úteis pr imgens 3D d superfíie dos teidos moles d fe. Os tempos de vrredur (esnemento) de um fe humn vrim de 2 20 segundos pr propiir um mp d imgem d superfíie. Ess imgem topográfi pode ser visulizd em um monitor de omputdor mnipuld ou nlisd em três dimensões. Visto que o lser não propii informção olorid, lguns esâneres à lser são lirdos om um âmer olorid pr oter um imgem sorepost, de lt resolução e om qulidde de foto. Imgens esneds à lser om diferentes tomds, e em momentos distintos, podem ser 233

2 21 Ceflometri Rdiográfi d Fig Tomds fiis esneds de gêmeos. () Gêmeo número 1. () Gêmeo número 2. () Grde de superfíie do polígono tridimensionl e vist d superfíie texturizd. (d) Corre gistro tridimensionl ds superfíies fiis dos gêmeos. As vrições de ores mostrm s diferençs dimensionis e volumétris entre eles. d Fig () Tomd esned d eflometri lterl por feixe ônio. (Cortesi de IMTEC Imging.) ( e) Corregistro de um tomd esned por feixe ônio e um tomd esned d superfíie fil em 3D. Esse modelo em 3D pode ser rotiondo, nimdo, ou movimentdo té um posição em perspetiv, de preferêni de modo proporionr medid e vlição ds relções ntômis em 3D. (Cortesi de Imging Sienes Interntionl.) 234

3 Imgem Ceflométri em 3D fundids em um só. Imgens tomds por trás e por im do indivíduo germ um imgem omplet d fe em 3D. Considerndo que o elo não reflete luz do lser, o omputdor ger um semelhnç de ert form impreis do elo. Contudo, imgem preis do elo não é neessári pr rotin d nálise eflométri ortodônti. A Figur 21-3 mostr digitlizdor 3D Koni-Minolt Vivid 9i, que ptur um imgem d fe humn prtir de um únio ponto de vist em 2,5 segundos. Mis de pontos d superfíie d fe são medidos om um resolução menor do que 0,03 mm, sed no prinípio d tringulção do lser. Um dispositivo om rg opld (DCC) e filtro vermelho-verde-zul (VVA) proporion ores de 24 its no mesmo eixo óptio, permitindo que imgem olorid mostrd sej nlisd em 3D. O indivíduo é esnedo trvés de um plno de luz lser prtir de um ertur n fonte. Um espelho rotiondo por um glvnômetro promove um vrredur do plno de luz trvés d fe. O lser é refletido d superfíie d fe, e um âmer om DCC ptur d linh esned. A form de d linh esned refletid produz o ontorno d fe. Um imgem 3D rel é então gerd pr nálise e mnipulção. Luz Estruturd A luz estruturd tmém pode produzir um imgem 3D preis. Um fonte de luz estruturd projet írulos ou grdes de luz sore fe do indivíduo. Um âmer digitl grv luz refletid omo informção 3D, que pode ser utilizd pr produzir um mp d superfíie d fe. Convenionlmente, um sistem é lirdo de ordo om o pdrão de luz que é projetdo; dois ou mis projetores e âmers podem ser sinronizdos pr produzir sequênis de imgens prtir de diferentes vists. A interferêni do pdrão não permite que vists múltipls sejm produzids simultnemente. As imgens seriis são grvds e um imgem 3D ompost é gerd. Estereofotogrmetri A estereofotogrmetri tem sido utilizd pr produzir imgens rniofiis por mis de 50 nos. 1 Dus ou qutro âmers são onfigurds pr pturr um pr de imgens estéreo d superfíie topográfi d fe de um piente (Fig. 21-4). Atrvés de lgoritmos estereossofistidos, um álulo geométrio reliz um rotin de tringulção em direção d posição onheid dos sensores d âmer. Um sequêni de oordends x-y-z se torn se geométri pr o modelo 3D, que é presentdo omo um treliç poligonl, um nuvem de pontos, ou ddos desenhdos om uxílio do omputdor/ridos trvés do omputdor (CAD/CAM). Esse oneito é sedo de modo que o érero interprete o que os olhos veem omo perepção de profundidde (visão inoulr ou estereopse). Fig Digitlizdor 3D Koni-Minolt Vivd 9i. Os sistems sedos em fotogrmetri desenvolvidos trvés de 3dMD são desenhdos espeifimente pr pro duzir imgens d form humn em 3D (Fig. 21-4). Um tempo de ptção de imgem de menos de 2 milissegundos minimiz os erros de ddos usdos pelo movimento do piente. Os ddos são então proessdos, de modo gerr um úni imgem preis d superfíie em 3D. Diferentemente d tenologi d luz estruturd, os sistems sedos em estereofotogrmetri trnsmitem um pdrão letório, soreposto prtir d vist estéreo sinronizd, e mtemtimente seleionm os pontos dos ddos pr gerr um geometri 3D simples. Após o modelo 3D ser gerdo, ele ontém de polígonos por onjunto de ddos. Os ddos om textur olorid de 24 its são então mpedos no modelo 3D. Isso proporion detlhes preisos de ores d fe, ssim omo um grde poligonl preis e ontínu d geometri fil. Análise d Imgem d Superfíie As imgens esneds d fe germ medids que podem ser utilizds pr quntifir um fe. Um vez que qulquer ponto n fe pode ser definido em três plnos espiis, s distânis entre pontos e ângulos entre plnos podem ser filmente e preismente lulds. A prtir de pontos de referêni fiis reonheíveis, um nálise fil em 3D pode ser gerd. Os volumes podem ser desritos, e s lterções no volume podem ser medids ntes e depois do trtmento ortodôntio ou d irurgi. Um ojetivo de trtmento virtul em 3D é gerdo e pode ser visulizdo pr uxilir os línios se omunirem om olegs, irurgiões e pientes sore possíveis lterções fiis e estruturis. Além disso, imgem pturd pode ser mped em um tomd esned em 3D trvés de tomogrfi volumétri por feixe ônio (CBVT) pr proporionr um imgem mis lr do teido mole mped sore imgem virtul do teido duro. 235

4 21 Ceflometri Rdiográfi Fig Câmers digitis pr estereofotogrmetri Dolphin Imging 3D utilizds pr pturr imgens de superfíies fiis e rniofiis em 3D. Fig Sistem 3dMDfe om seis âmers digitis sinronizds. Imgem por Ressonâni Mgnéti e Esnemento de Superfíie Avnços reentes n tenologi digitl em humnos 2 ontinum perfeiçor qulidde ds imgens virtuis de pientes pr o dignóstio e plno de trtmento. A ptção de imgens detlhds d fe de lt resolução, utilizndo imgens por ressonâni mgnéti (IRM) e esâ neres de superfíie produz modelos preisos d fe em 3D pr medids e nálise. Visto que IRM é não invsiv, est ptção de imgem oferee um lterntiv trente à imgem eflométri. A IRM é mis frequentemente utilizd pr visulizr teidos moles e proporionr um imgem visul exelente d rtiulção temporomndiulr (ATM). Tkás et l. 3 desreverm um modelo fil e um ferrment pr visulizção e plnejmento pré-irúrgio em tempo rel pr irurgis plástis orretivs e estétis. Os ddos d IRM são utilizdos em onjunto om um esnemento fil pr rir um modelo fotorrelístio d eç em 3D de um piente om o intuito de uxilir n visulizção e n simulção dos efeitos do trtmento em um espço virtul. Cevidnes et l. 2 utilizrm IRM om resolução voxel isotrópi de 1 mm pr estudr o resimento, desenvolvimento e os efeitos do trtmento em um piente durnte terpi ortodônti. A trnsformção geométri dos pontos de referêni esquelétios em 3D foi utilizd pr vlir o resimento e s lterções do trtmento do iníio o fim do período de oservção de 18 meses. Os pontos de referêni form lolizdos n ntomi rniofil reliond o resimento mndiulr (por exemplo, foss rnin medin e porção posterior d nsomxil ilterlmente). Isso permite um visulizção de todo o onjunto de ddos volumétrios om um imgem em 3D intertiv, o que não é possível utilizndo-se rdiogrfis. Tomogrfi Computdorizd A imgem trvés de tomogrfi omputdorizd (TC), tmém onheid omo esnemento por TAC (tomogrfi xil omputdorizd), foi iniilmente desenvolvid em 1970 pr ptr imgens dos teidos duros e moles. El omin o uso de um omputdor digitl om um prelho de rio X rottório om dose reltivmente lt de rdição pr produzir um imgem trnsversl, ou fti, de diferentes órgãos ou prtes do orpo, tis omo pulmões, fígdo, rins, pânres, pélvis, olun lomr e vsos snguíneos. Em odontologi, el é priniplmente utilizd pr visulizr em 3D qulidde do osso d mxil e d mndíul pr implntes e pr o exme d ATM. Um tomd por TC propii um imgem reltivmente lr de um md ou plno de teido de qulquer vrição de espessur. Um orte de 1 x 1 mm é gerlmente sufiiente pr uso em ortodonti. Esss mds podem ser fundids pr que sej relizdo um estudo em 3D mis rngente. A TC sustituiu rdiogrfi onvenionl trvés de filmes omo o pdrão pr exmes línios e de pesquis dos teidos duros oris. Um série de imgens seionis é reonstruíd pr proporionr um imgem virtul preis em 3D que poss ser exmind, nlisd, mnipuld e grvd. Devido o lto usto ds máquins de TC e d exposição reltivmente lt à rdição, CBVT está sendo utilizd mis frequentemente pr nálise eflométri, dignóstio e plno de trtmento ortodôntio. Tomogrfi Computdorizd por Feixe Cônio Novs tenologis que estão disponíveis podem rir volumes preisos e ortes trnsversis em 3D desses volumes trvés d tomogrfi omputdorizd por feixe ônio (CBCT) 4 e imgem fotorrelísti 3D d superfíie d fe. A integrção preis desss tenologis 3D (CBCT e ptur sed n superfíie fil) (ver Fig. 21-2) permite o ortodontist rir rápid e preismente modelos omputdorizdos espeífios do piente em 3D que podem ser utilizdos pr dignóstio, plno de trtmento, simulção de trtmento e nálise (ver CD-ROM pr mostrs de vídeos). A CBCT, tmém onheid omo tomogrfi volumé tri por feixe ônio (CBVT), é um form de TC que utiliz diferen 236

5 Imgem Ceflométri em 3D e f Figs. 21-5e e 21-5f Vists trnsversis pnorâmi e lterl rids pr tir de um tomd esned om feixe ônio, mostrndo lrmente o nervo lveolr inferior. (Cortesi de IMTEC Imging.) d Figs d Um plno ortdo derivdo de um tomd es ned em 3D, rindo um vist pnorâmi preis om os dentes em olusão. As ATMs estão visíveis, e medids preiss podem ser relizds. Os dentes suprnumerários podem ser visulizdos lrmente n vist pnorâmi () ssim omo ns vists oronl () e sgitl (d) tods otids prtir de um úni tomd esned em 3D. tes detetores de fontes e um tipo diferente de pt ção prtir d TC médi de trdiionl feixe mplo. As imgens por TC onvenionl de feixe mplo são relizds no piente omo um série de ortes xiis omo um hélie. Els são pturds omo ftis individuis, que podem ser mnipulds em um volume 3D ou visulizds em ortes trnsversis. A dosgem de rdição d TC onvenionl de feixe mplo é muito mior do que tomogrfi de feixe ônio.4 A fonte d CBCT é um tuo nodo fixo de ix energi que produz um feixe de rios X em form de one direiondo pr intensifidores e sensores pr pturr imgem. A CBVT utiliz um vrredur rotionl de 360 grus om um feixe em form de one. A tenologi permite que os tempos de esnemento vriem tipimente de 10 Figs Perspetivs pnorâmi (), lterl (), e oronl () de um pré-molr om erupção norml (set). Tods s vists form rids prtir de um tomd esned. 40 segundos e que dose de exposição sej de er de 50 μsv, er de 1/10 (um déimo) de um tomd equivlente por TC. A dose de rdição efetiv sorvid pr um imgem omplet por CBVT d áre mxilofil está dentro do mesmo intervlo ds tomds rdiográfis peripiis dentáris de o tod.5 O tmnho voxel d CBCT está entre 0,1 mm e 0,4 mm nos plnos x, y e z. Os ddos d imgem podem ser ftidos em vários plnos (xil, oronl, sgitl) ou visulizdos omo um volume 3D (ver Fig. 21-2). Medids preiss de qulquer prte d ntomi podem ser relizds. Portnto, relidde ntômi do piente pode ser preismente nlisd (Figs e 21-6; ver ind o CD-ROM pr mostr de vídeo). 237

6 21 Ceflometri Rdiográfi Fig Imgens fiis e introris idi men sionis. Comprr o modelo d piente em 3D n Figur Estudo de Cso Pr demonstrr omo imgem 3D pode proporionr informções que podem lterr o plno de trtmento sedo em um vlição trdiionl 2D, um estudo rngente de um so é presentdo seguir. As queixs prinipis d piente erm: Eu não gosto do meu nriz, Eu sinto estlos em minhs rtiulções mxilres, o que dói stnte. Fotogrfis fil, lterl e introrl (Fig. 21-7) mostrm proporções fiis normis, simetri rzoável, um ro de sorriso norml om formto onstrito d rd no ldo direito, e disrepânis no omprimento do ro (pinhmento) de 7,5 mm no ro superior e 8,2 mm no ro inferior. A vlição dos registros em 2D revel um pdrão esquelétio Clsse I, um relção dentári Clsse II, um pdrão ligeirmente rquiefálio, e ngulção 238 dos inisivos inferiores no limite nterior d normlidde. A vlição dos registros em 3D revel proporções fiis dentro dos limites (Fig. 21-8). (A imgem em 3D pode ser rotiond em qulquer ângulo pr visulizção ou nálise d superfíie no monitor do omputdor.) Um úni ptur 3D gerou s vists mostrds n Fig e form rotionds utilizndo-se o progrm 3dMD pr piente. Ns vists em 45 grus pr im e pr ixo om os láios em repouso, o desvio do nriz pr direit, um protuerâni nsl dorsl e um região mlr menor no ldo esquerdo d piente são visíveis. Esses hdos não estão evidentes nos registros em 2D. A extensão d onstrição do ro mxilr n áre de prémolres está em demonstrd ns imgens em 3D. A tomd fil em 3D tmém pode der utilizd pr vlir s lterções dos teidos moles pós redução d protuerâni nsl dorsl, umento mlr, genioplsti, vnço/redução d mndíul, vnço/redução d mxil, e umento/diminuição vertil. A Figur 21-9, por

7 Imgem Ceflométri em 3D Fig O modelo fil em 3D. Fig (No lto) Plno sgitl medino onstruído prtir d fe em 3D. Oservr o desvio nsl pr direit e áre mlr esquer d menor. (No lto, à direit) A protuerâni dorsl do nriz é re duzid no modelo em 3D o longo d região sgitl medin. (À direit) Modelos em 3D de ntes e depois são orregistrdos, e s diferençs ds superfíies são mostrds pel pseudoolorção ds lterções. Esse exemplo mostr um redução de proximdmente 2 mm d protuerâni dorsl (vermelho) e redução de 1 mm o redor d região lterl d ponte do nriz (zul). 239

8 21 Ceflometri Rdiográfi 89,5 92,4 94,9 20,1 2,5 22,8-0,3 132,9 Fig () Vist eflométri lterl. () Vist eflométri frontl. () A nálise de Riketts mostr um relção esqueléti Clsse I om um relção molr Clsse II (topo topo), pdrão ligeirmente rquiefálio, e ngulção dos inisivos inferiores no limite externo d posição nterior norml. exemplo, mostr s lterções deorrentes d redução d protuerâni do dorso do nriz. A tomd fil originl em 3D foi registrd pr o plno de trtmento em 3D pr redução d protuerâni nsl, e s diferençs de medids form visulizds, olorids e quntifids. Um vist eflométri lterl e um vist frontl podem ser gerds prtir d tomd em 3D, e qulquer trçdo e nálise eflométri podem ser extrpoldos (Fig ). Análise do Comprimento do Aro Um nálise do omprimento do ro tmém pode ser relizd om os ddos derivdos ds tomds om o feixe ônio. O omprimento do ro é, n verdde, tridimensionl. O exemplo n Figur é mostrdo pens no plno xil em 2D. As miores lrgurs mesiodistis dos dentes individuis são medids prtir dos ortes trnsversis otidos om o esnemento por feixe ônio. A form do ro tmém pode ser determind prtir ds ftis dos ddos do feixe ônio no nível do ro. As vists pnorâmis reonstruíds mostrm o nível no qul os dentes e form do ro são medidos (ver Fig. 21-5). Um nálise do omprimento do ro (Fig ) e s medids do tmnho do dente podem ser relizds ns seções ortográfis om feixe ônio. Neste so existe um disrepâni no omprimento do ro superior de 7,5 mm e um disrepâni no omprimento do ro inferior de 8,0 mm. Os ortes oronis trvés ds áres de pré-molres e molres permitem um vlição ds posições vestiulolinguis dos dentes dentro do osso lveolr (Fig ). Adiionr esss vists trnsversis oronis o estudo dignóstio permite um mior reflexão sore pidde de expnsão e vertilizção, ssim omo neessidde de extrir dentes ou rir espço om redução interproximl. A prtir dos ortes oronis trvés dos pré-molres superiores, s ngulções linguis ds oros desses dentes podem ser visulizds. A posição próxim ds rízes 240

9 Imgem Ceflométri em 3D Fig Análise do omprimento do ro. Fig Vist trnsversl trvés dos molres. Oservr posição ds rízes vestiulres reltivmente à táu ortil dos pré-molres superiores e inlinção lingul desses dentes. Os primeiros molres superiores e inferiores estão vertilizdos sore o osso sl. vestiulres om relção à táu ortil vestiulr n áre dos pré-molres é evidente. Com ess perspetiv, podem ser implementdos torques vestiulr n oro e lingul n riz, om o intuito de proporionr o reposiionmento ds rízes no osso lveolr. Isso iri permitir vertilizção e ligeir expnsão ds oros dos pré-molres, o que iri uxilir resolver os prolems de estreitmento e omprimento de ro no ro superior. As lterções tridimensionis do teido mole ns áres de oheh e láios tmém podem ser vlids prtir d nálise ds tomds em 3D esneds d superfíie fil. A vlição d form do ro superior do segundo pré-molr direito té o segundo pré-molr esquerdo mostr que, vertilizndo os pré-molres, um umento no omprimento do ro superior de 4,3 mm seri otido. Além disso, er de 3 mm diionis poderim ser onseguidos om redução interproximl, eliminndo neessidde de extrções dentáris. Um trtmento similr pode ser relizdo no ro inferior. As onfigurções do dignóstio virtul tmém podem ser úteis ness nálise. Aros vestiulres podem então ser onfeiondos om o uxílio de um omputdor utilizndo-se os ddos de feixe ônio em 3D. Os ddos iniiis provenientes d CBVT podem ser formtdos pr rir um molde em 3D (Fig ). Fig Um modelo em 3D sedo n CBVT. 241

10 21 Ceflometri Rdiográfi Fig Modelos de estudo do piente mostrm um disrepâni entre olusão êntri (no lto, à esquerd) e relção êntri (no lto, à direit). Pode ser oservdo um ontto premturo (sets) nos segundos molres direitos (emixo). Figs e Os ddos em 3D d ATM n mesm piente revelm um ôndilo pequeno om sinis de eslerose, htmento e erosão. Um isto ósseo (sets) está visível próximo à superfíie do ôndilo direito. Análise d Artiulção Temporomndiulr A Figur mostr modelos montdos em olusão êntri (OC) e relção êntri (RC). Nest piente existem omponentes nteroposteriores e vertiis pr disrepâni OC/ RC om um interferêni nos segundos molres, e um levntmento preiso de imgem ds ATMs é essenil. As Figurs e mostrm vists frontl e sgitl d ATM om feixe ônio reonstruíds, revelndo um ôndilo pequeno. A redução no tmnho oorreu prtir ds superfíies posterossuperiores dos ôndilos; o ôndilo direito present sinis de eslerose, htmento e erosão, enqunto superfíie superior do ôndilo esquerdo mostr sinis de eslerose e htmento. Um isto ósseo suondrl é visível próximo à superfíie proximl do ôndilo direito. Qundo mndíul se enontr em posição de fe hmento, os ôndilos estão lolizdos ns regiões posterossuperiores de sus fosss, e os espços rtiulres posterossuperiores resultntes são estreitos. Esses hdos são onsistentes om um distúrio rtiulr degenertivo n ATM direit e remodelmento regressivo n ATM esquerd. Os espços rtiulres superiores estreitdos umentm proilidde de deslomento do diso ilterlmente e/ou delgçmento dos teidos moles seprndo os omprtimentos rtiulres superior e inferior. Até mesmo sos ortodôntios prentemente simples, rotineiros, tis omo esse, possiilitm um estudo rngente, e imgem em 3D permite investigções e espeulções nteriormente não pssíveis de serem otids. 242