Preparação de Modelo Híbrido Digital para Planejamento Virtual de Procedimentos Cirúrgicos Dentoalveolares Reconstrutivos

Summary

Um fluxo de trabalho para a criação de modelos híbridos virtuais tridimensionais (3D) foi projetado com base no conjunto de dados de tomografia computadorizada de feixe cônico e varreduras ópticas intraorais utilizando métodos de segmentação de imagens radiográficas e modelagem de superfície de forma livre. Modelos digitais são utilizados para o planejamento virtual de procedimentos cirúrgicos dentoalveolares reconstrutivos.

Abstract

A aquisição de modelos tridimensionais (3D) virtuais e híbridos é apresentada neste artigo, utilizando a sequência de segmentação de imagens radiográficas, registro espacial e modelagem de superfície de forma livre. Primeiramente, os conjuntos de dados de tomografia computadorizada de feixe cônico foram reconstruídos com um método de segmentação semiautomático. O osso alveolar e os dentes são separados em diferentes segmentos, permitindo avaliar a morfologia 3D e a localização dos defeitos intraósseos periodontais. A gravidade, extensão e morfologia dos defeitos agudos e crônicos do rebordo alveolar são validados em dentes adjacentes. Em modelos de tecidos complexos virtuais, as posições dos implantes dentários podem ser planejadas em 3D. Utilizando o registro espacial de dados de IOS e CBCT e subsequente modelagem de superfície de forma livre, modelos híbridos 3D realistas podem ser adquiridos, visualizando osso alveolar, dentes e tecidos moles. Com a sobreposição de IOS e TCFC de tecidos moles, a espessura acima da crista edêntula pode ser avaliada quanto às dimensões ósseas subjacentes; portanto, o desenho do retalho e o manejo cirúrgico do retalho podem ser determinados, e complicações ocasionais podem ser evitadas.

Introduction

Os avanços tecnológicos na odontologia têm possibilitado o planejamento e a simulação de procedimentos cirúrgicos e de reabilitação protética auxiliados por computador. Dois métodos essenciais para a aquisição de dados 3D em odontologia digital são: (1) tomografia computadorizada de feixe cônico (TCFC)¹ e (2) varredura óptica intraoral (IOS)². Informações digitais de todas as estruturas anatômicas relevantes (osso alveolar, dentes, tecidos moles) podem ser adquiridas usando essas ferramentas para planejar procedimentos cirúrgicos dentoalveolares reconstrutivos.

A tecnologia de feixe cônico foi introduzida pela primeira vez em 1996 por um grupo de pesquisa italiano. Oferecendo dose de radiação significativamente menor e maior resolução (em comparação com a tomografia computadorizada convencional), a TCFC tornou-se rapidamente a modalidade de imagem 3D mais frequentemente usada em odontologia e cirurgia^oral3. A TCFC é frequentemente usada para planejar diferentes procedimentos cirúrgicos (por exemplo, cirurgia regenerativa periodontal, aumento do rebordo alveolar, colocação de implantes dentários, cirurgia ortognática)¹. Os conjuntos de dados da TCFC são visualizados e podem ser processados em softwares de imagem radiográfica que fornecem imagens 2D e renderizações 3D – no entanto, a maioria dos softwares de imagem usa algoritmos baseados em limiares para reconstrução de imagens 3D. Os métodos de limiar definem os limites superior e inferior de um intervalo de valores cinza voxel. Os voxels que estiverem entre esses limites serão renderizados em 3D. Este método permite a aquisição rápida do modelo; no entanto, como o algoritmo não consegue diferenciar estruturas anatômicas de artefatos metálicos e espalhamento, as renderizações 3D são altamente imprecisas e têm muito pouco valor diagnóstico ^4,5. Pelas razões citadas acima, muitas áreas da odontologia ainda dependem das radiografias 2D convencionais (radiografias intrabucais, radiografias panorâmicas) ou das imagens 2D de conjuntos de dados de TCFC5. Nosso grupo de pesquisa apresentou um método semiautomático de segmentação de imagens em um artigo recentemente publicado, utilizando um software de processamento de imagens radiográficas de código aberto⁶, no qual é realizada a reconstrução 3D anatomicamente baseada de conjuntos de dados de TCFC⁷. Com o auxílio desse método, as estruturas anatômicas foram diferenciadas dos artefatos metálicos e, mais importante, o osso alveolar e os dentes puderam ser separados. Portanto, um modelo virtual realístico de tecidos duros poderia ser adquirido. Modelos 3D foram utilizados para avaliar defeitos periodontais intraósseos e para o planejamento do tratamento antes de cirurgias periodontais regenerativas.

Os scanners ópticos intrabucais de superfície fornecem informações digitais sobre as condições clínicas (coroa clínica dos dentes e tecidos moles). O objetivo original desses dispositivos era adquirir diretamente modelos digitais de pacientes para o planejamento e fabricação de próteses dentárias com tecnologias de desenho auxiliado por computador (CAD) e fabricação auxiliada por computador (CAM)⁸. No entanto, devido à ampla gama de aplicações, seu uso foi rapidamente implementado em outras áreas da odontologia. Os cirurgiões bucomaxilofaciais combinam IOS e CBCT em um arranjo híbrido que pode ser utilizado para osteotomia virtual e planejamento digital de cirurgias ortognáticas9,10. A implantodontia é provavelmente a área que mais utiliza o planejamento digital e a execução guiada. A cirurgia navegada elimina a maioria das complicações relacionadas ao mau posicionamento do implante. A combinação de conjuntos de dados de TCFC e arquivos de estereolitografia (.stl) do IOS é rotineiramente usada para planejar a colocação guiada de implantes e a fabricação de guias estáticos de perfuração de implantes^11,12. Exames intraorais sobrepostos a conjuntos de dados de TCFC também têm sido usados para preparar o alongamento estético da coroa¹³; no entanto, os tecidos moles foram sobrepostos apenas sobre conjuntos de dados de TCFC reconstruídos com algoritmos de limiarização. No entanto, para realizar um planejamento virtual 3D preciso de intervenções cirúrgicas regenerativas-reconstrutivas e colocação de implantes dentários, modelos híbridos 3D realistas de pacientes devem ser compostos por dados de TCFC e IOS.

Assim, este artigo tem como objetivo apresentar um método passo-a-passo para aquisição de modelos digitais híbridos realísticos para o planejamento cirúrgico virtual antes de intervenções cirúrgicas dentoalveolares reconstrutivas.

Protocol

Este estudo foi conduzido em total conformidade com a Declaração de Helsinque. Antes da preparação do manuscrito, o paciente assinou o termo de consentimento livre e esclarecido. O paciente concedeu permissão para uso dos dados para demonstração do protocolo. 1. Processamento de imagens radiográficas Carregar arquivos DICOM no softwareBaixe a versão mais recente do software de imagens médicas e abra-o.NOTA: Depois de abrir o software, a tela inicial aparecerá.<…

Representative Results

Modelos virtuais tridimensionais (3D) podem ser gerados usando segmentação de imagens radiográficas, registro espacial e modelagem de forma livre. Os modelos retratam digitalmente a situação clínica, possibilitando o planejamento tridimensional de diversas intervenções cirúrgicas. Com segmentação separada de osso e dentes, o limite entre as duas estruturas anatômicas é visível, a morfologia 3D e a localização dos defeitos intraósseos periodontais devem ser avaliadas. A gravidade, extensão e morfologia d…

Discussion

Com o protocolo apresentado, as morfologias dos defeitos periodontais e alveolares podem ser visualizadas em três dimensões (3D), proporcionando uma representação mais precisa da situação clínica do que pode ser obtida por métodos diagnósticos 2D e modelos 3D gerados com algoritmos de limiarização. O protocolo pode ser dividido em três grandes fases: (1) segmentação semiautomática de conjuntos de dados de TCFC, (2) registro espacial de TCFC e IOS e (3) modelagem de superfície de forma livre. Tecnicamente,…

Materials

3DSlicer	3DSlicer (The software was first developed at Queen’s University Canada and since it is open source it is constantly developed by it’s community)	4.13.0-2021-03-19	Open source radiographic image processing software platform. Software is primarily intended for general medicine, however the wide range of segmentation an modelling tools allow it’s use for dental purposes as well
Meshmixer	Autodesk Inc.	3.5	Open source free form surface modelling software developed for prototype development and basic 3D sculpting. However, due to the usefulness of tools for dental purpose, not just 3D models, but even static guides for navigated surgery can be designed.