Faculdade de Engenharia da Universidade do Porto Escola Superior de Arte e Design
Desenvolvimento de um Sistema Protótipo para a
Aquisição e Análise do Movimento Mandibular
Isa Cristina Teixeira Santos
Desenvolvimento de um Sistema Protótipo para a
Aquisição e Análise do Movimento Mandibular
Dissertação submetida para efeito de atribuição do grau de Mestre em Design Industrial pela Universidade do Porto
Isa Cristina Teixeira Santos Licenciada em Engenharia Mecânica pela Faculdade de Engenharia da Universidade do Porto (2003)
Dissertação realizada sob a supervisão de: Prof. João Manuel R. S. Tavares (Orientador)
Professor Auxiliar do Departamento de Engenharia Mecânica e Gestão Industrial da Faculdade de Engenharia da Universidade do Porto
Prof. Joaquim Gabriel Mendes (Co-Orientador)
Professor Auxiliar do Departamento de Engenharia Mecânica e Gestão Industrial da Faculdade de Engenharia da Universidade do Porto
Prof. Manuel Pedro da Fonseca Paulo (Co-Orientador)
Agradecimentos
Gostaria de agradecer aos meus orientadores, o Prof. João Tavares, o Prof. Joaquim Mendes e ao Prof. Manuel Paulo, pela disponibilidade e pelo apoio dispensado na realização deste trabalho.
Agradeço ao Prof. Fernando Martins pelo apoio dado na implementação do algoritmo de redes neuronais.
Ao Eng. Rui Neto e ao CETECOFF – Unidade de Fundição e Novas Tecnologias (INEGI) agradeço pela realização dos protótipos e à Investigadora Principal Teresa Restivo (FEUP-DEMEGI) pela disponibilização do “Laboratório de Instrumentação para Medição” para a realização das medições experimentais.
Agradeço à Rhopoint Components LTD (Inglaterra) pelo envio dos sensores utilizados neste trabalho e à Ningbo Ketian Magnet CoLtd (China) pelo envio de ímanes.
Também agradeço à Ana Pereira, ao Bruno e ao Artur pela ajuda.
Para terminar, quero agradecer à minha família e aos meus amigos pelo incentivo e pela ajuda nas pequenas e nas grandes coisas.
Resumo
Esta Dissertação relata o desenvolvimento de um sistema protótipo para a aquisição e análise do movimento mandibular 3D.
Em Medicina Dentária, o estudo do movimento mandibular revela-se de grande importância no desenvolvimento de trabalhos de reabilitação oral, pois permite determinar se existem ou não patologias ao nível da articulação temporomandibular, possibilitando a realização de diagnósticos e a elaboração de planos de tratamento adequados.
Neste trabalho, numa primeira fase, foi feito um estudo sobre a anatomia dentária e o funcionamento da articulação temporomandibular para melhor compreender o problema em questão.
Em seguida, foi realizado um levantamento dos vários sistemas existentes para a aquisição do movimento para conhecer as suas vantagens e limitações.
Finalmente, optou-se por adaptar um arco facial comum em Medicina Dentária de modo a usar sensores electromagnéticos para fazer a aquisição do movimento. Algumas peças do arco facial seleccionado foram redesenhadas de modo a garantir o conforto dos pacientes durante os exames, e foi desenvolvido um suporte específico para os sensores.
Para visualizar e analisar o movimento 3D adquirido num computador pessoal foi desenvolvida uma aplicação computacional em LabVIEW. Para converter em coordenadas cartesianas a tensão dada pelos sensores electromagnéticos foi criado o “algoritmo do ponto mais próximo” e foram também utilizadas redes neuronais.
Ao desenvolver o sistema protótipo procurou-se adoptar um processo de desenvolvimento de produto estruturado: foram identificadas as “necessidades dos clientes” (os médicos dentistas), foram definidas as especificações do produto, foram definidos conceitos e a arquitectura do mesmo, e foram desenvolvidos e testados protótipos. Também foram estimados os custos de produção do protótipo desenvolvido.
Abstract
This thesis presents the development of a prototype system for the acquisition of the 3D mandibular movement.
In Dental Medicine, the study of the mandibular movement is very important in the development of oral rehabilitation treatments because it allows to determine if exists or not pathologies in the temporomandibular joints, allows the diagnostic and the elaboration of adequate treatment plans.
In this project, in an early stage, it was made a study about dental anatomy and the functioning of the temporomandibular joint to better understand the problem. Were also identified some of the existing systems for the acquisition of the mandibular movement to know there advantages and limitations.
Finally, it was chosen to adapt a common facial arc in Dental Medicine to use electromagnetic sensors to acquire the movement. Some parts of the facial arc were redesigned in order to ensure the comfort of the patients during the exams and it was developed a specific support for the sensors.
To visualise and analyse the 3D movement acquired in a personal computer it was developed a computational application in LabVIEW. To transform in cartesian coordinates the electrical signal obtained by the electromagnetic sensors it was created the “algorithm of the nearest point” and were also used neural networks.
To develop this prototype system it was adopted a structured product development process: the costumer needs, the product specifications, the concept and the product architecture were defined and prototypes were created and tested. It were also estimated the production costs of the developed prototype.
Índice
1. Introdução à Dissertação... 1
1.1: Introdução... 3
1.2: Organização da Dissertação ... 5
1.3: Principais contribuições do trabalho desenvolvido ... 6
2. Introdução à Anatomia Dentária ... 9
2.1: Articulação temporomandibular ... 11 2.1.1: Ligamentos ... 12 2.1.2: Músculos ... 13 2.2: Movimentos ... 15 2.3: Oclusão ... 21 2.3.1: Desenvolvimento da oclusão ... 21
2.3.2: Forma do arco dental... 25
2.3.3: Ângulos cuspídeos, cúspides guias, planos e curvas oclusais imaginários ... 26
2.3.4: Angulação dos eixos dos dentes... 27
2.3.5: Forma funcional dos dentes ... 29
2.3.6: Contacto oclusal... 30
2.4: Resumo ... 33
3. Disfunções Temporomandibulares: Causas e Diagnóstico... 35
3.1: Disfunções temporomandibulares ... 37
3.2: Diagnóstico das disfunções temporomandibulares... 38
3.3: Aquisição e análise do movimento mandibular... 39
3.3.1: Sistema Zebris JMA system ... 41
3.3.2: Sistema ARCUSdigma ... 42
3.3.3: Sistema K7 Evaluation System ... 43
3.3.4: Sistemas ópticos... 44
3.4: Resumo ... 47
4. Introdução ao Desenvolvimento de Produto e Apresentação do Caso em Estudo ... 49
4.2: Apresentação do caso em estudo: Desenvolvimento de um sistema
protótipo para aquisição e análise do movimento mandibular 3D... 54
4.2.1: Introdução... 54
4.2.2: Desenvolvimento do sistema protótipo ... 56
4.3: Resumo ... 58
5. Desenvolvimento de um Sistema Protótipo para Aquisição e Análise do Movimento Mandibular 3D ... 61
5.1: Sensores electromagnéticos ... 63
5.2: Íman ... 66
5.3: Arco Facial Arcus... 67
5.4: Redesign efectuado ... 69
5.5: Sistema de suporte para os sensores... 70
5.6: Protótipos desenvolvidos... 73
5.7: Montagem electrónica desenvolvida ... 77
5.8: Interface gráfica desenvolvida... 79
5.9: Conversão da Tensão em Coordenadas Cartesianas ... 82
5.10: Utilização do sistema ... 87
5.11: Estimativa dos custos de produção ... 91
5.12: Comercialização do produto ... 92
5.13: Resumo ... 94
6. Conclusões Finais e Perspectivas de Trabalho Futuro ... 97
6.1: Conclusões Finais... 99
6.2: Perspectivas de Trabalho Futuro ...100
Bibliografia ...103
Índice de Figuras
Figura 2.1: Articulação temporomandibular (imagem adaptada de [Moore, 1999]). ... 11 Figura 2.2: A articulação temporomandibular: a) vista lateral; b) vista medial; c)
secção sagital (imagens adaptadas de [Williams, 1995]). ... 13 Figura 2.3: a) Músculo temporal esquerdo; b) Músculos pterigóideos esquerdos
(imagens de [Williams, 1995]). ... 14 Figura 2.4: Modificações das relações do côndilo da mandíbula, o disco articular
e a face articular do osso temporal durante uma abertura completa (A>D) e fecho (D>A) do ciclo da boca (imagem de [Williams, 1995])... 17 Figura 2.5: Representação esquemática do movimento mandibular bordejante no
plano sagital: CR - relação cêntrica; CO - oclusão cêntrica; F - protrusão máxima; PR - posição de repouso; E - abertura máxima; B e CR - abertura e fecho sobre o eixo de rotação, sem mudança no raio (r) (imagem adaptada de [Major, 1987]). ... 18 Figura 2.6: Movimento lateral direito da mandíbula, com representação
esquemática do movimento no ponto incisivo no plano horizontal (CR, LL, P, RL) e na cabeça da mandíbula (W, C, B, P): CR - relação cêntrica; LL - lateral esquerda; P - protrusiva; RL - lateral direita; CO - oclusão cêntrica; BG – ângulo de Bennett; de C a P - movimento protrusivo (imagem de [Major, 1987]). ... 20 Figura 2.7: Figura de Posselt no plano frontal (imagem de [Weingärtner, 1997]). ... 21 Figura 2.8: Dentição de leite (imagens adaptadas de [ADMT, 2005]). ... 22 Figura 2.9: Dentição definitiva (imagem adaptada de [ADMT, 2005]). ... 23 Figura 2.10: Sequência eruptiva favorável dos dentes permanentes (imagem de
[Major, 1987]). ... 24 Figura 2.11: Curva de Spee (imagem de [Bastos, 2000])... 27 Figura 2.12: Curva de Wilson (imagem de [Bastos, 2000])... 28
Figura 2.13: Angulação dos eixos dos dentes: A – incisivos; B – primeiro pré-molar; C – segundo pré-pré-molar; D – primeiro pré-molar; E – segundo pré-molar; F – terceiro molar (imagem de [Major, 1987]). ... 28 Figura 2.14: Os terços incisal e oclusal da coroa dental apresentam superfícies
côncavas ou convexas em todas as áreas de contacto oclusal (imagem de [Major, 1987]). ... 29 Figura 2.15: A - Desenho esquemático da face mesial das coroas dos primeiros
molares superiores e inferiores em relação cêntrica (foram colocados círculos dentro dos contornos das formas cuspídeas para enfatizar as curvaturas); B - Esquema das relações de contacto em dentes não desgastados; C - Modificação nas relações de contacto oclusal com o desgaste (imagem de [Major, 1987])... 30 Figura 2.16: Relações vestibulares dos dentes nos arcos opostos (imagem de
[Bodin, 2004]). ... 30 Figura 2.17: Sobressaliência e sobremordida (imagem adaptada de [ADMT,
2005]). ... 32 Figura 2.18: Esquema idealizado para todos os contactos das cúspides de suporte
com fossas e cristas marginais dos dentes oponentes: A - arco superior; B - arco inferior (imagem de [Ramfjord, 1984]). ... 32 Figura 3.1: Sistema Jaw Motion Analyzer (JMA) da Zebris GmbH (imagem de
[Enciso, 2002])... 41 Figura 3.2: Sistema ARCUSdigma da Kavo (imagem de [www.kavo.com]). ... 42 Figura 3.3: Os quatro passos necessários para a aquisição do movimento com o
sistema ARCUSdigma (imagem de [Pröschel, 2002]). ... 43 Figura 3.4: Sistema K7 Evaluation System da Myotronics (imagem de [Garcia,
2003]). ... 44 Figura 3.5: Íman utilizado para detectar o movimento, montado sobre os
incisivos (imagem de [Leles, 2003])... 44 Figura 3.6: Interface gráfica que acompanha o sistema K7 Evaluation System da
Myotronics (imagens de [www.myotronics.com]). ... 45
Figura 3.7: Paciente sentado no interior do campo de visão das duas câmaras posicionadas ortogonalmente. O paciente usa um suporte com marcadores inferiores e um capacete de referência (imagem de [Leader, 2002])... 45
Figura 3.8: Sistema desenvolvido por Mesnard: a) Molde dos dentes do paciente e a calha onde vão ser montados os alvos; b) Alvos “montados” no paciente (imagens de [Mesnard, 2003])... 46 Figura 3.9: Sistema desenvolvido por Kinuta (imagem de [Kinuta, 2003])... 47 Figura 3.10: Imagem obtida pela câmara utilizada por Kinuta (imagem de
[Kinuta, 2003]). ... 47 Figura 4.1: Processo genérico de desenvolvimento de produto (imagem adaptada
de [Ulrich, 2000]). ... 53 Figura 5.1: Efeito de Hall: a) sem campo magnético; b) com campo magnético
(imagens de [Honeywell, 2005]). ... 63 Figura 5.2: Efeito GMR, “Giant Magneto Resistive”: A – Camada condutora; B –
Camadas magnéticas; C – Corrente eléctrica; D – Campo magnético (imagens adaptadas de [NVE, 2005]). ... 64 Figura 5.3: a) Sensores AA002-02 da NVE Corporation (USA) usados; b) Esquema
do sensor (imagem de [NVE, 2002])... 65 Figura 5.4: Configurações possíveis do íman/sensor usado (imagens adaptadas de
[Honeywell, 2005]). ... 66 Figura 5.5: Modelação 3D da montagem dos sensores usados e das placas de
circuito impresso desenvolvidas. ... 66 Figura 5.6: Íman usado na aquisição do movimento mandibular. ... 67 Figura 5.7: Íman revestido a teflon (diâmetro: 5 mm; altura: 11 mm)... 67 Figura 5.8: Arco facial Arcus da Kavo usado neste trabalho como estrutura
principal de suporte do sistema de aquisição mandibular (duas vistas). ... 68 Figura 5.9: a) Exemplo de utilização do arco facial Arcus da Kavo; b) Pormenor
do auricular; c) Pormenor da glabela (imagens de [www.kavo.com]). ... 68 Figura 5.10: Modelação 3D realizado neste trabalho do arco facial Arcus usando o
programa Autodesk Inventor Professional (duas vistas). ... 69 Figura 5.11: Um dos auriculares originais do arco facial Arcus da Kavo (duas
vistas). ... 69 Figura 5.12: a) Modelação 3D obtida para o auricular original; b), c) e d)
Redesign obtido para a mesma peça... 70 Figura 5.13: Modelação 3D do suporte dos sensores desenvolvido (quatro vistas).... 71
Figura 5.14: a) Montagem das placas de circuito dos sensores no dispositivo de suporte respectivo; b) e c) Sistema de abertura/fecho por tampa deslizante. . 72 Figura 5.15: Pormenor da fixação do suporte desenvolvido para os sensores
electromagnéticos ao arco facial da Kavo. ... 72 Figura 5.16: a) Pormenor da parte terminal do suporte dos sensores; b) Pormenor
da ligação dos cabos dos sensores... 73 Figura 5.17: Primeira versão dos auriculares desenvolvidos. ... 74 Figura 5.18: Primeira versão do suporte desenvolvido para os sensores. ... 74 Figura 5.19: Segunda versão do suporte dos sensores e dos auriculares
concebidos neste trabalho usando o método de estereolitografia (duas vistas). ... 75 Figura 5.20: a) Segunda versão dos auriculares desenvolvidos; b) Montagem do
novo auricular no arco facial Arcus da Kavo... 75 Figura 5.21: a) Segunda versão do suporte dos sensores desenvolvido; b)
Pormenor da fixação das placas de circuito impresso dos sensores; c) Pormenor de fixação ao arco facial Arcus da Kavo. ... 76 Figura 5.22: Montagem dos sensores na segunda versão do suporte desenvolvido
para os mesmos. ... 76 Figura 5.23: Sugestão para o plano de apartação do suporte desenvolvido para os
sensores (duas vistas). ... 77 Figura 5.24: NI USB-6008 da National Instruments: 1 - Indicador da orientação
dos conectores; 2 - Conectores; 3 - Etiquetas; 4 - Cabo USB (imagem de [NI, 2005]). ... 78 Figura 5.25: Fonte de alimentação usada na alimentação do sistema (imagem de
[www.rs-portugal.com]). ... 79 Figura 5.26: Caixa desenvolvida para alimentação dos sensores
electromagnéticos e aquisição por um computador pessoal dos seus sinais. .... 80 Figura 5.27: Interface gráfica desenvolvida neste trabalho recorrendo à
ferramenta LabVIEW: em cima surgem os campos relativos aos dados pessoais do paciente, enquanto que na parte de baixo surgem os botões de controlo e os gráficos dos resultados obtidos. ... 81 Figura 5.28: Interface gráfica desenvolvida: projecção da trajectória no plano
Figura 5.29: Interface gráfica desenvolvida: localização do relatório da medição obtida. ... 83 Figura 5.30: Exemplo de um relatório obtido com a interface desenvolvida. ... 83 Figura 5.31: Montagem utilizada na aquisição experimental dos pontos 3D usada
para calibrar o sistema desenvolvido. ... 84 Figura 5.32: Pormenor do “zero” do sistema de coordenadas 3D usado para
calibrar o sistema desenvolvido. ... 85 Figura 5.33: Interface desenvolvida durante este trabalho para a aquisição dos
pontos 3D necessários para a calibração do sistema. ... 85 Figura 5.34: Pontos 3D adquiridos 3D para calibrar o sistema desenvolvido: Eixo 1
– segundo xx; Eixo 2 – segundo zz; Eixo 3 – segundo yy. ... 86 Figura 5.35: Funções de transferência: a) Função de transferência dos neurões
da camada escondida; b) Função de transferência dos neurões da camada de saída (imagens de [Demuth, 2005]). ... 87 Figura 5.36: Arquitectura da rede de base radial utilizada: R - número de
entradas; S1 - número de neurões na camada escondida; S2 - número de neurões na camada de saída (imagem adaptada de [Demuth, 2005])... 87 Figura 5.37: Sistema protótipo desenvolvido para a aquisição e análise do
movimento mandibular 3D... 88 Figura 5.38: Preparação do sistema protótipo desenvolvido para a aquisição e
análise do movimento mandibular 3D. ... 89 Figura 5.39: Preparação do arco facial: substituição das peças auriculares... 89 Figura 5.40: a) Colocação do arco facial no paciente; b) Pormenor da peça
auricular desenvolvida neste trabalho; c) Sistema pronto para a aquisição do movimento. ... 89 Figura 5.41: Marcação “CE” que deverá ser aposta no dispositivo desenvolvido
Índice de Tabelas
Tabela 2.1: Dentição de leite (dados de [Moore, 1999])... 22 Tabela 2.2: Dentição definitiva (dados de [Moore, 1999]). ... 23 Tabela 5.1: Características dos sensores AA002-02 da NVE Corporation (dados de
[NVE, 2002]). ... 65 Tabela 5.2: Características da placa de aquisição NI USB-6008 da National
Instruments (dados de [NI, 2005]). ... 78
Tabela 5.3: Parâmetros do comando “newrb” utilizado para construir a rede neuronal radial utilizada neste trabalho. ... 87 Tabela 5.4: Estimativa dos custos para produzir o sistema protótipo desenvolvido
1.
Introdução à Dissertação
1.1: Introdução
Quando se fala em desenvolvimento de produto é um equívoco pensar que se resume somente à definição da forma e das características. Pois, trata-se de um processo que ocupa um lugar de destaque nas empresas por abranger áreas tão distintas como o marketing, a engenharia, o design e o planeamento do processo de fabrico incluindo a definição dos custos.
O desenvolvimento de produto pode-se referir à criação de novos produtos ou à adaptação de artigos já existentes. Geralmente, o processo é iniciado e altamente condicionado por influências internas e externas tais como encomendas, pedidos dos clientes, lacunas no mercado, ideias inovadoras ou directrizes das próprias empresas que definem as características do produto e as tarefas que este deve desempenhar.
Nesta Dissertação é descrito o desenvolvimento de um novo produto: um sistema protótipo para a aquisição e análise do movimento mandibular 3D. Neste caso, o processo de desenvolvimento começou com a identificação de uma oportunidade durante uma conversa com um médico dentista. Inicialmente falou-se da articulação temporomandibular e dos problemas que ela pode causar, mas rapidamente foi apontada a necessidade de um sistema que auxiliasse o diagnóstico das disfunções temporomandibulares que fosse prático e acessível.
A mandíbula humana, juntamente com a articulação temporomandibular, forma um interessante e complexo sistema biomecânico que desempenha várias funções e tem a capacidade de exercer elevadas forças com grande precisão. As anormalidades na mandíbula, além de causarem problemas estéticos, são responsáveis por cargas assimétricas na articulação que por sua vez conduzem a um desenvolvimento desigual dos músculos e a dores na articulação e, uma vez que a articulação é essencial para morder e mastigar, a dor é incapacitante e reduz consideravelmente a qualidade de vida de quem a sente.
Grande parte da população padece de dores de cabeça, dores no pescoço, dores na face, sensação de “assobio”, vertigens e dor nos ouvidos. Muitas vezes diz-se que este mal-estar está “na cabeça dos pacientes” ou é o resultado do stress e procura-se aliviar as dores recorrendo a analgésicos. No entanto, estes sintomas
podem significar problemas na articulação temporomandibular. Para um correcto diagnóstico o padrão do movimento mandibular deve ser estudado, pois a existência de desvios nos movimentos pode ser revelador quanto à presença ou não de problemas a nível da articulação.
O conhecimento do movimento mandibular é importante no estudo do movimento condilar, da fala, da mastigação e dos movimentos musculares. Em Medicina Dentária, a cinemática mandibular é essencial para simular as articulações temporomandibulares, posicionar os modelos dos dentes em articuladores e reproduzir os movimentos mandibulares de modo a garantir uma oclusão satisfatória.
A peculiar construção da articulação permite que a mandíbula se mova segundo seis graus de liberdade tornando complexa a aquisição do movimento. Actualmente, existem vários dispositivos que permitem fazer a aquisição e a avaliação do movimento mandibular com grande exactidão mas, tanto os sistemas comerciais correntes como os dispositivos desenvolvidos à medida, são considerados demasiado caros e de difícil utilização comum, pelo que geralmente o seu uso é restrito. Perante esta situação, procurou-se desenvolver durante este trabalho um sistema económico, fácil de utilizar e que tivesse elevada exactidão.
No desenvolvimento do sistema protótipo foi adoptado um processo de desenvolvimento de produto estruturado: foi identificada uma oportunidade, foram definidas as especificações do produto, foram definidos conceitos e a arquitectura do mesmo, e finalmente foram desenvolvidos e testados protótipos.
As especificações do produto foram definidas, juntamente com um médico dentista, depois de ser realizado um estudo sobre anatomia dentária e a articulação temporomandibular, e os conceitos só foram desenvolvidos depois de ser feito um levantamento sobre os sistemas existentes para a aquisição do movimento mandibular.
No protótipo desenvolvido neste trabalho, foram utilizados sensores electromagnéticos para registar o movimento de um pequeno íman colado junto ao ponto incisivo da mandíbula do paciente; esta tecnologia foi escolhida por permitir efectuar medições sem contacto e por ser de baixo custo.
No sentido de reduzir custos e generalizar o uso do sistema, em vez de se conceber um novo suporte para os sensores, foi adaptado um arco facial comum em
Medicina Dentária. Assim, foi escolhido um arco facial recente e compatível com vários articuladores; posteriormente, algumas das suas peças foram redesenhadas para melhorar o desempenho na sua nova função e foi criado um suporte dedicado para os sensores.
Para a aquisição do sinal dos sensores foi usado o módulo NI 6008 da National
Instruments e o software LabVIEW. Com esta ferramenta foi desenvolvida uma
aplicação para visualizar e analisar o movimento mandibular 3D. Procurou-se que a interface criada fosse intuitiva, e que o médico dentista pudesse registar todas as informações relevantes para o diagnóstico das disfunções temporomandibulares.
Durante a criação da interface, surgiu a necessidade de converter a tensão registada pelos sensores electromagnéticos em coordenadas cartesianas de modo a traçar a trajectória 3D do íman. Para este efeito, foi criado um algoritmo a que se chamou “algoritmo do ponto mais próximo” e também foram experimentadas redes neuronais.
Como o processo do desenvolvimento do produto só termina quando este é comercializado, foram indicados os procedimentos necessários para a comercialização em Portugal de um dispositivo médico. Também foram apontados alguns dos custos envolvidos na produção do sistema.
1.2: Organização da Dissertação
Esta Dissertação descreve o desenvolvimento de um novo sistema protótipo para a aquisição do movimento mandibular 3D, que inclui uma aplicação computacional desenvolvida em LabVIEW para visualizar e analisar o movimento adquirido.
Esta Dissertação é constituída por seis capítulos e um anexo. Em seguida, são descritos resumidamente os restantes cinco capítulos e o referido anexo.
No capítulo seguinte apresenta-se sucintamente a anatomia dentária. É feita uma descrição da articulação temporomandibular, dos músculos e ligamentos envolvidos no movimento mandibular, e os vários movimentos da mandíbula são explicados assim como alguns dos factores que os influenciam.
No terceiro capítulo fala-se das disfunções temporomandibulares e do seu diagnóstico. Neste capítulo também são apresentados alguns dos sistemas existentes para a aquisição e análise do movimento mandibular.
O quarto capítulo desta Dissertação começa com uma introdução teórica ao desenvolvimento do produto. Posteriormente descreve-se, sucintamente, o procedimento adoptado no caso de desenvolvimento de produto e são explicados os passos a tomar na comercialização de um dispositivo médico.
No capítulo seguinte, o desenvolvimento do sistema protótipo é relatado detalhadamente.
No último capítulo são apresentadas algumas conclusões finais e indicadas várias propostas para trabalhos futuros.
No final desta Dissertação, incluiu-se um anexo com vários diagramas de blocos referentes à programação da interface desenvolvida usando a ferramenta LabVIEW.
1.3: Principais contribuições do trabalho desenvolvido
Apesar do movimento mandibular ser importante no diagnóstico de problemas da articulação temporomandibular são poucos os médicos dentistas que possuem equipamento adequado para proceder à sua aquisição. Com esta Dissertação procurou-se chamar a atenção para esse facto e desenvolver um sistema protótipo para a aquisição e análise do movimento mandibular 3D que fosse prático e acessível.
Para melhor compreender o problema estudou-se anatomia dentária e a articulação temporomandibular e foram descritos alguns dos sistemas existentes para a aquisição do movimento mandibular.
Procurou-se que o processo do desenvolvimento do sistema protótipo fosse um processo de desenvolvimento de produto estruturado pelo que foi necessário também estudar este assunto.
Tal como já foi referido, foi desenvolvido um sistema protótipo para a aquisição do movimento mandibular 3D que foi materializado recorrendo a técnicas de protipagem rápida.
Foi criada uma aplicação gráfica para a aquisição e análise do movimento mandibular 3D, e para que ela funcionasse de forma o mais adequada possível foi necessário utilizar redes neuronais.
Uma vez que foi ponderada a comercialização do sistema protótipo foram estimados custos de produção, e foram indicados os procedimentos necessários para a comercialização.
2.
Introdução à Anatomia Dentária
2.1: Articulação temporomandibular
A articulação temporomandibular faz a ligação entre o osso temporal e a mandíbula; mais precisamente, entre o côndilo da mandíbula, a eminência articular e a fossa do osso temporal, Figura 2.1.
Figura 2.1: Articulação temporomandibular (imagem adaptada de [Moore, 1999]).
Esta articulação é constituída por ossos, a porção anterior da fossa mandibular, a eminência articular do osso temporal e o côndilo da mandíbula, ligamentos, disco articular e membrana sinovial. As superfícies funcionais do côndilo (a face anterior) e da eminência articular (a inclinação posterior) estão cobertas por uma camada de tecido fibroso. Entre o côndilo e o osso temporal, encontra-se o disco articular.
O disco articular [Williams, 1995], uma lâmina oval de tecido fibroso com uma forma bicôncava, divide a articulação num compartimento superior e outro inferior. Frequentemente, este disco é incompleto e perfurado de variadas formas. A sua principal função é permitir o movimento do côndilo reduzindo assim o risco de trauma: o disco adapta e estabiliza o côndilo em repouso e em movimento, distribui as pressões por uma área maior, e preenche os espaços vazios de modo a permitir maior equidade na dinâmica articular.
A fossa mandibular é uma depressão oval ou oblonga do osso temporal; é limitada pela eminência articular, pela raiz longitudinal do processo zigomático do temporal, pela parede anterior do meato acústico externo e pela parte timpânica do osso temporal. A forma da fossa mandibular corresponde, aproximadamente, às superfícies posterior e superior da cabeça da mandíbula.
O côndilo é convexo em toda a superfície articular, porém, achatado posteriormente, apresentando-se com uma saliência arredondada e sendo mais amplo lateromedialmente do que antero-posteriormente.
Os longos eixos do côndilo estão num plano lateral, e à primeira vista, parecem estar desalinhados, porque se fossem prolongados encontrar-se-iam num ponto anterior ao forame magno formando um ângulo de, aproximadamente, 135º [Major, 1987]. O côndilo é perpendicular ao ramo da mandíbula.
2.1.1: Ligamentos
A articulação temporomandibular é um exemplo de uma diartrose1 cujos
movimentos são uma combinação de movimentos de charneira e de deslizamento. A cápsula fibrosa está inserida nas margens da área articular do osso temporal e à volta do colo da mandíbula. A articulação tem uma membrana sinovial superior e outra inferior; a superior, reveste a cápsula e a parte superior do disco enquanto que a inferior, reveste a parte inferior do disco e a cápsula.
A ligação da mandíbula ao crânio é feita pelos ligamentos temporomandibular lateral, esfenomandibular e estilomandibular, Figura 2.2.
O ligamento temporomandibular lateral está inserido na parte superior do zigoma e na face lateral e na parte inferior da margem posterior do colo da mandíbula. Por sua vez, o ligamento esfenomandibular é uma faixa fina, achatada, que desce da espinha do osso esfenóide e se alarga para alcançar a língula do forame da mandíbula; na mecânica da mandíbula, a função deste ligamento é desprezível. Já o ligamento estilomandibular é um feixe especializado da fáscia cervical profunda, que se estica do ápice e da face anterior adjacente do processo estilóide até ao ângulo da mandíbula e à margem posterior. Finalmente, o ligamento pterigoespinhal estende-se entre a espinha do osso esfenóide e a borda
1
posterior da lâmina lateral do processo pterigóideo próximo da extremidade superior; algumas vezes “ossificado”, ele completa um forame que dá passagem para os ramos do nervo mandibular para o temporal, masseter e pterigóideo lateral.
a) b) c)
Figura 2.2: A articulação temporomandibular: a) vista lateral; b) vista medial; c) secção sagital (imagens adaptadas de [Williams, 1995]).
2.1.2: Músculos
Os músculos masseter, temporal e pterigóideos estão directamente relacionados com os movimentos da mandíbula durante a mastigação, deglutição e fala, Figura 2.3.
O músculo temporal estende-se “como um leque” a partir da fossa temporal; ao passar pelo arco zigomático, forma um tendão que se insere na borda anterior e na superfície mesial do processo coronóide da mandíbula, e ao longo da margem anterior do ramo. Este músculo apresenta três componentes e parece comportar-se como se estes componentes fossem distintos e independentes. O temporal é responsável pela elevação da mandíbula, quando se fecha a boca e se aproximam os dentes; também está relacionado com os movimentos laterais da trituração e na retrusão.
Por outro lado, o músculo masseter é um músculo quadrilátero que se estende do arco zigomático ao ramo da mandíbula. A sua principal função é a elevação da mandíbula, embora também possa auxiliar na projecção simples; tem um papel dominante na elevação da mandíbula.
a) b) Figura 2.3: a) Músculo temporal esquerdo; b) Músculos pterigóideos esquerdos
(imagens de [Williams, 1995]).
Por sua vez, o pterigóideo medial é um espesso músculo quadrilátero que começa na superfície medial da lâmina lateral do processo pterigóideo do osso esfenóide e do osso palatino e termina no forame da mandíbula. Este músculo tem como principais funções elevar e desviar lateralmente a mandíbula, sendo também activo durante a protrusão2.
Finalmente, o pterigóideo lateral é um músculo curto e espesso com uma cabeça superior proveniente da superfície infratemporal e da crista da asa maior do osso esfenóide, e uma cabeça inferior proveniente da face lateral da lâmina lateral do processo pterigóideo. A função principal deste músculo é a projecção do côndilo, enquanto dirige o disco para a frente. O músculo pterigóideo parece relacionar-se com todos os graus do movimento de projecção e de abertura da mandíbula. Durante os movimentos de lateralidade, este músculo é auxiliado pelos músculos masseter, pterigóideo médio e temporal.
A inserção do músculo digástrico faz-se próximo da margem inferior da mandíbula e próximo da linha mediana. Existe um tendão, entre os seus ventres anterior e posterior, que está fixo por uma fita de tecido conjuntivo ao osso hióide. O ventre anterior está recoberto pelo músculo platisma e, abaixo, encontra-se o músculo milo-hióideo. A zona anterior do digástrico, junto com outros músculos supra-hióideos e com o músculo pterigóideo lateral, relaciona-se com a descida da mandíbula, sendo mais proeminente no fim da descida mandibular.
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Os dois músculos genioióideos dirigem-se para baixo e para trás, a partir das bordas milo-hióideas, no lado lingual da mandíbula e inserem-se no osso hióide. A função destes músculos é semelhante àquela dos músculos digástricos, na descida e retracção3 da mandíbula. Estes músculos também elevam o osso hióide durante a
deglutição.
2.2: Movimentos
A mandíbula pode ser descida ou elevada, protruída ou retruída, e pode rodar em torno de um eixo horizontal; apesar de ambas as articulações agirem juntas, o movimento de cada uma pode deferir ao longo de um movimento real. Estas acções envolvem movimentos de charneira (rotação), movimentos de deslizamento e movimentos de translação.
As posições básicas da mandíbula são: oclusão cêntrica (OC) ou posição intercuspídica (PI), relação cêntrica (RC) ou posição de contacto retrusiva e posição de repouso (PR).
A oclusão cêntrica, é definida como a máxima intercuspidação dos dentes; também pode ser chamada de oclusão central, posição intercuspidiana, posição dentária, cêntrica adquirida ou cêntrica habitual. Nesta posição, as cúspides dos dentes inferiores e superiores interrelacionam-se de forma máxima.
A relação cêntrica corresponde à trajectória de abertura e de fecho sem translação das cabeças da mandíbula, na qual os côndilos estão em posição mais superior e medial na fossa mandibular.
Na posição de repouso, os dentes superiores e inferiores estão ligeiramente afastados. Esta posição é uma posição postural da mandíbula determinada amplamente pela actividade neuromuscular e, em menor grau, pelas propriedades visco elásticas dos músculos. Muitos factores, como a tensão emocional e factores periféricos (como dores de dentes) influenciam esta posição impedindo de ser utilizada como referência para transferir as relações da mandíbula a um
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articulador4. A posição de repouso está relacionada com o espaço interoclusal: esta
distância, com a madibula na posição de repouso e cabeça na posição vertical, é de cerca de 1 a 3 mm nos incisivos, com uma variação normal considerável de 8 a 10 mm (sem evidência de disfunção) [Major, 1987].
A Figura 2.4, mostra os movimentos dos côndilos num ciclo completo de abertura e de fecho da boca. A partir da posição de repouso, quando se abre a boca, os côndilos giram sobre um eixo horizontal comum e deslizam para a frente e para baixo sobre as faces inferiores dos seus discos articulares. Por sua vez, estes discos deslizam na mesma direcção sobre os ossos temporais, devido às suas inserções nas cabeças das mandíbulas e à contracção dos músculos pterigóideos laterais puxando as referidas cabeças e discos para os tubérculos articulares. O deslizamento do disco termina quando as suas inserções fibroelásticas posteriores nos ossos temporais são esticadas até ao limite. O basculamento e deslizamento ulteriores colocam-nos em articulação com as partes mais anteriores dos discos à medida que a boca se abre totalmente. No fecho, os movimentos são invertidos: cada cabeça desliza para trás e báscula sobre o disco respectivo, ainda sustentado pelo músculo pterigóideo lateral que relaxa para permitir ao disco deslizar para trás e para cima na fossa mandibular.
O trajecto efectuado pelos eixos de rotação transcraniais dos cônilos aquando da abertura da mandíbula chama-se guia condilar e pode ser medido apartir do plano Frankfurt (orbital ao tragos)5.
Usando equipamento específico, tal como pantógrafos ou cinesiógrafos é possível registar os movimentos da mandíbula em relação a um plano de referência (plano sagital ou médio, horizontal e frontal). Assim, traçando a trajectória descrita pelo ponto incisivo, localizado nas margens incisais dos dois incisivos centrais inferiores, no movimento máximo de lateralidade e de protrusão, no movimento retrusivo e no movimento máximo de abertura, é possível definir os movimentos bordejantes ou de “envelope”. Todos os movimentos funcionais e parafuncionais ocorrem durante esses movimentos, [Major, 1987; Koolstra, 2001].
4 O articulador é um instrumento onde são montados os moldes dos dentes que é utilizado para reproduzir as relações entre a mandíbula e o maxilar. Estas relações são registadas recorrendo a um arco facial, [Ogden, 1995].
5 O plano Frankfurt é um plano que passa pelo ponto mais baixo da orbital esquerda e pelo ponto mais alto de cada uma das margens externas do meato auditivo, [Ogden, 1995].
Figura 2.4: Modificações das relações do côndilo da mandíbula, o disco articular e a face articular do osso temporal durante uma abertura completa (A>D) e
fecho (D>A) do ciclo da boca (imagem de [Williams, 1995]).
A Figura 2.5 ilustra os movimentos bordejantes mandibulares registados no plano sagital. Se a mandíbula for mantida para trás e para cima, pode ser traçado um movimento de bisagra para os incisivos inferiores, de CR para B (uma distância de cerca de 1 mm, mais raramente entre 2 a 3 mm [Major, 1987]). Este
movimento, chamado de movimento de bisagra terminal da mandíbula6, mantém
um eixo de rotação estacionário, C, através das duas articulações temporomandibulares geralmente localizadas nos côndilos. Esta posição denota o intervalo funcional posterior da mandíbula, e tem sido definida como a posição mais posterior da mandíbula a partir da qual podem ser realizados confortavelmente os movimentos de abertura e de lateralidade.
Eixo de rotação
Eixo de rotação e fecho
D
Figura 2.5: Representação esquemática do movimento mandibular bordejante no plano sagital: CR - relação cêntrica; CO - oclusão cêntrica; F - protrusão máxima; PR - posição de repouso;
E - abertura máxima; B e CR - abertura e fecho sobre o eixo de rotação, sem mudança no raio (r) (imagem adaptada de [Major, 1987]).
Em condições fisiológicas normais do sistema mastigador, este centro de rotação e o trajecto dos movimentos mandibulares são constantes e reprodutíveis, desde que os côndilos assentem contra o menisco no fundo da fossa glenóide.
Quando se tenta abrir a mandíbula em trajecto retrusivo, Figura 2.5, abaixo de B, o eixo de rotação passa para D, ligeiramente atrás do forame mandibular, os côndilos movem-se para baixo e para a frente e o ponto incisivo move-se para E. Naturalmente, o movimento realiza-se ainda ao redor do eixo intercondilar, que continua o seu movimento para baixo e para a frente. O fecho com a mandíbula numa posição para a frente, ou protrusiva, segue o trajecto de E para F, enquanto que o côndilo localiza-se sobre o tubérculo articular. Quando os dentes posteriores
6 Este movimento também pode ser chamado de relação central, posição de bisagra terminal, posição de contacto retruído ou de posição ligamentosa (por ser determinado pelos ligamentos e pela estruturas da articulação temporomandibular).
entram em contacto, o fecho protrusivo interrompesse em F. O trajecto de F para CO, com os dentes ainda em contacto, é determinado pela relação oclusal entre os dentes de ambos os arcos. A posição de CO, isto é, fecho completo, é determinada pela intercuspidação máxima dos dentes.
O trajecto entre as posições CR e CO da Figura 2.5, ou o movimento cêntrica em deslize, é realizado quando os dentes entram em contacto em relação central (CR) e as maxilas deslizam conjuntamente em oclusão central (CO). O deslizamento é frequentemente uma combinação de movimentos para a frente e para os lados.
A partir da posição de repouso, PR da Figura 2.5, quando se abre a mandíbula, o ponto incisivo segue o trajecto de R para E, e o côndilo move-se para a frente e para baixo, com um centro de rotação próximo de D. Com o toque entre dentes superiores e inferiores, em ligeiro contacto inicial a partir de R, é atingida uma posição próxima de CO; entretanto, o contacto inicial depende da postura devido à “memória muscular” dos contactos oclusais e ao equilíbrio muscular.
A Figura 2.6 ilustra os movimentos mandibulares no plano horizontal quando os dentes não estão em oclusão. Os movimentos bordejantes para o ponto incisivo podem ser esboçados por um traçado de arco gótico, ou traçado de Gyst, que pode ser registado em vários graus de abertura. Com a mandíbula na posição de bisagra estacionária ou relação central, o ponto CR corresponde à relação central. À medida que a mandíbula se move em movimentos de lateralidade retrusiva, o ponto incisivo registra a linha de CR para RL. A partir de RL, a mandíbula pode ser movimentada para a frente e medialmente ao ponto P. Um traçado semelhante pode ser realizado considerado o outro lado, de CR para LL.
O deslocamento lateral da mandíbula, chamado movimento de Bennett, é medido pela distância com que se move o côndilo do lado de trabalho, de C para W na Figura 2.6. O côndilo oposto move-se para baixo, para a frente e para dentro, e realiza um ângulo (BG)7 com o plano mediano, quando projectado
perpendicularmente sobre o plano horizontal. O movimento lateral pode ter componentes imediatos, bem como componentes progressivos. No lado de trabalho, o côndilo em rotação pode mover-se lateralmente de C para W cerca de 3 mm [Major, 1987]. O movimento lateral pode ter um componente retrusivo ou
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protrusivo, ou mover-se rectilínea e lateralmente. O movimento pode terminar em qualquer ponto num triângulo de 60 graus.
Figura 2.6: Movimento lateral direito da mandíbula, com representação esquemática do movimento no ponto incisivo no plano horizontal (CR, LL, P, RL) e na cabeça da mandíbula (W, C, B, P): CR - relação cêntrica; LL - lateral esquerda; P - protrusiva; RL - lateral direita; CO - oclusão cêntrica; BG – ângulo de Bennett; de C a P - movimento protrusivo (imagem de [Major, 1987]).
Os modelos de movimentos mandibulares registados no plano frontal, Figura 2.7, variam grandemente com o tipo de relações de contacto oclusal. Com oclusões excelentes e com movimentos mastigatórios desinibidos, o ciclo mastigatório tem uma forma razoavelmente uniforme do tipo oval larga. No ciclo mastigatório, o retorno ou a abertura a partir da oclusão central é muito irregular e pode mesmo inverter-se próximo ao trajecto do golpe de fecho. Mais comum em pessoas com liberdade irrestrita de movimentos de contacto oclusal é um trajecto suave não cruzado de movimentos, que retorna muito proximamente à mesma posição fechada para todo o golpe mastigador. O contacto oclusal durante a mastigação ocorre quase invariavelmente em oclusão central, mas na maioria dos ciclos
existem contactos oclusais para parte do movimento de fecho e mesmo, ocasionalmente, no movimento de abertura.
Figura 2.7: Figura de Posselt no plano frontal (imagem de [Weingärtner, 1997]).
O movimento máximo de abertura é de 50 a 60 mm, dependendo da idade e do tamanho do indivíduo, entretanto um limite de 40 mm pode ser normal. O movimento de lateralidade máxima, na ausência de problemas na articulação e sem dor, é cerca de 10 a 12 mm.
2.3: Oclusão
Nos dicionários, oclusão refere-se ao acto ou efeito de fechar, encerramento. Em Medicina Dentária, os conceitos de oclusão variam com a especialidade. Comum a muitas delas é a definição de oclusão estática, na qual os dentes superiores, por intermédio de zonas específicas, contactam com os dentes inferiores.
2.3.1: Desenvolvimento da oclusão
Os dentes decíduos ou de leite, Figura 2.8, irrompem, geralmente, numa sequência de anterior para posterior; isto é, na ordem incisivos, caninos e molares, Tabela 2.1. O período de erupção destes dentes é devido, em grande parte, à hereditariedade e, em pequena parte, a factores ambientais. O desenvolvimento e
a erupção dos dentes de leite são quase independentes do desenvolvimento e maturação da criança como um todo. No entanto, o significado de factores ambientais locais no desenvolvimento da oclusão, considerada no seu sentido amplo, é relativamente desconhecido. Assim, a aprendizagem da mastigação pode ser bastante dependente do estágio de desenvolvimento da oclusão (tipo e número de dentes presentes), da maturação do sistema neuromuscular e de outros factores como o regime alimentar.
Figura 2.8: Dentição de leite (imagens adaptadas de [ADMT, 2005]). Tabela 2.1: Dentição de leite (dados de [Moore, 1999]).
Incisivo
médio Incisivolateral Canino 1º molar 2º molar Erupção
(meses) 6 a 8 8 a 10 16 a 20 12 a 16 20 a 24 Queda
(anos) 6 a 7 7 a 8 10 a 12 9 a 11 10 a 12
A forma do arco primário é do tipo oval e a sua largura é estabelecida aos 9 meses de idade, tanto para a dentição de leite como para a permanente [Major, 1987]. Esta afirmação é algo surpreendente quando se compara a face de uma criança com a de um jovem adulto, mas o que sucede é o aumento da dimensão antero-posterior dos maxilares para a integração dos molares permanentes.
A posição dos dentes de leite nos arcos mostra, em geral, um certo espaçamento interdental que tende a desaparecer com a erupção dos dentes definitivos.
A sequência de erupção dos dentes permanentes varia mais do que a decídua e não segue o mesmo padrão antero-posterior, Figura 2.9, Tabela 2.2. Além disso, há diferenças significativas na sequência de erupção dos dentes superiores e inferiores
que não aparece na dentição primária. A sequência de erupção dos dentes permanentes pode então variar, sendo a apresentada na Figura 2.10 a ideal para a prevenção da maloclusão8. No caso dos segundos molares irromperem antes dos
pré-molares estarem completamente erupcionados, dá-se um encurtamento significativo do perímetro do arco que vai dar origem a maloclusão, mesmo que as dimensões do arco alveolar sejam adequadas para o tamanho da dentição permanente.
Figura 2.9: Dentição definitiva (imagem adaptada de [ADMT, 2005]). Tabela 2.2: Dentição definitiva (dados de [Moore, 1999]). Incisivo médio Incisivo laterais Canino 1º pré-molar 2º pré-molar 1º molar 2º molar 3º molar Erupção (anos) 7 a 8 8 a 9 10 a 12 10 a 11 11 a 12 6 a 7 12 13 a 25
No caso da dentição permanente, também os dentes inferiores irrompem antes dos superiores. Esta tendência inverte-se em relação aos pré-molares, devido à diferença no período de erupção dos caninos em ambos os arcos. Assim, no arco inferior e superior o canino irrompe antes do pré-molar.
8 A maloclusão pode ser definida como qualquer desvio da oclusão normal (tanto do ponto de vista morfológico como do funcional). Este termo também se pode referir a uma oclusão instável.
Figura 2.10: Sequência eruptiva favorável dos dentes permanentes (imagem de [Major, 1987]).
Uma parte importante do arco dental no desenvolvimento da oclusão dos dentes permanentes é o segmento molar. Nesse segmento, os dentes pré-molares apresentam dimensões mésio-distais significativamente menores do que os molares primários que lhe substituem. A dinâmica desta modificação nas dimensões do arco, particularmente no arco inferior, é importante para uma correcta compreensão do desenvolvimento da oclusão e da maloclusão.
Um ponto complexo na análise da dentição mista é a diminuição do perímetro do arco durante o crescimento da mandíbula. O perímetro do arco da dentição permanente, medido a partir da face mesial dos primeiros molares inferiores, diminui em média cerca de 4 mm. Isto ocorre ao mesmo tempo que a mandíbula e o osso basal verificam um crescimento posterior significativo. Devido a essa mudança ser observada em maior extensão na mandíbula do que na maxila, e devido ao facto dos molares inferiores apresentarem uma acentuada tendência para o desvio mesial, as relações oclusais estão activas durante os últimos estágios da dentição mista. Parte do espaço que se torna disponível pelo “espaço compensatório”9 deve ser utilizado para o alinhamento dos incisivos inferiores uma
vez que esses dentes irrompem com uma média de 1,6 mm de apinhamento. O espaço remanescente será utilizado pelos molares inferiores. Esse movimento do molar inferior corrige uma relação molar normal na dentição mista e na relação molar normal na dentição permanente; isto é, a cúspide mésio-vestibular do primeiro molar superior oclui na fossa central do primeiro molar inferior (relação molar classe I de Angle).
9
2.3.2: Forma do arco dental
Os dentes superiores, bem como os inferiores, estão posicionados de tal modo a formar um arco quando visto por oclusal10. Este arco é, em grande parte,
determinado pela forma do osso basal. De um modo geral, as más posições dos dentes não alteram a forma do arco, mas se vários dentes estão mal posicionados, podem-se verificar irregularidades ou assimetrias.
A forma do arco, como é definido pelo centróide dos dentes (centro da forma oclusal), é uma curva parabólica. A forma foi descrita como sendo um segmento de elipse, mas existem variações em forma de “U” (forma quadrada) e cónica. O arco cónico, geralmente, aparece no arco superior como consequência de um estreitamento patológico da porção anterior do palato pelo hábito de “chuchar no dedo”.
As modificações na forma do arco dental, dentro de limites anatómicos, não têm efeito significativo na oclusão. A forma do arco maxilar tende a ser mais larga do que na mandíbula, ocasionando uma passagem dos dentes superiores sobre os inferiores, quando em oclusão cêntrica (posição da máxima intercuspidação).
Esta relação do arco dental tem a vantagem de, durante a abertura e fecho da boca, as bochechas, os lábios e a língua terem menos probabilidades de serem mordidos. Uma vista lateral ou antero-posterior dessa ultrapassagem é designada de sobressaliência.
Apesar da forma geral do arco dental poder ser elíptica, as superfícies vestibulares não estão todas no contorno da elipse. Certos dentes (nomeadamente, o incisivo lateral superior, os caninos superior e inferior e o primeiro molar superior), devido ao seu tamanho ou forma, estão posicionados ligeiramente para vestibular ou lingual da elipse ideal (em “U” ou segundo a forma cónica).
Os incisivos superiores estão posicionados de tal modo que as suas faces linguais e dos caninos descrevem uma curva suave. Devido à menor espessura vestíbulo-lingual dos incisivos laterais superiores, a face vestibular dos mesmos está mais lingualmente colocada. A maior dimensão vestíbulo-lingual dos caninos coloca a sua face vestibular em posição mais saliente, em relação a uma elipse ideal, do que qualquer incisivo.
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A face vestibular do primeiro molar superior está localizada vestibularmente em relação à elíptica ideal, devido à largura vestíbulo-lingual desse dente. Essa face é também bastante mais angulada com a face disto-vestibular mais lingual do que com a médio-vestibular, permitindo assim à cúspide distovestibular uma oclusão mais marcada com o primeiro molar inferior.
A estabilidade da oclusão e a manutenção das posições dos dentes dependem das forças que agem sobre os mesmos. Forças oclusais, forças eruptivas, forças dos lábios, das bochechas e da língua, estão todas envolvidas na manutenção da posição dos dentes e enquanto estão equilibradas, os dentes e a oclusão permanecem estáveis. Modificação na magnitude, duração ou na frequência numa destas forças originam a perda de estabilidade e o desvio dos dentes com consequente quebra duma oclusão previamente estável.
2.3.3: Ângulos cuspídeos, cúspides guias, planos e curvas oclusais
imaginários
O ângulo cuspídeo é formado pelas vertentes de uma cúspide que têm intersecção com um plano que passa pela ponta da cúspide e que é perpendicular à bissectriz da cúspide.
As cúspides maxilares vestibulares e mandibulares linguais são chamadas cúspides guias. Os planos oclusais internos que se dirigem para essas cúspides são chamados de planos inclinados guias, porque, nos movimentos de contacto, guiam as cúspides de suporte para fora da linha média. Existem, assim, os planos inclinados vestíbulo-oclusais11 dos dentes maxilares posteriores, e os planos
inclinados ocluso-linguais12 dos dentes posteriores inferiores.
Um plano de oclusão é um plano imaginário que contém as bordas incisais dos incisivos centrais inferiores e a ponta das cúspides distovestibulares dos segundos molares inferiores.
As superfícies oclusais dos arcos dentais geralmente adaptam-se a superfícies curvas. O arco mandibular normalmente adapta-se a uma ou mais superfícies
11 Planos inclinados linguais das cúspides vestibulares. 12
aparentemente côncavas, enquanto que o arco oposto apresenta uma curvatura aparentemente convexa.
Von Spee [Major, 1987] notou que as cúspides e a margem incisal dos dentes, quando observados lateralmente, tendem a alinhar-se de maneira curva. Esta curva, que está dentro do plano sagital, é conhecida como curva de Spee, Figura 2.11, e é determinada pela inclinação mesio distal dos dentes póstero inferiores. Quando a curva de Spee é demasiado pronunciada pode indicar que existem obstáculos que impedem os movimentos funcionais.
Figura 2.11: Curva de Spee (imagem de [Bastos, 2000]).
As pontas das cúspides de molares, projectadas no plano frontal, formam a curva de Wilson, Figura 2.12. Esta curva modifica-se do primeiro para o terceiro molares com o desgaste da dentição. A curva de Wilson nos primeiros molares inferiores é côncava para os dentes inferiores, numa dentição sem desgaste, mas torna-se convexa numa dentição desgastada. Já uma curva harmoniosa indica que a movimentação lateral é suave.
A extensão da curva de Spee e da curva de Wilson a todas as cúspides e bordas incisais revela a curva de Monson.
2.3.4: Angulação dos eixos dos dentes
O conhecimento da angulação dos eixos dos dentes, Figura 2.13, revela-se de grande importância para a estabilidade oclusal. Apesar de não existirem regras
absolutas para descrever as relações axiais dos dentes superiores e inferiores em oclusão cêntrica, sabe-se que cada dente está colocado no ângulo que melhor resiste às linhas de força incidentes durante a função do mesmo.
Figura 2.12: Curva de Wilson (imagem de [Bastos, 2000]).
Figura 2.13: Angulação dos eixos dos dentes: A – incisivos; B – primeiro molar; C – segundo pré-molar; D – primeiro pré-molar; E – segundo pré-molar; F – terceiro molar (imagem de [Major, 1987]).
Os eixos dos dentes incisivos formam com o plano horizontal um ângulo de cerca de 60º e um ângulo mais agudo com os dentes inferiores. Os caninos estão localizados de tal modo, que os seus eixos são menos agudos seguidos pelos primeiros pré-molares que se assemelham aos caninos na forma de se posicionarem. Os eixos dos segundos pré-molares e dos primeiros molares superiores são quase paralelos ao plano horizontal. Os segundos e terceiros molares inferiores formam com a horizontal ângulos ligeiramente mais agudos que o eixo do primeiro molar.
2.3.5: Forma funcional dos dentes
Quando os dentes de um arco entram em contacto oclusal com os seus antagonistas durante os vários movimentos mandibulares, faces curvas, que podem ser côncavas ou convexas, contactam-se. Uma face convexa, representando um segmento do terço oclusal de um dente, pode entrar em contacto com um segmento convexo ou côncavo de outro dente; no entanto, são sempre segmentos curvos que entram em contacto, Figura 2.14.
Figura 2.14: Os terços incisal e oclusal da coroa dental apresentam superfícies côncavas ou convexas em todas as áreas
de contacto oclusal (imagem de [Major, 1987]).
A face lingual dos incisivos superiores apresenta uma certa superfície côncava, onde a zona convexa da margem incisal dos incisivos inferiores entra em contacto oclusal.
O contacto oclusal das cúspides, cristas marginais e sulcos dos dentes posteriores multicuspidados podem ser traduzidos pelos desenhos esquemáticos da Figura 2.15.
Embora os dentes em oclusão cêntrica pareçam intercuspidar intimamente, verifica-se que existem escapes. Estes escapes, que podem atingir alguns milímetros [Major, 1987], são necessários para que a oclusão seja eficiente durante a mastigação.
As zonas de escape surgem em consequência das formas das cúspides, dos sulcos e dos espaços interdentais, ou ameias quando os dentes ocluem, e são alteradas quando a relação oclusal é modificada.
Figura 2.15: A - Desenho esquemático da face mesial das coroas dos primeiros molares superiores e inferiores em relação cêntrica (foram colocados círculos dentro dos contornos das formas cuspídeas para enfatizar as curvaturas); B - Esquema das relações de contacto em dentes não desgastados;
C - Modificação nas relações de contacto oclusal com o desgaste (imagem de [Major, 1987]).
2.3.6: Contacto oclusal
Uma vista vestibular de uma dentadura normal em oclusão cêntrica mostra que cada dente de um arco oclui com porções de dois dentes do arco oposto, Figura 2.16, com excepção do incisivo central inferior e do terceiro molar superior. Cada uma das excepções apresenta somente um antagonista no arco oposto. Tal serve para equilibrar as forças de impacto na oclusão, distribuir o trabalho e auxiliar na preservação da integridade da dentadura no caso da perda de um dente.
Figura 2.16: Relações vestibulares dos dentes nos arcos
opostos (imagem de [Bodin, 2004]).
A permanência da forma do arco depende do suporte mútuo dos dentes em contacto. Em caso de perda de um dente, os restantes tendem a ocupar o seu espaço de modo a preencher o vazio, conduzindo a uma perturbação das relações de contacto.
Os arcos dentais formados por pares de dentes, um direito e outro esquerdo, iniciam-se na linha mediana. Cada par é constituído por dois dentes semelhantes em forma e dimensão, mas, uma vez que um é direito e o outro esquerdo, a forma de contorno inverte-se de um lado e do outro, para acomodar a situação. Os incisivos centrais só estão em contacto um com o outro na linha mediana; os outros pares estão distais aos centrais e o representante de cada par estará à direita ou à esquerda e em contacto em ambos os lados, com os representantes de outros pares. Cada arco é simétrico bilateralmente ocorrendo a divisão em metade na linha mediana.
O arco mandibular é mais estreito do que o arco maxilar, quando medido nas faces vestibulares dos dentes posteriores. Esta relação é consequência das diferenças na largura mésio-distal entre os dentes anteriores superiores e inferiores (em particular os incisivos), e da projecção lingual das coroas dos dentes posteriores inferiores.
O trespasse horizontal (sobressaliência) dos dentes é a característica na qual a crista incisal ou crista da cúspide vestibular dos dentes superiores, se estende vestibularmente à crista incisal, ou crista da cúspide vestibular dos dentes inferiores, quando os dentes estão em relação de oclusão cêntrica, Figura 2.17.
O trespasse vertical (sobremordida) dos dentes é a característica na qual a crista incisal dos dentes anteriores e superiores, estende-se abaixo da crista incisal dos dentes anteriores inferiores, quando os dentes estão em relação de oclusão cêntrica, Figura 2.17. A presença do trespasse horizontal nos molares previne a mordida da bochecha.
As cúspides linguais dos dentes posteriores superiores e as cúspides vestibulares dos dentes posteriores inferiores são as cúspides de suporte. Os pontos cêntricos são as áreas de contacto que uma cúspide de suporte estabelece com os dentes oponentes. A Figura 2.18, apresenta uma representação esquemática de todos os pontos cêntricos.
As relações de contacto oclusal fora da oclusão cêntrica envolvem todos os movimentos mandibulares possíveis localizados dentro dos movimentos bordejantes. Esses movimentos são geralmente denominados por movimentos lateral, lateral protrusivo, protrusivo e retrusivo. Os movimentos lateral e lateral protrusivo, podem dar-se tanto para a direita como para a esquerda. Quando se
fala em movimento lateral, frequentemente exclui-se o movimento protrusivo lateral e os movimentos básicos são reduzidos ao movimento lateral direito e esquerdo (movimentos de protrusão e retrusão).
Figura 2.17: Sobressaliência e sobremordida (imagem adaptada de [ADMT, 2005]).
Figura 2.18: Esquema idealizado para todos os contactos das cúspides de suporte com fossas e cristas marginais dos dentes oponentes: A - arco superior;
B - arco inferior (imagem de [Ramfjord, 1984]).
Durante o movimento lateral direito, a mandíbula baixa e os arcos dentais ficam separados, a mandíbula move-se para a direita e os dentes contactam nos pontos à direita da oclusão cêntrica no lado de trabalho direito. No lado esquerdo, denominado lado de balanceio, os dentes podem ou não estar em contacto.
Por outro lado, durante o movimento protrusivo, a mandíbula baixa e move-se directamente para a frente fazendo com que os dentes anteriores contactem nos pontos mais favoráveis para a incisão dos alimentos. O movimento protrusivo é seguido por um movimento retrusivo até à oclusão cêntrica.
Nos movimentos laterais de mastigação, a mandíbula vai para baixo e para a direita ou para a esquerda em oclusão cêntrica. À medida que o ciclo de movimento continua e retorna à oclusão cêntrica, as porções vestíbulo-oclusais dos molares inferiores entram em contacto com as porções oclusais dos molares superiores, lingualmente ao topo das cúspides vestibulares e em contacto com as cristas triangulares das vertentes de cada um dos lados, continuando o contacto deslizante até que a oclusão cêntrica seja completada.
2.4: Resumo
A mandíbula e a articulação temporomandibular formam um complexo sistema biomecânico. A articulação temporomandibular é constituída por ossos, ligamentos, disco articular e membrana sinovial e faz a ligação entre a mandíbula e o crânio. A sua particular construção permite que a mandíbula, se mova segundo seis graus de liberdade.
Os músculos masseter, temporal e pterigóideos estão directamente relacionados com os movimentos da mandíbula que pode ser descida ou elevada, retruída ou potruída e pode rodar em torno de um eixo horizontal.
Para os médicos dentistas, o conhecimento da trajectória 3D do ponto incisivo projectada nos planos sagital, horizontal e frontal é importante na detecção de disfunções temporomandibulares. Vários aspectos da oclusão, tais como o seu desenvolvimento, a forma do arco dental, a forma funcional dos dentes também podem ser reveladores quanto à existências de problemas ao nível da articulação.
Torna-se assim importante em Medicina Dentária a utilização de dispositivos que permitam a aquisição e análise do movimento mandibular 3D.
3.
Disfunções Temporomandibulares:
Causas e Diagnóstico
3.1: Disfunções temporomandibulares
A expressão “disfunções temporomandibulares” (DTM) tem sido usada como um termo genérico para diagnosticar dores faciais e disfunções maxilares. Apesar de ser referido como síndrome, actualmente os investigadores apoiam a ideia de que as DTM sejam um grupo de problemas relacionados com o sistema mastigatório, anormalidades morfológicas intra-articulares, mialgias, diferentes tipos de deslocamentos do disco, doenças articulares degenerativas, artrites inflamatórias, sinusais e condições congénitas e neoplásticas que afectam a articulação temporomandibular [Crusoe-Rebello, 2003].
A identificação precisa dos sintomas referidos anteriormente permite classificar as disfunções como articulares e musculares, e o seu correcto diagnóstico revela-se de grande importância para a definição do plano de tratamento mais apropriado.
Os problemas temporomandibulares podem-se manifestar através de dores intensas nas articulações, mialgias nos músculos mastigadores, ruídos articulares e anomalias na cinemática mandibular [Laplanche, 2002]. A oclusão também pode ser afectada sendo responsável pelo desgaste excessivo dos dentes ou mesmo pela perda destes [Weingärtner, 1997, 1998]. Ramfjord [Ramfjord, 1984] acrescenta que as disfunções podem prejudicar (contínua ou intermitente) a audição e provocar sensação de falta de ar ou “obturação” nos ouvidos (nos momentos da refeição), sensação de assobio, vertigem e dor nebulosa dentro e em redor dos ouvidos. Oliveira [Oliveira, 2003] afirma que dores cervicais também podem ser resultado destas disfunções.
Os dados actuais [Lapanche, 2002] revelam que não existe um paralelo anatomo-clinico; isto é, grandes alterações morfológicas não implicam obrigatoriamente impotência funcional e que não existe um método terapêutico invasivo (cirurgia, reabilitação oclusal total, etc.) que seja superior aos tratamentos convencionais. Assim sendo, o tratamento das disfunções passa pela sedação dos sintomas dolorosos, pelo aumento da mobilidade mandibular, com o objectivo de melhorar as funções mastigatórias, pela optimização das condições funcionais (posição dos côndilos, funcionamento neuromuscular, etc.) afim de
favorecer a adaptação fisiológica dos tecidos e, finalmente, pela optimização eventual das funções oclusais, com o objectivo de melhorar o compromisso entre o decurso da terapia e os benefícios desta.
3.2: Diagnóstico das disfunções temporomandibulares
De modo a evitar diagnósticos imprecisos e tratamentos incorrectos, deve-se fazer um exame físico ao paciente e estudar a sua história clínica.
Aquando da elaboração da história clínica, o dentista deve ouvir as queixas do paciente e indagar no sentido de recolher informações pertinentes sobre os sintomas: é importante saber quando surgiram, o tipo e a distribuição da dor, se a dor está associada a um tipo de movimento mandibular em particular, à mastigação, a um determinado momento do dia, ao bruxismo13, etc. Também é
relevante saber se existe alguma restrição ou impedimento dos movimentos mandibulares, se existem ruídos ou estalos nas articulações temporomandibulares e se existem sintomas periféricos nas mesmas articulações.
Também devem ser recolhidas informações sobre a existência de artrite ou reumatismo noutras partes do corpo, mialgias ocupacionais e posturais, tensões psíquicas ou emocionais, tensão e fadiga físicas e sobre doenças e desordens sistémicas. O comportamento do paciente durante a elaboração da história clínica deve ser observado com atenção porque pode ser revelador do seu estado psíquico.
O exame físico deve incluir um exame sistemático da articulação temporomandibular, da cabeça e do pescoço e algumas observações do corpo todo. Por vezes, para um correcto diagnóstico das disfunções, pode ser necessário recorrer a exames radiográficos e a testes terapêuticos.
O médico dentista deve verificar se existe assimetria da face e/ou da cabeça e outras irregularidades que possam indicar hipertrofia ou atrofia dos músculos, intumescimento ou lesão traumática.
O padrão do movimento mandibular também pode ser revelador quanto à existência de disfunção. Os desvios dos movimentos mandibulares podem estar
13 A palavra bruxismo é utilizada, em Medicina Dentária, para designar o ranger e desgaste dos dentes por propósitos não funcionais.
