Jorge Faber responde:
O que é a prototipagem rápida e como ela pode ser utilizada para avaliação
de dentes inclusos?
Rosely Suguino
introdução
Talvez por coincidência, eu presenciei o nascimento da proto-tipagem rápida na área da saúde no Brasil e a considero um dos avanços de diagnóstico mais promissores da atualidade.
A técnica compreende o uso de várias tecnologias que utilizam dados de arquivos de desenho auxiliado por computador (CAD; abreviatura do inglês “computer aided design”) para produzir mo-delos físicos por um processo de adição de material7. Existem diver-sas tecnologias de prototipagem rápida e, entre elas, as de maior precisão e qualidade são sinterização a laser (SLS), estereolitografia (SLA) e PolyJet.
É importante observar que a resolução das tomografias com-putadorizadas (CTs) existentes hoje não explora toda a qualidade possível de um modelo de prototipagem, pois as camadas de resina polimerizadas são mais delgadas que as fatias obtidas pelo tomó-grafo13.
A primeira aplicação da prototipagem rápida especificamente para a Ortodontia foi, provavelmente, dada por mim e pelos colegas Patrícia Berto e Marcelo Quaresma6. Ela teve como objetivos diag-nosticar a impacção de um canino maxilar incluso, confeccionar um acessório específico para o tracionamento do dente e auxiliar os ci-rurgiões Marcos Anchieta e Frederico Salles na navegação intra-ope-ratória de exposição e colagem do acessório individualizado6.
Hoje, modelos de prototipagem para avaliação de impacções dentárias e dentes supranumerários se tornaram uma rotina em minha clínica e não concebo mais o tratamento de pacientes por-tadores dessas condições sem tal exame.
PASSOS PARA OBTENÇÃO DO PROTÓTIPO DENTÁRIO Solicitação da tomografia computadorizada
A solicitação da tomografia computadorizada (CT) é o primeiro passo para a obtenção de um protótipo dentário de boa qualidade e, sempre que solicitado, o exame precisa atender a alguns crité-rios.
O primeiro é que toda a região da mandíbula e maxila deve ser varrida com cortes axiais de espessura não maior que 1,0mm. Alguns tomógrafos permitem cortes até mais finos e quanto mais delgados forem os cortes, melhor será a qualidade do modelo.
Outra questão importante é que os arcos dentários precisam estar levemente afastados durante o exame para não ocorrer uma fusão das imagens dentárias. Em outras palavras, se os dentes esti-verem se tocando durante o exame pode ser impossível separar, por exemplo, os molares superiores e inferiores, pois estes pertencerão a uma única estrutura radiográfica. Para atingir esse objetivo, o pa-ciente deve morder uma placa de cera ou resina acrílica que afaste os dentes posteriores cerca de um a dois milímetros. O ideal é que o próprio ortodontista provenha essa placa ao paciente na forma de um registro interoclusal.
Além disso, a solicitação do exame deve trazer, expressamente, a orientação para que a clínica radiológica salve as imagens tomo-gráficas em CD-ROM, fita DAT 8.0 mm, disco óptico de 5,25” ou em disco Zip. Os arquivos contidos na mídia são imagens em duas dimensões (2D) no formato Dicom (*.DCM; abreviatura do original em inglês “Digital Imaging and Communications in Medicine”; pro-nuncia-se “daicom”).
A seguir os arquivos são encaminhados para uma empresa que confecciona o protótipo e são anexadas orientações a respeito dos objetivos do modelo. Não há necessidade de se encaminhar as películas tomográficas. A empresa que possui maior experiência e qualidade com esse tipo de trabalho é a Artis Prototipagem15. Ela se encarregará de uma série de passos computacionais para a confecção do protótipo.
Procedimentos em programas de computador e de produção do modelo
Esses procedimentos não são realizados pelo cirurgião-dentis-ta, mas sim pela empresa de prototipagem. Nela, os arquivos Dicom são importados para um programa de reconstrução de imagens to-mográficas. Esse programa realiza o trabalho de empilhamento das imagens e construção do modelo 3D virtual. Uma vez que o pro-grama tenha feito a reconstrução da área do exame, é possível se-lecionar diferentes estruturas com base nas diferentes densidades dos tecidos, pois os arquivos Dicom guardam informações sobre as densidades de cada região. Baseado no fato de que a densidade mínima dos tecidos dentários mineralizados é 1476HU (Unidades Hounsfield), da substância compacta do tecido ósseo 176HU e dos tecidos moles -324HU2, o operador do programa deve determi-nar que sejam reproduzidas estruturas com densidade acima de 1476HU para que todos os tecidos, com exceção dos tecidos duros dentários, sejam eliminados.
A empresa de prototipagem também irá limpar os artefatos produzidos por restaurações e/ou implantes metálicos, com o in-tuito de melhorar a qualidade final do modelo produzido. Assim que a imagem esteja pronta, é gerado um arquivo STL (*.STL; abre-viatura do inglês “Structured Triangular Language”) que representa o modelo tridimensional na forma de uma malha de triângulos.
Um programa, tal como o Objet Studio (Objet Geometries, Is-rael), envia o arquivo STL para a máquina de prototipagem rápida, que recebe a imagem em malha de triângulos e a fatia em finas camadas. A máquina de prototipagem constrói um modelo em re-sina, depositando camada por camada, e reproduz com fidelidade as informações obtidas através da CT.
APRESENTAÇÃO DE CASO
Para ilustrar esses passos e apresentar o modelo de prototipa-gem propriamente dito, escolhi um dos primeiros pacientes para o
qual confeccionei um modelo para diagnóstico e planejamento do tratamento de caninos impactados.
A paciente do gênero feminino, com 12 anos e 2 meses de ida-de, compareceu para consulta inicial acompanhada de seus pais, que relatavam uma queixa principal de má posição dos dentes. Na anamnese concluiu-se que suas histórias médica e odontoló-gica não eram relevantes. O exame clínico e os modelos de estudo mostraram que ele possuía má oclusão Classe I de Angle. A análise de exames complementares radiográficos (radiografias cefalomé-trica, panorâmica e periapicais da boca inteira) revelou que ela apresentava impacção dos dentes 13 e 23 (Fig. 1).
Para melhor avaliar a posição dos caninos, decidiu-se confec-cionar um protótipo dos dentes superiores e, para tanto, foi solici-tada uma CT helicoidal “multislice” da maxila.
Foram obtidos 160 cortes tomográficos com 1.0 mm de espes-sura. Cada corte era sobreposto 0,5mm sobre o próximo. Os arqui-vos Dicom da tomografia foram importados por um programa de processamento de imagens tomográficas (Vworks 5.0TM, Cybermed, Coréia) que reconstruiu a área de interesse (Fig. 2 A). Após a
elimi-nação de todos os tecidos, com exceção dos tecidos duros dentá-rios (Fig. 2B), foi gerado um arquivo STL (Fig. 3).
Esse arquivo foi importado para um programa de computação gráfica (3DS Max® 6, Autodesk, Inc., EUA) para edição, consistindo no modelamento de pontes cilíndricas que conectavam todos os dentes (Fig. 4). Isso era necessário porque alguns dentes, em es-pecial os caninos, perdiam a continuidade com qualquer estrutura após a remoção do tecido ósseo. Assim, caso a prototipagem fosse realizada sem a confecção das pontes, os dentes seriam indepen-dentes uns dos outros e o modelo não serviria para o estudo de suas relações espaciais.
A seguir esse arquivo foi exportado novamente para o formato STL. O arquivo gerado foi aberto em um programa de gerenciamen-to de construção de protótipos (Objet Studio, Objet Geometries, Israel) e enviado para uma máquina de prototipagem (Eden 330 PolyJetTM, Objet Geometries, Israel). O protótipo foi construído por meio da deposição de camadas de resina acrílica com espessura de 0,016mm, polimerizadas com luz ultra-violeta (Fig. 5 A - D). O preço desse protótipo foi R$ 300,00.
Figura 1 - Radiografias demonstram a impacção dos caninos maxilares. a) Radiografia panorâmica da paciente cujos detalhes realçam, respectivamente,
B, C) os caninos superiores direito e esquerdo. D) Parte da radiografia cefalométrica lateral da paciente, a seta indica a região das impacções.
a
Figura 2 - a) Os arquivos Dicom permitiram a reconstrução tridimensional da área de interesse. B) Após a determinação que todas as estruturas com densidade abaixo de 1476 HU fossem eliminadas, obteve-se a imagem dos dentes isoladamente.
Figura 3 - O programa de processamento de imagens tomográficas eliminou todos os tecidos, com exceção dos tecidos duros dentários. A seguir foi gerado um arquivo STL (abreviatura do inglês “Structured Triangular Language”). Esse arquivo representa o modelo tridimensional na forma de uma malha de triângulos.
Figura 4 - O arquivo STL foi importado para um programa de computação gráfica. A imagem original foi editada com a construção de pontes cilíndricas (em azul) que conectavam todos os dentes.
Figura 5 - Modelo de prototipagem dos dentes superiores. a, B)Perspectivas anterior e superior, elucidando a relação dos caninos com os incisivos.
C, D) Vistas lateral oblíqua direita e lateral esquerda, mostrando as relações que os caninos possuem com os pré-molares. O tracionamento de caninos nessas posições exporia os incisivos e os pré-molares ao risco de reabsorções.
a B
O modelo obtido foi utilizado como meio de navegação intra-operatória para remoção dos caninos maxilares pelo Dr. Marcos Anchieta (Brasília/DF). O tempo total de cirurgia, incluindo aneste-sia e sutura, foi de 38 minutos. O edema resultante foi muito pe-queno e a paciente relata não ter sentido qualquer dor no período pós-operatório.
DISCUSSÃO
A utilização da prototipagem nas impacções dentárias tende a proporcionar muitas vantagens em relação à utilização de radio-grafias convencionais ou CTs. Vários são os motivos que sustentam essa concepção.
As radiografias convencionais são limitadas, pois permitem a construção de uma imagem tridimensional apenas na mente do profissional que avalia o exame. Essa modelagem na imaginação possui muitas limitações e a primeira delas é de comunicação entre profissionais e, ainda mais importante, entre profissinais e pacien-tes. Explicar aos pacientes a relação espacial que dentes apresen-tam com base em radiografias é uma tarefa difícil. Especialmente porque esse exame permite, a nós profissionais, inferir apenas a posição da coroa dentária. Não é possível, na grande maioria dos casos, precisar a relação que as raízes dentárias exibem.
Essa limitação expõe a segunda fraqueza do exame radiográfico convencional: como controlar tridimensionalmente o movimento de um dente do qual não se sabe detalhes da posição espacial? Essa incerteza, provavelmente, explica parte das reabsorções radicula-res de incisivos laterais, incisivos centrais, e pré-molaradicula-res durante o tracionamento de caninos impactados. Essas complicações são freqüentes e ocorrem em até cerca de 38% dos dentes adjacentes a caninos impactados5.
Tenho comparado a movimentação de caninos impactados ao antigo jogo “pega-varetas”, que muitos de nós jogamos na in-fância. A retirada de uma vareta interposta a outras, sem mexer nestas, demanda uma visão cuidadosa da relação que possuem e é uma tarefa de tirar o fôlego! Nós ortodontistas “brincamos” de pega-varetas com os dentes de nossos pacientes e corremos o ris-co de desencadearmos reabsorções radiculares importantes, e essa é uma tarefa de tirar o sono!
Um entendimento mais completo das relações espaciais dos dentes pode ser obtido com a CT9,11. O exame é composto por cortes que, analisados individualmente, fornecem muito mais dados aná-tomo-dentários que as radiografias convencionais. Quando utiliza-do, já mudou 44% dos planejamentos de tratamento de pacientes com caninos impactados5. Contudo, ainda restringe a montagem da imagem tridimensional à mente do profissional.
Essa limitação pode ser suplantada pela reconstrução tridimen-sional proporcionada pelos programas de computador. A disponibi-lidade de ferramentas internas a certos programas, que viabilizam
a aplicação de janelas de seleção de estruturas de acordo com suas unidades Hounsfield, aumentou a capacidade dos tomógrafos. A imagem gerada por esse método permite uma visualização iso-lada da dentição por diferentes perspectivas. Entretanto, continua-mos a ter limitações nas informações extraídas, oriundas de outro fator: os sentidos utilizados na percepção do mundo.
O Homo sapiens partilha com os demais mamíferos uma
his-tória evolutiva de milhões de anos que culminou com o desen-volvimento da percepção do mundo por meio dos cinco sentidos. Quanto mais sentidos empregamos na compreensão de algo, me-lhor é seu entendimento. Isso pode ser muito bem exemplificado quando lembramos o comportamento de uma criança ao tomar contato pela primeira vez com um objeto. Ela, instintivamente, o pega. Isso não acontece por falta de educação, bons modos, mas porque dessa maneira ela usa mais a percepção tátil do que a visão. Se o cheirar e colocar na boca, terá usado quatro sentidos e, se o sacudir e fizer barulho, os cinco sentidos descritos por Aristóteles terão sido exercitados e ela terá maximizado seu reconhecimento do mundo.
A estridente vantagem que a prototipagem possui sobre a uti-lização de outros métodos de diagnóstico por imagem vem exa-tamente do emprego da percepção tátil. Uma boa forma de notar isso é fazer analogia com outro exame complementar: o modelo de gesso. Dispomos de recursos fotográficos avançados para registrar as relações dentárias; máquinas fotográficas com mais megapixels do que, talvez, necessitamos. Apesar disso, o modelo de gesso, o exame complementar mais arcaico da Odontologia, é fundamental! Por quê? Porque o manuseio dos modelos proporciona uma extra-ção de informações sobre a natureza do problema do paciente que a simples inspeção visual não permite. Muitos clínicos experientes concordam comigo que não basta olhar o modelo. É necessário manuseá-lo.
Assim, valer-se de um protótipo permite ao profissional retirar informações do exame que não estão disponíveis por outros meios, pois faz parte de nossa natureza perceber o mundo também pelo tato.
Contudo, ao se efetivar a construção do protótipo, inevitavel-mente, surge a necessidade de se considerar a razão benefício/cus-to, tanto no aspecto financeiro, quanto no que tange a exposição à radiação.
A CT e o modelo de prototipagem em conjunto têm um preço mais alto que os exames radiográficos convencionais. Mas essas tecnologias têm se tornado, gradativamente, mais acessíveis e po-derão, em um curto prazo, se tornar exames complementares usa-dos freqüentemente na clínica ortodôntica.
Por sua vez, a principal desvantagem envolvida no emprego desse exame é a necessidade de expor o paciente à radiação de uma CT1. Em minha opinião, aumentar a segurança e melhorar os
resultados de tratamento ortodôntico justificam a CT em decorrên-cia da importândecorrên-cia que os dentes possuem. A quantidade de radia-ção necessária para se realizar o exame tem diminuído à medida que as tecnologias de programas de computador e equipamentos periféricos evoluem8. Adicionalmente, a utilização da prototipagem tende a facilitar os procedimentos cirúrgicos8. Esse benefício já foi demonstrado em outras cirurgias3,10,12, que não a remoção ou expo-sição de dentes impactados. A duração das cirurgias diminui entre 17% e 60%3,4,8,14, com menor trauma e pós-operatório mais confor-tável14, e com menor probabilidade de complicações. Esses achados se confirmaram no tratamento da paciente aqui relatada, mas não constituem evidência científica, pois necessitaríamos de uma casu-ística maior e a repetição do trabalho por outros pesquisadores.
Por fim, acho importante grifar certas questões:
1) Um protótipo como demonstração pode, hoje, ser adquirido no mercado, mesmo como demonstração15.
2) Sua confecção não demanda qualquer conhecimento de in-formática por parte do dentista, pois os passos in silico são
cum-pridos pela empresa que realiza o protótipo.
3) O advento da prototipagem dentária é, no meu ponto de vis-ta, um grande salto para o diagnóstico e o tratamento de impações dentárias.
AGRADECIMENTOS
Agradeço Carolina Hecksher Faber por sua importante ajuda na elaboração desse manuscrito.
RefeRências
1. BISHARA, S. E. Impacted maxillary canines: a review. am J Orthod Dentofacial Orthop, St. Louis, v. 101, p. 159-171, 1992.
2. CHOWDHURY, B.; SJOSTROM, L.; ALPSTEN, M.; KOSTANTY, J.; KVIST, H.; LOFGREN, R. A multicompartment body composition technique based on computerized tomography. int J Obes Relat Metab Disord, London, v. 18, p. 219-234, 1994.
3. D’URSO, P. S.; BARKER, T. M.; EARWAKER, W. J.; BRUCE, L. J.; ATKINSON, R. L.; LANIGAN, M. W. et al. Stereolithographic biomodeling in cranio-maxillofacial surgery: a prospective trial. J craniomaxillofac surg, Edinburgh, v. 27, p. 30-37, 1999. 4. ERICKSON, D. M.; CHANCE, D.; SCHMITT, S.; MATHIS, J. An opinion survey of reported
benefits from the use of stereolithographic models. J Oral Maxillofac surg, Philadelphia, v. 57, p. 1040-1043, 1999.
5. ERICSON, S.; KUROL, J. Resorption of incisors after ectopic eruption of maxillary canines. A CT study. angle Orthod, Appleton, v. 70, p. 415-423, 2000.
6. FABER, J.; BERTO, P. M.; QUARESMA, M. Rapid prototyping as a tool for diagnosis and treatment planning of maxillary canine impaction. am J Orthod Dentofacial Orthop, St. Louis. No prelo.
7. GRIMM, T. User’s guide to rapid prototyping. Dearborn: Society of Manufacturing Engineers, 2004.
8. HALAZONETIS, D. J. From 2-dimensional cephalograms to 3-dimensional computed tomography scans. am J Orthod Dentofacial Orthop, St. Louis, v.127, p. 627-637, 2005.
9. KIM, K. D.; RUPRECHT, A.; JEON, K. J.; PARK, C. S. Personal computer-based three-dimensional computed tomographic images of the teeth for evaluating supernumerary or ectopically impacted teeth. angle Orthod, Appleton, v. 73, p. 614-621, 2003. 10. LEE, S. J.; JUNG, I. Y.; LEE, C. Y.; CHOI, S. Y.; KUM, K. Y. Clinical application of
computer-aided rapid prototyping for tooth transplantation. Dent Traumatol, Copenhagen, v. 17, p. 114-119, 2001.
11. PREDA, L.; LA FIANZA, A.; DI MAGGIO, E. M.; DORE, R.; SCHIFINO, M. R.; CAMPANI, R. et al. The use of spiral computed tomography in the localization of impacted maxillary canines. Dentomaxillofac Radiol, Houndsmills, v. 26, p. 236-241, 1997.
12. SARMENT, D. P.; SUKOVIC, P.; CLINTHORNE, N. Accuracy of implant placement with a stereolithographic surgical guide. int J Oral Maxillofac implants, Lombard, v. 18, p. 571-577, 2003.
13. VWORKSTM 4.0. Personal user guide. Korea: CyberMed, 2002.
14. WAGNER, J. D.; BAACK, B.; BROWN, G. A.; KELLY, J. Rapid 3-dimensional prototyping for surgical repair of maxillofacial fractures: a technical note. J Oral Maxillofac surg, Philadelphia, v. 62, p. 898-901, 2004.
15. PROTiPaGeM. Disponível em: <http://www.artis.com.br>. Acesso em: 22 dez. 2005
- Doutor em Biologia Animal – Morfologia pela Universidade de Brasília. - Mestre em Odontologia - Ortodontia pela Universidade Federal do Rio de Janeiro. - Clínica privada voltada para o atendimento de pacientes adultos.
Jorge Faber
SCN Brasília Shopping sala 408 CEP 70715-900 - Brasília-DF e-mail: jorgefaber@terra.com.br
