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01capítul o pRINcípIoS DE aQuISIÇÃo DE IMaGENS EM toMoGRaFIa coMputaDoRIZaDa D esde a descoberta da radiação X por Ro- entgen em 1895, a busca por sistemas de imagem que proporcionem efetividade no processo de diagnóstico e resolutivi- dade para os problemas surgidos durante os pro- cedimentos clínicos tem sido constante. Uma das grandes limitações para a Ortodontia sempre foi a bidimensionalidade proporcionada pelas imagens radiográficas convencionais. Na tentativa de solu- cionar este problema, o uso de imagens ortogonais entre si, como telerradiografias laterais e frontais, tem sido empregado desde a descrição da cefalo- metria por Broadbent em 1931. Marcelo Augusto Oliveira de Sales Patrícia de Medeiros Loureiro Lopes Dentro desse contexto, as técnicas tomográ- ficas vieram revolucionar a maneira de visualizar o complexo maxilofacial. Descrita inicialmente por Hounsfield e Cormack no fim da década de 60, a tomografia computadorizada revolucionou o diagnóstico por imagem. A partir dos princípios matemáticos descritos por Radon, Hounsfield esta- beleceu o principio que até hoje norteia a formação das imagens digitais produzidas pelos aparelhos de tomografia computadorizada. 3 | A Tomografia Cone-beam Aplicada princípio tomográfico | tomografia convencional Historicamente, o princípio de formação das ima- gens tomográficas foi escrito por Bocage na década de 20 e envolvia uma dinâmica sincronizada entre a fonte de raios-X e o receptor de imagem (filme ra- diográfico). Neste tipo de técnica existem diferenças fundamentais em relação às técnicas convencionais. No princípio tomográfico, a formação das imagens é realizada por meio de um modo dinâmico, em que a fonte de raios-X e o dispositivo receptor de imagem (filme) se movem de maneira sincrônica e antagôni- ca, em um ângulo determinado, referenciado como ponto de fulcro. Tudo que se localiza neste ponto de fulcro ou camada focal é exibido na imagem de maneira detalhada, sendo as estruturas localizadas fora da camada focal borradas. (Figura 01 – princípio tomográfico clássico). Tal movimento pode ser rea- lizado tanto no plano horizontal quanto no vertical. A variação do ângulo e a complexidade (trajetó- ria) dos movimentos realizados entre fonte e receptor de imagem tornam a imagem melhor ou pior, permi- tindo a visualização das estruturas dentro da camada focal. Desta maneira são produzidas as imagens tomo- gráficas lineares, espirais ou hipocicloidais. Todas estas Fig. 01 – PrinCíPiO TOMOgráFiCO: Através de um movimento sincrônico e anta- gônico entre fonte de raios X e receptor de imagem, as estruturas superpostas (A, B e C) são dissociadas. Como B localiza-se no vértice do movimento (ponto de fulcro), sua imagem permanece nítida, enquanto A e C tornam-se borradas. imagens são descritas como tomografias convencio- nais (não computadorizadas) e podem inclusive ser re- alizadas por aparelhos de radiografia panorâmica, que produzem as imagens conhecidas como tomografias lineares (Figura 02 A-D – tomografias lineares). Atu- almente, com o advento dos receptores de imagem baseados em detectores planos e placas de fósforo na radiologia digital, retomou-se o interesse nas técnicas tomográficas convencionais através da tomossíntese. Fig. 02 A-D – iMAgenS TOMOgráFiCAS obtidas com base no princípio clássico. A e B – Radiografias panorâmicas com áreas mandibulares edêntulas. C e D – Tomo- grafias lineares de mandíbula evidenciando a possibilidade de mensuração óssea em altura e espessura das corticais mandibulares. Verifica-se que a imagem ficou borrada devido à superposição das áreas adjacentes. A B Fonte de raios-X Receptor de imagem BC A A DC 4 DIaGNÓStIco 3D EM oRtoDoNtIa Imagens de tomografia computadorizada Para formação das imagens tomográficas compu- tadorizadas, o princípio dinâmico de maneira geral é o mesmo. Entretanto, no lugar de receptores de imagem convencionais (filme), é usado um arran- jo de detectores cerâmicos/gasosos (tomografia computadorizada espiral/helicoidal) ou um detec- tor plano feito de silício amorfo impregnado com iodeto de césio (tomografia computadorizada por feixe cônico - TCFC), em um processo muito similar ao utilizado na produção de semicondutores. A tra- jetória do movimento passa a ser circular ao redor da estrutura a ser avaliada. Na tomografia computadorizada espiral, a fon- te gira ao redor do paciente que se encontra em decúbito dorsal e um feixe de raios X delgado em forma de leque é emitido (Figura 03 – tomógrafo es- piral). Os conceitos de atenuação radiográfica dife- rencial são os mesmos das tomadas convencionais, em que os tecidos de maior densidade e espessura atenuam o feixe de radiação. Após a interação dos raios X com os tecidos, os fótons emergentes são captados pelos detectores e estes realizam a con- versão analógico-digital (através de processos com- putacionais conhecidos como algoritmos) para a formação da imagem digital final. No processo de aquisição das imagens, o conjunto fonte/detector gira de forma sincronizada. Fig. 03 – TOMógrAFO COMPuTADOrizADO eSPirAL. O paciente é posicionado em decúbito dorsal enquanto a fonte e o conjunto de detectores gira ao redor da mesa. Neste tipo de aquisição tomográfica podem ser adquiridas uma ou mais imagens (tomógrafos multislice) por rotação da ampola. 5 | A Tomografia Cone-beam Aplicada Cumpre ressaltar que todas as imagens obtidas em tomografia computadorizada são digitais nati- vas, armazenadas em formato específico (extensão de arquivo) (DICOM – http://medical.nema.org/ - Figura 04 – DICOM home page) e que atendem a requisitos específicos tanto no campo legal quanto no campo do diagnóstico. Este formato de imagem permite a visualiza- ção das imagens através de qualquer programa que leia/interprete o formato DICOM, facultando ao profissional processos como diagnóstico à dis- tância, confecção de protótipos, entre outros. No processo de aquisição espiral (single ou multislice), as imagens são obtidas de maneira específica, per- pendicular à mesa (imagens axiais originais) e, de- pois, reunidas por meio de programas específicos de computador, gerando, desta maneira, o volume total. O princípio de aquisição dos sistemas espirais dá origem a imagens axiais que posteriormente são “unidas” através de programas de computador, dando origem às imagens coronais e sagitais. Nes- tes casos, vários fatores como espessura de corte, intervalo de reconstrução e algoritmos (métodos) de reconstrução vão influenciar no resultado final da imagem a ser visualizada. Este processo é deno- minado aquisição. tomografia computadorizada por feixe cônico (cone-Beam computed tomography) – aquisição Paralelamente aos trabalhos de aprimoramento dos métodos de aquisição espiral que resultariam nos tomógrafos single e multislice, na década de 90, Feldkamp. Davis e Kress desenvolveram um algoritmo, inicialmente utilizado para ensaios não destrutivos e avaliação de materiais na Ford Mo- tors, que, em vez de utilizar um feixe em forma de leque, baseava-se em um feixe de radiação em for- mato de cone. (Figura 05 A-E – aquisição espiral e aquisição por TCFC). Tal algoritmo possibilitou o aprimoramento de um método denominado TCFC (tomografia computadorizada por feixe cônico). Neste princípio de aquisição, todo o feixe de raios X produzido pela fonte geradora seria utilizado, tornando o seu uso mais racional. Ao contrário dos Fig. 04 – Home page DO FOrMATO DICom (Digital Imaging and Comunica- tions in Medicine). Este formato de arquivo corresponde ao formato univer- sal para imagens médicas e pode ser lido através de qualquer programa de computador compatível. 6 DIaGNÓStIco 3D EM oRtoDoNtIa Fig. 05 A,B – FOrMAçãO DA iMAgeM tomográfica computadorizada em TC es- piral: Um feixe delgado de raios X em forma de leque é utilizado e são obtidasimagens sequenciais no plano axial para formação do volume final (“imagens empilhadas”). A B 7 | A Tomografia Cone-beam Aplicada métodos espirais, na TCFC é utilizado um detector plano à base de silício amorfo impregnado com iodeto de césio, em um arranjo matricial (linhas X colunas) micrométrico, formando painéis sensí- veis à radiação. Este tipo de detector plano capta totalmente ou parcialmente (colimação variável) o cone de raios X. Devido a esta característica na captação do feixe de radiação, menor quantidade de rotações da ampola ao redor do paciente são necessárias para a formação da imagem e uma menor quantidade de radiação é utilizada, resul- tando em decréscimo na dose efetiva de radiação para o paciente. Fig. 05 C-D – FOrMAçãO DA iMAgeM tomográfica computadorizada em TCFC: É usado um feixe de raios X em forma de cone e por meio de projeções radiográ- ficas é obtido o volume que será processado pelo computador, dando origem às imagens axiais, coronais e sagitais. C 8 DIaGNÓStIco 3D EM oRtoDoNtIa D e 9 | A Tomografia Cone-beam Aplicada Estes sistemas de detecção de imagem já são conhecidos desde a década de 80, sen- do utilizados rotineiramente para aplicações como mamografia, angiografias e radiologia intervencionista, com os primeiros sistemas desenvolvidos para realização de procedimen- tos angiográficos nos EUA. Na TCFC, a imagem é formada a partir de projeções sequenciadas obtidas durante a rotação da ampola ao redor da cabeça do paciente. Estas imagens primá- rias são dependentes do tamanho do detector utilizado, da projeção do cone de raios X e da colimação deste (FOV – Field of View ou campo de visão), sendo denominadas dados de proje- ção, raw data (dados brutos) ou imagens base. Estas imagens serão todas pós-processadas pelo computador/console do tomógrafo, fornecendo as imagens que serão interpretadas pelo profis- sional, o que constitui o volume tomográfico ad- quirido. Dependendo do tipo de aparelho usado, são obtidas imagens em rotação de 180 ou 360 graus e, neste processo, quanto maior o número de imagens adquiridas, mais informação dispo- nível para a construção do volume será dispo- nibilizada, resultando em melhores resultados. Durante este período de aquisição, tempos de 10 a 40 segundos podem ser configurados, sen- do os tempos menores indicados para crianças ou pacientes com distúrbios do movimento, fo- bias ou outros problemas que os impossibilitem permanecer imóvel durante o tempo de aquisi- ção das imagens, sendo o tempo total do exame comparável ou equivalente ao de uma radiogra- fia panorâmica. A partir de várias projeções bidi- mensionais, podem ser obtidas imagens planas (2D) e imagens em terceira dimensão (3D) (Figu- ra 06 A-E – projeções e volume). Este princípio de aquisição geralmente utiliza a radiação de forma pulsada, empregando desta forma menor quantidade de radiação quando comparadas às técnicas espirais. Fig. 06 A-e – DurAnTe O PrOCeSSO de aquisição em TCFC são obtidas proje- ções sequenciadas e em vários ângulos (180º a 360º) do volume desejado. Após este processo, as imagens são combinadas através do computador, formado o volume total. Deste volume total serão obtidas as imagens (cortes) nos vários planos anatômicos. 10 DIaGNÓStIco 3D EM oRtoDoNtIa A B DC e 11 | A Tomografia Cone-beam Aplicada Na Odontologia, o primeiro sistema comercial disponível data de meados de 2001, ocorrendo des- de então intenso desenvolvimento e aprimoramen- to dos tomógrafos baseados em aquisição por feixe cônico. A área de captação da imagem (FOV – Field of View), ou campo de visão, é determinada pela co- limação do feixe, resultado em aparelhos com FOV variável entre 4 e 22cm no sentido superoinferior (Fi- gura 07 A-D – tamanho do FOV). Em termos práticos, o tamanho do FOV do aparelho tem influência na qualidade da imagem e no custo de aquisição do to- mógrafo. Na Odontologia, devido à menor exigência dos regimes de trabalho (Kvp e ma), a ampola do to- mógrafo é mais simples (muito similar a uma ampo- la de aparelho panorâmico) e, consequentemente, mais barata, o que possibilitou o desenvolvimen- to de modelos de tomógrafos computadorizados mais acessíveis. Estas características proporcionam definitivamente o acesso às imagens tomográficas computadorizadas de maneira mais efetiva ao cirur- gião-dentista e, principalmente, ao ortodontista. Fig. 07 A-D – DeLiMiTAçãO DA áreA de aquisição da imagem: Diferentes campos de visão (FOV) configurados para aquisição em TCFC. A – FOV estendido para aqui- sição de toda a face, B – FOV para aquisição de mandíbula, C – FOV para aquisição de maxila e mandíbula, D – FOV para aquisição de maxila. Formação da imagem digital Para entendimento efetivo da TCFC, é essencial o conhecimento dos princípios que compõem as imagens digitais. Para todas as imagens digitais, a menor unidade da imagem é denominada de pi- xel (picture element). O pixel é formado a partir de um arranjo cartesiano bidimensional entremeado por linhas e colunas no arranho conhecido pelos eixos X e Y. A interseção das linhas com as colu- nas forma pequenos “quadrados” que compõem a imagem (Figura 08 A – arranjo de pixels em uma matriz; Figura 08 B – imagem/voxel). Entretanto, devido ao seu princípio de aquisição específico e primordialmente volumétrico, as imagens tomo- gráficas computadorizadas são essencialmente tridimensionais. Os pixels representam essencial- A B C D 12 DIaGNÓStIco 3D EM oRtoDoNtIa mente uma face das unidades formadoras da ima- gem tridimensional, o voxel (volume elements) – (Figura 09 – voxel), o que por analogia poderia ser entendido como um cubo, diferentemente do pixel que representaria um quadrado. Fig. 08 A – ArrAnhO MATriCiAL de linhas X colunas para formação da imagem. Verifica-se a intersecção das linhas e colunas formando “quadrados” que corres- pondem aos pixels (P). O pixel representa uma das faces de um voxel. Fig. 08 B – DA eSquerDA PArA A DireiTA: Da imagem tomográfica (corte coro- nal) até o arranjo matricial – pixels com diferentes tons de cinza (escala de bits). Fig. 09 – eLeMenTOS COnSTiTuinTeS das imagens de tomografia computadorizada. P – Correspondente ao Pixel (picture element) que constitui a unidade bi-dimensional, V - Voxel (volume element) formador da unida- de tridimensional. Os pixels representam a ima- gem exibida em monitores, enquanto os voxels são responsáveis pela capacidade de reconstru- ção multiplanar (RMP) e em terceira dimensão. 13 | A Tomografia Cone-beam Aplicada Durante a formação das imagens, a radiação é atenuada de acordo com a densidade e espessu- ra do tecido que ela atravessa, dando origem na radiologia convencional às imagens radiopacas e radiolúcidas. Em se tratando de imagens tomo- gráficas, a existência da escala de Hounsfield, que correlaciona o coeficiente de atenuação radiográfi- ca com cada tecido, faz com que as imagens sejam denominadas de hiperdensas (imagens dos tecidos com alto coeficiente de atenuação), isodensas (ima- gens com atenuação próxima ou correspondente à água) e hipodensas (baixo coeficiente de atenua- ção – próximas ou correspondentes ao ar). É importante ressaltar que esta nomenclatura deve ser utilizada obrigatoriamente na descrição dos relatórios/laudos pelo profissional. A aquisição em voxel possibilita um processo denominado reforma- tação. A reformatação do volume base obtido du- rante o processo de aquisição fornece imagens em diversos planos anatômicos, tais como sagital e co- ronal. Essas imagens podem ser denominadas RMP (reconstrução multiplanar/MPR – multiplanar recons- truction). Como a aquisição é realizada por meio dos voxels, na TCFC nativamente também se encontra a reconstrução em terceira dimensão (3D-TC). (Figura 10 A-D – reformatação do volume em TCFC). Fig. 10 A-D – reFOrMATAçãO MuLTiPLAnAr(RMP ou MPR). A partir do volu- me tomográfico obtido por TCFC são reconstruídas as imagens axiais (A), sagitais (B), coronais (C) e reconstrução em terceira dimensão (3D – reconstrução pela técnica de volume). A C B D 14 DIaGNÓStIco 3D EM oRtoDoNtIa Após a aquisição, inicia-se o processo de re- construção, no qual o computador analisa as in- formações obtidas pelos detectores e, por meio de complicados processos matemáticos, consegue determinar especificamente quais as estruturas en- volvidas na imagem e suas respectivas localizações no espaço, eliminando a limitação das radiografias convencionais e fornecendo a capacidade de visu- alização em terceira dimensão por união das ima- gens axiais originadas. Este tempo de reconstrução é variável e depende de fatores como tamanho do TAB. 01 – PrOTOCOLOS De AquiSiçãO em TCFC. De acordo com a finalidade das imagens, os parâmetros de aquisição podem ser configurados, visando-se minimizar a exposição à radiação ionizante, bem como a redução de artefatos na imagem por movimentação do paciente (tempo reduzido de aquisição). FOV, tamanho do voxel empregado, hardware e programas de reconstrução, variando de 2,5 a 8 mi- nutos no total. Fatores como o tamanho do voxel, tamanho do FOV e tempo de aquisição tem grande influência na aplicação clínica da imagem tomográ- fica (Tabela 01). Adicionalmente, as imagens digitais possuem tons de cinza que têm intensidade variá- vel na razão direta da escala de bits utilizada (8 bits – 256 tons de cinza; 16 bits – 65,636 tons de cinza). FinALiDADe De AquiSiçãO TAMAnhO DO FOV TeMPO TAMAnhO DO VOXeL Aquisição geral Face toda 13cm 20 seg. 0.3mm voxel Maxila 6cm 20 seg. 0.3mm voxel Mandíbula 6cm 20 seg. 0.3mm voxel Max/Mand 8cm 20 seg. 0.3mm voxel Ortodontia Adulto 22cm 40 seg. 0.4mm voxel Criança 13cm 20 seg. 0.3mm voxel Preservação 13cm 10 seg. 0.3mm voxel ATM Boca fechada 8 ou 13cm 20 seg. 0.3mm voxel Boca aberta 6 ou 8cm 10 seg. 0.3mm voxel Implante/Dentes inclusos/Fraturas dentárias Padrão 13/8/6cm 40 seg. 0.25mm voxel Casos específicos 8/6cm 40 seg. 0.2mm voxel 15 | A Tomografia Cone-beam Aplicada Interpretação tomográfica CComo qualquer modalidade de diagnóstico por imagem, é importante a compreensão das ima- gens obtidas através de TCFC. Como imagens to- mográficas computadorizadas, estas devem ser interpretadas da maneira correta e, para isto, o pro- fissional deve ser treinado de maneira específica. Os aspectos anatômicos das estruturas do comple- xo maxilofacial diferem radicalmente nas imagens tomográficas quando comparados às imagens con- vencionais. A possibilidade de visualização em to- dos os planos anatômicos cria um paradigma que só pode ser quebrado com a formação e o treina- mento do profissional. Neste contexto, é fundamental o entendimento perfeito das imagens obtidas através da TCFC. Para quaisquer imagens tomográficas, é fundamental o estabelecimento de uma sequência de visuali- zação específica e ordenada. A partir do volume inicial obtido, todas as imagens são reconstruções geradas pelo computador. Inicialmente devem ser analisadas todas as imagens axiais, coronais e sagitais, devendo a anatomia da região ser en- tendida de maneira completa e após treinamento específico para identificação dos reparos anatô- micos intrínsecos a cada especialidade. (Figuras 11A-D e 12 A-D – acidentes anatômicos). Após a visualização criteriosa e obrigatória de todo o vo- lume adquirido, o profissional deve seguir para a obtenção de imagens adicionais (reconstruções coronais panorâmicas, imagens parassagitais ou oblíquas) e, somente por último, obter a visualiza- ção em terceira dimensão (3D). Fig. 11 A-D – reFerênCiAS AnATôMiCAS em TCFC – Espinha nasal anterior. Verifica-se a apresentação anatômica característica em TCFC. A – imagem axial, B – imagem sagital, C – imagem coronal e D – reconstrução em terceira dimensão (3D – reconstrução pela técnica de volume). Em D, o volume encontra-se rotacio- nado em sentido laterolateral. Fig. 12 A-D – eSPAçO AéreO nASOFAríngeO. A – imagem axial, B – imagem sagital, C – imagem coronal e D – reconstrução em terceira dimensão (3D – re- construção pela técnica de volume). Em D, o volume encontra-se rotacionado em sentido inferossuperior. 16 DIaGNÓStIco 3D EM oRtoDoNtIa 11 A-D 12 A-D A A C C B B D D 17 | A Tomografia Cone-beam Aplicada Reconstruções coronais panorâmicas Partindo de uma imagem axial selecionada no vo- lume total, as reconstruções coronais panorâmicas são obtidas a partir de ferramentas específicas exis- tentes nas suítes de análise das imagens tomográ- ficas. Todas as reconstruções coronais panorâmicas são baseadas em uma curva desenhada manual- mente pelo operador e que é traçada geralmente sobre o processo alveolar do arco avaliado (Figura 13 A-C - obtenção RCP). Esta curva possui espessura variável e dá origem a uma imagem “semelhante” a uma radiográfica panorâmica convencional. O au- Fig. 13 A-C – OBTençãO DA reCOnSTruçãO coronal panorâmica em maxila. A – imagem axial referência, B – delimitação da curva que formará a recons- trução coronal panorâmica, C – aspecto da imagem obtida (espessura de corte – tamanho do voxel de 0,25mm). mento ou diminuição da espessura desta reconstru- ção coronal panorâmica engloba maior ou menor quantidade de estruturas, mudando a aparência da imagem de acordo com este valor selecionado (Fi- gura 14 A-F – RCP com várias espessuras). Cumpre ressaltar que esta imagem não corresponde a uma radiografia panorâmica e não deve ser interpretada A B C 18 DIaGNÓStIco 3D EM oRtoDoNtIa como tal. Denominações como panorâmica volu- métrica, panorâmica tridimensional, tomografia panorâmica, entre outras, conduzem o profissional a interpretações equivocadas e errôneas, e não de- vem de maneira nenhuma ser utilizadas, pois não correspondem em absoluto a radiografias panorâ- micas, sejam estas obtidas por meio digital direto, indireto ou ainda baseado em filme. Fig. 14 A-F – ASPeCTO DA reCOnSTruçãO coronal panorâmica e correspondência com a espessura de corte. Adicionalmente, verifica-se a ampliação do espaçamen- to das linhas verdes no corte axial referência, demonstrando o aspecto variável desta imagem (imagens obtidas a partir de aquisição simultânea para maxila/ mandíbula – FOV de 13cm). Observa-se nas imagens axiais o aumento do espaça- mento entre as linhas verdes, demonstrando o aumento da “camada focal”. A e B – 0,25mm de espessura do plano de corte. Aspecto “panorâmico” e aspecto no corte axial referência. C e D - 5mm de espessura do plano de corte. Aspecto “panorâmico” e aspecto no corte axial referência. E e F - 20mm de espessura do plano de corte. Aspecto “panorâmico” e aspecto no corte axial referência. A C e B D F 19 | A Tomografia Cone-beam Aplicada As reconstruções coronais panorâmicas de- vem ser utilizadas para localização dos cortes pa- rassagitais obtidos. Estas imagens se prestam, de maneira geral, para análise óssea quantitativa em Implantodontia, análise de corticais ósseas em Ortodontia e avaliação do comprometimento ósseo vestibular e palatino/lingual em patologias Fig. 15 A-e – APLiCAçãO DAS iMAgenS em múltiplos planos para avaliação das cor- ticais ósseas na região de dente 23. A – imagem axial referência, B – Reconstrução coronal panorâmica, C-E – aspecto da cortical óssea vestibular (cabeça de seta) na região do dente 23 (imagem parassagital com 0,25mm de espessura de corte). (Figura 15 A-C – avaliação de corticais ósseas). As marcações existentes na base da reconstru- ção coronal panorâmica servem como guias de orientação para a visualização das imagens paras- sagitais. Durante a avaliação de corticais ósseas, acidentes anatômicos e/ou patologias existentes, a correspondência deve ser realizada de maneira pragmática. (Figuras 16 e 17 – RCP e cortes paras- sagitais de dente inclusomandibular). A B C D e 20 DIaGNÓStIco 3D EM oRtoDoNtIa Fig. 16 – SequênCiA De OBTençãO de imagens parassagitais em caso de dente incluso em região de sínfise mandibular. A – imagem axial referência, B – demar- cação do plano de obtenção da reconstrução coronal panorâmica e numeração dos cortes parassagitais, C – reconstrução coronal panorâmica evidenciando na base da imagem a escala correspondente às imagens parassagitais obtidas. Fig. 17 – COrreSPOnDênCiA enTre A eSCALA existente na reconstrução coronal panorâmica e as imagens parassagitais. A – imagem correspondente ao dente canino incluso em região de sínfise mandibular, B – imagens parassagitais 80 a 91 evidenciando o posicionamento do dente canino incluso com as corticais ósse- as vestibular e lingual, bem como com a porção radicular dos dentes adjacentes. Medidas do dente incluso em seus maiores eixos: 22,81mm em sentido inferossu- perior e 7,62mm anteroposterior. Presença do decíduo com área hipodensa apical (área de lise óssea/radicular). Cortes parassagitais com 01mm de espessura de corte e 01mm de espaçamento. 16 17 21 | A Tomografia Cone-beam Aplicada Dentro da Ortodontia, vários softwares per- mitem a simulação de “radiografias panorâmicas”. Entretanto, estas imagens devem ser avaliadas com cuidado, visto que não correspondem a reais imagens panorâmicas, devendo a sequência de in- terpretação das imagens axiais, coronais e sagitais ser seguida obrigatoriamente sob pena de erro na interpretação. (Figuras 18 A-D e 19 A-D). Técnicas Fig. 18 A-D – iMPOrTânCiA DO SeguiMenTO correto da sequência de visuali- zação de imagens tomográficas. A – Imagem axial com o cursor posicionado em hiperdensidade em região de linha média do palato correspondente ao dente in- cluso, B – imagem sagital com posicionamento da coroa do dente incluso no pala- to para posterior e relação deste com a fossa nasal e corticais ósseas, C – imagem coronal, D – reconstrução em terceira dimensão segmentada. de reconstrução tridimensional possibilitam adicio- nalmente visualizar a reconstrução coronal panorâ- mica em 3D. (Figura 20 A-D – reconstrução coronal panorâmica em terceira dimensão). Na Ortodontia, especial atenção deve ser dada aos recursos pro- porcionados pela TC. As “imagens cefalométricas” são obtidas a partir da superposição de imagens no plano sagital mediano ou coronal, por aumento da espessura destas. Fig. 19 A-D – iMPOrTânCiA DO COnheCiMenTO das características da imagem tomográfica computadorizada e manipulação destas por meio da computação gráfica. Reconstrução coronal panorâmica do caso anterior. A e D – Ausência de visualização do dente incluso no palato, B – vista frontal do volume em terceira di- mensão (técnica de reconstrução por volume), C – Vista superoinferior do volume em 3D, com espessura da reconstrução coronal panorâmica demonstrada. Fig. 20 A-D – reCOnSTruçãO COrOnAL panorâmica em terceira dimensão por meio da técnica de volume. A – Imagem da RCP, B – área de delimitação superior e inferior do volume, C – camada focal evidenciando as estruturas anatômicas abrangi- das na formação da imagem, D – prévia da imagem a ser reconstruída em A. 18 A-D A C B D 22 DIaGNÓStIco 3D EM oRtoDoNtIa 19 A-D 20 A-D A B C D A B C D 23 | A Tomografia Cone-beam Aplicada Cumpre ressaltar que, como toda imagem to- mográfica computadorizada, estas não possuem distorção radiográfica como nas imagens conven- cionais, sendo sempre exibidas em proporção cons- tante e dimensão real. (Figura 21 – obtenção de cefalogramas). Nestes casos, cabe ao ortodontista entender que os pontos craniométricos/cefalomé- tricos a serem marcados devem ser baseados na anatomia real e não na superposição de estruturas como acontecia nas radiografias cefalométricas, o que demanda profundo conhecimento das referên- cias anatômicas envolvidas e também necessidade de recursos computacionais para manipulação das imagens tomográficas computadorizadas, aliados à elaboração de novos conceitos para cefalometria. Sabendo-se da ausência de distorção radiográfica nas imagens de TC, é importante entender que no- vos padrões de análise cefalométrica devem ser de- senvolvidos e aprimorados. Como condição sine qua non para o uso e inter- pretação de imagens de TC, tem-se a necessidade de programas de computador (softwares) específi- cos para manipulação e reconstrução de tais tomo- grafias. A possibilidade real de uso da computação gráfica e uso de modelos matemáticos para rota- ção, translação, realização de medidas lineares e angulares faz com que a curva de aprendizado ad- quira novos objetivos. A partir de agora, torna-se mandatório ao cirurgião-dentista o conhecimento Fig. 21 – PrOgrAMA De COMPuTADOr com módulo de cefalometria evidenciado. Verificam-se as opções existentes de ferramentas para realização de medidas line- ares e angulares (canto superior esquerdo), bem como diferentes parâmetros de reconstrução da imagem tomográfica (Bone preset 1, MIP, entre outros). 24 DIaGNÓStIco 3D EM oRtoDoNtIa de princípios básicos de informática que estão as- sociados intrinsecamente às imagens tomográficas. Na TC, o uso do computador passa a ser ex- tremamente importante para todos os passos sub- sequentes dentro da cadeia produtiva. O uso de hardware potente e com grande poder de proces- samento e armazenamento de informações, aliado à visualização em múltilplos monitores, conjugado a softwares otimizados e/ou escritos especifica- mente para a Ortodontia tende a otimizar os pro- cedimentos clínicos (Figura 22 A-D – programas para Ortodontia). O conhecimento das técnicas de reconstrução em terceira dimensão, ferramentas como segmentação e realização de medidas em estruturas craniofaciais torna o processo de diag- nóstico mais preciso, culminando com tratamentos mais rápidos, menos traumáticos e mais eficientes. Fig. 22 A-D – PrOgrAMAS PArA OrTODOnTiA que permitem a manipulação de imagens volumétricas. A - InVivoDental (Anatomage, San Jose, USA), B - Dolphin Imaging (Chatsworth, California, USA), C - Viewbox (Versão beta – dHal Software, Kifissia, Grécia), D – 3DMDvultus (Atlanta, Georgia, USA). A C B D 25 | A Tomografia Cone-beam Aplicada Um dos benefícios obtidos a partir das ima- gens de TC é a obtenção de modelos físicos a partir do processo conhecido como prototipagem. Nes- te processo, são utilizados conceitos baseados em CAD (computer-aided design) que tornam possível a conversão dos arquivos de tomografia computado- rizada em modelos individualizados e com medidas precisas (1:1). A partir dos arquivos DICOM originais, é realizada a conversão destes para um formato de arquivo conhecido com STL (stereolitography, ou Standard Tessellation Language), e este é convertido por meio de tecnologias específicas (fundição por deposição, sinterização seletiva, entre outras) em estruturas tridimensionais que podem ser utiliza- das para planejamento pré-cirúrgico, confecção de guias, planejamento de implantes, e mais. Vantagens da imagem por tcFc Indo além da obviedade da possibilidade de recons- trução em terceira dimensão (característica comum a todas as imagens volumétricas tais como tomo- grafia computadorizada, ressonância magnética e ultrassonografia), existem vantagens que indicam fortemente a imagem por TCFC para ortodontia. Área de interesse variável (FoV) Com a colimação efetiva do feixe de raios X, apenas áreas específicas do complexo maxilofacial são irra- diadas, possibilitando desde a visualização comple- ta da face até a individualização de estruturas como maxila e mandíbula. alta qualidade de imagem Devido às características próprias do detector plano empregado para a aquisição da imagem, os voxels resultantes possuem alta resolução espacial pro- porcionando imagens de excelente qualidade para visualização de estruturas anatômicas e patologias. Entretanto, cumpre ressaltarque mesmo com a utilização de TCFC, imagens convencionais (peria- picais) podem ser necessárias para complementa- ção do processo de diagnóstico. Deve-se entender também que não é visualizado o tecido mole em TCFC. Nos casos em que há necessidade de ava- liação de tecido mole, obrigatoriamente deve-se optar por métodos resolutivos como ressonância magnética e tomografia computadorizada espiral (single/multislice). Baixa dose de radiação Quando comparado ao exame tomográfico espiral (single/multislice), as imagens de TCFC possuem re- duzida dose de radiação. O tempo necessário para aquisição das imagens também é reduzido. Adicio- nalmente, o conforto para o posicionamento do paciente (sentado) e posicionamento dos tecidos moles em relação ao decúbito dorsal das aquisições espirais deve ser ressaltado. É necessário enfatizar que os requisitos estabelecidos no princípio ALARA (As Low As Reasonably Achievable – tão baixo quanto racionalmente possível), que norteiam os princípios de radioproteção, devem ser seguidos. 26 DIaGNÓStIco 3D EM oRtoDoNtIa Visualização Devido ao principio de aquisição digital, a capaci- dade de reformatação simultânea e em tempo real proporciona ao profissional a capacidade de diag- nóstico mais efetivo e seguro. O uso de softwares de visualização em computadores pessoais torna o processo de diagnóstico mais preciso e acessível, facilitando a comunicação entre as diversas espe- cialidades. acesso Embora os sistemas de TCFC ainda tenham elevado custo de aquisição para a pessoa física (cirurgião- dentista), o acesso às imagens tomográficas está cada dia mais amplo. Vários centros de diagnósti- co por imagem oferecem a prestação de serviços, inclusive com cobertura dos seguros de saúde dis- poníveis. Desta forma, esta modalidade de imagem tende a se tornar cada dia mais presente para o or- todontista e para o profissional da odontologia de maneira geral. Accorsi MAO. Comparação de grandezas cefalométricas obtidas por meio de telerradiografias e tomo- grafias computadorizadas multislice em crânios secos humanos. Dissertação [Mestrado em Ortodon- tia]. Faculdade de Odontologia da USP, São Paulo. 2007. Bocage EM, 1921. In: MASSIOT J. History of Tomography. Médica Mundi, 19(3), 106-115, Paris, França, 1974. Broadbent BH. A new x-ray technique and its application to orthodontia. The Angle Orthodontist: Vol. 1, No. 2, pp. 45–66. 1931. Brooks SL, Brand JW, Gibbs SJ, Hollender L, Lurie AG, Omnell KA, Westesson PL, White. Imaging of the temporomandibular joint: a position paper of the American Academy of Oral and Maxillofacial Radiology. SC.Oral Surg Oral Med Oral Pathol Oral Radiol Endod. May, 1997; 83(5):609-18. Buzug TM. 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Muitos es- tudos vêm sendo conduzidos para verificar a precisão Aaron Molen Mauricio Accorsi e a acurácia dessa nova técnica. Essa precisão justifica o uso da TCFC nos estudos para o posicionamento de implantes, espessura de corticais, de palato e cefalo- metria. Até o momento, os estudos foram realizados em medidas na ordem de alguns centímetros. No en- tanto, é importante notar que a TCFC tem limitações ao medir distâncias menores que um milímetro, em função dos fatores que afetam a qualidade da ima- gem escaneada, que serão descritos a seguir. FatoRES INtERFERENtES Na QualIDaDE Da IMaGEM EM tcFc - aplicações clínicas e pesquisas científicas 29 | A Tomografia Cone-beam Aplicada Resolução Espacial Resolução espacial é a distância mínima necessá- ria para se distinguir dois objetos e, muitas vezes, é confundida com a definição da imagem ou com o tamanho do voxel. Fatores intrínsecos relacionados com o processo de aquisição, como a média de den- sidade do voxel (volume averaging1), o ruído e os ar- tefatos impossibilitam que a resolução seja igual ao tamanho do voxel. Esses e outros fatores serão dis- cutidos em detalhes mais adiante. Ballrick realizou um estudo utilizando um tomógrafo i-CAT (Imaging Sciences, Hatfield, EUA) regulado em 120kVp e 5mA, para testar a resolução espacial, o potencial do FOV2 e a combinação de tamanho de voxel, por meio de testes realizados em um fantoma de linhas pares3. Osresultados indicaram que um voxel de 0,2mm apre- sentou uma média de resolução espacial de 0,4mm. Os dois tamanhos de voxel mais comumente usados para o diagnóstico ortodôntico, 0,3mm e 0,4mm, ambos com média de resolução espacial de 0,7mm. Consequentemente, em áreas de osso muito fino, a resolução espacial de 0,7mm não é adequada para a correta visualização do osso. A resolução espacial também é frequentemente confundida com a acurácia da medida. As medições realizadas usando TCFC têm mostrado uma precisão entre 0,1mm e 0,2mm. Entretanto, a precisão linear obtida em longas distâncias é diferente do potencial do exame para diferenciar entre dois objetos próxi- mos (resolução espacial). É importante notar que devido à natureza multifatorial da resolução espacial, cada tomógrafo e cada exame devem ser avaliados de forma individual. Para estudos utilizando a TCFC cujo foco seja pequenas medições, é prudente usar uma fantoma de linhas pares (Figura 01 A,B) para de- terminar a resolução espacial original do tomógrafo e verificar as configurações usadas no estudo. Dessa forma, tirar conclusões baseadas em números meno- res que a resolução espacial do tomógrafo é, no míni- mo, algo temeroso. Quando um estudo falha ao não relatar a resolução espacial e opta por simplesmente Fig. 01 A,B – eXeMPLO De FAnTOMA de linhas pares (Phantom Laboratory, Sa- lem, EUA) usadas na determinação da resolução espacial (Imagem cedida pelo Dr. J. Martin Palomo). 1 Na tomografia computadorizada ou ressonância mag- nética, o efeito de expressar a densidade média de um voxel, como um pixel na imagem, quanto maior a es- pessura do corte, mais compensação é necessária, com consequente perda da resolução. 2 FOV – Field of View que, na prática, significa a área de interesse que é selecionada pelo operador no momento da aquisição da tomografia. 3 Line-pair/resolution phanton - É uma espécie de "corpo de prova" utilizado para controle de qualidade e avalia- ção dos aparelhos para análise de resolução em imagens digitais. Geralmente é de acrílico e nele são embebidas/ impregnadas as linhas que medem os pares de linha. É o intervalo entre uma linha preta e uma branca visível; as linhas são distantes e vão se encontrando até se tornarem indissociáveis. A B 30 DIaGNÓStIco 3D EM oRtoDoNtIa relatar o tamanho do voxel, acabamos ficando sem as informações necessárias para interpretar correta- mente os resultados. Deve-se ter em mente que a re- solução espacial determinada usando as condições ideais presentes em um fantoma sempre superesti- ma a resolução espacial in vivo subsequente. Média de Densidade do Voxel] Um dos fatores que mais influenciam a resolução espacial in vivo é a média de densidade do voxel, ou média do volume. Frequentemente, o tamanho do voxel é maior que o objeto ou a densidade que ele representa. Isso ocorre com mais frequência ao longo da margem de um objeto ou nas bordas de duas estruturas com diferentes densidades. O voxel só pode mostrar uma tonalidade de cinza por vez e, em função disso, o voxel só poderá exibir uma média da densidade presente. Simplificando, se um voxel representa uma área que corresponde a 75% de te- cido mole hipodenso e 25% de osso cortical hiper- denso, esse voxel parecerá mais hipodenso do que opaco. Este processo pode tornar os limites entre as densidades mais difíceis de distinguir com precisão e resulta em menor resolução espacial. Regiões de osso mais fino são especialmente suscetíveis a se- rem calculadas pela média do volume (Figura 02). A maneira mais efetiva de se diminuir a influência da média do volume é diminuindo o tamanho do voxel. Existe, no entanto, uma desvantagem quando uti- lizamos tamanhos menores de voxel, uma vez que eles necessitam de maior radiação para uma exposi- ção adequada e são mais propensos a “ruído”. Fig. 02 – COrTe COrOnAL do seio esfenoidal. A seta vermelha indica onde a média do volume (volume averaging) criou a falsa aparência de que existe uma comunicação entre o seio e a fossa craniana anterior. (Configurações: 0,42mm de voxel, 1,26mm de espessura do corte e FOV de 12”). 31 | A Tomografia Cone-beam Aplicada Ruído Ruído é o resultado não intencional de energia ou fótons que atingem o detector e tornam a imagem resultante enevoada. Os níveis de ruído nos tomó- grafos variam muito de acordo com os aparelhos. Algumas máquinas são conhecidas por terem ima- gens mais limpas ou com menos ruído, enquanto outras apresentam imagens mais difíceis de ler. As configurações de cada máquina, o meio ambiente e os algoritmos de reconstrução afetam o ruído da imagem. A radiação secundária é uma das maiores causas de ruído em um escaneamento. Comparada à TCmultislice (TC médica tradicional), a TCFC pode ter um nível de dispersão até 15 vezes maior. Níveis mais baixos de dispersão da TCmultislice permitem que as imagens de algumas estruturas sejam me- lhores em relação às da TCFC. Por exemplo, Loubele relata que a qualidade da imagem da cortical óssea é superior na TCmultislice, comparada com a TCFC. Na TCFC, o nível de dispersão aumenta na mesma medida em que se aumenta a área de interesse (FOV). A maneira mais simples de diminuir o ruído de dispersão é usar um FOV, o menor possível, que englobe a região de interesse. Quanto maior o FOV, maior a dispersão e pior será a resolução espacial. Por essa razão, FOVs muito extensos, como os fre- quentemente usados em exames ortodônticos, são contraindicados para exames que pretendem fazer medições submilimétricas. FOVs menores podem diminuir o ruído pela dispersão, mas ao se diminuir o tamanho do voxel, tem-se também um efeito inverso. Quanto menor o tamanho do voxel, maior sua sensibilidade aos ruídos; além disso, a resolução espacial será pior do que se poderia es- perar. Algoritmos de reconstrução têm o potencial de diminuir o ruído em exames de voxel pequeno, porém, ainda estão em desenvolvimento. Apesar de um tamanho de voxel de 0,125mm estar dispo- nível atualmente em alguns tomógrafos, devido a ruídos e outros fatores, uma resolução espacial de 0,125mm é atualmente inalcançável. 32 DIaGNÓStIco 3D EM oRtoDoNtIa artefatos de técnica Existe uma série de artefatos que podem afetar a qualidade da imagem da TCFC. O que é mais fre- quente em Ortodontia são os artefatos metálicos. Aquisições realizadas com a presença de bráquetes metálicos mostram a presença de raios ou estrias em volta dos dentes (Figura 03 A,B). Esses artefa- tos poderiam ser apenas um incômodo, exceto na medida em que podem afetar na interpretação e reconstrução das estruturas adjacentes. Katsumata relata que as densidades de estruturas circundan- tes podem afetar a densidade percebida por um voxel adjacente. Por esse motivo, deve-se ser cau- teloso ao fazer medições próximas a bráquetes ou outros artefatos metálicos, pois a resolução espacial nessa área estará comprometida. Uma analogia seria tentar localizar um avião voando em direção ao sol. Quanto mais próximo o avião chega do sol, mais difícil se torna vê-lo devido ao brilho do sol. O avião continua lá, mas o sol faz com que seja difícil distingui-lo. Outro artefato encontrado com frequ- ência na Ortodontia é oriundo de movimento do paciente no momento do exame. É notória a maior sensibilidade da TCFC aos movimentos do pacien- te em relação à TCmultislice. A maneira mais eficaz de diminuir os artefatos de movimento é diminuir o tempo de exposição. Isso é especialmente útil em crianças. No entanto, com menor tempo de exposi- ção, menor será a aquisição dos dados. Isto conduz a uma subaquisição, o que torna mais difícil a reso- lução de detalhes finos. Isto apresenta um paradoxo quando o objetivo do exame é conseguir alta re- solução espacial. Expõe-se o paciente a um exame mais longo para melhorar a resolução espacial, mas aumenta-se o risco de artefatosde movimento; ou compromete-se a resolução espacial com a inten- ção de minimizar os artefatos de movimento? A maioria das tomografias para Ortodontia é tomada usando-se um tempo de exposição curto, resultan- do em menor radiação, menor aquisição de dados, menores artefatos de movimento e, consequen- temente, menor resolução espacial. Tomografias ortodônticas com essas características são ideais para o planejamento do tratamento em geral, mas são de uso menos recomendado se o objetivo for conduzir análises submilimetradas mais refinadas, como a análise da inserção radicular.Fig. 03 A,B – COrTeS COrOnAL e AXiAL demonstrando artefatos por metal. (Con- figurações: 0,36mm de voxel, 0,36mm de espessura de corte e FOV de 12”). A B 33 | A Tomografia Cone-beam Aplicada Escala de cinza Outro fator que afeta a resolução de uma imagem é a escala de cinza usada pelo equipamento para gra- var as várias densidades. Inicialmente, os tomógrafos de feixe cônico utilizavam uma escala cinza de 08- bits, que indica a cada voxel uma variação entre 256 tons de cinza. A maioria dos tomógrafos atuais utiliza 12-bits (4096 tons de cinza), 14-bits (16.384 tons de cinza) ou 16-bits (65.636 tons de cinza). A resolução espacial tem uma correlação positiva com a escala de cinza de uma imagem. Ao avaliar estruturas pe- quenas, deve-se usar a maior escala cinza disponível. Por exemplo, estudos conduzidos usando 14-bits proverão menos detalhes e menor resolução espa- cial que os conduzidos usando escâneres de 16-bits. Remodelação óssea Para se efetuar medições precisas em corticais vesti- bulares, a remoção dos bráquetes e a interrupção da movimentação ortodôntica estão indicadas e seriam importantes por motivos que vão além de simples- mente evitarem os artefatos de metal. Sempre que os dentes estão sendo submetidos à movimentação ortodôntica, o osso alveolar na direção da força apli- cada está em processo de constante remodelação. Essa remodelação óssea é devida à atividade dos osteoclastos que diminuem a densidade óssea na região. Esse aumento da atividade dos osteoclastos e a redução da densidade óssea são referidos como fenômeno regional aceleratório - FRA (RAP - regio- nal acceleratory phenomenon). Essa diminuição da densidade é importante ser notada, uma vez que a TCFC identifica a presença das estruturas por sua densidade. Por exemplo, o osso alveolar onde está acontecendo o FRA aparecerá menos claramente e mais hipodenso numa tomografia. Isso faz com que osso menos ativo apareça mais destacado que o osso adjacente que sofre FRA, o que causa a ilusão de que o limite ósseo está ao longo das margens do osso menos ativo. Este fenômeno é a razão para que as mudanças ósseas alveolares somente devam ser avaliadas depois de cessado o tratamento ortodôn- tico e a maturação óssea. O FRA demora entre 6 e 24 meses para desaparecer totalmente após o término da movimentação dentária. O tempo de espera ade- quado após a conclusão do tratamento ortodôntico antes de obter uma tomografia final ainda não foi determinado; mas gira em torno de um período mí- nimo de um ano pós-tratamento. conclusões Todos os fatores descritos anteriormente devem ser levados em consideração durante o design e a interpretação de estudos realizados com TCFC. Fantomas de linhas pares devem ser usados para se determinar a resolução espacial do tomógrafo para que as conclusões não sejam tomadas baseadas em medições superiores à resolução da tomogra- fia. Os dois tamanhos de voxel mais comuns usados em Ortodontia, 0,3mm e 0,4mm, não apresentam resolução espacial suficiente para avaliar mudanças no osso alveolar. Um tamanho de voxel menor seria mais apropriado para esses estudos e diminuiriam a influência da média do volume. A presença de ruí- do associado a um FOV estendido, frequentemente usado em Ortodontia, diminui a resolução espacial e é contraindicado nos estudos de mudanças ós- 34 DIaGNÓStIco 3D EM oRtoDoNtIa seas alveolares. Um FOV, o menor possível, e que abranja a região de interesse, deve ser usado. Além disso, um tamanho de voxel menor e um FOV me- nor, associados a um tempo de exposição maior, levam a uma maior aquisição de dados e podem prevenir uma baixa resolução e a subaquisição. Para melhorar a resolução espacial, um sensor de 16-bits deve ser usado para melhor avaliação da escala de cinza. Não existe na literatura atual a presença de quaisquer estudos que tenham usado todas essas definições ideais para conseguir medições submi- limétricas com a TCFC. Ao contrário, padrões de aquisição tradicionais em Ortodontia em tomógra- fos com baixa escala de cinza têm sido usados, com inadequada resolução espacial, para avaliar finos detalhes. Compreender os pontos fortes e as limi- tações da TCFC capacita o clínico e o pesquisador para avaliar corretamente essa nova modalidade de exames e suas aplicações. Ballrick JW, Palomo JM, Ruch E, Amberman BD, Hans MG. Image distortion and spatial resolution of a commercially available cone-beam computed tomography machine. Am J Orthod Dentofacial Orthop. 2008 Oct;134(4):573-82. Chakeres DW. Clinical significance of partial volume averaging of the temporal bone. AJNR Am J Neuroradiol. 1984 May-Jun;5(3):297-302. Chen LC, Lundgren T, Hallström H, Cherel F. Comparison of different methods of assessing alveolar ridge dimensions prior to dental implant placement. J Periodontol. 2008 Mar;79(3):401-5. Chien P, Parks E, Eraso F, Hartsfield J, Roberts W, Ofner S. Comparison of reliability in anatomical land- mark identification using two-dimensional digital cephalometrics and three-dimensional cone beam computed tomography in vivo. Dentomaxillofac Radiol. 2009 Jul;38(5):262-73. Damon D. 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Neste capítulo, serão abordados vários protocolos desde a captura até o processamento das imagens com o objetivo de recriar as condições encontradas nos pacientes e oferecer um ambiente virtual ide- al para que os tratamentos possam ser simulados, a fim de se obter maior e melhor previsibilidade de resultados. REcuRSoS tEcNolÓGIcoS aplIcaDoS a oDoNtoloGIa 37 | A Tomografia Cone-beam Aplicada caD/caM CAD vem da sigla em inglês Computer-aided Design e significa: “Desenho Assistido por Com- putador” e é o nome genérico de sistemas com- putacionais (software) utilizados pela engenharia, geologia, arquitetura, e design para facilitar o pro- jeto e desenho técnico. Já CAM (Computer-aided Manufacturing) significa “Manufatura Assistida por Computador” e contrapondo-se ao CAD, o CAM está no processo de produção. Qualquer processo auxiliado por um microcontrolador ou controlador numérico pode ser considerado um CAM. Apesar de este conceito estar presente no mer- cado há mais de duas décadas e ser responsável pela grande otimização do tempo, padronização da qualidade e redução dos custos de produção, sua aplicação na Odontologia tardou para se po- pularizar e, ainda hoje, apesar de uma imensa diversidade de aplicações nas mais diversas espe- cialidades odontológicas, a tecnologia CAD/CAM tem uma penetração modesta no mercado, princi- palmente pelo elevado custo de aquisição dos sis- temas. Outro importante motivo para a demora no desenvolvimento desta tecnologia na Odontologia é o fato de que, para se trabalhar na área dental, faz-se necessária a digitalização da anatomia de cada indivíduo a ser tratado, para que sobre esses modelos individualizados sejam realizadas as pro- postas terapêuticas. Esse processo difere da indús- tria em que os trabalhos nascem de forma digital. Fig. 01 – rePreSenTA O FLuXO De TrABALhO de um sistema CAD/CAM na indústria. 1 Um micro-controlador (também denominado MCU) é um “computador-chip” contendo um pro- cessador, memória e periféricos de entrada/saída. É um microprocessador que pode ser progra- mado para funções específicas, em contraste com outros microprocessadores de propósito gerais (como os utilizados nos PCs). 38 DIaGNÓStIco 3D EM oRtoDoNtIa Por exemplo, quando um engenheiro começa a desenhar um carro, ele tem a liberdade de fazer o desenho de cada peça de acordo com as especi- ficações desejadas, porém, trata-se de peças para produção em série, que não precisam se adaptar ao cliente; já na Odontologia, quando se preten- de desenhar uma estrutura metálica para próte- se fixa, por exemplo, é necessário que se tenha o desenho tridimensional dos preparos dentais, para que, sobre tais preparos a estrutura possa ser desenhada e customizada. Dessa forma, para que o desenvolvimento tecnológico se adequasse à Odontologia, foi necessário adaptar às aplicações dentais os sistemas de digitalização, seja ele de su- perfície ou volumétrico. Fig. 02 – rePreSenTA O FLuXO De TrABALhO de um sistema CAD/CAM na Odontologia. 39 | A Tomografia Cone-beam Aplicada Outro aspecto importante a ser considerado é o fato de que os profissionais ligados ao atendimen- to odontológico, apesar de sua grande capacitação técnica, tradicionalmente não estão tão familiariza- dos ao computador como um engenheiro ou um designer gráfico, por exemplo. Em função disso, os softwares de aplicação dental dependem de um nível de interação com o usuário muito alto, o que facilita sua operação, porém, atrasa e dificulta o seu desenvolvimento. De uma forma esquemática, podemos dividir esta tecnologia em três fases: a fase de aquisição (input), a fase de processamento e a fase de produ- ção (output). A seguir veremos em detalhes quais as tecnologias disponíveis para cada uma destas fases. Fig. 03 – SiSTeMA CArTeSiAnO. Formato de arquivos O primeiro conceito que deve ser entendido são os formatos de arquivos e o entrelaçamento dos mesmos. O arquivo tridimensional digitalizado no computador é representado por pontos em um plano cartesiano. Cada ponto contém a in- formação das medidas em cada um dos eixos do plano cartesiano, ou seja, uma medida no eixo X, uma medida no eixo Y e uma medida no eixo Z. A representação de um arquivo volumétrico de uma mandíbula, por exemplo, pode conter mais de 35 milhões de pontos. 3 40 DIaGNÓStIco 3D EM oRtoDoNtIa Devido à infinidade de programas CAD para a criação de desenhos 3D, o formato padrão usado para Odontologia é o stl, uma contração de stere- olithography, criado pela empresa americana 3D Systems (Rock Hill, EUA). Esse arquivo representa a peça em 3D sem utilizar as características (features) criadas pelos programas CAD, ou seja, o formato stl simplifica o formato do sólido, determinando somente a sua “casca”. Dessa forma, não existe uma entidade chamada “furo” no desenho. O furo é representado como uma parte da casca do sólido. Fig. 04 – rePreSenTAçãO de um molar em nuvem de pontos. Fig. 05 – rePreSenTAçãO de um molar em malha de triângulos. Fig. 06 – rePreSenTAçãO de um molar em shade. Fig. 07 – rePreSenTAçãO TeXTurizADA (render) de um molar. 4 5 6 7 41 | A Tomografia Cone-beam Aplicada Toda essa informação é armazenada em arqui- vos de diferentes extensões. A extensão stl corres- ponde a um arquivo que contém as coordenadas de pontos no espaço que, interligados, formam triângulos. Quanto menor forem estes triângulos, melhor é a resolução do objeto, ao custo natural- mente de um tamanho maior do arquivo tridimen- sional, exigindo desta maneira maior tempo de processamento. Outros formatos de arquivos têm Fig. 08 – FOTO 3D: representação em shade de uma pessoa. Fig. 09 – FOTO 3D: representação da malha triangular de uma pessoa. Fig. 10 – FOTO 3D: representação da nuvem de pontos de uma pessoa. Fig. 11 – FOTO 3D: representação texturizada (render) de uma pessoa. sido desenvolvidos para suprir algumas necessida- des, como é o caso do formato obj ou vrml, que são arquivos de triângulos que possuem, além da infor- mação normal, informações de cores dos pontos, gerando assim fotos 3D com textura. 8 9 1110 42 DIaGNÓStIco 3D EM oRtoDoNtIa Sistemas de aquisição de Dados Os sistemas de aquisição de dadosde produtos acabados para o meio digital são conhecidos como reverse engineering (engenharia reversa ou enge- nharia inversa). Esse termo define um processo que se dá ao contrário da engenharia convencional. A engenharia parte de um desenho representativo do produto a ser fabricado, criam-se os procedi- mentos de fabricação e obtêm-se as peças. No caso da engenharia reversa, tem-se o volume (anatomia do paciente) e se quer gerar o modelo digital 3D para um sistema de coordenadas. Os sistemas de digitalização podem ser divididos em dois grupos: aquisição volumétrica e aquisição de superfície. aquisição Volumétrica Na aquisição volumétrica, todo o volume de uma de- terminada “peça” é capturado. No caso de um modelo de gesso, se o mesmo possuir bolhas internas, essas bolhas também serão capturadas. Entre os equipa- mentos de aquisição volumétrica, destacam-se: tomografia computadorizada de Feixe cônico O tomógrafo Cone-beam é compacto quando com- parado aos tomógrafos médicos. O paciente fica em pé, sentado, ou em posição de supino dependendo do modelo utilizado. O tomógrafo é constituído por um tubo que emite um feixe cônico de raios X pulsá- til e um sensor, que são unidos por um braço seme- lhante ao de um aparelho panorâmico. Uma cadeira, ou mesa motorizada, juntamente com sistemas de suporte de queixo e cabeça completam o aparelho, que é ligado a um computador comum, sem neces- sidade de uma estação de trabalho específica. A primeira geração de tomógrafos Cone-beam utilizava o sistema intensificador de imagem de 8-bits. Com a evolução dos aparelhos, o sensor flat panel passou a ser mais utilizado pelas vantagens que oferece, pois produz imagens livres de distor- ções e com menor ruído, não são sensíveis a campos magnéticos e não precisam de calibração frequente. Atualmente, os sensores flat panel possuem 12, 14 e 16-bits. Quanto maior a quantidade de bits, maior a quantidade de tons de cinza. Fig. 12 – TOMOgrAFiA COMPuTADOrizADA de Feixe Cônico. 43 | A Tomografia Cone-beam Aplicada tomografia computadorizada Helicoidal A TC helicoidal, ou espiral, baseia-se nos mesmos princípios da radiologia convencional, segundo os quais tecidos com diferentes densidades absorvem a radiação X de forma diferente. Ao serem atraves- sados pelos raios X, tecidos mais densos (como o fígado) ou com elementos mais pesados (como o cálcio presente nos ossos) absorvem mais radiação do que tecidos menos densos (como o pulmão, que está cheio de ar, por exemplo). Assim, um exame de TC indica a quantidade de radiação absorvida por cada parte do corpo a ser analisada (radio-densi- dade), e traduz essas variações em uma escala de tons de cinza, representada pela somatória dos pi- xels (matriz), produzindo então uma imagem. Cada pixel da imagem corresponde à média da absorção dos tecidos nessa zona, e é expresso em unidades Hounsfield (em homenagem ao engenheiro Inglês, Godfrey Hounsfield, criador da tomografia compu- tadoriza nos anos 60 e 70). Fig. 13 – TOMOgrAFiA COMPuTADOrizADA MuLTiSLiCe. 44 DIaGNÓStIco 3D EM oRtoDoNtIa Ressonância Nuclear Magnética A ressonância nuclear magnética é uma técnica que permite determinar as propriedades de uma substância através do correlacionamento da ener- gia absorvida contra a sua frequência em uma fai- xa de MegaHertz (MHz) do espectro magnético, caracterizando-se como uma espectroscopia. Essa técnica utiliza as transições entre níveis de energia rotacionais dos núcleos componentes das espécies (átomos ou íons) contidas na amostra. Isso se dá ne- cessariamente sob a influência de um campo mag- nético e sob a concomitante irradiação de ondas de rádio na faixa das frequências citadas acima. Fig. 14 – reSSOnânCiA nuCLeAr MAgnéTiCA. 45 | A Tomografia Cone-beam Aplicada ultrassonografia A ultrassonografia, ou ecografia, é um método diagnóstico que aproveita o eco produzido pelo som para ver em tempo real as reflexões produ- zidas pelas estruturas e órgãos do organismo. Os aparelhos de ultrassom em geral utilizam uma frequência variada, dependendo do tipo de transdutor, que varia desde dois até 14 MHz, emi- tidos através de uma fonte de cristal piezoelétrico que fica em contato com a pele e recebendo os ecos gerados, que são interpretados através da computação gráfica. Quanto maior a frequência, maior a resolução obtida. Conforme a densidade e a composição das estruturas, a atenuação e a mudança de fase dos sinais emitidos variam, sen- do possível a tradução em uma escala de cinza, que formará a imagem dos órgãos internos. A ul- trassonografia permite também, através do efei- to doppler, se conhecer o sentido e a velocidade de fluxos sanguíneos. Por não utilizar radiação ionizante, como na radiografia e na tomografia computadorizada, é um método inócuo, barato e seguro para avaliação obstétrica. Fig. 15 – uLTrASSOnOgrAFiA. 46 DIaGNÓStIco 3D EM oRtoDoNtIa aquisição Superficial aquisição por contato Os sistemas de engenharia reversa são uma evo- lução dos sistemas de pantógrafo utilizados nos anos 50 pela indústria automobilística. São sistemas simples que copiam um produto utilizando uma probe (sonda) para realizar a varredura da peça e re- produzir a mesma em outro material. Existem hoje no mercado odontológico sistemas de pantografia para prótese, comercializados como sistema CAD/ CAM, o que conceitualmente não faz nenhum sen- tido, porém, a confusão dos termos possibilita que tais enganos sejam cometidos. A primeira ramificação encontrada para os siste- mas de digitalização na indústria é o método por con- tato, com o surgimento das máquinas de medição de coordenadas (CMM- Coordinate Measure Machine) na década de 70, com a primeira máquina contro- lada por um computador. Esse equipamento mede as posições geométricas do produto quando uma ponta de rubi toca a peça, através de strain gauges (sensores de pressão utilizados na engenharia para medir as cargas exercidas sobre um objeto) que en- viam um pulso elétrico para o computador registrar as coordenadas dos encoders (sensor que capta movi- Fig. 16 – PAnTógrAFO. 47 | A Tomografia Cone-beam Aplicada mento circular em um eixo). O primeiro equipamento a adaptar essa tecnologia de aquisição para o meio odontológico foi o sistema Procera da empresa Nobel Biocare (Zurique, Suíça). As tecnologias por contato utilizam uma ponta calibrada chamada probe que faz medições tocando a peça e registrando os pontos. Esse sistema de captura de dados é bastante preciso, porém, é um processo lento e, como existe o conta- to com a peça, é necessário especial cuidado com o posicionamento da peça para evitar que a mesma se mova perdendo assim sua referência. Esta tecnologia não está indicada no caso de digitalização de peças preenchidas com cera ou outros materiais moles. Os equipamentos por contato, por capturarem uma quantidade inferior de pontos e serem operador- dependentes, estão sendo substituídos gradativamen- te por sistemas de aquisição automáticos. (Figura 17). aquisição sem contato Os sistemas de aquisição sem contato, por sua vez, podem ser subdivididos de duas formas diferentes: método de captura (ativo ou passivo) e tecnologia de aquisição (superfície ou volumétrica). Esses siste- mas de aquisição sem contato têm como principal vantagem a aquisição realizada de maneira auto- mática, aumentando a repetibilidade na aquisição das coordenadas. A reconstrução dos arquivos mui- tas vezes exige computadores potentes que têm se tornado equipamentos cada vez mais acessíveis devido à sua popularização. aquisição de superfície O sistema de aquisição de superfície é composto por um scanner que digitaliza a superfície de um determinado objeto. Os “scanners 3D”, como fica- ram conhecidos no Brasil, são equipamentos que fazem a leitura dos dados da superfície do objeto (pode ser um modelode estudo ou um preparo em gesso) e são equipamentos de aquisição de super- fície ativa, isto é, utilizam de uma fonte de luz para realizar a digitalização. Já alguns equipamentos de escaneamento facial utilizam uma tecnologia de aquisição de superfície passiva, sem nenhuma fon- te de luz auxiliar. A indústria utiliza uma infinidade de tecnologias para adquirir os dados de um obje- to. A grande maioria não tem aplicação para a área odontológica; as tecnologias abordadas a seguir são aquelas utilizadas na Odontologia. Fig. 17 – SCAnner De COnTATO. 48 DIaGNÓStIco 3D EM oRtoDoNtIa aquisição de superfície ativa Esses equipamentos podem ser comparados a câmeras fotográficas, visto que dependem de um campo de visão pra criar o modelo digital. Na maioria das vezes, um objeto é digitalizado em di- ferentes posições mantendo-se o mesmo ponto de referência. Nesse caso, o modelo passará por um processamento que alinha as diferentes toma- das, sobrepõe as tomadas e, finalmente, cria uma nuvem de pontos única que representa a peça. A aquisição de superfície ativa tem duas tecnologias que são mais utilizadas: o sistema laser e o sistema conhecido como luz branca. Esses sistemas são ati- vos, pois o objeto recebe a luz de uma fonte auxiliar e não utiliza a luz do ambiente para fazer aquisição. Fig. 18 – CAMPO De ViSãO. Fig. 19 – SOBrePOSiçãO De MALhAS 3D. 18 19 49 | A Tomografia Cone-beam Aplicada Escaneamento à laser A triangulação 3D por laser é um sistema sem con- tato ativo, que utiliza um feixe de laser para obter as medições do objeto. Este grupo de equipamentos de digitalização é baseado no princípio da trian- gulação simples. Um ponto, ou faixa de laser, é projetado sobre a superfície do objeto e é registrado por um ou mais sensores CCD (Charge Coupled Devices). O ângulo de raio de luz a partir do scanner é registrado interna- mente. O comprimento entre a origem do laser e a base é fixo e conhecido a partir de um processo de calibração. A distância en- tre o objeto e o equipamento é geometricamente determinada pelo ângulo registrado e o compri- mento da base. Este tipo de scanner alcança pon- tos 3D com um desvio padrão menor do que um milímetro para distâncias muito próximas (menores do que dois metros). A precisão depende tanto do comprimento da base do scanner quanto da distân- cia do objeto. Com o comprimento da base fixo, o desvio padrão de distância medida pode incremen- tar proporcionalmente ao quadrado da distância. O sistema a laser pode ser acoplado a um sistema manual ou automático que informará ao software a posição do sensor. Os scanners utilizados na Odon- tologia são todos automáticos e podem ter de três a cinco eixos e, quanto maior o número de eixos, maior a área de cobertura da aquisição, pois o equi- pamento possui mais liberdade de movimento, o que aumenta o campo de visão do mesmo. Fig. 20 – SCAnner A LASer. 50 DIaGNÓStIco 3D EM oRtoDoNtIa Scanner com luz estruturada A fotogrametria, como o próprio nome diz, é uma técnica de medição de coordenadas 3D que usa as fotografias como base para a metrologia (medi- ções). A fotografia descreve os princípios envolvi- dos na fotogrametria, enquanto que a metrologia descreve as técnicas para produzir coordenadas tri- dimensionais a partir de fotografias bidimensionais. O processo fotogramétrico consiste na projeção de vários padrões de franjas sobre a superfície do ob- jeto a ser digitalizado e captado por duas câmeras posicionadas em ângulos de visão diferentes. Com o auxílio do processamento digital de imagens e baseado no princípio de triangulação, as coorde- nadas 3D são computadas independentemente e as imagens podem ser calibradas simultaneamente durante a medição. Fig. 21 – SCAnner De Luz eSTruTurADA. 51 | A Tomografia Cone-beam Aplicada Fotografia 3D A fotografia 3D é um subtipo de scanner 3D utilizado para o es- caneamento da face. Além dos dados de geometria da peça, esses equipamentos fazem o registro das cores de cada ponto, copiando assim a textura superficial. A fotografia 3D é uma ferra- menta importante na aquisição dos dados para criação do paciente virtual, pois obtém os dados de textura de pele e posição espacial do paciente, tornando a simulação de um planejamento cirúrgico mais realista dessa maneira, como veremos nos capítulos se- guintes. A fotografia 3D utili- za de diferentes tecnologias, com e sem fontes de luz au- xiliares, realizando sempre o escaneamento superficial da face sem a emissão de radiação X para a realização da digitalização. Exis- tem três tecnologias principais para esta aplicação: Fotometria estereoscópica passiva Os sistemas de fotometria estereos- cópica passiva utilizam quatro câme- ras que registram fotos de ângulos diferentes. As câmeras têm distância e ponto focal conhecido, o objeto é posicionado no ponto focal e as foto- grafias são tiradas simultaneamente para evitar distorções na construção do modelo que servirá de base para aplicação da textura. Os sistemas de fotografia 3D geram uma nuvem de pontos que representa o volume do objeto que será digitalizado. Determi- nados softwares aplicam as texturas utilizando as cores da foto. Fig. 22 A-D – FOTOMeTriA eSTereOSCóPiCA PASSiVA. 52 DIaGNÓStIco 3D EM oRtoDoNtIa processamento aplicação da textura criação de nuvem de pontos B C D 53 | A Tomografia Cone-beam Aplicada Fotometria estereoscópica ativa Na fotometria estereoscópica ativa, uma fonte de luz branca é lançada sobre o objeto, diminuindo os problemas de iluminação encontrados na foto- metria estereoscópica passiva, os sistemas comer- Fig. 23 – FOTOMeTriA eSTereOSCóPiCA ATiVA. ciais são compostos de seis câmeras que obtêm as fotos para a construção do modelo. O processo é o mesmo do anterior. 54 DIaGNÓStIco 3D EM oRtoDoNtIa Fotogrametria 3D colorida Esse sistema de fotografia 3D, ape- sar de utilizar o mesmo princípio de funcionamento do scanner por luz estruturada, possui uma câmera de alta resolução para gerar, além da digitalização da face do paciente, a textura que será aplicada no proces- samento dos arquivos. Esse equipa- mento pode ser incrementado com espelhos, aumentado o FOV (Field of View) do mesmo. Essa tecnologia pode ser adaptada de um scanner de modelos por luz estruturada com sistemas CAD industriais, que per- mitem a sobreposição de textura na malha de triângulos. Renderização O processo de se obter o produto final a partir de um proces- samento digital qualquer aplicado essencialmente em pro- gramas de aquisição e modelagem 2D e 3D, além de diversos processos digitais de conversão, é conhecido como renderi- zação. No contexto da modelagem 3D, pode ser entendido como a geração de uma imagem a partir de um modelo tri- dimensional através de recursos computacionais. Diversos programas de processamento digital de sinais utilizam este processo para obtenção do resultado final: � Modelagem bidimensional e tridimensional (3ds Max®, Maya®, CINEMA 4D®, Blender®, Adobe Photoshop®, Gimp®, Corel PhotoPaint®, entre outros); � Processamento de áudio (CUBase®, Ableton Live!®, Logic Pro®, entre outros); � Edição de vídeo (Adobe Premiere®, Vegas®). Fig. 24 – FOTOgrAMeTriA 3D COLOriDA. 55 | A Tomografia Cone-beam Aplicada A renderização tridimensional tem aplicação na Arquitetura, indústria de vídeo games, simula- dores, filmes, Medicina, design visual, entre diversas outras áreas. Como produto, uma grande variedade de renderizadores é integrada a pacotes de edição e animação 3D (como os já citados), outros são apli- cações comerciais stand-alone (independentes), além de projetos de código aberto. Em síntese, um renderizador é um programa de computador ba- seado em diversos aspectos relacionados, como: Física, percepção visual, Matemática e linguagem de programação. O ato de renderizar
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