Medición del movimiento de los dientes maxilares posteriores: una evaluación modelo mediante la superposición palatina y dental

Resumen

Este manuscrito presenta un protocolo completo para evaluar el movimiento tridimensional (3D) de los dientes maxilares posteriores con alineadores transparentes utilizando la superposición de modelos digitales, una herramienta invaluable en ortodoncia y ortopedia dentofacial.

Resumen

Desde la introducción de Invisalign por Align Technology, Inc. en 1999, han persistido las preguntas y los debates sobre la precisión de la terapia Invisalign (alineador transparente), especialmente en comparación con el uso de aparatos fijos tradicionales. Esto se vuelve particularmente significativo en los casos que involucran correcciones anteroposteriores, verticales y transversales, donde las comparaciones precisas son de suma importancia. Para responder a estas preguntas, este estudio presenta un protocolo meticulosamente diseñado, poniendo un énfasis principal en la superposición digital del movimiento de los dientes maxilares posteriores para facilitar un análisis preciso. La muestra incluyó 25 pacientes que habían completado su primera serie de alineadores Invisalign (transparentes). Se superpusieron digitalmente cuatro modelos digitales maxilares (pre-tratamiento, post-tratamiento, ClinCheck-inicial y modelos finales) utilizando las rugas del paladar y las denticiones como referencias estables. Se utilizó una combinación de software para la superposición del modelo y la segmentación de los dientes. A continuación, las matrices de transformación expresaron las diferencias entre las posiciones de los dientes alcanzadas y predichas. Los umbrales para las diferencias clínicamente relevantes fueron de ±0,25 mm para el desplazamiento lineal y de ±2° para la rotación. Las diferencias se evaluaron mediante la prueba de T cuadrado de Hotelling con corrección de Bonferroni. Las diferencias medias en rotación (2,036° ± 4,217°) y par (-2,913° ± 3,263°) fueron significativas estadística y clínicamente, con valores de p de 0,023 y 0,0003 respectivamente. La desrotación de los premolares y el control de torsión para todos los dientes posteriores fueron menos predecibles. Todas las diferencias de medias para las mediciones lineales fueron estadística y clínicamente insignificantes, excepto que los primeros molares parecían ligeramente (0,256 mm) más intruidos que su posición prevista. El sistema de alineadores transparentes parece cumplir con su predicción para la mayoría de los movimientos dentales traslacionales y la inclinación mesial-distal en los dientes posteriores maxilares para los casos sin extracción con maloclusiones leves a moderadas.

Introducción

En 1999, Align (Align Technology Inc., Tempe, AZ) puso a disposición comercial aparatos de ortodoncia removibles fabricados digitalmente. Originalmente, este sistema fue diseñado para resolver casos de no crecimiento con hacinamiento leve a moderado o cerrar espacios pequeños como una alternativa estética a los electrodomésticos tradicionales fijos en los bordes. Con décadas de mejoras en el diseño y la fabricación asistidos por ordenador (CAD/CAM), los materiales dentales y la planificación del tratamiento, la terapia con alineadores transparentes (TAC) se ha utilizado desde entonces para tratar a más de 10 millones de pacientes con diversas maloclusiones en todo el mundo^. Un estudio retrospectivo reciente sugirió que la TAC es tan efectiva como la terapia con aparatos fijos para la población adolescente con maloclusiones leves, con resultados significativamente mejores en la alineación de los dientes, las relaciones oclusales y el resalte². El número de citas, las visitas de emergencia y el tiempo total de tratamiento también tuvieron mejores resultados para los pacientes con terapia con alineadores transparentes. A pesar de que la TAC se puede utilizar para tratar las maloclusiones leves a moderadas sin extracción en pacientes que no crecen ^3,4 y acortar la duración del tratamiento y el tiempo de consulta⁵, no está claro si el tratamiento es tan efectivo como el estándar de oro de los aparatos ortopédicos labiales convencionales ^4,6,7,8,9, especialmente para la corrección anteroposterior y vertical¹⁰.

ClinCheck es una plataforma de software desarrollada por Align para proporcionar a los médicos simulaciones virtuales tridimensionales (3D) de posibles movimientos dentales. Principalmente se preocupa por el estado inicial del paciente y el plan de tratamiento prescrito por el médico, también puede ser una herramienta de comunicación visual para el paciente. Cualquier desajuste entre los resultados pronosticados y los logrados puede requerir una corrección, refinamiento o conversión a la terapia con aparatos fijos a mitad de curso. En consecuencia, la fiabilidad de las predicciones de software ha atraído cada vez más la atención de los investigadores. Desde la revisión sistemática de Lagravere y Flores-Mir publicada en 2005¹¹, las investigaciones sobre la concordancia entre los modelos predichos y los modelos post-tratamiento se han medido de diferentes maneras, los métodos de medición incluyen la longitud del arco, la distancia intercanina, la sobremordida, el resalte, la desviación de la línea media¹², la puntuación de reducción del sistema de clasificación objetiva de la Junta Americana de Ortodoncia (ABO-OGS)¹³, el ancho interdental superior e inferior¹⁴y medidas derivadas de la tomografía computarizada de haz cónico¹⁵.

También se han realizado comparaciones mediante la superposición de modelos 3D 16,17,18,19,20,21. Por ejemplo, muchas plataformas de software actuales, como ToothMeasure (software interno desarrollado por Align Technology), pueden superponer de forma reproducible dos modelos digitales utilizando puntos de referencia seleccionados por el usuario en dientes no tratados, rugas palatinas o implantes dentales. Dado que los modelos predichos y alcanzados generalmente no incluyen las superficies palatinas, muchos estudios previos 15,16,17,18 han utilizado los dientes posteriores no tratados como referencias para la superposición, incluyendo la posibilidad de agregar errores debido a los movimientos relativos de estos dientes. Estos estudios se han limitado a las regiones anteriores de la arcada en casos relativamente simples con espaciamiento o apiñamiento leve a moderado.

Grünheid et al. utilizaron la superposición matemática para cuantificar las discrepancias entre los planes de tratamiento virtuales y los resultados reales del tratamiento para evaluar la precisión de la TAC de dentición completa sin estructuras anatómicas estables en modelos digitales²⁰. Haouili et al. utilizaron el mismo método en un algoritmo de mejor ajuste dentro del software Compare para realizar un estudio de seguimiento prospectivo sobre la eficacia del movimiento dental con CAT²¹. El objetivo era proporcionar una actualización sobre la precisión asociada con la tecnología emergente, es decir, SmartForce, los materiales de los alineadores SmartTrack y los escaneos digitales. Sus hallazgos de una mejora de la precisión general del 41%¹⁷ al 50%²¹ fueron alentadores, pero no niegan la posibilidad de que algunos movimientos dentales aún no se puedan lograr satisfactoriamente con el sistema de alineadores transparentes.

Cuando se predicen y se logran, los modelos digitales incluyen una referencia 3D común independiente de la dentición, como rugas palatinas, implantes dentales o tori; Pueden ser co-registrados dentro del sistema de coordenadas de muchas plataformas de software adecuadas. Si un diente de interés se segmenta de uno y se transforma matemáticamente para que coincida con su versión desplazada en el otro, la matriz de transformación contiene la información completa necesaria para describir toda la transposición 3D. Su contenido puede expresarse como tres traducciones y tres rotaciones descritas por una convención formal. Un ejemplo se encuentra en el software de control Invisalign ClinCheck Pro 3D, donde los parámetros numéricos que indican los movimientos de los dientes en 3D necesarios para mover los dientes a sus posiciones predichas se muestran en una tabla de movimientos de dientes.

Si bien los modelos inicial y final (predichos) del software de planificación comparten un sistema de coordenadas común proporcionado por la misma plataforma de software, su ausencia de paladares restringe la posibilidad de co-registro con cualquier otro modelo de dentición digital a menos que posean una dentición idéntica. En este contexto, se planteó la hipótesis de que sería factible la superposición de modelos predichos por software y posteriores al tratamiento (logrados). Esta viabilidad surge de la disponibilidad de dos pares: inicial y final (superpuestos automáticamente durante la exportación desde el software de planificación) y otro par de modelos de pretratamiento y logrados (superpuestos mediante rugas palatinas). Estos pares podrían registrarse utilizando la dentición pre-tratamiento como referencia para alinearlos con el modelo inicial de Invisalign. Posteriormente, se podría realizar la segmentación de dientes individuales para evaluar las diferencias en sus posiciones y orientaciones. Esta evaluación implica la transposición de dientes entre los modelos, y las matrices de transformación permitirían una cuantificación numérica de las traslaciones y reorientaciones.

En este protocolo, se introdujo un enfoque para evaluar la efectividad de la TAC en el tratamiento de las maloclusiones leves a moderadas tanto en adolescentes como en adultos, centrándose específicamente en los dientes maxilares posteriores. La hipótesis nula fue que no hubo diferencia entre la posición de los dientes lograda y la predicha por el software de planificación en los dientes maxilares posteriores después de la primera serie de alineadores transparentes.

Protocolo

Este estudio recibió la aprobación ética de la Junta de Revisión Institucional de la Universidad de Columbia Británica (No. H19-00787). Para mantener la confidencialidad, todas las muestras utilizadas en el estudio se sometieron a procedimientos de desidentificación. Además, antes de su inclusión en la investigación, se obtuvo adecuadamente el consentimiento informado de todos los pacientes participantes.

NOTA: Cada participante contribuyó con cuatro modelos digitales maxilares, que abarcaron lo siguiente:

1. Modelo digital de pretratamiento, con el paladar escaneado con iTero
2. Modelo digital post-tratamiento, con el paladar escaneado con iTero
3. Modelo de pretratamiento, exportado desde el software de planificación.
4. Modelo predicho, exportado desde el software de planificación.

Este protocolo aprovechó una combinación de varias herramientas de software, que incluían CloudCompare, Meshmixer y Rhinoceros. Estas plataformas de software desempeñaron un papel fundamental para facilitar el proceso de registro y permitir la segmentación de dientes individuales con el fin de analizar sus movimientos y orientaciones. Vale la pena señalar que estas herramientas de software pueden ser replicables con otras opciones de software de código abierto, siempre que puedan lograr objetivos similares. En la Figura 1 se presenta un flujo de trabajo que ilustra la secuencia de software.

1. Preparación

1. Obtenga los modelos inicial y final (predichos) como archivos estereolitográficos (STL) del software de planificación haciendo clic en Herramientas > Exportar > STL.
   NOTA: Los modelos exportados desde el software de planificación presentan solo coronas clínicas y encía virtual sin paladar.
2. Obtenga los modelos digitales de pretratamiento y postratamiento como archivos STL desde el software del modelo escaneado (OrthoCAD) seleccionando el escaneo, haciendo clic y eligiendo Exportar > Tipo de exportación (vaciado abierto), Formato de datos (archivo por arco [arcos orientados en oclusión]).
   NOTA: Los modelos exportados desde el software de escaneo de modelos incluyen no solo la dentición, sino también la encía y todo el paladar.

2. Superposición palatina de modelos digitales pre y post-tratamiento en CloudCompare

1. Abra el software y arrastre y suelte los archivos STL de los modelos digitales de pretratamiento y postratamiento.
2. Seleccione cada modelo y haga clic en Editar > colores > Establecer único para cambiar los colores de los modelos seleccionados.
3. Seleccione el modelo digital posterior al tratamiento y haga clic en el icono Traducir/Rotar . Haga clic con el botón derecho para arrastrar el modelo de modo que queden uno al lado del otro. Haga clic en la marca de verificación verde.
4. Seleccione el modelo digital de pretratamiento y haga clic en el icono Segmento .
5. Haga clic en cuatro puntos de las rugas palatinas y haga clic con el botón derecho para anular la selección. Haga clic en Segmentar en y, a continuación, haga clic en la marca de verificación verde. Repita los pasos 2.4 a 2.5 para el modelo digital posterior al tratamiento.
6. Oculte los modelos PostTreatModel.remaining y PreTreatModel.remaining y seleccione los modelos PostTreatModel.part y PreTreatModel.part .
7. Haga clic en el icono de alineación de registro aproximado (selección de pares de puntos) y coloque al menos tres puntos de referencia correspondientes en el paladar a cada lado de la línea media para los paladares antes y después del tratamiento. Haga clic en Alinear y, a continuación, haga clic en la marca de verificación verde.
8. Para mostrar las mallas de ambos modelos y mover el modelo PostTreatModel.remaining sin transformar, copie la matriz de transformación, haga clic en Editar > Aplicar transformación y pegue la matriz de transformación.
   NOTA: Los resultados de la matriz de transformación se muestran en la consola.
9. Oculte los modelos PostTreatModel.remaining y PreTreatModel.remaining y seleccione los modelos PostTreatModel.part y PreTreatModel.part .
10. Haga clic en el icono de alineación de registro fino y asegúrese de que el modelo PreTreatModel.part esté seleccionado como referencia. Haga clic en Aceptar.
    NOTA: Confirme la raíz cuadrática media (RMS) resultante en la ventana de información de registro. Una desviación de ≤ 0,05 RMS es aceptable.
11. Para mostrar las mallas de ambos modelos y mover el modelo PostTreatModel.remaining sin transformar, copie la matriz de transformación, haga clic en Editar > Aplicar transformación y pegue la matriz de transformación.
12. Guarde los modelos PostTreatModel.remaining y PreTreatModel.remaining superpuestos como archivos STL.

3. Preparación del modelo de software para la superposición con el software Rhinoceros

1. Importe los archivos STL del software de planificación, el pretratamiento y los modelos previstos por separado.
   NOTA: Al importar modelos de software a software de medición como Rhinoceros o CloudCompare, se conserva la orientación y el registro de los modelos
2. Seleccione la encía simulada y presione Eliminar para eliminarla.
3. Haga clic en MeshTools, seleccione Meshplane. Dibuje un plano alrededor de los dientes y mueva el plano hacia el 1/3 oclusal de las coronas dentales. Esto mejorará la precisión de la superposición.
4. Haga doble clic en el botón Derecha para expandir la vista derecha.
5. Ingrese el comando MeshBooleanSplit y seleccione el plano y todos los dientes y luego presione Enter.
6. Eliminar las porciones planas y cervicales de los dientes dejando las coronas dentales oclusales de 1/3.
7. Guarde el modelo dividido como un archivo STL.
8. Repita todos los pasos para el otro modelo.

4. Superposición de modelos digitales de predicción por software y post-tratamiento con CloudCompare

1. Arrastre y suelte los archivos STL de los modelos digitales de pretratamiento y postratamiento previamente superpuestos palatalmente, y los modelos de pretratamiento dividido y predicho dividido.
2. Seleccione cada modelo y haga clic en Editar > colores > Establecer único para cambiar los colores de los modelos seleccionados.
3. Seleccione los modelos digitales de pretratamiento y postratamiento y haga clic en el icono Traducir/Rotar . Haga clic con el botón derecho para arrastrar los modelos de modo que queden uno al lado del otro.
4. Solicite que el software oculte el modelo de predicción dividida y el modelo digital de postratamiento desmarcando las casillas correspondientes. Seleccione el modelo de pretratamiento dividido y el modelo digital de pretratamiento.
5. Haga clic en el icono de alineación de registro aproximado y coloque los puntos de referencia correspondientes en las cúspides de las coronas tanto en el modelo de pretratamiento dividido como en el modelo digital de pretratamiento. Haga clic en Alinear y, a continuación, haga clic en la marca de verificación verde.
6. Muestre el modelo de predicción dividido y el modelo posterior al tratamiento y mueva el modelo posterior al tratamiento sin transformar copiando la matriz de transformación, haciendo clic en Editar > Aplicar transformación y pegando la matriz de transformación.
7. Oculte los modelos de predicción posteriores al tratamiento y divididos. Seleccione los modelos de pretratamiento y pretratamiento dividido. Haga clic en el icono de alineación de registro fino para obtener el mejor ajuste entre el modelo de pretratamiento dividido y el modelo digital de pretratamiento.
8. Para mostrar las mallas y mover el modelo sin transformar, copie la matriz de transformación, haga clic en Editar > Aplicar transformación y pegue la matriz de transformación.
9. Muestre los modelos digitales divididos de predicción y postratamiento y, a continuación, oculte el modelo de pretratamiento dividido y el modelo digital de pretratamiento para mostrar la superposición (Figura 2).
10. Guarde los modelos como archivos STL.

5. Segmentación de coronas usando Meshmixer

1. Importe el modelo de predicción dividida y el modelo digital posterior al tratamiento a Meshmixer.
2. Haga clic en Editar > Duplicar para duplicar los modelos para el número de dientes que se van a segmentar. Etiquete cada modelo con el número de diente correspondiente a segmentar.
3. Oculte el modelo de predicción dividida haciendo clic en el icono Ojo , manteniendo visible el modelo digital posterior al tratamiento.
4. En el modelo posterior al tratamiento, haga clic en Seleccionar y ajuste el tamaño del pincel. Para segmentar la corona seleccionada, arrastre la herramienta Pincel sobre la superficie oclusal del diente seleccionado, prestando mucha atención a las puntas de las cúspides.
5. Haga clic en Modificar > Invertir y, a continuación, en Editar > Descartar para eliminar el resto del modelo, dejando la corona segmentada.
6. Muestre el modelo de predicción dividida y oculte el modelo posterior al tratamiento haciendo clic en los iconos de ojo correspondientes.
7. Repita los pasos 5.4-5.5 para el modelo de predicción dividida.
8. Exporte cada corona seleccionada como archivos STL.
9. Repita todos los pasos para cada segmentación de dientes.

6. Superposición dental con CloudCompare

1. Importe las coronas digitales segmentadas después del tratamiento y las coronas divididas predichas por software en el software. Asegúrese de que la orientación y el registro en la nube sigan siendo coherentes. Establecer la Cuadrícula de Coordenadas Mundiales para estandarizar la orientación de los dientes derechos e izquierdos, mejorando la confiabilidad de la metodología. El centro de la cuadrícula debe representar la coordenada (0,0,0,0,0,0) de la nube de software CloudCompare.
2. Seleccione ambas coronas y haga clic en Editar > normales > Calcular > por vértice.
3. Seleccione cada diente y haga clic en Editar > colores > Establecer único para cambiar los colores de los modelos seleccionados.
4. Oculte el diente posterior al tratamiento desmarcando la casilla y seleccione tanto el diente oculto posterior al tratamiento como el diente visible previsto.
5. Seleccione la vista inferior, haga clic en el icono Trasladar/Rotar y utilice los planos X, Y y Z para rotar el diente de modo que la cúspide bucal se alinee con la línea vertical.
6. Seleccione la vista lateral izquierda, haga clic en el icono Traducir/Rotar y alinee las cúspides bucales y linguales con la línea horizontal.
7. Seleccione la vista posterior, haga clic en el icono Traducir/Rotar y alinee las cúspides bucales y linguales con la línea horizontal.
   NOTA: Trate de alinear sus superficies oclusales y faciales con los ejes y planos del mundo. Asegúrese de que el centro del cuadro delimitador del diente esté colocado en el origen del mundo. Al adherirse a la cuadrícula de coordenadas mundiales, se estandarizarán las posiciones de todos los dientes. Este paso garantiza una conversión consistente y precisa de las traslaciones X, Y y Z en todos los ejes, independientemente de la posición específica de un diente individual.
8. Una vez que todas las cúspides estén alineadas, haga clic en el icono Trasladar/Rotar para centrar el diente en la cuadrícula en todas las vistas.
9. Muestre el diente posterior al tratamiento y seleccione el diente previsto y el diente posterior al tratamiento.
10. Haga clic en el icono de alineación de registro fino para registrar el diente posterior al tratamiento sobre el diente previsto. Haga clic en Aceptar.
    NOTA: Una vez finalizado, CloudCompare mostrará la información de registro, incluida la superposición RMS (Figura 3).
11. Para determinar las diferencias posicionales y rotacionales entre los dos dientes, seleccione el diente posterior al tratamiento, copie la matriz de transformación, haga clic en Editar > Aplicar transformación y pegue la matriz de transformación.
12. Seleccione el icono Ángulos de Euler para mostrar los movimientos rotacionales y lineales entre el diente predicho y el diente posterior al tratamiento.
13. Documente todas las mediciones de traslación y rotación en una hoja de cálculo. Repita este proceso para todos los dientes posteriores restantes.
    NOTA: Utilice el sistema de clasificación modelo¹² de la Junta Americana de Ortodoncia (ABO) para identificar diferencias de medición clínicamente significativas. Las diferencias mayores de 0,5 mm linealmente y 2 grados angulares se consideran clínicamente relevantes.
14. Ajuste los valores de medición para la dirección antero-posterior de los dientes del lado derecho en una hoja de cálculo. Este ajuste tiene en cuenta la orientación estandarizada de los dientes del lado derecho a los dientes del lado izquierdo.

7. Especificaciones de medición

1. Comprender la secuencia de convenciones de rotación y medición: CloudCompare emplea la convención extrínseca (origen mundial) ZYX de Tait-Bryan para sus mediciones.
   NOTA: Para la traslación, los ejes representan X (dirección bucolingual), Y (dirección mesiodistal) y Z (dirección vertical: intrusión/extrusión). Los movimientos angulares están representados por el eje X (Psi - inclinación mesiodistal), el eje Y (Theta - par bucolingual) y el eje Z (Phi - rotación mesiodistal)²². Los movimientos de los dientes se expresan en términos de la anatomía del diente, independientemente de su posición en la arcada. El signo de las medidas (+, -) indica la dirección desde el origen del mundo y la rotación alrededor de sus ejes.
2. Importancia de la relevancia contextual: Tenga en cuenta que los términos direccionales que describen los movimientos de los dientes (p. ej., mesial, distal, bucolingual) hacen referencia al diente específico y no tienen en cuenta las alteraciones relativas a la arcada dental.

8. Análisis estadístico

1. Utilice el paquete estadístico de R (v 3.2.3, RStudio Inc.) a través de RStudio (versión 1.4.1103) para todos los análisis.
2. Seleccione 32 dientes al azar y realice mediciones duplicadas en un intervalo de 1 mes.
3. Pruebe la confiabilidad intra-examinador con coeficientes de correlación intra-clase (ICC) y análisis de Bland Altman para ambos conjuntos de mediciones.
4. Aplique las pruebas de T-cuadrado de Hotelling para probar las diferencias de predicción de medias entre las posiciones de los dientes predichas y alcanzadas para los parámetros angulares y lineales.
5. Ajuste para múltiples comparaciones de dientes utilizando una corrección de Bonferroni en los valores p, con el objetivo de obtener una tasa de error por familia de 0,05.
6. Realice una prueba de T-cuadrado de Hotelling post-hoc si se detectan diferencias significativas para determinar si las diferencias de predicción para cada tipo de diente y parámetro de movimiento son significativas. Considere las discrepancias de 0,25 mm o más en las mediciones lineales y de 2° o más para las mediciones angulares como clínicamente relevantes.

Resultados

Se requirió un tamaño mínimo de muestra de 24 casos para detectar un cambio de efecto de 0,6° para los ángulos promedio de punta y torque, con una potencia del 80% y un alfa de 0,05²³. Los criterios de inclusión fueron los siguientes: (1) dentición permanente completa a través de los primeros molares, (2) maloclusiones de clase I, o maloclusiones de clase II/III de menos de 2 mm con espaciamiento, o apiñamiento leve a moderado que se habían sometido a tratamiento Invisalign sin extracci?...

Discusión

Las rugas palatinas tienen una configuración única en la adolescencia; Permanecen constantes durante el crecimiento, son auténticos marcadores de identificación personal y se consideran referencias anatómicas estables para la superposición del modelo maxilar 24,25,26,27. Dai et al. utilizaron este método para comparar el movimiento dentario logrado y predicho de los primeros molares maxi...

Materiales

Name	Company	Catalog Number	Comments
CloudCompare	GPL software	Version 2.11	open-source software (https://www.cloudcompare.net/)
Meshmixer software	Autodesk, Inc.
Rhinoceros 5.0	Robert McNeel & Associates	Version 5.0