Mensuração da Movimentação Dentária Posterior da Maxila: Um Modelo de Avaliação por Sobreposição Palatina e Dentária

Resumo

Este manuscrito apresenta um amplo protocolo para avaliar o movimento tridimensional (3D) dos dentes posteriores superiores com alinhadores transparentes utilizando a sobreposição de modelos digitais, uma ferramenta valiosa em ortodontia e ortopedia dentofacial.

Resumo

Desde a introdução do Invisalign pela Align Technology, Inc., em 1999, questões e debates têm persistido sobre a precisão da terapia com Invisalign (alinhador transparente), particularmente quando comparada ao uso de aparelhos fixos tradicionais. Isso se torna particularmente significativo nos casos envolvendo correções anteroposteriores, verticais e transversais, onde comparações precisas são de suma importância. Para responder a essas questões, este estudo introduz um protocolo meticulosamente elaborado, colocando uma ênfase primária na sobreposição digital do movimento dos dentes posteriores superiores para facilitar a análise precisa. A amostra incluiu 25 pacientes que completaram sua primeira série de alinhadores Invisalign (transparentes). Quatro modelos digitais maxilares (pré-tratamento, pós-tratamento, ClinCheck inicial e final) foram sobrepostos digitalmente usando as rugas palatinas e dentições como referências estáveis. Uma combinação de software foi utilizada para sobreposição de modelos e segmentação dentária. As matrizes de transformação expressaram então as diferenças entre as posições dentárias alcançadas e preditas. Os limiares para diferenças clinicamente relevantes foram de ±0,25 mm para deslocamento linear e ±2° para rotação. As diferenças foram avaliadas pelo teste T-quadrado de Hotelling com correção de Bonferroni. As diferenças médias de rotação (2,036° ± 4,217°) e torque (-2,913° ± 3,263°) foram significativas estatística e clinicamente, com p-valores de 0,023 e 0,0003, respectivamente. A desrotação dos pré-molares e o controle do torque para todos os dentes posteriores foram menos previsíveis. Todas as diferenças médias para as medidas lineares foram estatisticamente e clinicamente insignificantes, exceto que os primeiros molares pareceram ligeiramente (0,256 mm) mais intrusos do que sua posição predita. O sistema de alinhadores transparentes parece atender à sua predição para a maioria dos movimentos dentários translacionais e inclinação mesiodistal em dentes posteriores superiores para casos de não extração com oclusopatias leves a moderadas.

Introdução

Em 1999, aparelhos ortodônticos removíveis fabricados digitalmente foram disponibilizados comercialmente pela Align (Align Technology Inc., Tempe, AZ). Originalmente, este sistema foi projetado para resolver casos não crescentes com aglomeração leve a moderada ou fechar pequenos espaços como uma alternativa estética aos aparelhos fixos tradicionais de borda. Com décadas de melhorias no projeto e fabricação auxiliados por computador (CAD/CAM), materiais odontológicos e planejamento de tratamento, a terapia com alinhadores claros (CAT) já foi usada para tratar mais de 10 milhões de pacientes com várias más oclusões em todo o mundo¹. Um estudo retrospectivo recente sugeriu que a TAC é tão eficaz quanto a terapia com aparelho fixo para a população adolescente com oclusopatias leves, com resultados significativamente melhores no alinhamento dentário, relações oclusais e sobressaliência2. O número de consultas, as visitas de emergência e o tempo total de tratamento também tiveram melhores resultados para os pacientes com alinhadores claros. Embora o TAC possa ser usado para tratar más oclusões leves a moderadas^{em pacientes sem} extração3,4 e encurtar a duração do tratamento e o tempo de cadeira⁵, ainda não está claro se o tratamento é tão eficaz quanto o padrão-ouro do aparelho labial convencional4,6,7,8,9, especialmente para correção anteroposterior e vertical¹⁰.

O ClinCheck é uma plataforma de software desenvolvida pela Align para fornecer aos médicos simulações tridimensionais (3D) virtuais de movimentos dentários prospectivos. Preocupada principalmente com o estado inicial do paciente e o plano de tratamento prescrito pelo clínico, também pode ser uma ferramenta de comunicação visual para o paciente. Qualquer incompatibilidade entre os resultados previstos e alcançados pode exigir uma correção no meio do curso, refinamento ou conversão para terapia com aparelho fixo. Consequentemente, a confiabilidade das predições de software tem chamado cada vez mais a atenção dos investigadores. Desde a revisão sistemática de Lagravere e Flores-Mir publicada em 2005¹¹, investigações sobre a concordância entre modelos previstos e modelos pós-tratamento têm sido medidas de diferentes maneiras, métodos de mensuração incluindo comprimento do arco, distância intercanina, sobremordida, sobressaliência, desvio da linha^média12, escore de redução do sistema de classificação objetiva do American Board of Orthodontics (ABO-OGS)¹³, largura interdental superior e inferior¹⁴e medidas derivadas da tomografia computadorizada de feixe^cônico15.

Comparações também foram feitas pela sobreposição de modelos 3D 16,17,18,19,20,21. Por exemplo, muitas plataformas de software atuais, como o ToothMeasure (software interno desenvolvido pela Align Technology), podem sobrepor de forma reprodutível dois modelos digitais usando pontos de referência selecionados pelo usuário em dentes não tratados, rugas palatinas ou implantes dentários. Como os modelos previstos e alcançados geralmente não incluem as superfícies palatinas, muitos estudos prévios15,16,17,18 utilizaram os dentes posteriores não tratados como referência para sobreposição, incluindo a possibilidade de adicionar erros devido aos movimentos relativos desses dentes. Esses estudos têm se limitado às regiões anteriores do arco em casos relativamente simples, com espaçamento ou apinhamento leve a moderado.

utilizaram sobreposição matemática para quantificar as discrepâncias entre planos de tratamento virtuais e resultados reais do tratamento para avaliar a acurácia da TAC de dentição total sem estruturas anatômicas estáveis em modelos digitais²⁰. Haouili e col. utilizaram o mesmo método em um algoritmo de melhor ajuste dentro do software Compare para conduzir um estudo prospectivo de seguimento sobre a eficácia da movimentação dentária com CAT²¹. O objetivo era fornecer uma atualização sobre a precisão associada à tecnologia emergente, ou seja, SmartForce, materiais alinhadores SmartTrack e digitalizações digitais. Seus achados de uma melhor acurácia global de 41%¹⁷ para 50%²¹ foram encorajadores, mas não negam a possibilidade de que alguns movimentos dentários ainda não sejam satisfatoriamente alcançáveis com o sistema alinhador transparente.

Quando previstos e alcançados, os modelos digitais incluem uma referência 3D comum independente da dentição, como rugas palatinas, implantes dentários ou tori; Eles podem ser co-registrados dentro do sistema de coordenadas de muitas plataformas de software adequadas. Se um dente de interesse é então segmentado de um e transformado matematicamente para corresponder à sua versão deslocada no outro, a matriz de transformação contém as informações completas necessárias para descrever toda a transposição 3D. Seu conteúdo pode ser expresso como três traduções e três rotações descritas por uma convenção formal. Um exemplo é encontrado no software de controle Invisalign ClinCheck Pro 3D, onde os parâmetros numéricos que indicam os movimentos dentários 3D necessários para mover os dentes para suas posições previstas são mostrados em uma tabela de movimento dentário.

Enquanto os modelos inicial e final (previsto) do software de planejamento compartilham um sistema de coordenadas comum fornecido pela mesma plataforma de software, sua ausência de palatos restringe a possibilidade de co-registro com qualquer outro modelo de dentição digital, a menos que possuam dentição idêntica. Nesse contexto, hipotetizou-se que a sobreposição de modelos preditos por software e pós-tratamento (alcançados) seria viável. Essa viabilidade decorre da disponibilidade de dois pares: inicial e final (sobrepostos automaticamente durante a exportação a partir de softwares de planejamento) e outro par de modelos pré-tratamento e alcançado (sobrepostos usando rugas palatinas). Esses pares puderam ser registrados utilizando-se a dentição pré-tratamento como referência para alinhá-los ao modelo inicial de Invisalign. Posteriormente, foi possível realizar a segmentação dos dentes individuais para avaliar diferenças em suas posições e orientações. Essa avaliação envolve a transposição de dentes entre os modelos, e as matrizes de transformação permitiriam uma quantificação numérica das traduções e reorientações.

Nesse protocolo, foi introduzida uma abordagem para avaliar a efetividade do TAC na abordagem de oclusopatias leves a moderadas em adolescentes e adultos, enfocando especificamente os dentes posteriores superiores. A hipótese nula foi a de que não houve diferença entre a posição dentária obtida e a predita pelo software de planejamento nos dentes posteriores superiores após a primeira série de alinhadores transparentes.

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Protocolo

Este estudo recebeu aprovação ética do Comitê de Ética em Pesquisa da University of British Columbia (nº H19-00787). Para manter o sigilo, todas as amostras utilizadas no estudo foram submetidas a procedimentos de desidentificação. Além disso, antes de sua inclusão na pesquisa, o consentimento informado foi adequadamente obtido de todos os pacientes participantes.

OBS: Cada participante contribuiu com quatro modelos digitais maxilares, que englobaram o seguinte:

1. Modelo digital de pré-tratamento, com o palato escaneado com iTero
2. Modelo digital pós-tratamento, com o palato escaneado por iTero
3. Modelo de pré-tratamento, exportado do software de planejamento.
4. Modelo previsto, exportado do software de planejamento.

Esse protocolo aproveitou uma combinação de várias ferramentas de software, que incluíam CloudCompare, Meshmixer e Rhinoceros. Essas plataformas de software desempenharam um papel fundamental na facilitação do processo de registro e na possibilidade de segmentação de dentes individuais com a finalidade de analisar seus movimentos e orientações. Vale a pena notar que essas ferramentas de software podem ser replicáveis com outras opções de software de código aberto, desde que possam atingir objetivos semelhantes. Um fluxo de trabalho ilustrando a sequência do software é apresentado na Figura 1.

1. Preparo

1. Obtenha os modelos inicial e final (previsto) como arquivos estereolitográficos (STL) do software de planejamento clicando em Ferramentas > Exportar > STL.
   OBS: Os modelos exportados do software de planejamento apresentam apenas coroas clínicas e gengiva virtual sem palato.
2. Obtenha os modelos digitais de pré-tratamento e pós-tratamento como arquivos STL a partir do software modelo digitalizado (OrthoCAD) selecionando a digitalização, clicando e escolhendo Exportar > Tipo de Exportação (shell aberto), Formato de Dados (Arquivo por arco [arcos orientados em oclusão]).
   NOTA: Os modelos exportados do software de escaneamento de modelos incluem não apenas dentição, mas também gengiva e todo o palato.

2. Sobreposição palatina de modelos digitais pré e pós-tratamento no CloudCompare

1. Abra o software e arraste e solte os arquivos STL dos modelos digitais pré e pós-tratamento.
2. Selecione cada modelo e clique em Editar > cores > Definir exclusivo para alterar as cores dos modelos selecionados.
3. Selecione o modelo digital pós-tratamento e clique no ícone Traduzir/Rodar . Clique com o botão direito do mouse para arrastar o modelo para que eles fiquem lado a lado. Clique na marca de seleção verde.
4. Selecione o modelo digital de pré-tratamento e clique no ícone Segmento .
5. Clique em quatro pontos na ruga palatina e clique com o botão direito do mouse para desmarcar. Clique em Segmentar em e, em seguida, clique na marca de verificação verde. Repita as etapas 2.4 a 2.5 para o modelo digital pós-tratamento.
6. Oculte os modelos PostTreatModel.remaining e PreTreatModel.remaining e selecione os modelos PostTreatModel.part e PreTreatModel.part .
7. Clique no ícone de alinhamento Registro aproximado (seleção de pares de pontos) e coloque pelo menos três pontos de referência correspondentes no palato de cada lado da linha média para os palatos pré e pós-tratamento. Clique em Alinhar e, em seguida, clique na marca de verificação verde.
8. Reexibir as malhas de ambos os modelos e mover o modelo PostTreatModel.remaining não transformado copiando a matriz de transformação, clicando em Editar > Aplicar Transformação e colando a matriz de transformação.
   Observação : as saídas da matriz de transformação são mostradas no console.
9. Oculte os modelos PostTreatModel.remaining e PreTreatModel.remaining e selecione os modelos PostTreatModel.part e PreTreatModel.part .
10. Clique no ícone de alinhamento Registro fino e verifique se o modelo PreTreatModel.part está selecionado como referência. Clique em Ok.
    Observação : confirme o quadrado médio raiz resultante (RMS) na janela de informações de registro. Um desvio de ≤ 0,05 RMS é aceitável.
11. Reexibir as malhas de ambos os modelos e mover o modelo PostTreatModel.remaining não transformado copiando a matriz de transformação, clicando em Editar > Aplicar Transformação e colando a matriz de transformação.
12. Salve os modelos PostTreatModel.remaining e PreTreatModel.remaining sobrepostos como arquivos STL.

3. Preparação do modelo de software para sobreposição com o software Rhinoceros

1. Importe os arquivos STL do pré-tratamento do software de planejamento e dos modelos previstos separadamente.
   NOTA: Ao importar modelos de software para softwares de medição, como Rhinoceros ou CloudCompare, a orientação e o registro dos modelos são preservados
2. Selecione a gengiva simulada e pressione Delete para removê-la.
3. Clique em MeshTools, selecione Meshplane. Desenhe um plano ao redor dos dentes e mova o plano para o 1/3 oclusal das coroas dentárias. Isso melhorará a precisão da sobreposição.
4. Clique duas vezes no botão Direita para expandir a exibição à direita.
5. Digite o comando MeshBooleanSplit e selecione o plano e todos os dentes e pressione Enter.
6. Excluir o plano e as porções cervicais dos dentes deixando as coroas dentárias oclusais de 1/3.
7. Salve o modelo dividido como um arquivo STL.
8. Repita todas as etapas para o outro modelo.

4. Sobreposição de modelos digitais de pré-tratamento e pós-tratamento com o CloudCompare

1. Arraste e solte os arquivos STL dos modelos digitais pré-tratamento e pós-tratamento previamente sobrepostos palatalmente e dos modelos preditos split pré-tratamento e split.
2. Selecione cada modelo e clique em Editar > cores > Definir exclusivo para alterar as cores dos modelos selecionados.
3. Selecione os modelos digitais de pré e pós-tratamento e clique no ícone Traduzir/Rodar . Clique com o botão direito do mouse para arrastar os modelos para que eles fiquem lado a lado.
4. Solicite que o software oculte o modelo previsto de divisão e o modelo digital pós-tratamento desmarcando as caixas correspondentes. Selecione o modelo de pré-tratamento dividido e o modelo digital de pré-tratamento.
5. Clique no ícone de alinhamento Registro aproximado e coloque os pontos de referência correspondentes nas cúspides das coroas no modelo de pré-tratamento dividido e no modelo digital de pré-tratamento. Clique em Alinhar e, em seguida, clique na marca de verificação verde.
6. Reexibir o modelo previsto de divisão e o modelo de pós-tratamento e mover o modelo de pós-tratamento não transformado copiando a matriz de transformação, clicando em Editar > Aplicar Transformação e colando a matriz de transformação.
7. Ocultar os modelos preditos pós-tratamento e dividir. Selecione os modelos de pré-tratamento e pré-tratamento dividido. Clique no ícone de alinhamento Registro fino para obter o melhor ajuste entre o modelo de pré-tratamento dividido e o modelo digital de pré-tratamento.
8. Reexibir as malhas e mover o modelo não transformado copiando a matriz de transformação, clicando em Editar > Aplicar Transformação e colando a matriz de transformação.
9. Reexibir os modelos digitais split previsto e pós-tratamento e, em seguida, ocultar o modelo digital split pré-tratamento e pré-tratamento para exibir a sobreposição (Figura 2).
10. Salve os modelos como arquivos STL.

5. Segmentação da coroa usando Meshmixer

1. Importe o modelo previsto dividido e o modelo digital pós-tratamento para o Meshmixer.
2. Clique em Editar > Duplicar para duplicar os modelos do número de dentes a serem segmentados. Rotule cada modelo com o número de dente correspondente a ser segmentado.
3. Oculte o modelo previsto de divisão clicando no ícone Olho , mantendo o modelo digital pós-tratamento visível.
4. No modelo pós-tratamento, clique em Selecionar e ajuste o tamanho do Pincel. Para segmentar a coroa selecionada, arraste a ferramenta Pincel sobre a superfície oclusal do dente selecionado, prestando muita atenção às pontas das cúspides.
5. Clique em Modificar > Inverter e, em seguida, em Editar > Descartar para excluir o restante do modelo, deixando a coroa segmentada.
6. Reexibir o modelo previsto de divisão e ocultar o modelo pós-tratamento clicando nos ícones de olho correspondentes.
7. Repita as etapas 5.4-5.5 para o modelo previsto de divisão.
8. Exporte cada coroa selecionada como arquivos STL.
9. Repita todas as etapas para cada segmentação dentária.

6. Sobreposição dentária com CloudCompare

1. Importe as coroas digitais segmentadas de pós-tratamento e divida as coroas previstas por software no software. Certifique-se de que a orientação e o registro na nuvem permaneçam consistentes. Estabelecer a Grade Mundial de Coordenadas para padronizar a orientação dos dentes direito e esquerdo, aumentando a confiabilidade da metodologia. O centro da grade deve representar a coordenada (0,0,0,0,0,0) da nuvem de software CloudCompare.
2. Selecione ambas as coroas e clique em Editar > Normais > Computar > por vértice.
3. Selecione cada dente e clique em Editar > cores > Definir exclusivo para alterar as cores dos modelos selecionados.
4. Oculte o dente pós-tratamento desmarcando a caixa e selecione o dente oculto pós-tratamento e o dente visível previsto.
5. Selecione a visualização inferior, clique no ícone Traduzir/Girar e use os planos X, Y e Z para girar o dente de forma que a cúspide bucal se alinhe com a linha vertical.
6. Selecione a vista lateral esquerda, clique no ícone Traduzir/Girar e alinhe as cúspides vestibulares e linguais com a linha horizontal.
7. Selecione a vista traseira, clique no ícone Traduzir/Girar e alinhe as cúspides vestibulares e linguais com a linha horizontal.
   OBS: Visa alinhar suas superfícies oclusais e faciais com os eixos e planos do mundo. Certifique-se de que o centro da caixa delimitadora do dente esteja posicionado na origem mundial. Ao aderir à Grade Mundial de Copom, as posições de todos os dentes serão padronizadas. Esta etapa garante uma conversão consistente e precisa das traduções X, Y e Z em todos os eixos, independentemente da posição específica de um dente individual.
8. Depois que todas as cúspides se alinharem, clique no ícone Traduzir/Girar para centralizar o dente na grade em todas as exibições.
9. Revenda o dente pós-tratamento e selecione o dente previsto e o dente pós-tratamento.
10. Clique no ícone de alinhamento Registro fino para registrar o dente pós-tratamento sobre o dente previsto. Clique em OK.
    NOTA: Após a conclusão, o CloudCompare mostrará as informações de registro, incluindo a sobreposição RMS (Figura 3).
11. Para determinar as diferenças posicionais e rotacionais entre os dois dentes, selecione o dente pós-tratamento, copie a matriz de transformação, clique em Editar > Aplicar Transformação e cole a matriz de transformação.
12. Selecione o ícone Ângulos de Euler para exibir os movimentos rotacionais e lineares entre o dente previsto e o dente pós-tratamento.
13. Documente todas as medições de conversão e rotação em uma planilha. Repita este processo para todos os dentes posteriores restantes.
    NOTA: Use o sistema de classificação do modelo ABO (American Board of Orthodontics)¹² para identificar diferenças de medidas clinicamente significativas. Diferenças maiores que 0,5 mm linearmente e 2 graus angularmente são consideradas clinicamente relevantes.
14. Ajuste os valores de medição para a direção anteroposterior dos dentes do lado direito em uma planilha. Esse ajuste leva em conta a orientação padronizada dos dentes do lado direito para os dentes do lado esquerdo.

7. Especificações de medição

1. Entenda a sequência de rotação e convenções de medição: O CloudCompare emprega a convenção extrínseca Tait-Bryan ZYX (origem mundial) para suas medições.
   OBS: Para tradução, os eixos representam X (direção bucolingual), Y (direção mesiodistal) e Z (direção vertical: intrusão/extrusão). Os movimentos angulares são representados pelos eixos X (Psi - inclinação mesiodistal), Y (Theta - torque bucolingual) e Z (Phi - rotação mesiodistal)²². Os movimentos dentários são expressos em termos da anatomia do dente, independentemente de sua posição na arcada. O sinal de medidas (+, -) indica a direção da origem do mundo e a rotação em torno de seus eixos.
2. Importância da relevância contextual: Observe que os termos direcionais que descrevem os movimentos dentários (por exemplo, mesial, distal, bucolingual) referem-se ao dente específico e não levam em conta as alterações relativas à arcada dentária.

8. Análise estatística

1. Use o pacote estatístico R (v 3.2.3, RStudio Inc.) via RStudio (versão 1.4.1103) para todas as análises.
2. Selecione 32 dentes aleatoriamente e realize medições duplicadas em um intervalo de 1 mês.
3. Testar a confiabilidade intraexaminador com coeficientes de correlação intraclasse (CCI) e análise de Bland Altman para ambos os conjuntos de medidas.
4. Aplicar os testes T-quadrado de Hotelling para testar as diferenças de predição média entre as posições dentárias previstas e alcançadas para ambos os parâmetros angulares e lineares.
5. Ajuste para comparações dentárias múltiplas usando uma correção de Bonferroni em p-valores, visando uma taxa de erro familiar de 0,05.
6. Realize um teste post-hoc do T-quadrado de Hotelling se quaisquer diferenças significativas forem detectadas para determinar se as diferenças de predição para cada tipo de dente e parâmetro de movimento são significativas. Considere discrepâncias de 0,25 mm ou mais em medidas lineares e 2° ou acima para medidas angulares como clinicamente relevantes.

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Resultados

Um tamanho amostral mínimo de 24 casos foi necessário para detectar uma mudança de efeito de 0,6° para os ângulos médios de ponta e torque, com potência de 80% e alfa de 0,05²³. Os critérios de inclusão foram: (1) dentição permanente completa através dos primeiros molares, (2) más oclusões de Classe I, ou menos de 2 mm de Classe II/III com espaçamento, ou apinhamento leve a moderado que tenham sido submetidos ao tratamento com Invisalign sem extração, (3) conclusão da primeira s?...

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Discussão

As rugas palatinas têm uma configuração única na adolescência; permanecem constantes durante o crescimento, são autênticos marcadores de identificação pessoal e são considerados referências anatômicas estáveis para a sobreposição de modelos maxilares24,25,26,27. Dai e col. utilizaram esse método para comparar a movimentação dentária alcançada e predita dos primeiros molares ...

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Materiais

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