Neste artigo publicado na Internet, pelos autores Maria Andréia F. Rodrigues, Wendel B. Silva, Milton E. Barbosa Neto, Isabel M.M.P. Ribeiro, do Mestrado em Informática Aplicada - MIA Universidade de Fortaleza - UNIFOR e do Centro de Ciências da Saúde - Faculdade de Odontologia Universidade de Fortaleza - UNIFOR - Fortaleza-CE Brazil; Mostra o desenvolvimento de um sistema de realidade virtual para treinamento e planejamento de tratamentos em ortodontia. O sistema é composto por 3 módulos: Mapeamento Geométrico, Geração da Malha 3D e Simulação do Tratamento Ortodôntico. Para validar o simulador, foi utilizado medidas cefalométricas e dados de moldes dentários de tratamentos ortodônticos acompanhados durante um ano.
O desenvolvimento de ambientes gráficos para a simulação, treinamento e ensino de procedimentos médico-odontológicos tem sido alvo recente de pesquisa. Na Ortodontia, o planejamento de um tratamento e a escolha de um modelo adequado de aparelho ortodôntico baseia-se exclusivamente na experiência clínica do ortodontista. Muitos ortodontistas estimam a condição de carga ideal e o correto posicionamento do aparelho ortodôntico com o objetivo de produzir uma movimentação aproximada de um determinado dente, direcionada pela experiência clínica do profissional. No tratamento tradicional, essa movimentação baseia-se na obtenção do posicionamento adequado dos dentes no arco dental, buscando-se a correta oclusão (posicionamento ideal dos dentes na arcada dentária), de acordo com padrões estéticos e funcionais pré-estabelecidos. Para tal, o ortodontista aplica forças na coroa do dente através de componentes do aparelho ortodôntico (bracket, molas, ligas elásticas e fios metálicos, entre outros). É muito comum, por exemplo, prever-se um movimento dentário (causado pela aplicação contínua de uma determinada força durante um período de tempo) que, na prática, não
ocorre. Como resultado, o dente simplesmente não se move ou o movimento gerado é insuficiente para movê-lo até uma determinada posição desejada. Geralmente isto acontece devido ao baixo carregamento de forças aplicado.
ocorre. Como resultado, o dente simplesmente não se move ou o movimento gerado é insuficiente para movê-lo até uma determinada posição desejada. Geralmente isto acontece devido ao baixo carregamento de forças aplicado.
O desenvolvimento de sistemas gráficos tridimensionais interativos que possam auxiliar na geração de simulações de movimentos dentários (translação, rotação, nivelamento, alinhamento, torque, etc), suas interações (colisões com dentes vizinhos durante seus deslocamentos), e seus possíveis setups na arcada dentária ao longo do tratamento, é bastante relevante para os profissionais ligados à área ortodôntica. Principalmente, para as áreas de treinamento e ensino, onde diferentes estratégias e modelos de aparelhos ortodônticos podem ser testados em pacientes virtuais customizados, de tal forma a minimizar, ou até superar, o surgimento de possíveis problemas clínicos no arco dentário do paciente real. Muitos sistemas comerciais têm sido propostos para a prática ortodôntica, mas em nenhum caso eles investigam todas as funcionalidades mencionadas anteriormente. Basicamente, os sistemas existentes mais utilizados pelos ortodontistas no Brasil não atendem integralmente às reais necessidades destes profissionais e servem, basicamente, para gerenciamento clínico e análise cefalométrica 2D do paciente.
Existe um número considerável de sistemas comerciais, em sua maioria de produção estrangeira, propostos para a prática ortodôntica. A maior parte dos sistemas analisados não atua como sistema para a simulação de tratamento, nem integra diversas funcionalidades ortodônticas em um único ambiente gráfico 3D interativo. Os mais comuns, são os sistemas para gerenciamento clínico. Os sistemas de análise cefalométrica 2D têm sido construídos para reduzir o erro humano e o tempo gasto na extração de medidas ortodônticas do paciente. Através da superposição do Raio-X e da fotografia do crânio do paciente, estas medidas são automaticamente calculadas. Algumas pesquisas têm-se concentrado no desenvolvimento de ferramentas 2D e 3D para tratamento ortodôntico e em sistemas de simulação de movimentos mandibulares, onde os dados são obtidos através de medidas cefalométricas. Os modelos 2D utilizam parâmetros muito elementares, não incluindo sequer um modelo do arco dentário e de aparelhos ortodônticos.
O sistema consiste de três módulos básicos: Mapeamento Geométrico, Geração da Malha 3D, e Simulação do Tratamento Ortodôntico. O módulo de Mapeamento Geométrico é responsável por mapear as medidas e as inclinações cefalométricas do Raio-X e do molde dentário do paciente, para a customização do paciente virtual. Os 1º.s dentes molares são utilizados como ponto de referência para o mapeamento geométrico, já que estão presentes na maioria da população. Basicamente, no processo de customização, calculam-se as dimensões da largura e do comprimento lingual. A largura da mandíbula corresponde à distância entre os centros das coroas dos 1º.s dentes molares da arcada dentária. O comprimento lingual corresponde à distância a partir do ponto central entre os dentes incisivos centrais até a linha horizontal definida para a medida da largura da mandíbula. Os pontos correspondentes à malha da mandíbula virtual sofrem um ajuste, aumentando ou diminuindo de tamanho. Os dentes, já nas dimensões de escala reais, são uniformemente distribuídos na arcada dentária.
Os movimentos dentários são causados pela aplicação de forças nos dentes através de aparelhos ortodônticos. Os movimentos dentários podem ser de inclinação, translação, rotação, torque, extrusão (verticais para cima, acompanhados de inclinação) e intrusão (verticais para baixo, aplicados em uma pequena área do ápice do dente). De forma simplificada, o movimento dentário depende basicamente da força aplicada no bracket e da força de resistência que se opõe a essa força aplicada. Os mecanismos que definem esse movimento de oposição estão diretamente ligados a fatores biológicos complexos das estruturas de cada paciente onde o dente se encontra embutido.
As principais características anatômicas dos pacientes foram mapeadas com sucesso no sistema de realidade virtual, através dos módulos de Mapeamento Geométrico e geração da Malha 3D. Avaliações subjetivas dos moldes plásticos dos estudos de caso e dos modelos 3D dos pacientes virtuais sintetizados exibiram um alto grau de similaridade. Para todos os estudos de caso, os resultados de simulação obtidos foram confrontados com os dados experimentais obtidos ao longo de um ano de acompanhamento, obtendo um erro médio para os movimentos de translação de 2,0704mm, com um desvio padrão de ± 1,2224mm (para os movimentos de rotação e inclinação, não houve erro). As simulações foram avaliadas, com base na aplicação de 3 categorias de forças (leves, moderadas e pesadas). As simulações gráficas obtiveram resultados bastante realistas, possibilitando que análises subjetivas do movimento dentário ao longo do arco ortodôntico fossem realizadas e validadas por um especialista na área ortodôntica. Vale ressaltar que avaliações clínicas extensivas são difíceis de serem realizadas, devido ao longo tempo necessário para a terapia de tratamento.
Este trabalho apresentou um sistema de realidade virtual que desenvolvemos para treinamento e planejamento de tratamentos em ortodontia. Os resultados obtidos através dos estudos de caso foram bastante promissores e satisfizeram as expectativas iniciais de avaliação das potencialidades e limitações do sistema implementado. O protótipo integra e estende de forma significativa as principais idéias de alguns modelos comerciais existentes que são difíceis de testar e validar, já que são sistemas comerciais de código fechado e de custo elevado.Várias são as vantagens do ambiente gráfico implementado perante os métodos tradicionais. A principal delas é a visualização realista do deslocamento dinâmico dos dentes ao longo do arco dentário, incluindo efeitos de colisão entre os dentes. A modelagem de um efeito “dominó” foi representada com sucesso, acrescentando um maior realismo nas animações produzidas, de acordo com as restrições geométricas e funcionais estabelecidas para o ambiente. Adicionalmente, o sistema possibilita a modificação de cenários (diferentes setups) de forma interativa, através da interface do sistema. O usuário pode, por exemplo, selecionar um ou mais dentes e aplicar forças para avaliar os resultados de simulação de novas configurações. Aspectos biomecânicos simples também foram implementados no sistema, representando diferentes tipos de forças aplicadas em diferentes tipos de dentes, bem como de resistência ao movimento dentário.
Link do artigo na integra via andreia.formico:
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