Cartesian three-dimensional method to quantify displacements between cone beam computed tomography models

ABSTRACT Introduction: Research in Orthodontics and Oral Surgery has been relying on three-dimensional (3D) models to evaluate treatment results with displacement color map techniques, even though it has important limitations. Objectives: This study proposed a method of tracking translational movements of 3D objects to evaluate displacements in surfaces with no shape modification. Methods: Cone Beam Computed Tomography (CBCT) data of ten patients were imported to the Dolphin software. A hypothetical virtual surgical plan (randomly defined) was developed in the software and afterwards verified using the proposed method. All the procedures were carried out by two evaluators, in two different time-points, with a 15-day interval. ITK-Snap software was used to generate high quality STL models. Centroid points were automatically generated and their coordinates were compared to confirm if they represented the known displacements simulated. The paired t-test and the Bland-Altman plots were used, as well as the intraclass correlation coefficient. Results: Interexaminers and intra-examiner tests showed excellent reliability of the method, with mean displacement measurement error values under 0.1mm. The paired t-test did not show any statistically significant differences. Conclusion: The method showed excellent reliability to track the simulated translational displacements of bone segments.

RESUMO Introdução: Grande parte das pesquisas em Ortodontia e Cirurgia Oral tem utilizado modelos tridimensionais e realizado avaliações por meio de mapa de cores de deslocamento, apesar das limitações existentes. Objetivo: O presente estudo teve como objetivo propor um método de rastreamento de movimentos translacionais de objetos 3D, para avaliar deslocamentos em superfícies sem modificação de forma. Métodos: Dez adultos que seriam submetidos à cirurgia ortognática tiveram suas tomografias computadorizadas de feixe cônico pré-cirúrgicas importadas para o software Dolphin. Um plano cirúrgico virtual hipotético com deslocamentos conhecidos foi desenvolvido e posteriormente verificado pelo método proposto. Todos os procedimentos foram realizados por dois avaliadores, em dois momentos diferentes, com intervalo de 15 dias. O software ITK-Snap foi usado para gerar modelos STL de alta qualidade dos ossos do paciente. Os pontos do centroide foram gerados automaticamente, e suas coordenadas foram comparadas, para confirmar se representavam os deslocamentos conhecidos simulados. Para análise estatística, foram usados teste t pareado, coeficiente de correlação intraclasse e os gráficos de Bland-Altman. Resultados: O teste inter e intraexaminadores mostrou boa confiabilidade do método, com valores médios abaixo de 0,1mm para os erros de medida de deslocamento. Conclusão: O método mostrou boa confiabilidade para avaliar o deslocamento de segmentos ósseos após cirurgia ortognática, devendo ser aplicado como uma ferramenta completa de avaliação verdadeiramente tridimensional.

Acurácia de modelos ortodônticos por escaneamento a laser, luz estruturada e tomografia computadorizada / Accuracy of orthodontic models scanned by laser, structured light, and computed tomography

Introdução: com a crescente utilização dos modelos digitais em Ortodontia, aumenta também a necessidade de se conhecer as opções disponíveis para sua obtenção. Atualmente, a alternativa mais utilizada é o escaneamento de modelos de gesso, que pode ser realizado em scanners a laser, por luz estruturada ou por tomografia computadorizada. O objetivo deste trabalho foi avaliar, através de uma análise por sobreposição de modelos digitais, a acurácia dos modelos digitais gerados por estes três métodos de escaneamento e a influência de dois diferentes níveis de resolução de escaneamento. Material e métodos: 30 pares de modelos de gesso foram escaneados utilizando as três tecnologias. O escaneamento por luz estruturada foi realizado com duas configurações do nível de resolução: máxima e padrão. Os modelos digitais gerados foram sobrepostos e as diferenças entre as superfícies foram calculadas. Mapas de cores foram utilizados para evidenciar as discrepâncias entre os modelos. Resultados: para todos os parâmetros avaliados, foram obtidas diferenças estatisticamente significantes. As diferenças entre os modelos escaneados a laser e por luz estruturada foram menores, o que sugere maior similaridade entre eles. Conclusão: as diferenças encontradas entre os modelos digitais obtidos pelas três tecnologias de escaneamento estudadas foram estatisticamente significantes. No entanto, por serem muito pequenas quantitativamente, não foram consideradas clinicamente significantes. Não houve diferença entre os dois níveis de resolução estudados, portanto, os três métodos de escaneamento avaliados possuem uma acurácia clinicamente aceitável para ser utilizado em Ortodontia.

Introduction: the increasing use of digital models in orthodontics demands knowledge of the available options for their acquisition. Currently, the most used option is the plaster model scanning, which can be made by laser, structured light and computed tomography scanners. The aim of this study was to evaluate, by a model superimposition analysis, the accuracy of digital models acquired by these three scanning methods and the influence of two different resolution levels of scanning. Methods: thirty pairs of plaster models were scanned using three different scanning technologies: laser, structured light and computed tomography. The structured light scanning was performed using two different resolution levels: maximum and standard. The respective digital models were superimposed and their mean differences were compared using color maps by Geomagic Qualify software. Results: for all parameters studied, statistically significant differences were found. Lower differences were presented between models scanned by laser and structured light techniques, which suggests a higher similarity between them. Conclusion: the differences found between digital models obtained by the three scanning technologies were statistically significant. However, they were quantitatively very small, which was considered clinically insignificant. There was no difference between the two resolution levels of scanning studied. Therefore the three scanning methods studied presented accuracy clinically acceptable to be used in orthodontics.

Aparelho de avanço mandibular aumenta o volume da via aérea superior de pacientes com apneia do sono / Increase in upper airway volume in patients with obstructive sleep apnea using a mandibular advancement device

INTRODUÇÃO: o diagnóstico, o tratamento e o acompanhamento de pacientes portadores da síndrome da apneia obstrutiva do sono (SAOS) são essenciais, por se tratar de um distúrbio que pode causar alterações sistêmicas. A efetividade do tratamento da SAOS com aparelhos intrabucais foi demonstrada através de estudos cefalométricos. OBJETIVO: o objetivo deste estudo foi avaliar o efeito do aparelho de avanço mandibular (Twin Block, TB) no volume das vias aéreas superiores, por meio de tomografia computadorizada Cone-Beam (CBCT). Dezesseis pacientes (6 homens e 10 mulheres) portadores de SAOS leve a moderada, idade média de 47,06 anos, utilizaram um aparelho de avanço mandibular e foram acompanhados por 7 meses, em média. MÉTODOS: foram feitas duas CBCT, sendo uma sem e outra com o aparelho em posição. A segmentação e a obtenção dos volumes das vias aéreas superiores foram realizadas e utilizado o teste t de Student pareado para análise estatística, com 5 por cento de significância. RESULTADOS: houve aumento do volume da via aérea superior com TB quando comparado com o volume sem TB (p<0,05). CONCLUSÃO: pode-se concluir que o aumento de volume da via aérea superior observado foi associado ao aparelho de avanço mandibular.

INTRODUCTION: Diagnosis, treatment and monitoring of patients with obstructive sleep apnea syndrome (OSAS) are crucial because this disorder can cause systemic changes. The effectiveness of OSAS treatment with intraoral devices has been demonstrated through cephalometric studies. OBJECTIVE: The purpose of this study was to evaluate the effect of a mandibular advancement device (Twin Block, TB) on the volume of the upper airways by means of Cone-Beam Computed Tomography (CBCT). Sixteen patients (6 men and 10 women) with mild to moderate OSAS, mean age 47.06 years, wore a mandibular advancement device and were followed up for seven months on average. METHODS: Two CBCT scans were obtained: one with and one without the device in place. Upper airway volumes were segmented and obtained using Student's paired t-tests for statistical analysis with 5 percent significance level. RESULTS: TB use increased the volume of the upper airways when compared with the volume attained without TB (p<0.05). CONCLUSION: It can be concluded that this increased upper airway volume is associated with the use of the TB mandibular advancement device.