2020, Número 3
Estudio comparativo de dientes naturales e impresos en 3D a partir de tomografía volumétrica de haz cónico
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Idioma: Español/Inglés [English version]
Referencias bibliográficas: 17
Paginas: 190-197
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RESUMEN
Objetivo: Determinar la precisión en las medidas de los dientes en vivo en comparación con los dientes impresos de los datos obtenidos de una tomografía volumétrica de haz cónico (CBCT, por sus siglas en inglés). Material y métodos: Se realizó la medición lineal de 15 órganos dentarios mesiodistal, apicoincisal y linguo-vestibular, donde fueron diagnosticados por medio de un CBCT y cuya extracción estuviera indicada en el tratamiento. Los datos de la CBCT se subieron al programa InVesalius 3, para la segmentación de los órganos y archivados para su impresión, en una impresora Envision Tech con un fotopolímero. Las medidas se ingresaron a una base de datos en el programa SPSS versión 22. En el análisis estadístico se aplicó la prueba t de Student para determinar diferencias estadísticamente significativas entre las variables. Resultados: La mediana de la medida vestíbulo-lingual con el OD natural fue de 8.07 mm, y para el OD impreso fue de 7.90 mm. La medida mesiodistal la mediana para el OD real fue de 8.03 mm y para el OD impreso fue de 7.78 mm. La mediana para la medida apicoincisal con el OD real fue de 18.95 mm, y con el OD impreso fue de 18.47 mm. Conclusiones: No hubo diferencia estadísticamente significativa que pueda repercutir en el plan de tratamiento en las mediciones del grupo de dientes reales e impresos, sin descartar la posibilidad de que una mínima variación pueda tener repercusiones clínicas.INTRODUCCIóN
Los tratamientos exitosos de ortodoncia están basados en un diagnóstico y plan de tratamiento detallados. Un factor esencial del diagnóstico y plan de tratamiento ortodóncico es la capacidad de predecir el tamaño real de los dientes que en ocasiones por situaciones naturales o patológicas se encuentran dentro de los maxilares. Una predicción precisa de las dimensiones de estos dientes ayuda a determinar si hay suficiente espacio para su erupción o tracción para una correcta alineación dentro de sus arcos.
Por muchos años, únicamente se contaba con radiografías (ortopantomografía y radiografías periapicales) en dos dimensiones para evaluar el tamaño y forma de los órganos dentarios, tanto aquéllos que ya habían erupcionado como aquéllos que estaban por hacerlo. Con la aparición de la tomografía axial computarizada (TAC) en la década de los 70 el diagnóstico y predicción del tamaño y forma de los órganos dentarios evolucionó y así fue posible obtener una información más precisa de la forma y ubicación de éstos.
En el Área Odontológica, el uso de la TAC estuvo limitada por su alto costo, pero con el desarrollo de la tomografía computarizada de haz cónico (CBCT) se disminuyeron considerablemente los costos en su producción, lo cual lo hizo más accesible. Una tomografía CBCT consta de varios archivos exportables DICOM, término que fue adoptado a principios de los años 80 (por sus siglas en inglés Digital Imaging and Communications in Medicine), esto hizo posible el poder observar a partir de un CBCT en forma tridimensional todas las estructuras de la cavidad bucal; sin embargo para poder aislar cada uno de los elementos deseados, se desarrolló el proceso de segmentación de imágenes. Este es un proceso que genera múltiples regiones de una imagen digitalizada cuyo objetivo es simplificar la imagen y convertirla en un objeto de relevancia, fácil de analizar.1,2
La segmentación de dientes desde una CBCT permite un modelado virtual de toda la dentición, revelando la anatomía radicular y el hueso de soporte, en un modelo más completo comparado con modelos de yeso tradicionales, ya que por medio de esto es posible observar de manera aislada o en conjunto todas las estructuras anatómicas que rodean un órgano dentario, y en el caso de ortodoncia valorar el anclaje de los dientes de acuerdo con el volumen que presenten las raíces dentales.3,4
Para convertir una imagen digital en un modelo físico se debe de llevar a cabo un proceso de manufacturación aditiva, conocida como impresión en 3D (tercera dimensión). Se han descrito varias técnicas de impresión en tercera dimensión en la literatura en el contexto de la ortodoncia.5,6 Estudios han demostrado que determinadas impresoras en tercera dimensión pueden ser precisas para la reproducción de modelos con la capacidad de reemplazar los modelos dentales tradicionales para el diagnóstico y planeación del tratamiento, ya que no solamente será posible determinar forma, tamaño y ubicación exacta de cada estructura que conforma la cavidad bucal, sino también abren la posibilidad de aislar y modelar cada una de estas estructuras para abrir una amplia gama de tratamientos que van desde la predicción del tamaño de los dientes en dentición mixta, el obtener una réplica exacta de un órgano para ser reimplantado,6-9 hasta la elaboración de un setup para crear aparatos personalizados,10 en donde podamos determinar con exactitud la posición de las raíces dentales.
Liu y colaboradores11 mencionan que los volúmenes obtenidos de dientes naturales en comparación con los de dientes impresos a partir de un CBCT, al medirlos mediante el sistema de desplazamiento de agua, los dientes impresos presentaron pequeñas diferencias.
El objetivo de este estudio será el determinar si la impresión en 3D de los archivos obtenidos a partir de la segmentación de los órganos dentarios en una tomografía computarizada de haz cónico (CBCT) son en forma y tamaño similares a los de los dientes naturales, utilizando medidas lineales con un calibrador digital.
MATERIAL Y MéTODOS
Se seleccionaron 15 órganos dentarios de cualquiera de los maxilares, no erupcionados, cuya extracción estuviera indicada en el tratamiento, diagnosticados por medio de una CBCT, provenientes de pacientes que acudieron a tratamiento en el Postgrado de Ortodoncia de la Universidad Tecnológica de México.
Después se realizó la extracción quirúrgica de los órganos dentarios retenidos. Paralelamente, dichos órganos dentarios retenidos fueron segmentados en el sistema operativo DICOM e impresos a partir del CBCT.
TOMOGRAFíA CBCT
A todos los pacientes se les realizó una CBCT, utilizando un tomógrafo marca I CAT con un Campo de Visualización de 25 cm. El escaneo se efectuó de acuerdo con las especificaciones de los fabricantes, el tamaño del voxel fue de 0.292 mm (120 Kv, 10 A) y los datos fueron exportados utilizando archivos DICOM que contaban con la misma distancia de corte del tamaño de cada voxel.
Después de la toma de la CBCT, se realizaron las extracciones de los órganos dentarios retenidos. Todos los dientes fueron sometidos a una limpieza con la finalidad de eliminar los restos de tejidos blandos, hueso, sangre y cálculo dental.
SEGMENTACIóN E IMPRESIóN
Los órganos dentarios que iban a ser extraídos fueron segmentados utilizando los archivos DICOM de la CBCT para posteriormente ser impresos para realizar el estudio comparativo.
Segmentación de los dientes
Se realizó la segmentación de los dientes en el programa abierto diseñado para segmentación InVesalius 3, este programa cuenta con un menú de densidades disponibles que permite una selección mayor de un número de voxels con valores de grises para realizar la segmentación. Los valores pueden ser definidos para determinar los valores de grises absolutos o relativos. La segmentación es semiautomática con ajustes manuales para definir secciones (Figura 1).
La función de alisado fue utilizada después de calcular la segmentación, se seleccionó el umbral de densidades que se quiere trabajar, y se guardaron tanto la versión sin alisado (2A) y con alisado (VB), para su comparación. Con la finalidad de diferenciar cada una de estas versiones, se realizó la coloración de cada uno de los dientes para poder identificarlos, y fueron guardados en formato STL para su impresión (Figura 2).
Impresión 3D
Los archivos de los dientes alisados se imprimieron utilizando la impresora VIDA de EnvisionTEC con un fotopolímero OP 13, E-Model 3SP de la misma marca.
Se realizaron las medidas lineales en los órganos dentarios extraídos utilizando un calibrador digital de los diámetros mesiodistales, diámetros bucolinguales y altura total. Todas las medidas fueron realizadas y registradas por un solo examinador. Asimismo, se realizaron las mismas mediciones en los órganos dentarios impresos digitalmente calculando los diámetros y la altura total y fueron registradas también por un solo examinador.
ANáLISIS ESTADíSTICO
Todos los datos fueron ingresados a un programa de hoja de cálculo Excel 2003 (Microsoft, Redmond, Wash). Se realizó un análisis estadístico por medio de SPSS, 22.0 (IBM®, Chicago, Illinois), el cual fue efectuado en el mismo programa en donde se aplicó la prueba t de Student para determinar si existieron diferencias estadísticamente significativas entre las variables estudiadas. Se utilizó estadística descriptiva. Para las variables cuantitativas se emplearon medidas de tendencia central y dispersión. Se realizó un análisis de homogeneidad de las variables mediante el estadístico Levence, por lo que se utilizó estadística paramétrica.
RESULTADOS
Se concluyó que la muestra tiene libre distribución, probablemente por el tamaño de la muestra, por lo que se decidió hacer el análisis de la U de Mann-Whitney, la cual se basa en la diferencia de rango y es contraparte de la t de Student que se utiliza en variables cuantitativas con distribución normal (Tabla 1).
En este estudio se realizaron medidas lineales utilizando un vernier digital (Figuras 3, 4 y 5).
En todas las comparaciones de las medianas de las medidas apicoincisales, mesiodistales y vestíbulo-linguales, el OD real siempre fue el de mayor tamaño; sin embargo, desde el punto de vista estadístico esta diferencia no fue significativa en todos los casos.
DISCUSIóN
El desarrollo de la tecnología ha hecho que los ortodoncistas se involucren cada día más en el uso de la CBCT y en otras aplicaciones de ésta como lo es la impresión digital.12-14 Aunque en la actualidad el proceso de segmentación no es un proceso sencillo de realizar, éste depende de muchos factores, como lo son las diferencias del operador en la ubicación, saber diferenciar correctamente los tejidos para su segmentación, el grado de experiencia del operador, la capacidad de ampliar la imagen, la manipulación de contrastes y colores, así como del criterio propio del operador, todo ello conlleva una curva de aprendizaje importante.
Esta investigación, donde se utilizaron CBCT con un campo de visión grande, trajo como consecuencias algunos problemas para poder realizar una segmentación adecuada.3 Se considera que un campo de visión grande como el que regularmente utilizamos los ortodoncistas presenta poco contraste, creando dificultades para poder realizar el proceso de segmentación de una forma más precisa y correcta.
Los resultados obtenidos en general en este estudio muestran que los dientes segmentados y alisados, y posteriormente impresos al medirlos linealmente con un vernier digital, en comparación con los dientes reales, tanto las medidas mesiodistales, vestíbulo-linguales como apicoincisales presentaron desde el punto de vista estadístico poca diferencia significativa. Estos resultados contrastan con los de otros estudios, donde mencionan que el simple hecho de someter a un alisado los dientes, y realizando una medición volumétrica, puede llegar a presentar diferencias de 4-7% al medir los dientes alisados y no alisados;11 asimismo, Nimbalkar15 menciona que, dependiendo del programa utilizado para la segmentación, pueden existir diferencias estadísticamente significativas en las medidas volumétricas.
Han surgido nuevas tecnologías que permiten mejorar las imágenes generadas por las CBCT, éstas básicamente consisten en modificar el tamaño y hacer más uniforme los voxeles16 y, por lo tanto, generan un proceso de segmentación más efectivo del que se puede obtener un modelo 3D más similar al tamaño del modelo original.
En este estudio las medidas lineales obtenidas de las muestras de dientes impresos en comparación con los reales fueron similares; sin embargo, es necesario realizar medidas volumétricas, así como mejorar la calidad de imágenes en las CBCT para obtener resultados que muestren la efectividad de la CBCT y obtener modelos en 3D que puedan ser utilizados clínicamente con éxito, y para ello el uso de la CBCT podría ser de utilidad ya que no solamente sería posible el uso en la medida de estructuras duras, sino también blandas como la lengua.17
CONCLUSIONES
- 1. En las mediciones lineales realizadas no hubo diferencia estadísticamente significativa entre los dientes reales y los impresos a partir de los datos de una CBCT.
- 2. El uso de la CBCT es una herramienta valiosa no solamente para el diagnóstico sino también al obtener réplicas impresas que abren la posibilidad de su uso en otros procedimientos odontológicos como los casos de autotransplantes.
- 3. Se sugiere la medición en volumen para verificar la similitud entre los dientes reales y las réplicas impresas en 3D.
REFERENCIAS (EN ESTE ARTÍCULO)
AFILIACIONES
1 Departamento de Ortodoncia de la Universidad Tecnológica de México.
CORRESPONDENCIA
Alberto Teramoto Ohara. E-mail: ateramot@gmail.comRecibido: Noviembre 2019. Aceptado: Febrero 2020.