estudo piloto para avaliação quantitativa da trajetória mandibular

ESTUDO PILOTO PARA AVALIAÇÃO QUANTITATIVA DA TRAJETÓRIA
MANDIBULAR COM CAPTURA EM 3D
Azevedo, M.R.a; Moraes, N.N.a; Naves, E.L.M.b; Pereira, A.A.b; Furtado, D.a
a
Doutorando em Engenharia Biomédica - Universidade Federal de Uberlândia, Laboratório de Engenharia BiomédicaFaculdade de Engenharia Elétrica - FEELT.
b
Doutor em Engenharia Elétrica – Docente da Faculdade de Engenharia Elétrica - Universidade Federal de Uberlândia
Universidade Federal de Uberlândia -Faculdade de Engenharia Elétrica /Laboratório de Engenharia Biomédica http://www.biolab.eletrica.ufu.br/
Resumo – Este estudo piloto teve como objetivo
identificar as diferenças de traçados de trajetória
mandibular
captados
através
de
equipamento
computadorizado de diagnóstico referente a dois casos
clínicos nos planos frontal e sagital e compará-los com
traçados clássicos da literatura. A análise cinemática da
mandíbula por meio de tecnologia de captura de imagem
em 3D permite detectar e avaliar as irregularidades do
percurso e função da ATM. Apesar de ser possível
perceber clinicamente o desvio mandibular em
lateralidade
(vista
frontal),
esse
instrumento
complementar de diagnóstico permite quantificar as
alterações da trajetória e os desvios do normal.
Concluiu-se que as ferramentas computacionais usadas
conseguem identificar com clareza o desvio apresentado
pelo paciente. Pôde-se observar no traçado digital, uma
redução da área correspondente ao do traçado clássico do
envelope de Posselt
pertencente ao
sujeito que
apresentou desvio lateral se comparado ao individuo
normal. Vale ressaltar que nenhuma anormalidade havia
sido diagnosticada em exame visual no plano sagital.
Palavras-Chave - ATM, biomecânica,
movimento em 3D, trajetória mandibular.
captura
de
1
MANDIBULAR TRAJECTORY - PILOT
STUDY TO ASSESS QUANTITATIVE
CAPTURE IN 3D
Abstract - This pilot study aimed to identify the
differences in trajectory of mandibular tracings
captured by a computerized diagnostic equipment
relating to two cases in frontal and sagital plane and
compare them with traces of classic literature. Mandible
kinematic analysis by means of image capture in 3D
allows the detection and assess the deficiencies of the
course and TMJ function. Although it is clinically
possible to realize the lateral mandibular deviation on
(front view), this allows additional diagnostic tool to
quantify the changes of the trajectory and the deviations
from normal. It was concluded that the computational
tools used can clearly identify the deviations presented by
the patient. It was observed in the digital route, a
reduction in the area corresponding to the classical
Posselt envelope belonging to the subject who showed
lateral deviation when compared to the subject with
normal trajectory. It is noteworthy that no abnormality
had been diagnosed on visual examination in the sagital
plane.
Keywords - biomechanics, motion capture in 3D,
mandibular trajectory, TMJ.
NOMENCLATURA
ATM
DTM
SCAM
Articulação Têmporo-Mandibular.
Disfunção Têmporo-Mandibular.
Sistemas de Captura e Análise de Movimento
I.INTRODUÇÃO
Medir a dinâmica dos movimentos mandibulares permite
determinar os desvios e tensões sofridas pela Articulação
Têmporo-Mandibular (ATM) que, se muito freqüentes e
intensos podem comprometer sua integridade, provocando
alterações na trajetória mandibular ao realizar movimentos
[1]. Quantificar essas alterações exigiu o desenvolvimento
revolucionário nos últimos 40 anos de instrumentos
computadorizados, para otimizar e valorizar o diagnóstico
bem como para planejar o tratamento.
Desordens que acometem a articulação temporomandibular
são definidas como DTM (Desordens TêmporoMandibulares), e podem ser descritas como o
estabelecimento de uma série de condições que podem causar
dor na região da articulação mandibular.
Essas desordens da ATM afligem de 3-29% das pessoas
entre 19-40 anos [2], afetando suas atividades diárias
profissional e social, justificando a avaliação e captação dos
movimentos mandibulares.
A DTM pode estar associada a músculos e/ou problemas na
função da mandíbula, tais como prejuízo da habilidade de
falar, mastigar, comer, engolir, bocejar, realizar expressões
faciais, e mesmo respirar.
As pesquisas em mecânica da ATM evoluíram desde a
aquisição de traçados da trajetória da mandíbula, permitem
uma descrição precisa e compacta de movimento mandibular.
Esses sinais da trajetória mandibular são resultado da
somatória das forças e torques que atuam sobre a mandíbula,
e falhas em partes desse sistema, como na mecânica
mandibular, podem gerar desvios e limitações do
movimento, os quais precedem os sinais e sintomas clínicos.
Esses sintomas podem ser dor de cabeça, tontura, dor de
dente, dor de ouvido, problemas de audição entre outros [4].
Portanto identificar essa alteração da normalidade, durante a
trajetória mandibular, de forma precisa é fundamental para o
planejamento da terapêutica a ser instituída e para minimizar
os danos.
O estudo da biomecânica da articulação têmporo-mandibular
(ATM) se justifica, pois sua disfunção e colapso podem ser
pelo menos parcialmente de origem mecânica. A mandíbula,
controlada pela ATM, tem dois movimentos: rotação, que é
de abertura e fechamento da boca, e de ação de deslizamento
(translação), movimento que permite abertura ampla da
boca. A análise cinemática da mandíbula por meio de
tecnologia de captura de imagem em 3D permite detectar e
avaliar as irregularidades do percurso e função da ATM.
Apesar de em casos mais avançados ser possível perceber
clinicamente, através da análise visual, o desvio mandibular
em lateralidade (vista frontal), instrumentos complementares
de diagnóstico permitem quantificar as alterações da
trajetória e os desvios do normal. Além disso, o exame visual
durante as funções de abertura e fechamento é impreciso.
Em 1952, Dr. Ulf Posselt, descreveu o diagrama de Posselt
para representar a projeção lateral do envelope do
movimento mandibular e porções desse movimento definidas
durante relação de contato dental, depressão e elevação
mandibular. Estes são analisados quando projetados e
registrados contra planos ortogonais: frontal, sagital e
horizontal. Quando analisados tendo como referência os
incisivos, os movimentos mandibulares fazem um diagrama
característico: Envelope de Posselt como mostrado na Figura
1.
análise do diagrama de Posselt, permite o registro acurado,
das excursões mandibulares relacionadas à articulação.
Algumas dessas imperfeições no traçado mandibular durante
movimento de abertura e fechamento da boca, podem ser
visualmente detectadas, entretanto em estágios iniciais
podem ser de difícil detecção. Ainda que esse desvio de
trajetória seja perceptível é difícil a quantificação clínica.
Softwares de quantificação desses sinais tem sido
amplamente desenvolvidos nas ultimas décadas. Dentre os
instrumentos utilizados para registro de movimentos
mandibulares estão os ultra-sons [5], acelerômetros, campos
eletromagnéticos [6], vídeo fluoroscopia e aparelhos
eletroeletrônicos com sistemas de vídeo de captura de
movimento. Entretanto esses equipamentos têm pontos a
serem considerados, tais como vulnerabilidade a metais,
acurácia no registro dos movimentos, condições controladas
do ambiente, exposição à radiação, complexidade de
instalação dos aparelhos, dentre outras [7]. No estudo de
Pinheiro em 2008, há o registro da trajetória mandibular com
captura de imagem com única câmera, o qual apresenta um
sistema simples e eficiente, apesar de sua incapacidade de
avaliar a trajetória mandibular nas 3 dimensões.
Este estudo piloto visa analisar as diferenças de traçados de
trajetória mandibular referente a dois casos clínicos nos
planos frontal e sagital e sua comparação com traçado
clássico da literatura.
Objetivo geral deste trabalho é avaliar através de
equipamento computadorizado de diagnóstico a trajetória
mandibular em 3D para dois casos clínicos de indivíduos,
com e sem sinais e sintomas de DTM. Objetiva-se também
com esse estudo identificar possíveis parâmetros de
quantificação da trajetória mandibular em abertura e
fechamento para indivíduos com disfunção ou não de ATM.
Além disso espera-se avaliar a trajetória mandibular no plano
sagital comparando-a com a trajetória clássica do Envelope
do Movimento de Posselt [3].
II.DESENVOLVIMENTO
ORC
BD
HD
OC
TT
BE
HE
PM
Figure 1: Envelope de Posselt
Os movimentos de abertura e fechamento ideais são também
observados de acordo com linhas verticais. Atualmente o
sistema de captura e análise de movimentos (SCAM),
computadorizado de alta tecnologia, diferentemente da
Este trabalho é um estudo piloto para verificação de variáveis
que poderiam ser efetivas na avaliação e quantificação de
parâmetros relativos à trajetória mandibular. O objetivo é
verificar o grau de similaridade entre sinais da trajetória
mandibular de dois indivíduos. Um dos indivíduos é normal,
e não apresenta nem sinal nem sintoma de disfunção da
articulação têmporo-mandibular. O segundo individuo
também não apresenta sintomas (dores na região orofacial,
cefaléia, limitações de movimento da mandíbula, dentre
outros) no entanto apresenta sinais (estalido durante abertura
máxima da boca e desvio visualmente detectado em vista
frontal). Para tanto algumas ferramentas foram avaliadas.
A primeira delas se baseia no simples cálculo dos desvios
máximos nos eixos horizontal e vertical do sinal no plano
frontal. O desvio no eixo horizontal tende a verificar se
existe algum desvio grave da trajetória no sentido lateral. Já a
avaliação do eixo vertical pode indicar se existe alguma
alteração na função de abertura e fechamento, limitando-a.
O segundo método avalia a trajetória mandibular no plano
sagital, comparando-a com o diagrama clássico do envelope
de Posselt (Figura 1) para verificar se ela varia entre
indivíduos que apresentam sinais de disfunção da ATM ou
não. Ele foi descrito por Posselt em 1952 e desde então vem
sendo usado como traçado característico da trajetória
mandibular nesse plano. Primeiramente objetiva-se avaliar se
os traçados têm similaridade visual com aqueles registrados
por Posselt, visto que a trajetória dada pelo envelope seria
àquela traçada pelos incisivos, e não àquela realizada pela
mandíbula. Entretanto, visto que incisivo e mandíbula estão
unidas apenas por estrutura óssea o sinal deve ser muito
semelhante. O objetivo é que em trabalhos futuros técnicas
quantitativas avaliem a similaridade dos sinais coletados com
o traçado clássico.
III.MATERIAIS E MÉTODOS
Figura 3: Sistema de captura de imagens
Para execução das análises citadas anteriormente foi usado
um sistema de captura de sinais 3D. Esse sistema de
aquisição da trajetória mandibular é composto de 03 câmeras
infra-vermelhas, modelo OpticTrack Flex V100 R2. Essas
câmeras são capazes de identificar coordenadas de um objeto
que reflete a luz infra-vermelha emitida pelo LED da câmera.
Dessa forma, o dispositivo de captura de imagem registra
tridimensionalmente os movimentos delicados de
funcionamento da mandíbula com o auxilio de 09
marcadores esféricos reflexivos. Esses marcadores têm
diâmetro de 1cm e são acoplados à superfície da face do
sujeito em pontos pré-definidos, como mostra a Figura 2.
A coleta de dados foi realizada com dois sujeitos, um deles
apresentando sinais de DTM porém ainda sem sintomas, e
outro individuo sem sinais nem sintomas de DTM.
Cada indivíduo realizou seis repetições para cada
movimento. Os movimentos registrados, e posteriormente
analisados, foram de abertura e fechamento da boca,
partindo-se da oclusão em repouso.
Dentre os sinais coletados, os sinais analisados são aqueles
apresentados pelo marcador posicionado no mento subtraído
das oscilações da cabeça (representadas pelo marcador
posicionado na testa). A trajetória desse marcador deve suas
projeções frontal e sagital analisadas.
IV.RESULTADOS
A Figura 3. mostra sinais da trajetória mandibular coletada
no plano frontal.
Nayara:
Projeção no Eixo X - Z
22
21.5
21
20.5
20
19.5
19
18.5
Figura 2: Posicionamento dos marcadores
Estes são temporariamente aderidos por fita dupla face na
face do sujeito, especialmente, no mento, ângulo goníaco,
maxila e testa. Os três primeiros visam a reconstrução
aproximada da mandíbula e o quarto visa ter um ponto de
referência estático. (Nos movimentos realizados o ideal seria
que a cabeça se mantivesse em posição estática enquanto a
mandíbula realiza os movimentos a serem analisados). A
partir de então os sinais são reconstruídos através de um
software desenvolvido no próprio laboratório de Engenharia
Biomédica da UFU. O sistema como um todo pode ser
visualizado na Figura 3.
18
17.5
6.8
7
7.2
7.4
7.6
7.8
8
8.2
8.4
8.6
8.8
Marila:
a)
Projeção no Eixo X - Z
22
21.5
21
20.5
20
19.5
19
18.5
8.8
8.9
9
9.1
9.2
9.3
9.4
9.5
9.6
9.7
b)
Figura 4: Trajetória mandibular no Plano Frontal: a) Sujeito I,
diagnosticado com desvio lateral de trajetória; b) Sujeito II,
diagnosticado com leve desvio lateral sem prejuízo para ATM
Nayara:
Projeção no Eixo Y - Z
A Figura 4 a) elucida o desvio lateral apresentado pelo
sujeito I já diagnosticado com tal disfunção enquanto que a
Figura 4 b) mostra um leve desvio lateral, se comparado ao
sujeito I. O desvio apresentado pelo sujeito II não foi
detectado em analise clinica (visual). Os valores
quantitativos desses desvios são apresentados nas tabelas I e
II mostradas abaixo.
22
21.5
21
20.5
20
19.5
19
Tabela I
Desvios para o sujeito que som sinais de DTM nos eixos
horizontal, vertical e em profundidade
18.5
18
17.5
-1
Desvio
Horizontal
Repetição 1
Repetição 2
Repetição 3
Repetição 4
Repetição 5
Repetição 6
Média
Desvio Padrão
1,3497
1,4725
1,6044
1,3883
1,4215
1,4469
1,4472
0,0883
Sujeito I
Desvio
Profundidade
(cm)
3,7613
3,7035
3,9816
3,7106
3,6799
3,9607
3,7996
0,1356675
Desvio
Vertical
3,4541
3,4206
3,6588
3,3601
3,3945
3,7279
3,5027
0,15246
-0.5
0
0.5
1
1.5
2
2.5
Marila:
Projeção no Eixo Y - Z
3
3.5
4
a)
22
21.5
21
20.5
20
19.5
19
Tabela II
Desvios para o sujeito que não apresenta sinais de DTM nos
eixos horizontal, vertical e em profundidade
Desvio
Horizontal
Repetição 1
Repetição 2
Repetição 3
Repetição 4
Repetição 5
Repetição 6
Média
Desvio Padrão
0,5587
0,5529
0,5624
0,7065
0,549
0,5854
0,5858
0,06048
Sujeito II
Desvio
Profundidade
(cm)
3,4394
3,4038
3,5323
3,6482
3,635
3,8051
3,5773
0,149259908
Desvio
Vertical
2,3875
2,5889
2,5748
2,4499
2,5662
2,5589
2,5210
0,0822943
Pelas tabelas I e II tem-se que a média dos valores de desvio
lateral apresentados pelo sujeito com disfunção é
significativamente superior àquela apresentada pelo
individuo sem sinais de DTM. Entretanto, é sabido que a
variação absoluta dos valores desses desvios devem
acontecer entre indivíduos, devido a variação do
comprimento das estruturas, suas angulações [8][9], dentre
outros.
Ainda assim, se os valores forem normalizados pela média da
abertura máxima (desvio vertical) nota-se que para o sujeito I
o desvio lateral (horizontal) representa 41% do valor de
abertura da sua boca. Já o sujeito II, também apresenta um
leve desvio lateral (imperceptível visualmente) o qual
representa 23% do valor de sua abertura vertical.
A Figura 3 mostrada abaixo apresenta a vista sagital durante
a realização dos movimentos de abertura e fechamento.
18.5
-2.5
-2
-1.5
-1
-0.5
0
0.5
1
1.5
2
b)
Figura 5: Trajetória mandibular no Plano Sagital:5a) Sujeito I,
diagnosticado com desvio lateral de trajetória; 5b) Sujeito II,
diagnosticado com leve desvio lateral sem prejuízo para a ATM
com relação à trajetória no Plano Sagital e sua conseqüente
comparação com o Envelope de Posselt, nota-se na Figura 5
que a área interna ao envelope do paciente que apresenta
DTM é bem reduzida. Ressalta-se que a indicação de
anormalidade no plano sagital da trajetória não tinha sido
diagnosticado em avaliação visual.
Este trabalho foi apresentado no 3º Encontro Nacional de
Engenharia Biomecânica /ENEBI em Maio de 2011 em Foz
do Iguaçu/ Paraná.
V.CONCLUSÃO
Apesar da dificuldade em se determinar valores como sendo
um “padrão” de normalidade para os movimentos realizados
pela mandíbula tendo como eixo a articulação têmporo
mandibular (ATM), pôde-se perceber, a partir dos resultados
obtidos, que as ferramentas computacionais usadas
conseguem identificar com clareza o desvio apresentado pelo
paciente com disfunção, quantificando-o. No entanto, não
existem ainda valores que determinem limites tolerados de
desvio lateral durante a abertura ou mesmo valores de
desvios verticais mínimos os quais indicariam acometimento
da função de abertura da boca. Em termos de desvios
verticais a anamnese ainda é o melhor método de diagnóstico
visto que esse valor é muito variável entre indivíduos, não
apenas com a dimensão das estruturas, por exemplo.
Apesar de não se terem padrões de normalidades
estabelecidos, a necessidade da identificação com precisão
desses desvios já foi mostrada em [10] o qual mostra que
indivíduos com mastigação unilateral manifestam maior
intensidade de sinais e sintomas de DTM do que indivíduos
que mastigam bilateralmente. Portanto perceber esses
desvios antes de sua visualização clinica permitiriam uma
antecipação da correção dos movimentos mastigatórios, antes
que se intensifiquem os problemas de DTM.
Com relação à avaliação comparativa entre os sinais captados
no plano sagital e aqueles apresentados na literatura [3]
pôde-se perceber uma redução da área do envelope de
Posselt do sujeito que apresenta desvio lateral exacerbado.
Vale-se ressaltar que nenhuma anormalidade havia sido
diagnosticada em exame visual no plano sagital ao realizar o
exame nos sujeitos dessa pesquisa, podendo então ser uma
contribuição a ser adicionada ao diagnóstico clínico.
É importante porém estar ciente de que os programas e testes
computadorizados provêem informações valiosas, porém não
são capazes de definir por si só o diagnóstico. Entretanto a
avaliação desses registros sugere a possibilidade de
estabelecer padrões de normalidade, relacionando os
resultados à anamnese e ao estado clínico do indivíduo,
estabelecendo parâmetros para a prevenção e terapêutica e
garantindo o equilíbrio do sistema estomatognático. É o
dentista treinado, avaliando todos os dados, que conduzirá o
plano de tratamento adequado o qual promoverá saúde,
função estável e qualidade de vida ao paciente.
VI.REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS
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Ramfjord SP, Schimidser J. Oclusão. São Paulo: Ed. Santos;
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