estudo piloto para avaliação quantitativa da trajetória mandibular
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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 [1] LM. Gallo. Modeling of temporomandibular joint function using MRI and jaw-tracking technologiesmechanics. Cells Tissues Organs.;180(1):54-68 Switzerland 2005 [2] RL. Spilker, JC. Nickel, LR. Iwasaki. A biphasic finite element model of in vitro plowing tests of the temporomandibular joint disc. Ann Biomed Eng. Jun;37(6):1152-64. 2009. [3] U. 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