Atendendo solicitação do autor, o texto completo desta tese será disponibilizado somente a partir de 13/12/2024 UNESP - Universidade Estadual Paulista “Júlio de Mesquita Filho” Faculdade de Odontologia de Araraquara Luis Fernando de Oliveira Gorla Avaliação da acurácia do planejamento virtual tridimensional e de diferentes programas dedicados à cirurgia ortognática Araraquara 2022 UNESP - Universidade Estadual Paulista “Júlio de Mesquita Filho” Faculdade de Odontologia de Araraquara Luis Fernando de Oliveira Gorla Avaliação da acurácia do planejamento virtual tridimensional e de diferentes programas dedicados à cirurgia ortognática Tese apresentada à Universidade Estadual Paulista (UNESP), Faculdade de Odontologia, Araraquara para obtenção do título de Doutor em Ciências Odontológicas, na Área de Diagnóstico e Cirurgia. Orientadora: Profa. Dra. Marisa Aparecida Cabrini Gabrielli Araraquara 2022 Luis Fernando de Oliveira Gorla Avaliação da acurácia do planejamento virtual tridimensional e de diferentes programas dedicados à cirurgia ortognática Comissão Julgadora Tese para obtenção do grau de Doutor em Ciências Odontológicas Presidente e orientador: Profa. Dra. Marisa Aparecida Cabrini Gabrielli 2 o Examinador: Prof. Dr. Valfrido Antonio Pereira Filho 3 o Examinador: Professor Dr. Marcelo Gonçalves 4o Examinador: Professor Dr. Liogi Iwaki Filho 5o Examinador: Professor Dr. Alexander Tadeu Sverzut Araraquara, 13 de dezembro de 2022. DADOS CURRICULARES LUIS FERNANDO DE OLIVEIRA GORLA NASCIMENTO 04/01/1991 – Araraquara, São Paulo, Brasil FILIAÇÃO Ana Paula de Oliveira Geraldo Gorla Junior 2009-2013 Graduação em Odontologia, Universidade Estadual Paulista Júlio de Mesquita Filho. Faculdade de Odontologia da Araraquara. 2011-2012 Bolsista do Programa de Iniciação Científica da FAPESP, Universidade Estadual Paulista Júlio de Mesquita Filho. Faculdade de Odontologia da Araraquara: Condutas pós-exposição a material biológico contaminado: conhecimento e sentimentos vivenciados entre cirurgiões-dentistas. 2012-2013 Bolsista do Programa de Iniciação Científica da FAPESP, Universidade Estadual Paulista Júlio de Mesquita Filho. Faculdade de Odontologia da Araraquara: Estudo tomográfico comparativo da utilização de osso autógeno e beta-tricálcio fosfato em levantamento de seio maxilar em humanos. 2014-2015 Aperfeiçoamento em Cirurgia e Traumatologia Buco-Maxilo-Facial pela Universidade Estadual Paulista Júlio de Mesquita Filho. Faculdade de Odontologia da Araraquara 2015-2018 Residência em Cirurgia e Traumatologia Buco-Maxilo-Facial pela Universidade Estadual Paulista Júlio de Mesquita Filho. Faculdade de Odontologia da Araraquara (Bolsista MEC) 2019-atual Doutorado em Diagnóstico e Cirurgia pela Faculdade de Odontologia de Araraquara da Universidade Estadual Paulista “Júlio de Mesquita Filho”- FOAr/ UNESP. Dedico este trabalho à Deus, por me permitir chegar até aqui À minha esposa Jessica Fernanda Sedenho Gorla À minha mãe Ana Paula de Oliveira Ao meu pai Geraldo Gorla Junior AGRADECIMENTOS À Deus, por tudo que conquistei e por tudo que conquistarei. Aos meus pais, Geraldo Gorla Junior e Ana Paula de Oliveira, por todo o amor, educação e oportunidades que recebi na vida. À minha esposa, Jessica Fernanda Sedenho, pelo companheirismo, cuidado e, acima de tudo, compreensão. À minha orientadora Profa. Dra. Marisa Aparecida Cabrini Gabrielli, pela amizade, cordialidade e por toda a confiança depositada em mim. Ao Prof. Dr. Mario Francisco Real Gabrielli, pela amizade, convivência e sábios conselhos. Ao Prof. Dr. Valfrido Antonio Pereira Filho, pela amizade, pelos ensinamentos constantes e por todas as oportunidades acadêmicas. Ao Prof. Dr. Eduardo Hochuli Vieira, pela amizade, por abrir as portas da especialidade e por sempre acreditar em minha capacidade. Ao Prof. Marcelo Silva Monnazzi, pela amizade e por todo o conhecimento compartilhado. À Universidade Estadual Paulista “Júlio de Mesquita Filho” (UNESP), à Faculdade de Odontologia de Araraquara e ao Programa de Pós-Graduação em Ciências Odontológicas, por tornar possível a realização desta tese. Ao Prof. Dr. Rubens Spin-Neto, pela disponibilidade, paciência, conhecimento, e toda ajuda que foi necessária desde o início deste trabalho. À Suleima Ferreira, à Priscila Gentile Consolaro, à Thelma Aparecida Gonçalves e ao Antônio Medeiros Filho, pela amizade, presteza e gentileza despendidas comigo. Aos amigos que a pós-graduação me deu: Pedro Henrique Azambuja, Guilherme dos Santos Trento, Diogo Macedo, Renato Torres Augusto Neto, Luiz Henrique Torres, Deborah Santos e José Cleveilton dos Santos pelos trabalhos realizados e, claro, pela amizade. A todos os residentes do serviço de Cirurgia e Traumatologia Buco-Maxilo-Facial do Departamento de Diagnóstico e Cirurgia, pelo companheirismo e pelo trabalho disponibilizado para apoiar este projeto, Ao amigo Daniel Ruiz e à Materialise, que possibilitaram o acesso ao programa Materialise Mimics 24 e 3-matic 16 (Materialise, Leuven, Bélgica). Ao Amigo Eduardo Fiamoncini e à Nemotec, que possibilitaram o acesso ao programa NemoFAB (Nemotec, Madri, Espanha). Ao amigo Mayton Chacon e à KLS Martin que possibilitaram o acesso ao programa IPS Case Designer (KLS Martin, Tuttlingen, Alemanha). À A3D Tecnologia em Saúde, que possibilitou o acesso aos programas Dolphin 3D (Dolphin Imaging & Management Solutions, Chatsworth, CA, USA), Mimics 24 e 3- matic 16 (Materialise, Leuven, Bélgica). Aos pacientes, que independente de seus anseios, desafios e dificuldades, confiaram no nosso trabalho e nos ensinaram a parte mais importante desta jornada, a humanidade. A todos que de forma direta ou indireta contribuíram para a realização deste trabalho. “[...]. A tarefa de viver é dura, mas fascinante. Agradeço a Deus o fato de viver. É com estas três palavras que eu danço: missão, vocação e festa. ” Ariano Suasuna Suasuna A. Entrevista. O Globo Cultura, São Paulo; ago. 2013. Gorla LFO. Avaliação da acurácia do planejamento virtual tridimensional e de diferentes programas dedicados à cirurgia ortognática [tese de doutorado]. Araraquara: Faculdade de Odontologia da UNESP; 2022. RESUMO O objetivo desta pesquisa foi avaliar a acurácia do planejamento cirúrgico virtual tridimensional e a acurácia dos programas IPS Case Designer 2.2.5.2 (KLS Martin, Tuttlingen, Alemanha), NemoFAB 22.0.1 (Nemotec, Madri, Espanha) e Dolphin Imaging 3D 11.95 (Dolphin Imaging & Management Solutions, Chatsworth, CA, USA) no planejamento de tecidos duros e moles.de pacientes portadores de deformidades dento- esquelética-faciais. Para tanto, foram selecionados 23 pacientes submetidos a cirurgia ortognática, que realizaram tomografias pré-operatória, pós-operatória imediata e pós- operatória tardia. Os resultados obtidos na cirurgia foram mensurados e comparados com o planejado, para avaliar a acurácia posicional e rotacional da técnica de planejamento virtual 3D. Após, para assegurar a acurácia dos programas, novos planejamentos foram realizados tendo as posições pós-operatórias como referência, e os resultados mensurados foram comparados com os resultados obtidos. As discrepâncias entre o tecido mole planejado nos três programas e o tecido mole obtido no pós-operatório tardio também foram mensuradas por meio do cálculo do valor eficaz (RMS) e da porcentagem de pontos com distâncias inferiores a 2 mm entre as malhas 3D. Quanto à técnica, o planejamento virtual tridimensional mostrou-se acurado para transferência das posições e orientações, exceto para a posição sagital da maxila, com mediana de -1,57 mm (IC95m -2,80 – -0,81 mm), da mandíbula, com mediana de -1,83 mm (IC95m -2,76 – -0,62 mm), e do mento, com mediana de -3,36 mm (IC95m-5,52 – -1,13 mm) e para a posição vertical do mento, com mediana 0,72 mm (IC95m -0,37 – 2,96 mm), que superam os limites clínicos aceitáveis (<2 mm para as diferenças posicionais e <4 ° para as rotacionais). Quanto à acurácia dos programas, não houve diferença estatística entre as mensurações nestes e as mensurações reais, validando suas ferramentas de movimentação. Quanto a acurácia da previsão dos tecidos moles, a face foi separada em sub-regiões e os programas mostraram resultados dentro dos limites clínicos aceitáveis na previsão da área paranasal e nariz, mas não foram suficientemente precisos para simular lábio superior, lábio inferior e mento. Ao comparar os programas quanto à capacidade de previsão do tecido mole, não houve diferença estatística entre os programas em nenhum dos parâmetros avaliados nas diferentes sub-regiões. Podemos concluir que a técnica e os programas estudados podem ser utilizados com sucesso no tratamento de pacientes que serão submetidos à cirurgia ortognática, desde que especial atenção seja dada ao reposicionamento sagital do complexo maxilo-mandibular e que cuidados na transferência da posição do mento sejam tomados, como o uso de guias cirúrgicos específicos. Concluímos também que, frente a ausência de acurácia na previsão dos tecidos moles do terço inferior, é importante informar o paciente sobre as limitações da simulação. Palavras chave: Cirurgia ortognática. Procedimentos cirúrgicos ortognáticos. Tomografia computadorizada por Raios X. Gorla LFO. Assessment of the accuracy of three-dimensional virtual planning and of different applications dedicated to orthognathic surgery [tese de doutorado]. Araraquara: Faculdade de Odontologia da UNESP; 2022. ABSTRACT Background: The objective of this research is to assess the accuracy of three-dimensional virtual surgical planning and the accuracy of three software applications, namely IPS Case Designer 2.2.5.2 (KLS Martin, Tuttlingen, Germany), NemoFAB 22.0.1 (Nemotec, Madrid, Spain) and Dolphin Imaging 3D 11.95. (Dolphin Imaging & Management Solutions, Chatsworth, CA, USA), in hard and soft tissue planning in patients with dento-skeletal deformities. In order to achieve this purpose, 23 patients with dento-skeletal-facial deformities undergoing orthognathic surgery were selected, who underwent preoperative, immediate postoperative and late postoperative CT scans. The results obtained in the surgery were measured and compared with the planning to evaluate the positional and rotational accuracy of the three-dimensional virtual planning technique. Afterwards, to ensure the accuracy of the applications, new planning was carried out with the postoperative positions as a reference, and the measured results were compared with the actual results. Discrepancies between the soft tissue planned in the three applications and the soft tissue obtained in the late postoperative period were also measured by calculating the root mean square value and the percentage of three-dimensional points with distances of less than 2 mm. With respect to the technique, the 3D virtual planning proved to be accurate for transferring positions and orientations, except for the sagittal position of the maxilla, with a median of -1.57 mm (CI95m -2.80 – -0.81 mm), of the mandible, with a median of -1.83 mm (CI95m -2.76 – -0.62 mm), and of the chin, with a median of -3.36 mm (CI95m -5.52 – -1.130 mm) and for the vertical position of the chin, with a median of 0.72 mm (CI95m -0.37 – 2.96 mm), which exceed the acceptable clinical limits (<2 mm for positional differences and <4° for rotational differences). In relation to the accuracy of the applications, there was no statistical difference between their measurements and actual measurements. About the accuracy of soft tissue prediction, the face was separated into subregions and the applications showed results within acceptable clinical limits in the prediction of the paranasal area and nose, although they were not accurate enough to simulate upper lips, lower lips and chin. When comparing them, there was no statistical difference between the applications in any of the parameters evaluated in the different sub-regions. It has been concluded that the technique and applications studied can be successfully used in the treatment of patients who need to undergo orthognathic surgery, provided that special attention is paid to the sagittal repositioning of the maxillomandibular complex and that caution is taken in transferring the position of the chin, namely the use of specific surgical guides. It has also been concluded that the applications provide a limited prediction of the soft tissues of the lower third, and it is important to inform patients about the limitations of the simulation. Keywords: Orthognathic surgery. Orthognathic surgical procedures. Tomography, X- Ray computed. SUMÁRIO 1 INTRODUÇÃO...................................................................................11 2 PROPOSIÇÃO ...................................................................................... 13 2.1 Objetivos Específicos...................................................................... 13 3. REVISÃO DE LITERATURA .............................................................. 14 3.1 Acurácia do Planejamento Cirurgico Virtual ............................... 14 3.2 Acurácia da Previsão dos Tecidos Moles .................................... 16 4 MATERIAL E MÉTODO ....................................................................... 21 4.1 Comitê de Ética ................................................................................ 21 4.2 Amostra ............................................................................................. 21 4.3 Critérios de Inclusão e Exclusão ................................................... 21 4.4 Aquisição das Tomografias Computadorizadas ......................... 22 4.5 Obtenção da Representação Digital das Arcadas Dentárias .... 22 4.6 Mensuração das Movimentações Reais ....................................... 23 4.6.1 Importação dos arquivos DICOM, reorientação das tomografias pré-operatórias, planejamento virtual inicial e obtenção dos guias cirúrgicos .............................................. 23 4.6.2 Sobreposição dos volumes tomográficos T0 e T1 .................. 23 4.6.3 Obtenção dos arquivos de estereolitografia (STL) correspondentes ao crânio pré-operatório............................. 24 4.6.4 Segmentação dos arquivos de estereolitografia (STL) correspondentes ao crânio pré-operatório............................. 25 4.6.5 Obtenção dos arquivos de estereolitografia (STL) correspondentes aos segmentos ósseos pré-operatórios .. 26 4.6.6 Obtenção dos arquivos de estereolitografia (STL) correspondentes ao crânio pós-operatório ............................ 27 4.6.7 Segmentação dos arquivos de estereolitografia (STL) correspondentes ao crânio pós-operatório ............................ 28 4.6.8 Obtenção dos arquivos de estereolitografia (STL) correspondentes aos segmentos ósseos pós-operatórios ........................................................................................................ 29 4.6.9 Rotação virtual da mandíbula no pós-operatório imediato ... 30 4.6.10 Mensuração das movimentações reais ................................... 31 4.7 Acurácia Posicional e Rotacional do Planejamento Virtual Tridimensional ................................................................................. 36 4.7.1 Obtenção dos arquivos de estereolitografia (STL) dos segmentos ósseos em posição planejada antes da cirurgia .......................................................................................... 36 4.7.2 Mensuração das diferenças entre o planejamento e o conquistado ................................................................................. 37 4.8 Acurácia dos Programas de Planejamento, Por Meio da Validação das Ferramentas de Movimentação e Mensuração dos Segmentos Ósseos.................................................................. 41 4.8.1 Obtenção e segmentação do crânio composto ....................... 41 4.8.2 Movimentação dos segmentos ................................................... 44 4.8.3 Acurácia dos programas de planejamento quanto aos tecidos duros ............................................................................... 47 4.9 Acurácia da Previsão dos Tecidos Moles .................................... 48 4.9.1 Sobreposição dos volumes tomográficos pré-operatório (T0) e pós-operatório tardio (T2)............................................... 48 4.9.2 Comparação das superfícies tridimensionais de tecido mole ............................................................................................... 49 4.9.3 Segmentação do tecido mole ..................................................... 52 4.9.4 Acurácia da previsão do tecido mole ........................................ 54 4.10 Análise dos Resultados ................................................................ 55 5 RESULTADOS ...................................................................................... 56 5.1 Amostra ............................................................................................. 56 5.2 Mensuração das Movimentações Reais ....................................... 57 5.3 Acurácia do Planejamento Cirúrgico Virtual ............................... 60 5.3.1 Acurácia do planejamento cirúrgico virtual da maxila frente ao segmento de início da cirurgia (maxila ou mandíbula) ... 72 5.3.2 Acurácia do planejamento cirúrgico virtual do mento frente à utilização, ou não, de guias cirúrgicos para mentoplastia ................................................................................ 73 5.4 Acurácia dos Programas de Planejamento, Por Meio da Validação das Ferramentas de Movimentação e Mensuração dos Segmentos Ósseos.................................................................. 75 5.5 Acurácia da Previsão dos Tecidos Moles .................................... 82 6 DISCUSSÃO ......................................................................................... 87 7 CONCLUSÕES ..................................................................................... 98 REFERÊNCIAS ........................................................................................ 99 ANEXO A .................................................................................................. 107 11 1 INTRODUÇÃO A correção cirúrgica das deformidades dentofaciais por meio de tratamento cirúrgico provoca grandes mudanças nos aspectos cosméticos e funcionais da face¹. O sucesso depende não apenas das técnicas cirúrgicas empregadas, mas também da precisão do diagnóstico e planejamento dos procedimentos a serem realizados². Quando o diagnóstico e o planejamento são adequados e precisos, permitem prever os resultados, facilitando a comunicação entre o profissional e o paciente acerca das possibilidades de tratamento e a condução das expectativas³. No passado, o plano de tratamento em cirurgia ortognática foi realizado por meio de traçados cefalométricos manuais em telediografias laterais, frontais e panorâmicas, com o uso de relações bem estabelecidas entre tecidos duros e moles da face para a previsão dos resultados4. Para a simulação da cirurgia, são utilizados modelos de gesso, montados em um articulador semi-ajustável, e submetidos a cortes, simulando osteotomias e movimentações dos segmentos, mensuradas por meio de uma plataforma de medição. Este método convencional, muito embora satisfatório, possui limitações por necessitar de várias etapas e por se tratar de um processo manual com maiores chances de viés. A teleradiografia lateral de face utilizada no processo é uma imagem bidimensional de um objeto tridimensional, o que resulta invariavelmente em sobreposições e distorções que podem dificultar o planejamento de forma adequada. Os movimentos dos segmentos são realizados manualmente, tornando-os menos precisos. Os cortes nos modelos de gesso não simulam de maneira fiel as osteotomias realizadas na cirurgia, o que impossibilita a previsão da relação dos segmentos movimentados com o restante do complexo maxilo-facial e limita as previsões à meras estimativas5. A montagem do articulador semi-ajustável obedecendo vários passos, bem como a tomada do arco facial também podem produzir distorções importantes6. A somatória dessas imprecisões nas várias etapas do processo, podem resultar em erros importantes7. O advento das imagens tridimensionais e os avanços tecnológicos na área resultaram em uma série de novas ferramentas computadorizadas para uso no planejamento das cirurgias ortognáticas8, representando novos horizontes para o tratemento dos pacientes com deformidades dentofaciais. Em 2003, Gateno e 12 colaboradores2 introduziram o conceito do “crânio composto”, que combina impressões físicas com tomografias computadorizadas para possibilitar o planejamento cirúrgico em ambiente virtual. Desde então, diversos programas para planejamento cirúrgico foram desenvolvidos e aprimorados. O planejamento assistido por computador, bem como a fabricação do guia cirúrgico, com base no planejamento tridimensional (3D), vem sendo cada vez mais utilizado em relação ao modelo tradicional9. A técnica de planejamento virtual tridimensional elimina diversos passos, além de oferecer resultados mais precisos. Como vantagens, não há necessidade de traçados de previsão, aquisição do arco facial ou montagem dos modelos em articulador10. No planejamento virtual tridimensional, os movimentos cirúrgicos são realizados por meio de ferramentas de programa computacional, e as osteotomias simuladas são mais fiéis às osteotomias reais, o que possibilita prever, mais facilmente, a relação entre os diversos segmentos ósseos11. Outro importante recurso disponível nos programas de planejamento tridimensional é a capacidade de simular a resposta dos tecidos moles nos diferentes movimentos cirúrgicos planejados, oferecendo mais recursos para decisão sobre o melhor plano de tratamento e ao mesmo tempo permitindo mostrar a simulação cirúrgica e estimativa do resultado para o paciente12. Para assegurar a acurácia dos resultados obtidos pelo método virtual tridimensional, é essencial que sejam realizados estudos que comparam o planejamento inicial com os resultados pós-cirúrgicos13. Além disso, no mercado, existem diversas opções de programas para o planejamento cirúrgico virtual, nos quais são obtidos excelentes resultados, conforme descrito nos trabalhos científicos5-13. Entretanto, não existem estudos suficientes para definir qual programa computacional produz resultados mais satisfatórios, sendo interessante e necessário avaliá-los comparativamente quanto à acurácia das movimentações dos segmentos ósseos bem como quanto às previsões dos tecidos moles da face. 98 7 CONCLUSÕES Os erros clinicamente relevantes foram reportados na posição sagital dos segmentos, tendo como causa provável as dificuldades transcirúrgicas para reposicionamento dos côndilos mandibulares. Logo, estudos de técnicas para aprimorar o posicionamento do segmento proximal durante as cirurgias ortognáticas são necessários. Vale destacar também a falta de acurácia posicional do mento e que o desenvolvimento e a utilização de guias cirúrgicos para transferência da posição planejada podem melhorar os resultados. Quanto aos programas de planejamento avaliados, é importante frisar que a falta de acurácia para o terço inferior da face (lábio superior, inferior e mento) exige que os algoritmos e metodologias para a obtenção da previsão dos tecidos moles continuem sendo estudados e aprimorados. 99 REFERÊNCIAS 1. Bagheri SC, Jo C. Orthognathic surgery. In: Bagheri SC. Clinical review of oral and maxillofacial surgery. 2nd. ed. Mosby: Elsevier; 2014.p. 293-332. 2. Gateno J, Xia J, Teichgraeber J, Rosen A: A new technique for the creation of a computerized composite skull model. J Oral Maxillofac Surg. 2003; 61(2): 222-7. 3. Loh S, Heng JK, Ward-Booth P, Winchester L. A radiographic analysis of computer prediction in conjunction with orthognathic surgery. Int J Oral MaxillofacSurg. 2001; 30(4): 259–63. 4. 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Oral Maxillofac Surg. 2018; 47(2): 160–6.  De acordo com o Guia de Trabalhos Acadêmicos da FOAr, adaptado das Normas Vancouver. Disponível no site da Biblioteca: http://www.foar.unesp.br/Home/Biblioteca/guia-de-normalizacao- atualizado.pdf http://www.foar.unesp.br/Home/Biblioteca/guia-de-normalizacao-atualizado.pdf http://www.foar.unesp.br/Home/Biblioteca/guia-de-normalizacao-atualizado.pdf 100 12. Elshebiny T, Morcos S, Mohammad A, Quereshy F, Valiathan M. Accuracy of ThreeDimensional Soft Tissue Prediction in Non-Syndromic Orthognathic Cases Using Dolphin 3D Software. Journal Craniofac Surg. 2019; 30(2): 525-8. 13. Shaheen E, Shujaat S, Saeed T, Jacobs R, Politis C. Three-dimensional planning accuracy and follow-up protocol in orthognathic surgery: a validation study. Int. J. Oral Maxillofac. Surg. 2019; 48(1): 71–6. 14. Gateno J, Xia J, Teichgraeber JF, Rosen A, Hultgren B, Vadnais T. The precision of computer-generated surgical splints. 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