avaliaÇÃo do canal nasopalatino e sutura palatina …

PONTIFICIA UNIVERSIDADE CATÓLICA DE MINAS GERAIS

Programa de Pós Graduação em Odontologia

Adriana Alkmim de Sousa

AVALIAÇÃO DO CANAL NASOPALATINO E SUTURA PALATINA MEDIANA

COMO REGISTRO REGIONAL DA MAXILA EM ESTUDOS TOMOGRÁFICOS

Belo Horizonte

2020




Tese apresentada ao Programa de

Pós-graduação em Odontologia da Pontifícia

Universidade Católica de Minas Gerais, como

requisito parcial para obtenção do título de

Doutora em Odontologia. Área de

Concentração: Clínicas Odontológicas

Linha de pesquisa: Métodos de Diagnóstico por

Imagem, Radiobiologia e Radioproteção

Orientador: Prof. Dr. Bernardo Quiroga Souki

Belo Horizonte

2020

FICHA CATALOGRÁFICA

Elaborada pela Biblioteca da Pontifícia Universidade Católica de Minas Gerais

Sousa, Adriana Alkmim de

S725a Avaliação do canal nasopalatino e sutura palatina mediana como registro

regional da maxila em estudos tomográficos / Adriana Alkmim de Sousa. Belo

Horizonte, 2020.

105 f. : il.

Orientador: Bernardo Quiroga Souki

Tese (Doutorado) - Pontifícia Universidade Católica de Minas Gerais.

Programa de Pós-Graduação em Odontologia

1. Maloclusão de Angle classe II. 2. Ortodontia interceptora. 3. Imagem

tridimensional. 4. Tomografia Computadorizada de Feixe Cônico. 5. Suturas. 6.

Aparelhos de Tração Extrabucal. 7. Registro da Relação Maxilomandibular. 8.

Software livre. I. Souki, Bernardo Quiroga. II. Pontifícia Universidade Católica

de Minas Gerais. Programa de Pós-Graduação em Odontologia. III. Título.

CDU: 616.314-089.23

Ficha catalográfica elaborada por Fernanda Paim Brito - CRB 6/2999




Tese apresentada ao Programa de

Pós-graduação em Odontologia da Pontifícia

Universidade Católica de Minas Gerais, como

requisito parcial para obtenção do título de

Doutora em Odontologia, Área de

Concentração: Clínicas Odontológicas.

COMPOSIÇÃO DA BANCA EXAMINADORA:

1- Prof. Dr. Rogério Lacerda dos Santos – UFJF 2- Prof. Dr. Camilo de Aquino Melgaço – UNINCOR 3- Prof. Dr. Ildeu Andrade Júnior – PUC Minas 4- Prof. Dr. Amaro Ilídio Vespasiano Silva – PUC Minas 5- Prof. Dr. Bernardo Quiroga Souki – PUC Minas

DATA DA APRESENTAÇÃO E DEFESA: 19 de fevereiro de 2020

A tese, nesta identificada, foi aprovada pela Banca Examinadora

Prof. Dr. Bernardo Quiroga Souki Prof. Dr. Rodrigo Villamarim Soares

Orientador Coordenador do Programa de Pós-graduação em Odontologia

À minha família, exemplo de felicidade plena.

AGRADECIMENTOS

Aos meus pais, Aloísio e Zilma, pelos exemplos diários de honestidade,

companheirismo e ética. Aqueles que nunca pouparam esforços para me privilegiar,

não só nos estudos, mas em ser feliz de forma plena e livre. Que transpassam seus

apegos para respeitar e defender a individualidade de cada um da família.

A minha irmã Karine, que em meio a tanto caos se mostra igual, próxima e

confortante. Uma relação além da consanguinidade, que simplifica qualquer processo

de autoconhecimento e empoderamento.

Ao Prof. Dr. Bernardo Souki, que me acolheu de forma paterna, serena e

humilde. Sempre disposto a se doar e compartilhar, além de ouvir e valorizar minhas

opiniões, sem julgamentos e diferenciação entre nós dois. De forma cativa e didática

enalteceu minhas aptidões e acolheu meus bloqueios. Um exemplo que transcende a

sala de aula e vou levar de forma eterna como espelho.

As mestras que prepararam a base de forma sólida, para que tudo isso

pudesse acontecer. A minha mãe, meu primeiro exemplo de professora, minha

educadora e de centenas de outros conterrâneos. Tia Derly, Marlene e Ana Maria a

iniciação escolar é primordial. Tia Dalva, Olga, Márcia e Emília, alfabetizar é o maior

legado para humanidade. Qualquer reconhecimento a vocês é ínfimo ao real

merecimento. Ultrapassar barreiras que a sociedade impõe a educação publica e a

mulher elevam vocês ao patamar de heroínas.

A equipe Compass3D, que me inseriu na Odontologia de forma singular. Abriu

meus horizontes e me fez fazer parte de um todo, que parecia distante aos moldes

tradicionais.

Aos colegas de academia, professores e pacientes, que me emprestaram suas

histórias para eu construir a minha.

Aos meus amigos, que sem intenção suportaram este trabalho. Estefane e

Bethânia, a minha pureza reside em vocês. Mayra, Ariany e Paty, a Odontologia fez

sentido com nosso encontro. Carol Marci, Daniel, Carol Abreu e Menderson, eu e a

sociedade somos melhores na presença de vocês. Tamara e Karine meus alicerces

do cotidiano. Rafa, Tati, Lu e Flavinha a jornada é muito mais leve com vocês por

perto.

Obrigada, vocês me deram suporte para entender que este caminho vai além

da produção científica. A formação acadêmica ganha sentido quando a evolução

espiritual é colocada antes de tudo.

RESUMO

O objetivo neste estudo retrospectivo foi testar e avaliar a região do canal

nasopalatino (CNP) e sutura palatina mediana (SPM), como referência para as

sobreposições regionais volumétricas de maxila, em estudos que utilizam a

Tomografia Computadorizada de Feixe Cônico (TCFC). Adicionalmente objetiva-se

descrever as alterações dentoesqueletais maxilares em pacientes com má oclusão

Classe II de Angle, tratados com o aparelho extraoral de tração combinada (AETC).

TCFC e modelos de gesso, obtidos antes e após o tratamento, foram usados para a

comparação entre o método padrão-ouro (superposição em rugas palatinas) e o

método avaliado (superposição no CNP e SPM). A metodologia foi realizada através

de software de livre acesso (ITK-SNAP 2.4® e 3DSlicer 4.8®). Os modelos de gesso

foram digitalizados e sobrepostos na respectiva TCFC, através do contorno das

coroas dentárias. Utilizou-se os tons de cinza dos voxel das TCFC, na região do CNP

e SPM para superpor as tomografias. A matriz matemática, gerada pelo software

para o registro das TCFC, foi aplicada aos modelos. O registro em ruga foi feito na

superfície dos modelos e a matriz deste registro aplicada a TCFC. Mensurações das

alterações dos dentes 16, 11 e 26, nos três eixos do espaço (X, Y e Z) foram

realizadas nas TCFC, para as duas modalidades de registros regionais na maxila.

Compararam-se também, os mapas de códigos de cores das alterações de cada

paciente, para os dois registros. Para a descrição das alterações dentoesqueletais,

após o tratamento com o AETC, as TCFC foram registradas em base do crânio (BC)

e no CNP e SPM. Mensurações dos deslocamentos dos dentes 16, 11 e 26; além dos

pontos cefalométricos ponto A, espinha nasal anterior, espinha nasal posterior e

forame incisivo foram efetuadas. Comparando o registro nas rugas palatinas com o

em CNP e SPM, os valores medidos na região de molares mostraram pequenas

divergências, sem diferenças estatisticamente significativas (p > 0,05). Apenas o

deslocamento lateral do dente 11 apresentou diferença significativa (p < 0,05) entre

os métodos. Os mapas de códigos de cores do registro no CNP e SPM apresentaram

uma concordância na região das rugas. Maior variação de cores pode ser observada

nas laterais do palato. Nas alterações dentoesqueletais, após o uso do AETC, a

distalização do 16 foi de 2.17 mm para o registro no CNP e SPM e de 1.75 mm para

BC. A extrusão dos molares foi resultante da movimentação esqueletal e dentária,

com valores menores para a extrusão dentária isolada e maior em relação à base

craniana (1.03 mm BC e 0,39 mm CNP e SPM). As referências ósseas, exceto o

ponto A, demostraram recuo. O registro por voxel do CNP e SPM é confiável e trouxe

resultados estatisticamente iguais ao padrão ouro, quando se analisou o controle

vertical e antero posterior de alguns dentes. O registro no CNP e SPM pode ser

utilizado como uma alternativa para o registro regional de maxila com TCFC. As

mudanças dentárias e esqueléticas, observadas após o uso do AETC, corroboram

dados prévios desta abordagem terapêutica.

Palavras-chave: Registro da relação maxilomandibular. Software. Má oclusão de

Angle Classe II. Aparelhos de tração extrabucal. Ortodontia interceptora. Imagem

tridimensional.

ABSTRACT

This retrospective study aimed to test and evaluate the nasopalatine canal (NPC) and

the median palatine suture (MPS), as a reference for the volumetric maxillary

superimposition, in studies that use the Cone Beam Computed Tomography (CBCT).

In addition, the objective of this research was to describe the maxillary dentoskeletal

changes in patients with Angle Class II malocclusion treated with combination

headgear. Pre treatment and post treatment CBCT and plaster models were used to

compare the gold standard method (superimposition on the palatal rugae) and the

alternative method (superimposition on the NPC and MPS). The methodology used

open access software (ITK-SNAP 2.4® and 3DSlicer 4.8®). The plaster models were

digitalized and overlaid on respective CBCT, using the contour of the dental crowns.

The tons of gray densities of the CBCT voxels, in the NPC and MPS region were used

to superimpose the scans. The mathematical matrix generated by the software for the

voxel-based registration at NPC and MPS was applied to the models. The registration

in palatal rugae was made through the surface of the models, and the matrix of this

registration was applied to CBCT. Measurements of positioning crown changes of

teeth 3, 8 and 14, in the three axes of space (X, Y and Z), were performed in the

CBCT, for the two types of regional maxillary registration. The color-coded maps of

the changes were also compared for each patient, using the two types of records. For

the description of the dentoskeletal changes after treatment with combination

headgear, the CBCT were registered in the cranial base (CB) and in the NPC and

MPS. Measurements of teeth 3, 8 and 14 displacements, in addition to cephalometric

landmarks (point A, anterior nasal spine, posterior nasal spine and incisive foramen),

were performed. Comparing the palatal rugae registration with NPC and MPS, the

measured values in the molar region showed small divergences, without statistically

substantial differences (p > 0.05). Only the lateral displacement of tooth 8 showed a

significant difference (p < 0.05) between the methods. The color maps of the NPC and

MPS record showed an agreement in the palatal rugae region. Greater variation of

colors can be seen on the palate sides. In dentoskeletal changes after the use of

combination headgear, the distalization of the right molar was 2.17 mm for the NPC

and MPS registration, and 1.75 mm for CB. The molar extrusion resulted from skeletal

and dental movement, with lower values for isolated dental extrusion and higher when

compared to the cranial base (1.03 mm BC and 0.39 mm NPC and MPS). Bone

references, except point A, showed distalization. The voxel registration by NPC and

MPS is reliable and brought results without statistically significant differences to the

gold standard method when analyzing the vertical and anteroposterior displacements.

The registration with NPC and MPS can be used as an alternative to the regional

maxillary registration with CBCT. The dental and skeletal changes observed after the

use of the headgear corroborate previous data on this therapeutic approach.

Keywords: Jaw relation record. Software. Malocclusion, Angle Class II. Extraoral

traction appliances. Orthodontics, Interceptive. Imaging, three-dimensional.

LISTA DE ABREVIATURAS E SIGLAS

2D Bidimensional

3D Tridimensional

ABO American Board of Orthodontics

AEC Aparelho extraoral com tração combinada

ALARA As Low As Reasonably Achievable

BC Base do crânio

CB Cranial Base

CBCT Cone Bean Computer Tomography

CNP Canal nasopalatino

DICOM Digital Imaging and Communications in Medicine

FOV Field of View

kgf Quilograma-força

mm Milímetros

MPS Median Palatine Suture

Mt0 Modelo antes do tratamento

Mt1 Modelo depois do tratamento

NPC Nasopalatine Canal

PUC Minas Pontifícia Universidade Católica de Minas Gerais

ROI Region of Interest

RP Rugas palatinas

STL

SPM

Stereolithography

Sutura palatina mediana

T0 Tomografia antes do tratamento

T1 Tomografia depois do tratamento

TCFC Tomografia Computadorizada de Feixes Cônicos

LISTA DE FIGURAS

Figura 1: Deslocamento nos três eixos.................................................................36

Figura 2: Documentação inicial do paciente.........................................................44

Figura 3: Aparelho extraoral com tração combinada instalado ............................45

Figura 4: Documentação final do paciente............................................................45

Figura 5: Orientação padronizada do crânio.........................................................47

Figura 6: Sobreposição do modelo na tomografia pela identificação de pontos...48

Figura 7: Visualização da sobreposição dos modelos nas reconstruções

ortogonais..............................................................................................49

Figura 8: Aproximação da tomografia de T1 em T0..............................................50

Figura 9: Segmentação da região de interesse, canal nasopalatino e sutura

palatina mediana...................................................................................51

Figura 10: Registro em nível de voxel da tomografia T1 em T0, para canal

nasopalatino e sutura palatina mediana................................................51

Figura 11: Registro do modelo T1 em T0, para canal nasopalatino e sutura palatina

mediana.................................................................................................52

Figura 12: Delimitação nos modelos da região de interesse para sobreposição

pelas rugas palatinas.............................................................................54

Figura 13: Registro do modelo T1 em T0, para rugas palatinas.............................55

Figura 14: Identificação do ponto 16 na tomografia................................................56

Figura 15: Identificação do ponto 11 na tomografia................................................57

Figura 16: Mapas por códigos de cores..................................................................58

SUMÁRIO

1 INTRODUÇÃO ...................................................................................................... 25 2 REFERENCIAL TEÓRICO ................................................................................... 29 2.1 Sobreposição e registro de imagens na metodologia científica .................. 29 2.2 Rugas palatinas ................................................................................................ 31 2.3 Tomografia computadorizada ......................................................................... 33 2.4 Perspectiva tridimensional .............................................................................. 35 2.5 Canal nasopalatino e sutura palatina mediana .............................................. 36 3 HIPÓTESES ......................................................................................................... 39 3.1 Hipótese 1 ......................................................................................................... 39 3.2 Hipótese 2 ......................................................................................................... 39 4 OBJETIVOS ......................................................................................................... 41 4.1 Objetivo geral ................................................................................................... 41 4.2 Objetvos específicos ....................................................................................... 41 5 MATERIAL E MÉTODOS ..................................................................................... 43 5.1 Amostra ............................................................................................................ 43 5.2 Protocolo de tratamento para o aparelho extraoral combinado ................... 44 5.3 Aquisição do exame tomográfico ................................................................... 45 5.4 Aquisição do modelo intraoral digital ............................................................ 46 5.5 Padronização entre tomografia e modelos digitais ....................................... 46 5.5.1 Orientação da tomografia no espaço........................................................... 46 5.5.2 Sobreposição dos modelos na tomografia ................................................. 47 5.6 Registro regional utilizando o canal nasopalatino e sutura palatina mediana................................................................................................................................. 49 5.7 Registro regional utilizando a base do crânio ............................................... 52 5.8 Registro regional utilizando as rugas palatinas ............................................ 53 5.9 Mensurações das movimentações dentárias na tomografia ........................ 53 5.10 Mapas de códigos de cores ........................................................................... 54 5.11 Análise estatística .......................................................................................... 54 6 ARTIGO CIENTÍFICO 1 ........................................................................................ 59 7 ARTIGO CIENTÍFICO 2 ........................................................................................ 79 8 CONSIDERAÇÕES FINAIS .................................................................................. 91 REFERÊNCIAS ....................................................................................................... 93 ANEXO A – Parecer Consubstanciado do CEP PUC Minas ................................ 97 ANEXO B – Parecer Consubstanciado da CONEP ............................................ 101 ANEXO C – Produção intelectual da aluna durante o curso de doutorado ..... 103

25

1 INTRODUÇÃO

Protocolos de tratamentos odontológicos são desenvolvidos diante da

necessidade de solucionar problemas clínicos. Todavia, precisam ser testados e

validados. Reconhecidos como praticáveis, ainda estarão permanentemente sujeitos

a contestação, alteração, melhorias e comparações. Um dos intuitos da investigação

cientifica em Odontologia é pautar todo este percurso, desde a proposta e validação

até a continua discussão. O emprego de metodologias científicas pertinentes permite

a elucidação de eventuais problemas e conduz a conclusões apropriadas. Métodos

falhos, pobres e não validados levam a desfechos com as mesmas características,

sendo então, fator determinante para a legitimidade do trabalho e consistência do

protocolo de tratamento.

Estudos que comparam o mesmo indivíduo, em momentos distintos de um

tratamento, podem descrever seus efeitos, verificar a concordância com a proposta e

avaliar a viabilidade (YATABE et al., 2019). Na pesquisa em Ortodontia é recorrente a

mensuração de alterações dentárias e esqueléticas no decorrer do tratamento. Além

de análises feitas no próprio paciente é usual utilizar exames de imagens e modelos

dentários (BAILEY; ESMAILNEJAD; ALMEIDA, 1996; HOGGAN; SADOWSKY,

2001). Os questionamentos primordiais dessas metodologias são sobre a fidelidade

do exame, seguido pela referencia anatômica utilizada para medir. Para os exames

de imagem, a Tomografia Computadorizada de Feixes Cônicos (TCFC) encabeça os

estudos (JAIN et al., 2019), enquanto os escaneamentos intraorais ainda dividem

espaço e opiniões com os modelos de gesso (FLEMING; MARINHO; JOHAL, 2011).

A referência anatômica deve ser uma estrutura válida, de fácil identificação no exame

e que se mantem estável em um intervalo de tempo, para que as mudanças obtidas

sejam apenas do objeto estudado, e não do objeto somado a estruturas. Encontra-se

então outra implicação, qual estrutura permanece estática, aos efeitos do tratamento

e aos vetores de crescimento.

Localizadas no terço anterior do palato, posterior a papila incisiva, as rugas

palatinas (RP) foram descritas por Shailaja et al. (2018), como a estrutura mais

estável em boca. As RP são utilizadas de maneira maciça, como marcadores nas

pesquisas que avaliam alteração dentária maxilar (GARIB et al., 2019; SHAILAJA et

al., 2018). Quando a metodologia emprega modelos, obtidos por escaneamento

intraoral ou moldagem, a representação da RP é tão fiel quanto a qualidade deste

26

modelo, porém, a afirmativa não é a mesma quando o manuseio é feito em TCFC. A

mucosa queratinizada, que compõe as RP, absorve uma quantidade ínfima de

radiação, imprimindo uma imagem hipodensa discreta, que muitas vezes se une a

imagem da língua apoiada. A utilização de TCFC, para análise de tecidos moles é

restrita, sendo inviável na representação da RP. A base do crânio (BC) é o padrão

ouro quando se discute estabilidade óssea para aquelas metodologias, demandando

um exame extenso. Além do aumento da área exposta à radiação nos exames de

face, os tomógrafos com essa abrangência estão cada vez mais escassos.

Mudanças ortodônticas, feridas com orientação ou sobreposição em BC, estão

somadas a mudanças espaciais da maxila, que podem ocorrer devido ao crescimento

ou ate mesmo efeito ortopédico da terapêutica (NASSEH; AL-RAWI, 2018; YATABE

et al., 2019). Reconhece então à necessidade de investigar uma estrutura estável,

que esteja próxima a região a ser estudada, com boa expressão em TCFC.

Estudos anatômicos, descritivos para o canal nasopalatino (CNP),

demonstram uma variabilidade em formato e dimensão, sem diferença significativa

quando se compara idade e até mesmo ausência de incisivos maxilares (DEMIRALP;

KURSUN-CAKMAK; BAYRAK et al., 2018; THAKUR; BURDE; GUTTAL;

NAIKMASUR, 2013). O CNP possui arcabouço ósseo e está próximo as RP.

Localizado também na região anterior da maxila, mas no plano médio, o CNP é um

conduto no palato duro, que comunica a cavidade oral ao soalho nasal. Originário da

fusão entre o septo nasal, processo palatino da maxila e pré-maxila, o CNP possui

corticais e abriga um feixe vásculo nervoso, estruturas de identificação

descomplicada no exame tomográfico ( NASSEH; AOUN; SOKHN, 2017; THAKUR;

BURDE; GUTTAL; NAIKMASUR, 2013). A utilização do CNP, como estrutura de

registro regional para avaliação de alterações maxilares, ainda não foi explorada na

literatura. As pequenas dimensões do canal, associadas ao seu formato cilíndrico,

podem ser um fator desfavorável, afetando uma estabilidade de rotação e translação.

Estender a região de registro para as adjacências elimina o possível viés. Assim

como as estruturas internas do palato foram utilizadas por McNamara (1981), como

sobreposição de cefalometrias, a região de sutura palatina mediana (SPM), próximo

ao CNP potencializa a capacidade de registro no CNP (McNAMARA, 1981; NASSEH;

AOUN; SOKHN, 2017). A eficácia do registro na região seria viável a utilização do

exame TCFC com menor exposição a radiação e maior acessibilidade, além de

dissociar as alterações dentárias das espaciais esqueléticas.

27

Propõe-se neste estudo testar e validar a eficácia do canal nasopalatino e

sutura palatina mediana como região anatômica para registro regional de maxila em

estudos tomográficos, através da comparação com as rugas palatinas. Descrever as

alterações dentárias maxilares em pacientes diagnosticados com má oclusão de

Angle Classe II, tratados utilizando o aparelho extraoral com tração combinada (AEC)

por meio do registro proposto e em base de crânio.

29

2 REFERENCIAL TEÓRICO

2.1 Sobreposição e registro de imagens na metodologia científica

O sucesso da pesquisa científica está diretamente relacionado a qualidade da

metodologia. Quando se propõe os objetivos de uma investigação, um processo de

análise deve ser esquematizado de forma lógica, para elucidar com excelência as

hipóteses alegadas. Na pesquisa clínica em Ortodontia, tanto para esclarecimento de

terapias quanto de crescimento, a sobreposição e registro de exames de imagens em

uma determinada estrutura anatômica é habitual. A escolha de qual estrutura ou

região utilizar deve ser feita com cautela e fundamento, também sendo levada em

consideração na interpretação dos resultados (YATABE et al., 2019). Para exames

radiográficos na norma lateral, o American Board of Orthodontics (ABO) preconiza o

uso da região anterior da BC em análises da face, superfície anterior do zigomático

para maxila e na mandíbula uma estabilidade é sugerida na cortical interna da sínfise,

região do gnátio e no canal alveolar inferior (GHONEIMA et al., 2017). Instaurado na

Odontologia em 1931, por Broadbent, ainda de fundamental importância, a

radiografia cefalométrica vem cedendo espaço para TCFC, assim como as outras

imagens de duas dimensões (2D). A magnificação, distorção, sobreposição de

estruturas e falta de perspectiva contida no exame 2D, assim como os erros de

postura na aquisição, coloca em questão a precisão do recurso. A TCFC supera

estas principais limitações e se instala na Odontologia clínica nos primeiros anos do

século XXI. As referências então devem ser adaptadas ao novo processo

(GHONEIMA et al., 2017; YATABE et al., 2019).

Quando processadas em filme radiográfico, a sobreposição é feita

manualmente, pela visualização e concordância das estruturas. Nas capturas digitais

a técnica parte do mesmo pressuposto, podendo ter auxílio de software que

identificam as estruturas pelas tonalidades da imagem. Somados as limitações do

exame 2D, estão as possíveis falhas do examinador, visto que a identificação e

sobreposição não é uma tarefa fácil (EFSTRATIADIS; COHEN; GHAFARI, 1999).

Para imagens 3D, que inclui a TCFC, existem três formas de sobreposição, por

pontos de referência coincidentes, superfície coincidente e registro em voxel. A

utilização de pontos foi considerada a menos confiável. Para superfície, é necessário

uma adequada qualidade do exame. O registro em voxel possui a menor

30

variabilidade. O registro em voxel identifica a área correspondente no outro exame

com os mesmos valores da escala de cinza. A aproximação dos exames com uma

concordância visual, feita pelo examinador, acelera e melhora a precisão do

processo, que é feita de forma totalmente automatizada por software especializados

(YATABE et al., 2019).

Diversos software de análises de imagens médicas agregaram a função de

sobrepor arquivos. Cada software possui suas particularidades e limitações, existem

aqueles comerciais como Dolphin Imaging® (Dolphin Imaging and Management

Solutions, Chatswoth, CA, USA), OnDemand3D® (Cybermed, Seoul, Korea), InVivo

Dental® (Anatomage, San Jose, CA, USA), Maxilim Software® (Medicim NV,

Mechelen, Belgium) e 3dMDvultus® (3dMD, Atlanta, Georgia, USA) e os de acesso

aberto, como ITK-SNAP® e 3DSlicer® (software de livre acesso, www.itksnap.org).

Apesar de demandar treinamento específico e não possuir uma interface amigável,

estes software abertos não possuem restrições para uso e custo. Em conjunto,

possuem módulos que permitem registro de voxel em adultos e pacientes em

crescimento, além da sobreposição baseada em pontos e superfície. Medidas

também podem ser tomadas do deslocamento Euclidiano, componentes direcionais

(anteroposterior, ínfero-superior e látero-lateral) e ângulos nas três perspectivas

(pitch, roll e yaw). Igualmente é possível realizar análises qualitativas, através de

projeção das alterações em mapas de códigos de cores e visualização da

sobreposição dos modelos 3D (YATABE et al., 2019).

Diversos trabalhos publicados na literatura fizeram o uso dos software

ITK-SNAP® e 3DSlicer®, separados ou em conjunto, com metodologias diversas. A

maioria daqueles que utilizam de sobreposição seguem o padrão ouro de referência,

a região anterior de BC (CEVIDANES et al., 2010; FERREIRA OLIVEIRA, 2019;

VILEFORT, 2018). Além de demandar uma tomografia extensa, todas as

movimentações encontradas devem ser interpretadas como da estrutura de estudo

em relação a BC, não sendo possível distinção da causa. Quando se considera

análise de maxila, os implantes propostos por Björk são padrão ouro de análise, mas

possuem implicação ética (BJORK, 1966). O ABO indica para o registro regional da

maxila, em telerradiografia, a superfície anterior do zigomático. Outras estruturas

também já foram propostas para este fim, como o plano palatal, fixado na espinha

nasal anterior e nas estruturas internas do palato. Todas referências maxilares

utilizadas possuem estabilidade duvidosa e são pobres em reprodutibilidade

31

(McNAMARA, 1981; NIELSEN, 1989). Ruellas et al. (2016) utilizaram TFCF para

propor duas regiões de registro em maxila. A primeira utilizava o corpo da maxila,

com limites verticais excluindo orbita e processo alveolar e limites laterais até o

zigomático. A segunda, inspirada nos trabalhos de Björk, possuía limites

semelhantes, eliminando uma porção anterior da maxila, que obedecia aos limites

laterais da abertura piriforme. Ambas as regiões demonstraram resultados similares e

boa reprodutibilidade (RUELLAS et al., 2016). Quando se analisa pacientes adultos

as referências usadas são admissíveis, mas, grande parcela das amostras se

concentra em pacientes jovens. O crescimento crânio facial é dotado de vetores

transversais, que geram um crescimento látero-lateral na face do indivíduo, qualquer

referência que abranja os dois lados pode ser inviável. Uma referência ideal em

maxila deve ser estática durante o crescimento e tratamento, localizada no plano

médio, próximo ao processo alveolar, com boa representação na TCFC e de fácil

identificação.

2.2 Rugas palatinas

Evidente em diversas espécies, as RP ganharam notoriedade para os

humanos quando descrita pela primeira vez em 1732, por J. B. Winslow, nos seus

estudos anatômicos (LYSELL, 1955). Por volta da 10ª semana intrauterina a

estrutura inicia sua formação, continuada pela proliferação e diferenciação, até se

tornar um epitélio queratinizado próximo ao nascimento, com as mesmas

características presentes em um adulto. Possuindo funções, ainda não muito bem

definidas, no auxilio da mastigação, deglutição e fonação, as RP estão localizadas na

região anterior do palato duro, posterior a papila incisiva. As dobras de tecido estão

dispostas bilateralmente, separadas pela rafe palatina (HAUSER; DAPONTE;

ROBERTS, 1989; LYSELL, 1955; SAADEH et al., 2017; WINNING; TOWNSEND,

2000). As rugas podem se diferenciar em tamanho, quantidade, forma, orientação,

aglomeração e proeminência, suas diversas variáveis geram infinitas combinações.

Assimétricas quando se comparam os lados do mesmo paciente, as infindáveis

possibilidades arquiteta uma topografia única em cada indivíduo. Após o nascimento,

nos primeiros anos de vida, com o crescimento da região anterior da maxila, o

aumento e distanciamento das formas evidencia o padrão morfológico pessoal

(PATIL; PATIL; ACHARYA, 2008; SAADEH et al. 2017).

32

A individualidade e estabilidade no decorrer da vida são usufruídas na

Odontologia forense, como ferramenta na identificação de pessoas. Protegida pelos

demais tecidos da face, as RP resistem a condições degenerativas intensas, além de

ser um método acessível e ágil. As alterações dentárias, ocorridas no espaço de

tempo entre o registro e a necessidade de identificação, podem inviabilizar o

reconhecimento pelas arcadas, contrapartida a estabilidade das RP, ainda que

questionada, não interfere no padrão ao ponto de descaracterizar sua individualidade

(ALI; SHAIKH; FIDA, 2016; DE ANGELIS et al., 2012).

Moyers et al. (1976 apud ALMEIDA et al. 1995), apontaram as RP como um

marcador estável na cavidade oral. Além de ferramenta de identificação forense, as

dobras do palato também vem sendo usadas como referencia para quantificação de

alterações dentárias. Simmons, Moore e Erickson em 1987; Almeida et al. em 1995 e

Christou e Kiliaridis em 2008 acompanharam a morfologia das RP de pacientes em

crescimento, havendo um consenso que as mudanças encontradas condizem com o

padrão de crescimento ósseo. Almeida et al. em 1995 e Christou e Kiliaridis em 2008

concordam de uma melhor forma, quando evidenciam a estabilidade da região

medial, que fundamenta o seu uso para avaliação longitudinal de alterações

dentárias. Christou e Kiliaridis em 2008 ainda asseguraram uma conclusão já citada

antes, a terceira ruga como marcador mais indicado ( ALMEIDA, 1995; CHRISTOU;

KILIARIDIS, 2008; SIMMONS; MOORE; ERICKSON, 1987).

Ali, Shaikh e Fida, em 2016, ainda dentro dos estudos forenses, aconselham

prudência para o uso de RP, questionando modificações decorrentes de tratamentos

odontológicos (ALI; SHAIKH; FIDA, 2016). Bailey, Esmailnejad e Almeida (1996)

confrontaram dois grupos de pacientes adultos, separados pela necessidade do

tratamento ortodôntico com e sem extração de dois pré-molares maxilares. O

trabalho identificou alterações em isolados pontos, preservando as extremidades

laterais e mediais da terceira ruga, concordando com Christou e Kiliaridis em 2008.

Designada como estrutura estável, os autores também referenciam a terceira ruga

como marcador confiável, para avaliações longitudinais de alteração sagital e antero

posterior, até mesmo em casos de extração (BAILEY; ESMAILNEJAD; ALMEIDA,

1996; CHRISTOU; KILIARIDIS, 2008).

Damstra et al. em 2009 agregaram a temática com outro ponto de vista, a

relação das RP com o periósteo. Em virtude da conexão entre as estruturas, a

mucosa acaba criando uma interdependência, acompanhando o periósteo em suas

33

modificações. As alterações nas RP após expansão rápida de maxila podem ser

explicadas por essa relação. Da mesma forma a elasticidade ainda carece estudos, já

que a recidiva pode vir do mesmo argumento (DAMSTRA, et al., 2009).

Cercado de cautela e aplicado na situação adequada, o uso das RP como

marcador é aceito e difundido na literatura. Diversos são os métodos utilizados, tanto

na Ortodontia quanto na Odontologia Forense, sendo os modelos odontológicos os

principais aparatos das análises. A checagem de formato e medidas podem ser feitas

diretamente no modelo físico, destacando com grafite o contorno para análise

morfológica e mensuração, com réguas e compassos ( PATIL; PATIL; ACHARYA,

2008; SIMMONS; MOORE; ERICKSON, 1987). Fotografias padronizadas e escâner

2D também já foram utilizados (DAMSTRA et al. 2009; HOGGAN; SADOWSKY,

2001). Estudos recentes estão transferindo esses modelos para realidade digital 3D,

advindos do escaneamento da moldagem, do modelo de gesso ou diretamente da

boca do paciente, os arquivos digitais apresentam fidelidade já comprovada. Na

continuidade da metodologia a identificação, mensuração, orientação e sobreposição

são feitas em software específicos. Mesmo sendo necessário o manuseio por

examinadores, a automação elimina diversos vieses (GARIB et al., 2019; GIBELLI et

al., 2018; TANEVA et al., 2015).

O factível acesso aos modelos digitais e a efetividade dos software

fortaleceram o uso das RP como marcador, tornando a metodologia um modelo

sólido, singular e difundido. Quando a necessidade e disponibilidade da amostra se

concentram na TCFC, não é possível a utilização das RP na metodologia, já que sua

constituição, em epitélio queratinizado, dificulta a análise em exames tomográficos.

2.3 Tomografia computadorizada

Os exames de imagem fomentam um bom diagnóstico, planejamento,

prognóstico e acompanhamento na Odontologia clínica. Ainda de fundamental

importância, as radiografias perderam um grande espaço para a TCFC, que supera

muitas limitações. O tomógrafo possui uma fonte que emite feixes de raios X em

forma cônica e juntamente com o receptor, que está posicionado na extremidade

oposta, faz um giro ao redor da cabeça do paciente. O receptor é sensibilizado pela

radiação emitida, que não foi absorvida pelos tecidos do paciente. A imagem gerada

é a representação da estrutura fatiada e a associação destas fatias, de forma

34

justaposta, compõe a perspectiva tridimensional. Cada fatia é uma grande matriz

quadriculada. Na associação de matrizes as linhas geram fatias horizontais e as

colunas as fatias verticais. A menor unidade da matriz é a face do voxel, cada voxel

carrega um tom de cinza, correspondente a quantidade de radiação recebida,

consequente da densidade do objeto que ele retrata. O voxel é um cubo, possui

largura, altura e profundidade, todas de mesmo tamanho. O software faz diversas

combinações com as faces dos cubos, combinações entre linhas e colunas das

matrizes justapostas, gerando reconstruções nas três dimensões. Depois de

processado as três reconstruções, ainda é possível realizar reconstruções

personalizadas, que podem acompanhar o longo eixo de uma estrutura que receberá

melhor atenção. A arquitetura de aquisição e composição gera imagens em fiel

escala, sem sobreposição e com perspectiva nas três dimensões. A renderização do

conjunto de fatias, ainda pode gerar objetos digitais 3D de superfície, que são a

representação fiel das estruturas (JAIN et al., 2019; NASSEH; AL-RAWI, 2018).

A ausência de distorção, sobreposição e a possibilidade de análise

tridimensional, impulsionam os estudos que utilizam a TCFC na metodologia. Com o

tempo os aparelhos se tornaram mais eficientes e, em Odontologia, a concentração

de procedimentos na cavidade oral dispensa as grandes aquisições da face. Os

tomógrafos mais compactos possuem instalação e manuseio prático, são mais

baratos e limitam a exposição de radiação apenas a sua abrangência. Para a

realidade clínica essa progressão das máquinas trouxe diversos benefícios, sendo os

principais, o aumento da acessibilidade e a redução da radiação recebida pelo

paciente (ABDELKARIM, 2019; JAIN et al., 2019; NASSEH; AL-RAWI, 2018). A

pesquisa também se beneficiou destes avanços, mas a diminuição da imagem gerou

uma nova necessidade, metodologias que não fossem dependentes de áreas

distantes do objeto estudado. A comparação entre momentos diferentes, do mesmo

paciente é a forma mais utilizada para avalição de alterações, sejam elas decorrentes

de um tratamento ou até mesmo do crescimento. Para análises da face, o ABO

sugere a sobreposição de imagens através da região anterior da BC. A estabilidade

dessa região é padrão ouro, mas, com a oferta de exames menores, os extensos

podem infringir o princípio de proteção radiológica, ALARA (As Low as Reasonably

Achievable), que defende a utilização da dose mínima de radiação necessária e

disponível (NASSEH; AL-RAWI, 2018).

35

2.4 Perspectiva tridimensional

Apresentado por René Descartes o plano cartesiano é um sistema de

coordenadas em um espaço plano 2D, composto por dois eixos perpendiculares,

vertical e horizontal. Um ponto neste plano é localizado pela combinação de dois

valores, um para cada eixo. O espaço tridimensional se comporta pela conjugação de

três eixos perpendiculares entre si, que se encontram em um ponto denominado

origem. Cada eixo corresponde a uma perspectiva, sendo Z para altura, X largura e Y

profundidade. Um ponto no espaço tridimensional é localizado por três valores, um

para cada eixo, este valor corresponde a distância da origem. Valores positivos em Z

estão acima da origem, a direita no X e a frente no Y, sendo negativo para os

inversos. A distância entre dois pontos no espaço pode ser calculada pelo

deslocamento total no plano tridimensional, também chamada de Euclidiana, ou nos

três componentes direcionais, um para cada perspectiva. Dois pontos na mesma

altura possuem coordenada Z igual, não existe distância Z entre eles. Caso exista

distância X eles estarão separados lado a lado. Para distancia Y um estará mais a

frente que o outro. Basta ter uma coordenada diferente para existir a distância

euclidiana, que configura pontos distintos. Um ponto que deslocou para frente ou

para trás, alterou sua posição no eixo Y, para direita ou esquerda, X e para cima ou

baixo Z (Fig. 1). Os deslocamentos podem ser conjugados, nos três eixos, dois ou

isolados, em apenas um eixo. Quando a coordenada de dois pontos se diferem em

apenas um eixo, a distância Euclidiana corresponde a distância do componente

direcional alterado. (KAISER et al., 2006; KIM et al., 2015).

As mudanças espaciais de uma estrutura podem ser estudadas quando os

exames são abertos de forma simultânea, no mesmo espaço tridimensional. Um

ponto ideal, exemplo cúspide mésio vestibular do dente 16, irá representar a

estrutura, dente 16, este mesmo ponto deve ser identificado nos dois exames. A

distância entre os pontos representa o deslocamento ocorrido entre os exames. Na

posição natural da cabeça o deslocamento X deste ponto, cúspide mésio vestibular

do dente 16, retrata o movimento para direita quando positivo e para esquerda,

negativo. No eixo Y positivo para anterior, mesialização e negativo para posterior,

distalização. O eixo Z demonstra o controle vertical, positivo para intrusão e negativo

quando acontece extrusão (Fig. 1).

36

Figura 1: Deslocamento nos três eixos

Legenda: A) Representação dos eixos X, Y e Z. B) Direção do dente 16 no eixo X e Y.

C) Direção do dente 16 no eixo Y e Z.

Fonte: Elaborada pela autora

2.5 Canal nasopalatino e sutura palatina mediana

Localizado na região anterior da maxila, no plano médio sagital, o CNP permite

a conexão entre a cavidade nasal e palato. Uma fenda em osso é formada no

processo de fusão entre o septo nasal, processo palatino da maxila e pré-maxila.

Localizado iminente a palatina dos incisivos centrais superiores, a abertura para

cavidade oral é denominada forame incisivo. A terminação na fossa nasal tende a ser

mais variável, mais comumente em dois canalículos que desembocam na foramina

A

B C

37

de Stenson. O trajeto entre as duas finalizações abriga um tecido conjuntivo fibroso,

pequenas glândulas salivares, a artéria esfenopalatina e o nervo nasopalatino, que

atende a região anterior do palato duro (BORNSTEIN et al., 2011; THAKUR et al.,

2013). A via do canal pode se apresentar de formas diversas, Nasseh, Aoun e Sokhn,

em um estudo anatômico de 2017, classificou o formato do canal através da vista

sagital. Quatro categorias foram descritas: cilíndrico (paredes paralelas), funil

(aumento do diâmetro da abertura nasal para bucal), lentilha (diâmetro no centro é

maior que nas extremidades) e em ampulheta (extremidades largas e centro estreito)

(NASSEH; AOUN; SOKHN, 2017).

Na literatura atual, as discursões envolvendo o CNP giram em torno da

Patologia e Implantodontia. A intimidade com o implante é considerado uma condição

de insucesso. O deslocamento ou esvaziamento do canal integra as práticas

cirúrgicas da especialidade (BORNSTEIN et al., 2011; NASSEH; AOUN; SOKHN,

2017; THAKUR et al., 2013). Para estudos de crescimento e avaliação de terapia

ortodôntica, não foi localizada na literatura nenhum trabalho envolvendo o CNP na

metodologia.

O comprimento médio do canal, encontrado por Nasseh, Aoun e Sokhn (2017),

foi de 11,52 mm, uma estrutura relativamente pequena. Grande parte da amostra foi

classificada como formato cilíndrico (36,5%) (NASSEH; AOUN; SOKHN, 2017). A

simetria da estrutura pode gerar regiões diferentes com densidades de voxel muito

parecidas. A pequena extensão limita ainda mais as possibilidades de combinações.

Estender a região do registro supera este fator de confusão e proporciona uma maior

estabilidade de translação e rotação. McNamara propôs em 1981 o uso das

estruturas internas do palato, para sobreposição de cefalometrias (McNAMARA,

1981). Associar o CNP a região da sutura palatina mediana potencializa a

capacidade de registro.

Diante a necessidade de validar uma estrutura em maxila que possa ser usada

como registro para sobreposição, situada na linha média e de fácil identificação na

TCFC, pensou-se no CNP associado a SPM.

39

3 HIPÓTESES

3.1 Hipótese 1

a) Hipótese nula: Há estabilidade espacial do canal nasopalatino e sutura

palatina mediana em relação às rugas palatinas;

b) Hipótese alternativa: Não há estabilidade do canal nasopalatino e sutura

palatina mediana em relação às rugas palatinas.

3.2 Hipótese 2

a) Hipotese nula: As alterações maxilares após o uso do aparelho extraoral

com tração combinada são de origem dentária;

b) Hipotese alternativa: As alterações maxilares após o uso do aparelho

extraoral com tração combinada é uma soma de alterações dentárias e

esqueléticas.

41

4 OBJETIVOS

4.1 Objetivo geral

Avaliar a estabilidade do canal nasopalatino e sutura palatina mediana para

validar o uso da região como registro regional maxilar em estudos volumétricos com

Tomografia Computadorizada de Feixes Cônicos. Descrever as alterações dentárias

maxilares em pacientes tratados com o aparelho extraoral com tração combinada.

4.2 Objetvos específicos

a) comparar as diferenças encontradas entre o registro regional maxilar feito

na superfície das rugosidades palatinas e em voxel pelo CNP e SPM;

b) mensurar em TCFC, registrada em voxel pelo CNP e SPM, as alterações

dentárias ocorridas após tratamento com AEC;

c) mensurar em TCFC, registrada em superfície pela RP, as alterações

dentárias ocorridas após tratamento com AEC;

d) mensurar em TCFC, registrada em voxel pela BC, as alterações dentárias

ocorridas após tratamento com AEC;

e) descrever as alterações dentárias maxilares em pacientes tratados com o

AEC através do registro em voxel pelo CNP e SPM;

43

5 MATERIAL E MÉTODOS

A concepção deste estudo, retrospectivo, foi aprovada pelo Comitê de Ética e

Pesquisa em Humanos da Pontifícia Universidade Católica de Minas Gerais (PUC

Minas) Belo Horizonte, Brasil (CAAE: 88070617.8.0000.5137) (ANEXO A).

5.1 Amostra

A amostra utilizada é oriunda do banco de dados do programa de

pós-graduação em Ortodontia da PUC Minas. Para cálculo amostral utilizou os

resultados de um estudo piloto, realizado com 13 pacientes. Considerando um poder

de 80% e significância de 5% e um effect size de 1 (desvio padrão de 1,5 mm). O

desfecho primário considerado foi o deslocamento distal dos primeiros molares

superiores permanentes, requerendo uma amostra de 16 pacientes, foram utilizados

8 do sexo feminino e 8 do sexo masculino.

Todos os pacientes atendiam aos critérios de inclusão (Fig. 2):

a) diagnóstico inicial de má oclusão Classe II, com retrognatismo mandibular

e/ou hiperplasia maxilar;

b) tratamento realizado com aparelho extraoral com tração combinada (AEC);

c) faixa etária entre 12 a 16 anos no momento do tratamento;

d) fase de dentadura permanente;

e) possuir dois tempos de TCFC e modelos em gesso, um imediatamente

antes do tratamento e outro após, com um intervalo de 12 meses entre

eles.

Foram determinados os seguintes critérios de exclusão:

a) portadores de síndromes, fissuras, deformidades dentofaciais e disfunção

temporomandibular;

b) pacientes com histórico de tratamento ortopédico;

c) indivíduos e responsáveis que não concordaram com o termo de

assentimento livre esclarecido.

44

Figura 2: Documentação inicial do paciente

Legenda: A-C) Fotografias extraorais. D-F) Fotografias intraorais.

Fonte: Oliveira (2019)

5.2 Protocolo de tratamento para o aparelho extraoral combinado

O protocolo de tratamento foi descrito por Oliveira 2019. Um tubo triplo, da

American Orthodontics® (Sheboygan, WI, EUA), foi soldado a um anel da mesma

fabricação e cimentados nos primeiros molares superiores, com cimento resinoso

dual da marca 3M® (Campinas, São Paulo). Na mesma sessão, o arco externo ligado

por tracionadores médios ao casquete de tração parietal e cervical, todos da marca

Morelli® (Sorocaba, São Paulo), foram adaptados e instalados. Com auxilio do

dinamômetro, Morelli® (Sorocaba, São Paulo), padronizou-se a força com ativação de

0,3kgf na tração cervical e 0,35kgf na tração parietal, durante todo o tratamento. Os

pacientes foram orientados ao uso diário de 16 a 20 horas por dia, com consultas

mensais durante 10 meses, para acompanhamento e ativação. A finalização da

ativação só foi efetuada com a correção da relação de Classe II dentária (OLIVEIRA,

2019) (Figs. 3 e 4).

45

Figura 3: Aparelho extraoral com tração combinada instalado

Legenda: A-B) Fotografias extraorais do paciente usando o AEC.


Figura 4: Documentação final do paciente

Legenda: A-C) Fotografias extraorais. D-F) Fotografias intraorais.


5.3 Aquisição do exame tomográfico

Os exames foram realizados em dois momentos, antes da instalação do

aparelho (T0) e 12 meses após o primeiro (T1), com o tratamento já finalizado. Todos

46

os exames foram feitos no mesmo aparelho, no tomógrafo i-CAT® (Imaging Sciences

International, Hatfield, Pennsylvania, EUA) com FOV (Field of View) de crânio

estendido 23 cm x 17 cm, voxel de 0,3 mm3, 36,90 mA, 120 kV e tempo de exposição

de 40 segundos, gerando os arquivos DICOM (Digital Imaging and Communications

in Medicine). Todos os arquivos DICOM foram convertidos para a extensão “.gipl”,

utilizando o software ITK-SNAP 2.4®. Para a reconstrução 3D, os exames em “.gipl”

foram segmentados, de forma automática, no 3Dslicer 4.8® e ajustados manualmente

no ITK-SNAP 2.4®. A partir da segmentação foi gerado o arquivo “.stl”

(stereolithhography) da reconstrução 3D da maxila.

5.4 Aquisição do modelo intraoral digital

Os modelos odontológicos digitais em extensão “.stl” foram obtidos através da

digitalização de modelos de gesso, realizados no mesmo momento da aquisição das

TCFC, Mt0 (modelo intraoral inicial) e Mt1 (modelo intraoral final). A digitalização foi

feita no scanner de bancada de luz Smart Optical 3D Scanner® (Open Technologies,

Rezzato, Itália), seguindo as orientações do fabricante.

5.5 Padronização entre tomografia e modelos digitais

5.5.1 Orientação da tomografia no espaço

Para que os componentes direcionais do espaço fossem os mesmos para

todos os pacientes, os exames T0 foram posicionados, dentro do 3DSlicer 4.8®

obedecendo ao mesmo sistema de coordenadas cartesianas descrito por Vilefort

2018 “[...] o plano axial foi determinado pelos pontos Pórion esquerdo e direito e pela

mediana dos pontos orbital direito e esquerdo; o plano sagital passou pela crista galli

e pelo ponto médio da curvatura anterior do forame magno; e o plano coronal

tangenciou o tuberculum da sela túrcica.” (VILEFORT, 2018) (Fig. 5). O posterior

registro de T1 em T0, no CNP e SPM e RP, transcreve essa orientação para o exame

pós-tratamento.

47

Figura 5: Orientação padronizada do crânio

Legenda: Orientação do crânio A) Vista frontal. B) Vista superior. C) Vista lateral.

Fonte: Vilefort (2018)

5.5.2 Sobreposição dos modelos na tomografia

O modelo digitalizado da arcada superior foi importado para o 3DSlicer 4.8®,

junto aos arquivos da TCFC. Foram identificados na reconstrução 3D da maxila da

TCFC três pontos em dentes, com distribuição mais espaçada possível entre eles e

em superfície livre de artefato. Os mesmos pontos foram identificados no modelo

intraoral, para o registro do modelo na tomografia, por concordância de pontos (Fig.

6). Após esta sobreposição, realizada pelo software, foi feito uma conferência visual

da coincidência do contorno do arquivo do modelo, com imagem dos dentes, contida

nas reconstruções ortogonais da TCFC. Quando necessário, foi feito alterações com

rotação e translação, para refino desse registro (Fig. 7). Ao fim desta etapa os

arquivos se apresentavam:

a) T0 orientado;

b) reconstrução 3D de maxila de T0 orientado;

c) Mt0 registrado no T0 orientado;

d) T1 original;

e) reconstrução 3D de maxila de T1 original;

f) Mt1 registrado no T1 original.

A. B. C.

C.

48

Figura 6: Sobreposição do modelo na tomografia pela identificação de pontos

Legenda: A) Identificação dos pontos na reconstrução 3D da tomografia para sobreposição.

B) Identificação dos pontos no modelo digitalizado para sobreposição. C-D) Sobreposição do modelo

digitalizado na reconstrução 3D da tomografia.


A

C

B

D

49

Figura 7: Visualização da sobreposição dos modelos nas reconstruções

ortogonais

Legenda: A) Reconstrução axial com o contorno da superfície do modelo digital sobreposto.

B) Modelo digital sobreposto na reconstrução 3D da tomografia. C) Reconstrução sagital com o

contorno da superfície do modelo digital sobreposto. D) Reconstrução coronal com o contorno da

superfície do modelo digital sobreposto.


5.6 Registro regional utilizando o canal nasopalatino e sutura palatina mediana

a) aproximação das tomografias (best-fit): os dois exames, T0 e T1, foram

abertos simultaneamente no 3DSlicer 4.8®, através de movimentos de

translação e rotação, por visualização e comandos do operador. O exame

T1 foi sobreposto a T0, considerando uma melhor coincidência visual do

CNP e sutura palatina mediana (Fig. 8);

b) segmentação da região de interesse: no ITK- SNAP 2.4® a região de

interesse foi demarcada com cor, em todos as reconstruções das

tomografias. Para o CNP levou em consideração toda sua extensão entre

a abertura oral e nasal, com as corticais e luz. A região da sutura palatina

A B

C D

50

mediana foi delimitada lateralmente e na vertical pela largura e altura do

CNP, respectivamente. Para posterior estendeu ate a sutura palatina

transversa (Fig. 9);

c) registro em voxel: com as regiões destacadas, nos dois exames, realizou o

registro em nível de voxel, de forma automática o software 3DSlicer 4.8®

identificou as regiões com combinações iguais de densidades de voxel e

as sobrepôs (Fig. 10);

d) registro dos modelos: o registro em voxel gerou uma matriz matemática

individual, que decodificava as alterações espaciais sofrida pelo T1 ao ser

registrado no CNP e SPM do T0. Essa matriz foi aplicada ao Mt1,

aplicando o registro do CNP e SPM para o modelo intraoral. (Fig. 11).

Legenda: A-B) Tomografia T1, em posição original, sobreposta em T0 orientada. C-D) Tomografia T1

após aproximação manual sobreposta em T0 orientada.


Figura 8: Aproximação da tomografia de T1 em T0

A C

B D

51

Figura 9: Segmentação da região de interesse, canal nasopalatino e sutura

palatina mediana

Legenda: A) Segmentação do CNP e SPM na reconstrução axial, limites laterais e posterior. B)

Segmentação do CNP e SPM na reconstrução sagital, limites verticais e posterior. C) Reconstrução

volumétrica da região segmentada. D) Segmentação do CNP e SPM na reconstrução coronal,

limites laterais e verticais.


A

C

B

D

Figura 10: Registro em nível de voxel da tomografia T1 em T0,

para canal nasopalatino e sututa palatina mediana

Legenda: A-B) Tomografias T0 e T1 sobrepostas e aproximadas. C-D) Tomografias T0 e

T1 registradas em nível de voxel.


posterior.

C) Reconstrução volumétrica da região segmentada. D) Segmentação do CNP e rafe

palatina no corte coronal, limites laterais e verticais.


A

B

C

D

52

Figura 11: Registro do modelo T1 em T0, para canal nasopalatino e sutura

palatina mediana

Legenda: A-B) Modelo vermelho T0 orientado e modelo verde T1 na posição original. C-D) Modelo

vermelho T0 orientado e modelo verde T1 registrado no CNP e SPM de T0.


5.7 Registro regional utilizando a base do crânio

O registro regional utilizando a BC foi descrito por Oliveira 2019 e segue o

mesmo padrão do registro em CNP e SPM (OLIVEIRA, 2019):

a) aproximação das tomografias (best-fit): considerando uma melhor

coincidência visual da região anterior da BC;

b) segmentação da região de interesse;

c) registro em voxel.

A

C

B

D

A B

C D

53

5.8 Registro regional utilizando as rugas palatinas

a) delimitação da região: nos modelos intraorais T0 e T1 foram identificados os

mesmos 8 pontos: extremo mesial da segunda e terceira ruga dos dois lados,

ponto médio entre o extremo mesial e distal da terceira ruga dos dois lados,

ponto mais posterior da papila incisiva e a rafe na região da ruga mais

posterior. Para que o registro fosse feito por superfície, e não por pontos, foi

determinada uma região de interesse (Region of Interest, ROI) a partir dos

pontos, como descrito por Anacleto e Souki, em 2019. Para os pontos no plano

médio foi configurado um raio de 15 camadas de triângulos, para os pontos na

ruga 30 camadas de triângulos (ANACLETO; SOUKI, 2019). Essa região de

interesse estendeu para a malha de triângulos envolvendo a segunda e

terceira ruga dos dois lados, parte da papila incisiva e da rafe, aumentando a

chance de concordância e confiabilidade da sobreposição (Fig. 12). De forma

automatizada pelo software o modelo T1 foi registrado sobre o modelo T0;

b) registro das tomografias: após o processamento foi gerado uma matriz

matemática individual, que decodificava as alterações espaciais sofrida pelo

Mt1 ao ser registrado na RP do Mt0. Essa matriz foi aplicada a tomografia T1,

aplicando o registro de rugas para o exame de TCFC (Fig. 13).

Ao fim desta etapa os arquivos se apresentavam:

a) Mt1 registrado na RP do Mt0;

b) T1 registrado na RP do Mt0.

5.9 Mensurações das movimentações dentárias na tomografia

Utilizando o 3DSlicer 4.8®, nos exames tomográficos T0 orientado, T1

registrado no CNP e SPM e T1 registrado na ruga foram identificados os mesmos três

pontos: cúspide mésio vestibular do dente 16 e 26 (Fig. 14) e ponto médio na incisal

do dente 11 (Fig. 15). Foi mensurado, entre o T0 e T1 para os dois registros, a

distância tridimensional e nos componentes direcionais dos pontos equivalentes,

além da distância entre os pontos 16 e 26.

54

Figura 12: Delimitação nos modelos da região de interesse para sobreposição

pelas rugas palatinas

Legenda: A) Identificação dos pontos na ruga palatina. B) Região de interesse para registro em

superfície determinado pelos pontos


5.10 Mapas de códigos de cores

Para todos os pacientes foram gerados dois mapas por códigos de cores, um

para cada registro. Os mapas são entre o modelo intraoral inicial e final. No 3DSlicer

4.8® o operador associa uma escala de cor a um intervalo de distância, o software

calcula a distancia entre os dois modelos e demonstra a superfície com a cor da

distância encontrada (Fig. 16). A análise dos dados foi feita de forma qualitativa.

5.11 Análise estatística

A análise estatística, das mensurações nas tomografias, foi realizada através

do software estatístico SPSS® (versão 21.0; SPSS, Chicago, IL, EUA). A análise

exploratória das variáveis apresentou uma distribuição normal, de acordo com o teste

Kolmogorov-Smirnov. Para comparação entre a diferença dos métodos utilizou o

teste t, partindo do pressuposto de que a amostra é pareada.

A B

55

Figura 13: Registro do modelo T1 em T0, para rugas palatinas

A

C

B

D

Legenda: A-B) Modelo vermelho T0 orientado e modelo verde T1 na posição

original. C-D) Modelo vermelho T0 orientado e modelo verde T1 registrado na ruga

palatina de T0.


56

Figura 14: Identificação do ponto 16 na tomografia

Legenda: A) Cúspide mésio vestibular do dente 16 na reconstrução axial. B) Cúspide mésio

vestibular do dente 16 na reconstrução 3D. C) Cúspide mésio vestibular do dente 16 na

reconstrução sagital. D) Cúspide mésio vestibular do dente 16 na reconstrução coronal.


A

C

B

D

57

Figura 15: Identificação do ponto 11 na tomografia

Legenda: A) Ponto médio da incisal do dente 11 na reconstrução axial. B) Ponto médio da incisal

do dente 11 na reconstrução 3D. C) Ponto médio da incisal do dente 11 na reconstrução sagital.

D) Ponto médio da incisal do dente 11 na reconstrução coronal.


A

C

B

D

58

Figura 16: Mapas por códigos de cores

Legenda: A) Mapa por códigos de cores do registro no CNP e SPM.

B) Mapa por códigos de cores do registro na ruga palatina.


A

B

59

6 ARTIGO CIENTÍFICO 1

Nasopalatine canal and median palatine suture, an alternative region for

the regional registration of the maxilla in CBCT studies

Artigo formatado de acordo com as normas do The Angle Orthodontist

(Qualis A2). Normas para submissão de artigos podem ser visualizadas no endereço

eletrônico: http://www.angle.org/page/submit

60

Nasopalatine canal and median palatine suture, an alternative region for the

regional registration of the maxilla in CBCT studies

Adriana Alkmim de Sousaa; Emanuelle de Fátima Ferreira Oliveiraa; Ildeu Andrade

Jr.b; Bernardo Quiroga Soukib

aPhD Student, Graduate Program in Dentistry, Pontifical Catholic University of Minas

Gerais, Belo Horizonte, Brazil.

bAssociate Professor, Graduate Program in Dentistry, Pontifical Catholic University of

Minas Gerais, Belo Horizonte, Brazil; and Private Practice, Belo Horizonte, Brazil.

Mailing address:

Bernardo Quiroga Souki

Av. Dom José Gaspar 500 – Coração Eucarístico

Belo Horizonte – MG – Brazil - CEP 30535-901

Phone: +55 31 3319-4414

Email: [email protected]

61

ABSTRACT

Objective: To validate the nasopalatine canal region (NPC) associated with the

median palatine suture (MPS) as a reference for maxilla volumetric regional

superimposition in Cone-Beam Computed Tomography (CBCT) studies. Material and

Methods: The initial and final records of 16 Class II/1 patients treated using the

combination headgear appliance were used. Image was carried out using

open-source software. Pre-treatment (T0) plaster model were scanned and

superimposed on the same time-point CBCT based on the best fit of the teeth outline.

The post-treatment (T1) CBCT scan was manually approximated T0 scan, followed by

the voxel-based registration in the region of interest (NPC and raphe). The registration

matrix between the CBCT scans was applied to the plaster models. For comparison

with the gold-standard method, the T0 and T1 models were also registered in the

palatal rugae. Point-to-point measurements of the differences between T0 and T1

models using the three-dimensional directional components (anteroposterior, vertical

and lateral) of teeth 3, 8 and 14. Color-coded maps were generated between the initial

and final registered models. Results: All the means of the differences between the

two measures were within a clinically acceptable range, varying in the

anterior-posterior direction between 0.44 mm, for the tooth 3, and 0mm, for the 8. Only

the lateral displacement of the tooth 8 showed a significant difference (p < 0.05)

between the methods. Qualitatively, the color code maps showed similarity between

the techniques. Conclusion: Registration with NPC and MPS can be used as an

alternative for maxilla regional registration with CBCT.

KEYWORDS: Jaw Relation Record; Software; Malocclusion; Angle Class II; Extraoral

Traction Appliances; Orthodontics, Interceptive; Imaging, Three-Dimensional.

62

INTRODUCTION

Regional maxillary superimposition is frequently used in orthodontics in studies

involving dental displacements of the maxillary teeth as the dentoalveolar changes

within that arch. In the traditional cephalometric two-dimensional method, the use of

the palatal plane, as well as of the inner contour of the palatal roof have been

advocated.1 However, in the past decade, with the increasing use of cone beam

computed tomography (CBCT) for the craniofacial studies, new references for the

three-dimensional volumetric superimposition were needed.

For maxillary regional analysis, the knowledge generated by the classical

studies with implants by Björk (1966) are gold standard.2 Ruellas et al. (2016) studied

the use of the maxillary arch region as a region of interest for the maxillary regional

superimposition, but as the cranial facial growth has transverse vectors, it makes the

lateral extension of the superimposed region usless.3

Described by Shailaja et al. (2018), as the most stable structure in mouth,

palatal rugae (PR) are used in forensic identification and as markers in research, to

evaluate maxillary dental alteration.4,5 When the necessity and availability of the

sample is only CBCT, it is not possible to use PR in the methodology. Analysis in

CBCT for soft tissue is restricted and is not practicable in PR representing. Easily

identified in the CBCT, the nasopalatine canal (NPC) is described with variability in

shape and dimension, with no significant difference when comparing age and even

the loss of maxillary incisors, suggesting stability.6 The use of NPC, as a regional

reference to registrations in the maxilla, has not been explored yet in the literature. Its

small dimensions can be an adverse factor. Extending the registration region to the

internal structures of the palate eliminates possible bias.1

This study aims to validate the use of NPC associated with MPS, as a region

for maxillary regional volumetric registration.

MATERIALS AND METHODS

Sample

This retrospective study was approved by the Ethics and Research Committee

of the Pontific Catholic University of Minas Gerais (PUC Minas). After a pilot study, the

sample calculation considered a power of 80% and a significance of 5%,

recommending 16 patients. All patients had been diagnosed with Class II

malocclusion and treated with combined headgear appliance (CHA). They had CBCT

63

and plaster models before and after treatment (with an interval of 12 months between

them) and all of them were between 12 and 16 years old, during the treatment period,

and had permanent dentition. Were excluded: patients with syndromes, fissures,

dentofacial deformities and temporomandibular disorders; patients with a history of

orthopedic treatment and those who did not comply the informed consent form. The

entire process of preparing and analyzing the images was carried out using

open-source software: ITK-SNAP 2.4® and 3DSlicer 4.8®.

Image acquisition and preparation

The CBCT exams had been taken immediately before the installation of the

CHA (T0) and 12 months after the first one (T1), with the treatment already

completed. The DICOM (Digital Imaging and Communications in Medicine) images

were captured by an i-CAT® scanner (Imaging Sciences International, Hatfield,

Pennsylvania, USA) with FOV (Field of View) 23 cm x 17 cm voxel of 0.3 mm3, 36.90

mA, 120 kV and 40 seconds of exposure time. Plaster models were made at the same

day as the CBCT, and digitalized with a Smart Optical 3D Scanner® (Open

Technologies, Rezzato, Italy).

Using 3Dslicer 4.8®, the T0 scans were oriented according to the Cartesian

coordinate system described by Vilefort 20187. The directional components were the

same for all patients. The digitized models were positioned in their respective CBCT

(Figure 1).

Regional volumetric superimpositions in nasopalatine canal and median

palatine suture

To improve and to facilitate the voxel-based registration, in 3DSlicer 4.8®, the

T1 exam was manually approached to the T0, considering the best-fit of the NPC and

MPS. In ITK-SNAP 2.4®, the region of interest was marked with color in all slices of

the CBCT scans. For NPC was all its extension, between the oral and nasal opening,

with the cortical. The MPS region was delimited laterally and vertically by the width

and height of the NPC. For posterior it extended until the transverse palatal suture

(Figure 2). With the regions highlighted, in the two exams, the 3DSlicer 4.8®

automatically do the register by voxel. The voxel record generated an individual

mathematical matrix, which decoded the spatial changes of T1 when registered in T0

NPC and palate raphe. This matrix was applied to the T1 model.

64

Surface registration in palatal rugae

In initial and final intraoral models, eight points were identified: for both sides

mesial end of the second and third rugae and midpoint between the mesial and distal

end of the third rugae, the most posterior point of the incisive papilla and the raphe in

the region of the last rugae. To register the models by surface and not by points, a

region of interest was determined around the points, as described by Anacleto and

Souki, in 2019.8 For the points in the middle plane, a radius of 15 layers of triangles

was configured for the points in the rugae 30. This region of interest extended to the

mesh of triangles involving the second and third rugae on both sides, part of the

incisive papilla and the palatal raphe (Figure 3). Automatically, using the 3DSlicer

4.8®, the T1 model was registered on the T0. The matrix generated with the

registration in the model's rugae was applied to T1 CBCT scan.

Measures of tooth movements on tomography

Using 3DSlicer 4.8® on tomography T0, T1 registered by CNP and MPS and T1

by rugae the following points were identified: mesiobuccal cusp of tooth 3 (Figure 4)

and 14 and incisal edge of 8. The measures between equivalent points of T0 and T1,

for the two registers, were made in three-dimensional distance and the directional

components.

Color maps

Two color maps were generated for all patients, one for each methodology. In

3DSlicer 4.8®, the operator associates a color scale with a distance range. The

software calculates the distance between the initial and final models and shows the

surface with the corresponding color (Figure 5 and 6).

Statistical analysis

Statistical analysis of CBCT scans measures was performed using the SPSS

software (version 21.0; SPSS, Chicago, IL, USA). The exploratory analysis of the

variables showed a normal distribution according to the Kolmogorov-Smirnov test. To

compare the difference of the methods, the paired t-test was used. Color coded maps

were evaluated qualitatively.

65

RESULTS

All the analysis were performed between the two time point records (before

treatment and after) with both registration methodologies and then, compared. In the

CBCT were measured the displacement of teeth 3, 8 and 14, in the directional

components (X, Y and Z) and in the 3D displacement, Euclidean distance. On the X

axis displacement to the right (positive numbers) or to the left (negative numbers). On

the Y axis, for anterior when positive and posterior when negative. In the Y axis,

intrusions are positive and extrusions are negative. The analysis of color maps is

qualitative, made through visual interpretation.

Quantitative analysis

The sample showed a normal distribution, with exploratory analysis of means

and standard deviation for each method, described in Table 1. In both methods, tooth

3 moved to the right in a direction of expansion, a mean of 1.07 mm (NPC and MPS)

and 0.93 mm (PR). As well, the tooth 14 also expanded with results of moving to the

left on the X axis. Distalization of molars can be observed when all means of the Y

axis were negative. The vertical control on the molars and incisor showed a small

extrusion, with a greater mean of 0.58 mm, in the rugae register for tooth 14. The

means and standard deviation in the 3D displacement were very similar in the

methods. In the X axis of tooth 8, there was a divergence of direction and an identical

mean that indicates a minimum buccal displacement of 0.12 mm.

Table 2 is a comparison between the differences in methods. All means were

fraction of millimeters, less than 1mm. Standard deviation ranged between 0.43mm

and 1.17mm. When the p-value is greater than 0.05, it concludes that there is an

agreement between the methods and no significant difference. The concordance was

not recognized only for the X axis of tooth 8.

Qualitative analysis

The color code maps registered in the NPC and MPS showed an agreement in

the rugae region, but with greater variation of colors in general palate when compared

to those registered in the palatal rugae (Figure 5 and 6).

66

DISCUSSION

One of the purposes of dentistry research is to validate, contest and compare

clinical practices. Failed, poor and non-validated methods result in conclusions with

the same characteristics. The methodology is a determining factor for the legitimacy of

the work and consistency of the treatment protocol. This investigation was intended to

reinforce the basis of this process. In Orthodontic research, the measurement of

dental and skeletal changes during treatment and growth is recurrent.1,9 Imaging

exams and dental models are normally used. For imaging exams, the CBCT leads the

studies, while intraoral scans still share space and opinions with plaster models.10,11

To compare two moments of an anatomical structure or region, previously validated

measures should be chosen as a reference for superimpsotion. The choice of which

region to use must be made with caution and groundwork, also considered in the

interpretation of the results. The evolution of the clinical practices requires an update

of scientific methods and validating a new region for volumetric registration of the

maxilla in CBCT has become necessary.

The anatomical reference always must be stable, easy to identify in the exam

and close to the object of study. PR has roles not yet well defined in mastication,

swallowing and phonation. They are located in the anterior region of the hard palate,

posterior to the incisive papilla. They can differ in size, quantity, shape, orientation,

agglomeration and prominence. The great variation generates a unique combination

for each person.5,12 Because of individuality and stability throughout life, they are used

to identify people. More than a forensic tool, the PR has also been used as a

reference for quantifying maxillary dental changes.5,13 Simmons, Moore and Erickson

in 1987; Almeida et al. in 1995 and Christou and Kiliaridis in 2008 followed the

morphology of the PR in growing patients with a consensus that the changes found

are consistent with the bone growth pattern. Almeida et al. in 1995 and Christou and

Kiliaridis in 2008 define the stability of the medial region. Christou and Kiliaridis in

2008 still agree with a conclusion already mentioned of the third rugae as the most

indicated marker.14-16 In 1996, Bailey, Esmailnejad and Almeida confronted two

groups of adult patients, separated by the need for orthodontic treatment with and

without extraction of two maxillary bicuspid. The work identified changes in isolated

spots, preserving the lateral and medial ends of the third rugae, agreeing with

Christou and Kiliaridis in 2008.9,16 Surrounded by caution and applied to the

appropriate situation, the use of PR as a marker is accepted and disseminated in the

67

literature. When the necessity and availability to the sample is only CBCT, it is not

possible to use PR in the methodology. The structure of the PR, keratinized

epithelium, makes the analysis in tomographic scans impracticable.17 With the

purpose to validate a region in the maxilla, for regional registration with CBCT, the PR

was the method of comparison used. All models were digitalized, so they could be

digitally associated with the same time point CBCT’s. The surface method of

superimpsotion was chosen, since voxel based registration it is not possible with

digital models, and using individual landmarks is less reliable.18 The region of interest

for registration was the one described in the literature as the most stable, third rugae

and mesial of the second.16 An extension to the incisive papilla and palatal raphe was

intended for three-dimensional stability. The use of 3Dslicer® allowed the models to be

superimposed on the CBCT and transposed the model’s surface registration for this

exam.

For maxillary analysis, the implants proposed by Björk are gold standard, but

have ethical implications.2 Ruellas et al. (2016) proposed two regions of registration in

maxilla with lateral limits, even the zygomatic.3 Both regions showed similar results

and good reproducibility. When analyzing adult patients, the references used are

acceptable, but a large portion of the samples are concentrated on young patients.

The cranial facial growth has a transverse vector that generates a lateral growth on

the individual's face. Any reference that covers both sides may be impracticable. An

ideal maxilla reference should be static during growth and treatment, located in the

middle plane, close to the alveolar process and with good representation in the CBCT,

matching with the results in CNP.

Next to the palatine rugae, in bone, there is the NPC, making the connection

between the nasal cavity and the palate. Easily to identify in the CBCT, the path

between the two ends contains a fibrous connective tissue, small salivary glands, the

sphenopalatine artery and the nasopalatine nerve.19 Anatomical studies for the NPC

demonstrate variability in shape and dimension, with no significant difference when

comparing age and the maxillary incisors lost. In the current literature, discussions

involving NPC are within the fields of Pathology and Implantology. Proximity with the

implant is considered a condition of failure.19,20 For studies in Orthodontics, no work

involving NPC in the methodology was found. The average length of the canal, found

by Nasseh, Aoun and Sokhn (2017), was 11.52 mm, a relatively small structure. In

anatomical studies, a large part of the population is classified with its cylindrical

68

shape.6 The symmetry of the structure can generate different regions with very similar

voxel densities. The small extension limits the possibilities for combinations.

Extending the registration region was a solution to overcome this confounding factor

and to provide greater translation and rotation stability. McNamara proposed, in 1981,

the use of the internal structures of the palate for overlapping cephalometric

radiographs.1 Associating NPC with the region of the nearby MPS increases the

registration capacity.

There are three ways of superimposing three-dimensional records: by

coincident reference points, surface and voxel registration. The use of points was

considered the least reliable. For surface, an adequate quality of the

three-dimensional surface is required. The voxel record has the least variability.18 For

the methodology of rugae in digital model, the surface register was chosen and for the

NPC and MPS the voxel one. The voxel record identifies the corresponding area in

the other exam with the same gray scale values. The best-fit of exams, with a visual

agreement made by the examiner, improves the accuracy of the process. The other

part is done in a fully automated way.18 Several medical image analysis software has

the functionality of superpositing scans. In this study, it was used the ITK-SNAP 4.2®

and 3Dslicer 4.8®, open-source. Despite requiring specific training and not having a

friendly interface, these software have no restrictions for use and cost. Together, they

have modules that allow voxel registration in adults and growing patients, besides

superposition based on points and coincident surfaces. Measurements can also be

taken of Euclidean displacement, directional components (X, Y and Z) and angles in

the three perspectives (pitch, roll and yaw). It is also possible to carry out qualitative

analyzes, by projecting changes in color-coded maps and visualizing the

superposition of 3D models. The use of these software makes this type of study

complete, reliable and accessible.

The validation of a maxilla structure is necessary to evaluate Orthodontic

changes. Only the effect on the teeth, without the sum of the orthopedic effects and

growth. For correction of Class II malocclusion, extra oral anchorage substantially

directs the growth of the jaws.21 For the CHA, the clockwise rotation of the palatal

plane is the association between bone and dental displacement. The greatest

maxillary dental effect is concentrated on the molars. The distalization and extrusion,

registered through the NPC and MPS, agree with the description effects of the device

in the literature.22-24 The results found by Oliveira in 2019, who used the CB registry,

69

describe a lower maxillary displacement, with an average molar extrusion of 1.03mm.

The average extrusion in the CB recorded was higher than those described in Table 1,

suggesting that the measurements of the record in NPC and MPS are isolated,

without the sum of bone movement. The distalization of these teeth had close results

to that of the CB record. The maxillary distalization, described by Oliveira in 2019, is

very small (0.8 mm in the anterior nasal spine and 0.33 in the incisive foramen),

statistical analyzes should be necessary to assess the significance of the dissociation

movements.24 The registration in PR is also isolated from bone changes. When

comparing the NPC record and MPS to the PR, the results were very close. The only

measure that showed a significant difference between the methods was the X axis on

tooth 8 (Table 2). Studies using a sample with more significant and discrepant bone

and dental changes may corroborate the current findings. Dental changes are

statistically equal to the gold standard, PR, when studying vertical and antero

posterior control. The voxel-base registration in NPC and MPS brought consistent

results based on the previous literature. As all methods, the volumetric record at NPC

and MPS should be used with caution and considered in the interpretation of the

results.

CONCLUSION

The registration with NPC and MPS can be used as an alternative to the

regional registration of the maxilla with CBCT scans.

ACKNOWLEDGEMENTS

The authors would like to acknowledge the CAPES and FAPEMIG for their financial

support.

REFERENCES

1. McNamara JA. Influence of respiratory pattern on craniofacial growth. Angle

Orthod. 1981;51:269-300.

2. Bjork A. Sutural growth of the upper face studied by the implant method. Acta

Odontol Scand. 1966;24:109-127.

3. Ruellas AC, Huanca Ghislanzoni T, Gomes MR, Danesi C, Lione R, Nguyen T,

McNamara JAJr, Cozza P, Franchi L, Cevidanes LH. Comparison and

reproducibility of 2 regions of reference for maxillary regional registration with

70

cone-beam computed tomography. Am J Orthod Dentofacial Orthop.

2016;149:533-542.

4. Shailaja AM, Romana IRU, Narayanappa G, Smitha T, Gowda NC, Vedavathi HK.

Assessment of palatal rugae pattern and its significance in orthodontics and

forensic odontology. J Oral Maxillofac Pathol. 2018;22:430-435.

5. Patil MS, Patil SB, Acharya AB. Palatine rugae and their significance in clinical

dentistry: a review of the literature. J Am Dent Assoc. 2008;139:1471-1478.

6. Nasseh I, Aoun G, Sokhn S. Assessment of the Nasopalatine Canal: an

Anatomical Study. Acta Inform Med. 2017;25:34-38.

7. Vilefort PLC. Avaliação tridimensional das mudanças dentoesqueléticas após

terapia com o aparelho herbst em diferentes estágios de maturação esquelética:

um estudo multicêntrico. PHD dregree Pontifícia Universidade Católica de Minas

Gerais.2018;1:1-168

8. Anacleto MA, Souki BQ. Superimposition of 3D maxillary digital models using

open-source software. Dental Press J Orthod. 2019;24:81-91.

9. Bailey LT, Esmailnejad A, Almeida MA. Stability of the palatal rugae as landmarks

for analysis of dental casts in extraction and nonextraction cases. Angle Orthod.

1996;66:73-78.

10.Jain S, Choudhary K, Nagi R, Shukla S, Kaur N, Grover D. New evolution of

cone-beam computed tomography in dentistry: Combining digital technologies.

Imaging Sci Dent. 2019;49:179-190.

11. Fleming PS, Marinho V, Johal A. Orthodontic measurements on digital study

models compared with plaster models: a systematic review. Orthod Craniofac.

2011;14:1-16.

12. Saadeh M, Ghafari JG, Haddad RV, Ayoub F. Association among geometric

configurations of palatal rugae. J Forensic Odontostomatol. 2017;1:33-41.

13. De Angelis D, Riboli F, Gibelli D, Cappella A, Cattaneo C. Palatal rugae as an

individualising marker: reliability for forensic odontology and personal

identification. Sci Justice. 2012;52:181-184.

14. Simmons JD, Moore RN, Erickson LC. A longitudinal study of anteroposterior

growth changes in the palatine rugae. J Dent Res. 1987;66:1512-1515.

15. Almeida MA, Phillips C, Kula K, Tulloch C. Stability of the palatal rugae as

landmarks for analysis of dental casts. Angle Orthod.1995;65:43-48.

71

16. Christou P, Kiliaridis S. Vertical growth-related changes in the positions of palatal

rugae and maxillary incisors. Am J Orthod Dentofacial Orthop. 2008;133:81-86.

17. Winning TA, Townsend GC. Oral mucosal embryology and histology. Clin

Dermatol. 2000;18:499-511.

18. Yatabe M, Prieto JC, Styner M, Zhu H, Ruellas AC, Paniagua B, Budin F,

Benavides E, Shoukri B, Michoud L, Ribera N, Cevidanes L. 3D superimposition

of craniofacial imaging-The utility of multicentre collaborations. Orthod Craniofac

Res. 2019;22:213-220.

19. Bornstein MM, Balsiger R, Sendi P, von Arx T. Morphology of the nasopalatine

canal and dental implant surgery: a radiographic analysis of 100 consecutive

patients using limited cone-beam computed tomography. Clin Oral Implants Res.

2011;22:295-301.

20. Thakur AR, Burde K, Guttal K, Naikmasur VG. Anatomy and morphology of the

nasopalatine canal using cone-beam computed tomography. Imaging Sci

Dent.2013;43:273-281.

21.Bendeus M, Hagg U, Rabie B. Growth and treatment changes in patients treated

with a headgear-activator appliance. Am J Orthod Dentofacial Orthop.

2002;121:376-384.

22. Badell MC. An evaluation of extraoral combined high-pull traction and cervical

traction to the maxilla. Am J Orthod. 1976;69:431-446.

23. Ucem TT, Yuksel S. Effects of different vectors of forces applied by combined

headgear. Am J Orthod Dentofacial Orthop. 1998;113:316-323.

24. Oliveira EF. Comparação tridimensional dos efeitos espaciais na maxila e

mandíbula durante tratamento com aparelhos extraoral com tração combinada e

herbst. PHD dregree Pontifícia Universidade Católica de Minas

Gerais.2019;1:1-121

72

FIGURES Figure 1 - Superposition of intraoral models in the CBCT. (A) Axial slice with the red

surface contour of the digital model superimposed. (B) Digital model (red)

superimposed on the 3D reconstruction of the tomography. (C) Sagittal slice with the

red surface contour of the digital model superimposed. (D) Coronal slice with the red

surface contour of the digital model superimposed.

A

C

B

D

73

Figure 2 – Marking of the region of interest, nasopalatine canal and median palatine

suture. (A) NPC and MPS in axial slice, lateral and posterior limits. (B) NPC and MPS

in the sagittal slice, vertical and posterior limits. (C) Volumetric reconstruction of the

marked region. (D) NPC and MPS in the coronal slice, lateral and vertical limits.

Figure 3 – Delimitation in intraoral models the region of interest for overlapping by

palatal rugae. (A) Identification of the points: both sides mesial end of the second and

third rugae and midpoint between the mesial and distal end of the third rugae, the

most posterior point of the incisive papilla and the raphe in the region of the last rugae

on the palatal crease. (B) Region of interest for surface registration determined by a

radius of 15 layers of triangles in middle plane points and 30 for the points in the

rugae.

A

C

B

D

A B

74

Figure 4 - Identification of tooth 3 on tomography. (A) Mesiobuccal cusp of tooth 3 in

axial slice. (B) Mesiobuccal cusp of tooth 3 in 3D reconstruction. (C) Mesiobuccal

cusp of tooth 3 in sagittal slice. (D) Mesiobuccal cusp of tooth 3 in coronal slice.

A

C

B

D

75

Figura 5 - The color code maps registered in the NPC and MPS for all patients.

76

Figura 6 - The color code maps registered in the palatal rugae for all patients.

77

Table 1. Exploratory analysis of means and standard deviation, for each method, described Tooth Component Registration region Mean

(mm) Standard deviation (mm)

3 X NPC and MPS 1.07 0.95

PR 0.93 1.09

Y NPC and MPS -2.17 1.53

PR -1.72 1.26

Z NPC and MPS -0.39 0.69

PR a -0.15 1.44

3D NPC and MPS 2.84 1.38

PR 2.64 1.26

14 X NPC and MPS -0.69 0.85

PR -0.93 0.97

Y NPC and MPS -1.55 1.20

PR -1.68 1.46


PR -0.58 1.16


PR 2.61 1.22

8 X NPC and MPS 0.22 0.42

PR -0.10 0.46

Y NPC and MPS 0.12 0.82

PR 0.12 0.61


PR -0.15 0.48


PR 0.85 0.33

Notes: 3. mesiobuccal cusp of the first upper right molar; 14. mesiobuccal cusp of the first upper left molar; 8. midpoint in the incisal of the right central incisor; X. mesial-lateral; Y. anterior-posterior; Z superior-inferior; (+). Rightward; forward; upward; (-). leftward; backward; downward; NPC. nasopalatine canal; MPS. Median palatine suture; PR. Palatal rugae.

78

Table 2. Comparison between the differences in methods Tooth Component Mean difference

(mm) Standard deviation (mm)

T-test

p value

3 X 0.13 0.98 0.387

Y 0.44 0.87 0.914

Z 0.24 1.08 0.819

3D 0.19 1.02 0.346

14 X 0.23 0.97 0.278

Y 0.12 0.93 0.369

Z 0.12 1.17 0.499

3D 0.42 0.80 0.860

8 X 0.32 0.54 0.033

Y 0.00 0.70 0.380

Z 0.11 0.75 0.522

3D 0.13 0.43 0.099

Notes: 3. mesiobuccal cusp of the first upper right molar; 14. mesiobuccal cusp of the first upper left molar; 8. midpoint in the incisal of the right central incisor; X. mesial-lateral; Y. anterior-posterior; Z superior-inferior; (+). Rightward; forward; upward; (-). leftward; backward; downward;

79

7 ARTIGO CIENTÍFICO 2

Skeletal and dental maxillary effects of the Class II malocclusion

treatment with combined headgear appliance

Artigo formatado de acordo com as normas do The Angle Orthodontist

(Qualis A2). Normas para submissão de artigos podem ser visualizadas no endereço

eletrônico: http://www.angle.org/page/submit

80

Skeletal and dental maxillary effects of the Class II malocclusion

treatment with combined headgear appliance

Adriana Alkmim de Sousaa; Emanuelle de Fátima Ferreira Oliveiraa; Ildeu Andrade

Jr.b; Bernardo Quiroga Soukib

aPhD Student, Graduate Program in Dentistry, Pontifical Catholic University of Minas

Gerais, Belo Horizonte, Brazil.

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Minas Gerais, Belo Horizonte, Brazil; and Private Practice, Belo Horizonte, Brazil.

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Bernardo Quiroga Souki

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ABSTRACT

Objective: To evaluate the skeletal and dental maxillary effects of the Class II

malocclusion treatment with combined headgear appliance (CHA). Material and

methods: Retrospective study with Cone-Beam Computed Tomography (CBCT)

acquired before (T0) and after treatment with CHA (T1), of 16 patients diagnosed with

Angle Class II malocclusion. CBCT T1 was registered in CBCT T0, by two

voxel-based registration methods. First, in the cranial base, to assess bone and dental

changes regarding this structure. Then, in the nasopalatine canal and median palatine

suture, as a regional maxillary superimposition, for isolated analysis of upper teeth

changes. Post-treatment measurements of the displacement in the directional

components (anteroposterior, vertical and lateral) were performed for both records.

Results: The entire maxilla showed a downward and posterior movement. The

maxillary recoil excess spatially annulled an isolated advance from point A and

incisor. The molar extrusion is a sum of the same direction effects. The molar

distalization is the most expressive effect, substantially dental. Conclusion: Class II

corrective effects for CHA are an association between bone and dental effects.

KEYWORDS: Malocclusion; Angle Class II; Extraoral Traction Appliances;

Orthodontics, Interceptive; Imaging, Three-Dimensional.

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INTRODUCTION

Angle Class II malocclusion can be caused by dental and/or bone alteration in

both jaws.1,2 As a highly prevalent malocclusion, treatment protocols are diversified.

The cause, severity, age and cooperation of the individual are the main factors that

guide the choice of treatment. For growing patients, the interventions that shape and

reposition bone bases are highly applicable.3,4 With bone and dental effects, the

external anchorage is performed using an arm fixed in the upper first molars and

welded to an external arm, that can modify the traction site. The intention is to

distalize the maxillary structures to achieve a better interface with the mandible.5,6 The

different effects of the extraoral appliance are related to the locus of traction: cervical,

parietal or combined.7,8 Combined headgear appliance (CHA) is indicated for those

with increased anteroinferior facial height or vertical growth tendency. The growth

restriction is concentrated in the maxilla, with no effect or clockwise rotation of the

mandible.8,9

In clinical research, the analysis methodology of the effects of treatment can be

performed in several ways. For lateral radiographs, the American Board of

Orthodontics (ABO) recommends, for face analysis, the superposition using the

cranial base (CB) anterior region.10 This methodology is being applied in research

with Cone Beam Computed Tomography (CBCT).11,12 All movements found must be

interpreted as the study structure concerning CB, with no distinction of cause. For a

better understanding of the effects of CHA, bone base changes should be isolated

from the dental alterations. The maxillary regional superimposition excludes the bone

base movement, isolating the teeth’s. Superimpositions in the nasoplatine channel

(NPC), added to the median palatine suture (MPS), show similar results to those in

the palatal rugae, being an alternative for samples that do not have intraoral models,

only CBCT.13,14

This study aimed to measure maxillary changes in CBCT after treatment with

CHA, dissociating the bones from the dental by comparing the CB and NPC/MPS

superimpositions.

MATERIAL AND METHODS

This retrospective study was approved by the Ethics and Research Committee

of the Pontifical Catholic University of Minas Gerais (PUC Minas). The entire process

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of preparing and analyzing the images was carried out using the open-source

software: ITK-SNAP 2.4® and 3DSlicer 4.8®.

Sample

The sample calculation, made after a pilot study, recommended 16 patients

(80% power, 5% significance and effect-size 1). All patients were 12 to 16 years old, 8

male and 8 female, with permanent dentition, diagnosed with Class II malocclusion.

They were treated with CHA and had CBCT from before and after treatment (with a

time interval of 12 months between them). The sample excluded patients with

syndromes, fissures, dentofacial deformities and temporomandibular dysfunctions,

patients with a history of orthopedic treatment and those who did not comply with the

informed consent form.

Treatment protocol

American Orthodontics® triple tube (Sheboygan, WI, USA) was welded to a ring

of the same manufacturer and cemented on the upper first molars, with 3M® dual resin

cement (Campinas, São Paulo). On the same day, the external arm, connected by

medium tractors to the parietal and cervical traction cap, all of the Morelli® brand

(Sorocaba, São Paulo), were adapted and installed. With the aid of the dynamometer,

Morelli® (Sorocaba, São Paulo), the strength was set with activation of 0.3kgf in

cervical traction and 0.35kgf in parietal traction, throughout the treatment. Patients

were instructed to use the appliance daily, from 16 to 20 hours a day, with scheduled

monthly appointments for 10 months, for follow-up and activation. The activation was

only finished with the correction of the Class II dental relationship.

Image acquisition

The CBCT exams were performed in two moments, immediately before the

installation of the appliance (T0) and 12 months after the first one (T1), with the

treatment already finished. All exams were made on the same equipment, an i-CAT®

scanner (Imaging Sciences International, Hatfield, Pennsylvania, USA) with a FOV

(Field of View) 23 cm x 17 cm, 0.3 mm3 voxel, 36.90 mA, 120 kV and exposure time of

40 seconds, generating DICOM multi-files (Digital Imaging and Communications in

Medicine). The DICOM files were converted to “.gipl” extension, using the ITK-SNAP

2.4® software. The “.gipl” were automatically segmented with 3DSlicer 4.8®, and

84

manually adjusted in ITK-SNAP 2.4®. The patients’ heads, in T0 exams, were

positioned according to the Cartesian coordinate system described by Vilefort 201815,

so that the directional space components were the same for all patients.

Voxel registration in cranial base

A trained operator manually approached the T1 exam to the T0, to obtain a

better visual coincidence of the CB. With the previous CB region highlighted by

segmentation, the 3DSlicer 4.8® automatically registered in voxel level. The software

identifies regions with very similar combinations of voxel densities and overlaps them.

After the registration, the following were identified in both CBCTs: mesiobuccal cusp

of the first upper right molar (point 3), midpoint in the incisal of the right central incisor

(point 8), anterior nasal spine (ANS), point A, incisive foramen (IF) and posterior nasal

spine (PNS). A line connecting ANS and PNS points represented the palatal plane.

Between the corresponding points of T0 and T1, the 3DSlicer calculated the distance

in the directional components (X, Y and Z, positive values in X are movements to the

right, forward in Y and up in Z, with the inverses being negative). The pitch angle

(projection on the sagittal plane, rotation around the X axis) between the initial and

final palatal plane was also measured.

Voxel registration in the nasopalatine canal and median palatine suture

The registration in NPC and MPS was performed similarly to that in CB. The

approach considered the coincidence between the NPC and the MPS. For the NPC,

the entire length between oral and nasal opening was highlighted, cortical and inside.

The region of the MPS was delimited laterally and vertically by the width and height of

the NPC, posteriorly until transverse palatal suture. After registration, points 3 and 8

were identified on tomography scans. Measurements were made between the

corresponding points, calculating the distance of the directional components X, Y and

Z.

Statistical analysis

The exploratory analysis of measurements on the CBCTs was performed using

the SPSS® software (version 21.0; SPSS, Chicago, IL, USA). According to the

Kolmogorov-Smirnov test, the sample had a normal distribution.

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RESULTS

Bones and dental changes related to the cranial base

All skeletal-anatomical references presented a downward displacement

concerning the CB, with negative averages for the Z axis (ANS -0.87 mm, A -0.83 mm

and IF -0.84 mm). The control of the maxilla anteroposterior displacement was

noticeable observing the displacement of -0.33mm from the IF and -0.08 mm from the

ANS (Y axis). Only point A obtained a positive average in the same axis (0.14 mm).

The occlusal plane demonstrated an anticlockwise rotation (negative pitch) of 0.86°.

The molar distalized 1.75 mm (negative in Y axis), extruded 1.03 mm (negative Z axis)

and had a lateral displacement (X axis = 0.91 mm), in the direction of expansion. The

incisor retraction 0.25 mm (negative Y axis), extruded 1.08mm (negative Z axis) and

obtained an average mesial displacement of 0.01 mm (positive X axis) (Table 1).

Dental changes related to the nasopalatine canal

The molar distalized 2.17mm (negative Y axis), extruded 0.39mm (negative Z

axis), and had a lateral displacement of 1.07mm (positive X axis), in the expansion

direction. The incisor proclined 0.12mm (negative Y axis), extruded 0.27 (negative Z

axis) and obtained an average mesial displacement of 0.22 mm (positive X axis)

(Table 2).

DISCUSSION

Angle Class II correction, using the CHA, was a consequence of the maxilla

sagittal control growth and the permanent molars distalization. Therefore, the result is

a consequence of the association between bone and dental effects. For a better

understanding, it is necessary to identify them separately. In orthodontics clinical

research, to clarify therapies and growth, the overlapping and image exams

registration are common, always using an elected anatomical structure as a

reference.12 When two methodologies, using different anatomical references, were

applied to the same sample, the dissociation was possible, allowing a better

understanding of the treatment effects as a whole.

Introduced in the market in 2001, the CBCT stimulated the literature. The exam

brought more accurate methodologies and points of view that used to be

improbable.16 Studies with CBCT, which evaluate temporal changes comparing the

same individual, require a stable anatomical structure with good representation in this

86

exam. The choice of which structure or region to use must be made with caution and

fundamentals, and should also be considered at the interpretation of the results.12

Voxel registration in CB is the gold standard when bone stability is discussed for those

methodologies.10,11 Applying this kind of registration makes it possible to evaluate the

changes of the face structure relative to CB. In this study, the maxillary bone

changes were measured by displacement of point A, ANS, incisive foramen and

rotation of the palatal plane. For orthodontic changes, the averages found in the molar

and incisor are added to spatial changes of the maxilla in relation to CB, which occur

due to the growth and orthopedic effect of the therapy. For a dental analysis only,

another method was applied, changing the reference. A maxillary structure was

required, which remained stable in shape and also suffered spatial changes from the

orthopedic effect. A comparative study between methods suggests that the

registration in NPC, associated with MPS, shows similar results as the registration in

palatal rugae, already validated and used in the literature. The registration in NPC and

MPS applied in this study is an alternative for analysis of dental alteration in the

maxilla, isolated from the bone, in samples with CBCT.13

Class II correction extraoral forces control the transverse growth of the

maxilla.1, 3 The ANS, IF and tooth 3 negative displacement on the Y axis agrees with

the effects described in the literature, maxillary setback.8,9 The direction of the traction

creates different forces, which generate different indications. The low traction offers,

in addition to the setback, the extrusion of the maxillary molars, causing a clockwise

rotation of the mandible and a consequent height increase of the lower third of the

face.7,9 The high traction limits vertical growth and may intrude molars with a more

subtle distalization. 7,17 The patients in the sample received combined traction. Forces

are applied close to the center of tooth resistance, with the intention of distalizing the

molars with vertical control and no mandibular spin, or as little as possible.8

Considering the bone changes, the backwardness of the ANS and IF agrees

with the maxillary changes described in the literature.8,9,18 Due to the proximity

relationship that point A has with central incisors, this bone reference can be

influenced by tooth movements. Joho (1968) stated that changes found at this point

may not represent the real bone movements.19 Point A advanced 0.14mm on the Y

axis, in isolated dental analysis, tooth 8 moved in the same direction, with an average

of 0.12mm, suggesting a displacement together. When analyzed in the CB register,

the movement of the central incisor was added to the bone and was the opposite, with

87

a palatal movement of 0.25mm. The recoil in the anterior region of the maxilla is

effective with CHA when the bone movements are isolated from the teeth; it suggests

that the effect is only bone, even exceeding a contrary movement of the incisors

together with point A.

Rotation of the palatal plane is associated in the literature with vertical molar

control. The high traction allows an intrusion at the posterior region, increasing the

inclination of the palatal plane.17,20 For the combined traction, the direction force,

almost parallel with the occlusal plane, controls this type of movement, still allowing a

small extrusion.8,9 This relative stability can be observed in the small counterclockwise

rotation of the palatal plane, a reduction angle of 0.86°. Extrusion of the teeth is

observed, but with similarity when comparing the anterior and posterior region, a

discrepancy that does not favor a change of angulation. The lower displacement of

the molars was greater when adding the spatial changes of the maxilla. Vertical

growth is apparently not annulled. Comparative studies with a control group can

measure how much the intervention affects this component.

The molars’ distalization seems to be the outstanding effect, with higher

averages. The appearance of diastema in the anterior region, or crowding correction,

reinforces this evidence.6,21 Melsen, using metallic implants, reported these changes

as only dental.22 Studies to assess growth and displacement, with more strategic

bone references, should be performed. Transverse maxilla deficiency is commonly

associated with Class II, the observed expansion may be desired. Farret et al., in

2015, obtained better results in the correction with those patients who used external

traction associated with maxillary expansion, but the expansion effect of the isolated

appliances was not described.23

CONCLUSION

Class II corrective effects for CHA are an association between bone and dental

effects. Measurements in the anterior maxilla region suggest a sagittal control of the

anterior maxillary displacement. A discreet incisor and point A labial movement was

observed. In the molar region, the extrusion was caused by the combination of tooth

displacement, as well as the displacement of the maxilla regarding the cranial base.

The molar distalization was essentially dental. The expanding effects deserve further

elucidation.

88

ACKNOWLEDGEMENTS

The authors thank CAPES and FAPEMIG for providing financial support for

this research.

REFERENCES

1. Proffit WR, Fields Junio HW. Ortodontia contemporânea. Guanabara-Koogan: Rio

de Janeiro, 2002.

2. Moyers RE, Riolo ML, Guire KE, Wainright RL, Bookstein FL. Differential diagnosis

of class II malocclusions. Part 1. Facial types associated with class II

malocclusions. Am J Orthod. 1980;78:477-494.

3. Tulloch JF, Proffit WR, Phillips C. Influences on the outcome of early treatment for

Class II malocclusion. Am J Orthod Dentofacial Orthop.1997;111:533-542.

4. Baumrind S, Korn EL, Molthen R, West EE. Changes in facial dimensions

associated with the use of forces to retract the maxilla. Am J Orthod.

1981;80:17-30.

5. Ashmore JL, Kurland BF, King GJ, Wheeler TT, Ghafari J, Ramsay DS. A

3-dimensional analysis of molar movement during headgear treatment. Am J

Orthod Dentofacial Orthop. 2002;121:18-30.

6. Ghafari J, Shofer FS, Jacobsson-Hunt U, Markowitz DL, Laster LL. Headgear

versus function regulator in the early treatment of Class II, division 1

malocclusion: a randomized clinical trial. Am J Orthod Dentofacial Orthop.

1998;113:51-61.

7. Barton JJ. High-pull headgear versus cervical traction: a cephalometric

comparison. Am J Orthod. 1972;62:517-529.

8. Ucem TT, Yuksel S. Effects of different vectors of forces applied by combined

headgear. Am J Orthod Dentofacial Orthop. 1998:113:316-323.

9. O'Reilly MT, Nanda SK, Close J. Cervical and oblique headgear: a comparison

of treatment effects. Am J Orthod Dentofacial Orthop. 1993;103:504-509.

10.Ghoneima A, Cho H, Farouk K, Kula K. Accuracy and reliability of landmark-based,

surface-based and voxel-based 3D cone-beam computed tomography

superimposition methods. Orthod Craniofac Res. 2017;20:227-236.

11.Cevidanes LH, Heymann G, Cornelis MA, DeClerck HJ, Tulloch JF.

Superimposition of 3-dimensional cone-beam computed tomography models of

growing patients. Am J Orthod Dentofacial Orthop. 2009;136:94-99.

89

12.Yatabe M, Prieto JC, Styner M, Zhu H, Ruellas AC, Paniagua B, Budin F,

Benavides E, Shoukri B, Michoud L, Ribera N, Cevidanes L. 3D superimposition of

craniofacial imaging-The utility of multicentre collaborations. Orthod Craniofac Res.

2019;22:213-220.

13.Sousa AA. Avaliação do canal nasopalatino e sutura palatina mediana como

registro regional da maxila em estudos tomográficos. PHD dregree Pontifícia

Universidade Católica de Minas Gerais. 2020.

14.Bailey LT, Esmailnejad A, Almeida MA. Stability of the palatal rugae as landmarks

for analysis of dental casts in extraction and nonextraction cases. Angle Orthod.

1996;66:73-78.

15. Vilefort PLC. Avaliação tridimensional das mudanças dentoesqueléticas após

terapia com o aparelho herbst em diferentes estágios de maturação esquelética:

um estudo multicêntrico. PHD dregree Pontifícia Universidade Católica de Minas

Gerais.2018;1:1-168.

16.Abdelkarim A. Cone-Beam Computed Tomography in Orthodontics. Dent J

(Basel). 2019;7:1-31.

17.Brown P. A cephalometric evaluation of high-pull molar headgear and face-bow

neck strap therapy. Am J Orthod. 1978;74:621-632.

18.Oosthuizen L, Dijkman JF, Evans WG. A mechanical appraisal of the Kloehn

extraoral assembly. Angle Orthod. 1973;43:221-232.

19.Joho JP. Changes in form and size of the mandible in the orthopaedically treated

Macacus Irus (an experimental study). Rep Congr Eur Orthod Soc.

1968;44:161-173.

20.Baumrind S, Korn EL, Isaacson RJ, West EE, Molthen R. Quantitative analysis of

the orthodontic and orthopedic effects of maxillary traction. Am J Orthod.

1983;84:384-398.

21.Wheeler TT, McGorray SP, Dolce C, Taylor MG, King GJ. Effectiveness of early

treatment of Class II malocclusion. Am J Orthod Dentofacial Orthop.

2002;121:9-17.

22.Melsen B. Effects of cervical anchorage during and after treatment: an implant

study. Am J Orthod.1978;73:526-540.

23.Farret MM, Lima EM, Araujo LL. Dental and skeletal effects of combined headgear

used alone or in association with rapid maxillary expansion. Dental Press J Orthod.

2015;20:43-49.

90

Table 1. Measurements for registration in cranial base

Reference Component Mean (mm)

3 X 0,91mm

Y -1,75mm

Z -1,03mm

8 X 0,01mm

Y -0,25mm

Z -1,08mm

ANS X 0,08mm

Y -0,08mm

Z -0,87mm

A X 0,00mm

Y 0,14mm

Z -0,83mm

IF X 0,29mm

Y -0,33mm

Z -0,84mm

Palatine plane

Pitch -0,86°

Notes: 3. mesiobuccal cusp of the first upper right molar; 8. midpoint in the incisal of the right central incisor; ANS. anterior nasal spine; A. point A; IF. incisive foramen X. mesial-lateral; Y. anterior-posterior; Z superior-inferior; (+). Rightward; forward; upward; clockwise; (-). leftward; backward; downward; anticlockwise.

Table 2. Measurements for registration in nasopalatine canal and median palatine

suture

Reference Component Mean (mm)

3 X 1,07

Y -2,17

Z -0,39

8 X 0,22

Y 0,12

Z -0,27

Notes: 3. mesiobuccal cusp of the first upper right molar; 8. midpoint in the incisal of the right central incisor; X. mesial-lateral; Y. anterior-posterior; Z superior-inferior; (+). Rightward; forward; upward; (-). leftward; backward; downward.

91

8 CONSIDERAÇÕES FINAIS

A evolução clinica em Odontologia só ocorre devido ao suporte científico,

oferecido por trabalhos acadêmicos. De retorno, as novas ferramentas clínicas são

incorporadas as metodologias, com intuito de melhorar a confiabilidade do resultado.

A metodologia está em constante movimento, trabalhos que contribuem para este

propósito são de extrema importância para repercussão dos demais.

Esta tese de doutorado surgiu da necessidade de um registro regional maxilar

em TCFC. Reconheceu-se a demanda da validação de uma região anatômica segura

e confiável, que expressasse apenas alterações dentárias, sem interferências

ortopédicas, reprodutível em TCFC e que dispensasse um exame tomográfico

extenso, de difícil acesso e maior exposição a radiação. Foi proposto então o registro

em nível de voxel, utilizando o CNP. Para avaliação, o registro foi comparado a um

método já validado, o registro nas RP. A concepção do estudo esteve

substancialmente em torno da elaboração dos métodos. O processo de criação do

novo registro surgiu da observação de outros métodos, associação de técnicas,

aplicação na amostra, reconhecimento de falhas e aperfeiçoamento. Durante o

processo foi despertado a necessidade de estender o registro para além do CNP,

buscando uma melhor estabilidade espacial. A região da sutura palatina mediana foi

incorporada e o protocolo final definido como: registro em voxel pelo CNP e SPM.

Para comparação, o registro nas RP também precisou ser incrementado, a partir

daquele já proposto na literatura. O registro se restringia aos modelos digitais e

precisava ser transportada para TCFC, de forma que fosse utilizado com a mesma

ferramenta de estudo nos dois sistemas de comparação. Um estudo piloto, feito

durante o processo de desenvolvimento definiu uma amostra de 16 pacientes. Os

dois protocolos foram aplicados na amostra: 16 pacientes diagnosticados com má

oclusão Classe II e tratados com AEC. Todos possuíam TCFC e modelos em gesso

antes e após o tratamento, o que proporcionou a aplicação dos dois registros. O

registro por voxel do CNP e SPM trouxe resultados condizentes com a literatura

descritiva deste tipo de tratamento. As alterações dentárias são estatisticamente

iguais ao padrão ouro quando se estuda controle vertical e antero posterior.

Conclui-se que registro no CNP e SPM pode ser utilizado como uma alternativa para

o registro regional de maxila com TCFC. O aprimoramento e validação da técnica é

necessário. Otimizar o processo e torna-lo mais confiável é tangível e pode ser feito

92

em trabalhos a partir desta conclusão e protocolo.

Testado a viabilidade do registro, sua aplicação foi utilizada para melhores

esclarecimentos dos efeitos do AEC. A mesma amostra foi submetida ao registro em

BC, que possibilita a mensuração de alterações ósseas e as medidas em referencias

dentárias são o resultado da soma entre ósseas e dentárias. Quando se comparam

os dois registros é possível dissociar os efeitos ósseos dos dentários, entender a

repercussão de cada um e sua associação como resultado final. A melhor

compreensão da mecânica possibilita aperfeiçoamento e aplicação mais adequada.

Limitação do crescimento maxilar para anterior, recuo controlado da base óssea,

distalização e uma pequena extrusão dos molares foram os principais resultados,

todos condizentes com a literatura. Quando se compara a dissociação as médias

demonstram um movimento contrários dos incisivos, de pequeno avanço,

acompanhado pelo ponto A. O recuo interpretado como dos incisivos, descrito em

trabalhos anteriores, pode ser decorrência do movimento ósseo. Quando somados,

os efeitos o recuo compensa o pequeno avanço dos dentes, resultando na percepção

de recuo dos dentes. Na região posterior o deslocamento vertical das estruturas

apresentam a mesma direção, para inferior. Medias menores na extrusão isolada dos

molares relata uma soma entre movimentação óssea e dentária. A distalização dos

molares é o efeito mais expressivo, possivelmente dentário. Estudos, para avaliação

do crescimento e deslocamento, com referências ósseas mais estratégicas devem

ser realizados. A deficiência transversa da maxila é comumente associada a

maloclusão Classe II, a expansão observada pode ser desejada, mas o efeito para

expansão do aparelho merece melhores esclarecimentos.

O processo de amadurecimento do tema, desenvolvimento a aperfeiçoamento

do projeto foi somado a diversas outras atividades, como conteúdo teórico e

envolvimento em outras pesquisas da instituição. A aluna foi contemplada com uma

bolsa CAPES, com abrangência em toda extensão da experiência Stricto Sensu (36

meses).

93

REFERÊNCIAS

ABDELKARIM, A. Cone-Beam Computed Tomography in Orthodontics. Dentistry Journal (Basel), v.7, n.3, p. 1-31, Sept. 2019. ALI, B.; SHAIKH, A.; FIDA, M. Stability of palatal rugae as a forensic marker in orthodontically treated cases. Journal of Forensic Sciences, v.61, n. 5, p. 1351-1355, Sept. 2016. ALMEIDA, M.A. et al. Stability of the palatal rugae as landmarks for analysis of dental casts. Angle Orthodontist, v.65, n.1, p. 43-48, Feb. 1995. ANACLETO, M.A.; SOUKI, B.Q. Superimposition of 3D maxillary digital models using open-source software. Dental Press Journal of Orthodontics, v.24, n.2, p. 81-91, May 2019. BAILEY, L.T.; ESMAILNEJAD, A.; ALMEIDA, M.A. Stability of the palatal rugae as landmarks for analysis of dental casts in extraction and nonextraction cases. Angle Orthodontist, v.66, n.1, p. 73-78, Feb. 1996. BJORK, A. Sutural growth of the upper face studied by the implant method. Acta Odontologica Scandinavica, v.24, n.2, p. 109-127, Sept. 1966. BORNSTEIN, M.M. et al. Morphology of the nasopalatine canal and dental implant surgery: a radiographic analysis of 100 consecutive patients using limited cone-beam computed tomography. Clinical Oral Implants Research, v.22, n.3, p. 295-301, Mar. 2011. BORNSTEIN, M.M. et al. Comparison of periapical radiography and limited cone-beam computed tomography in mandibular molars for analysis of anatomical landmarks before apical surgery. Journal of Endododontics, v.37, n.2, p. 151-157, Feb. 2011. CEVIDANES, L.H. et al. Cranial base superimposition for 3-dimensional evaluation of soft-tissue changes. American Journal of Orthodontics and Dentofacial Orthopedics, v.137, n.4 p. 120-129, Apr. 2010. CHRISTOU, P.; KILIARIDIS, S. Vertical growth-related changes in the positions of palatal rugae and maxillary incisors. American Journal of Orthodontics and Dentofacial Orthopedics, v.133, n.1, p. 81-86, Jan. 2008. DAMSTRA, J. et al. Antero-posterior and transverse changes in the positions of palatal rugae after rapid maxillary expansion. European Journal of Orthodontics, v.31, n.3, p. 327-332, June 2009. DE ANGELIS, D. et al. Palatal rugae as an individualising marker: reliability for forensic odontology and personal identification. Science & Justice: Journal of the Forensic Science Socity, v.52, n.3, p. 181-184, Sept. 2012.

94

DEMIRALP, K.O. et al. Evaluation of Anatomical and Volumetric Characteristics of the Nasopalatine Canal in Anterior Dentate and Edentulous Individuals: A CBCT Study. Implant Dentistry, v.27, n.4, p. 474-479, Aug. 2018. EFSTRATIADIS, S.S.; COHEN, G.; GHAFARI, J. Evaluation of differential growth and orthodontic treatment outcome by regional cephalometric superpositions. Angle Orthodontist, v.69, n.3, p. 225-230, June 1999. OLIVEIRA, E.F.O. Comparação tridimensional dos efeitos espaciais na maxila e mandíbula durante tratamento com aparelhos extraoral com tração combinada e herbst. 2019, 104. Tese (Doutorado). Belo Horizonte: Pontifícia Universidade Católica de Minas Gerais, 2019. FLEMING, P.S.; MARINHO, V.; JOHAL, A. Orthodontic measurements on digital study models compared with plaster models: a systematic review. Orthodontics & Craniofacial Research, v.14, n.1, p. 1-16, Feb. 2011. GARIB, D. et al. Superimposition of maxillary digital models using the palatal rugae: Does ageing affect the reliability? Orthodontics & Craniofacial Research, v.22, n.3, p. 183-193, Aug. 2019. GHONEIMA, A. et al. Accuracy and reliability of landmark-based, surface-based and voxel-based 3D cone-beam computed tomography superimposition methods. Orthodontics & Craniofacial Research, v.20, n.4, p. 227-236, Nov. 2017. GIBELLI, D. et al. Application of 3D models of palatal rugae to personal identification: hints at identification from 3D-3D superimposition techniques. International Journal of Legal Medicine, v.132, n.4, p. 1241-1245, July 2018. HAUSER, G.; DAPONTE, A.; ROBERTS, M.J. Palatal rugae. Journal of Anatomy, v.165, n.1 p. 237-249, Aug. 1989. HOGGAN, B.R.; SADOWSKY, C. The use of palatal rugae for the assessment of anteroposterior tooth movements. American Journal of Orthodontics and Dentofacial Orthopedics, v.119, n.5, p. 482-488, May 2001. JAIN, S. et al. New evolution of cone-beam computed tomography in dentistry: Combining digital technologies. Imaginging Science in Dentistry, v.49, n.3, p. 179-190, Sept. 2019. KAISER, A. et al. Pitch, roll, and yaw variations in patient positioning. International Journal of Radiation Oncology, Biology, Physics, v.66, n.3, p. 949-955, Nov. 2006. KIM, S.J. et al. Three-dimensional effect of pitch, roll, and yaw rotations on maxillomandibular complex movement. Journal of Cranio-maxillo-facial Surgery, v.43, n.2, p. 264-273, Mar. 2015.

95

LYSELL, L. Plicae palatinae transversae and papilla incisiva in man; a morphologic and genetic study. Acta Odontologica Scandinavica, v.13, n.18, p. 135-137, May 1955. MCNAMARA, J.A. Influence of respiratory pattern on craniofacial growth. Angle Orthodontist, v.51, n.4, p. 269-300, Oct. 1981. NASSEH, I.; AL-RAWI, W. Cone Beam Computed Tomography. Dental Clinics of North America, v.62, n.3, p. 361-391, July 2018. NASSEH, I.; AOUN, G.; SOKHN, S. Assessment of the Nasopalatine Canal: an Anatomical Study. Acta Informatica Medica, v.25, n.1, p. 34-38, Mar. 2017. NIELSEN, I.L. Maxillary superimposition: a comparison of three methods for cephalometric evaluation of growth and treatment change. American Journal of Orthodontics and Dentofacial Orthopedics, v.95, n.5, p. 422-431, May 1989. PATIL, M.S.; PATIL, S.B.; ACHARYA, A.B. Palatine rugae and their significance in clinical dentistry: a review of the literature. Journal of the American Dental Association, v.139, n.11, p. 1471-1478, Nov. 2008. RUELLAS, A.C. et al. Comparison and reproducibility of 2 regions of reference for maxillary regional registration with cone-beam computed tomography. American Journal of Orthodontics and Dentofacial Orthopedics, v.149, n.4, p. 533-542, Apr. 2016. SAADEH, M. et al. Association among geometric configurations of palatal rugae. The Journal of Forensic Odonto-stomatolgy, v. 1, n. 35, p. 33-41, July 2017. SHAILAJA, A.M. et al. Assessment of palatal rugae pattern and its significance in orthodontics and forensic odontology. Journal of Oral and Maxillofacial Pathology, v.22, n.3, p. 430-435, Sept./Dec. 2018. SIMMONS, J.D.; MOORE, R.N.; ERICKSON, L.C. A longitudinal study of anteroposterior growth changes in the palatine rugae. Journal of Dental Research, v.66, n.9, p. 1512-1515, Sept. 1987. TANEVA, E.D. et al. 3D evaluation of palatal rugae for human identification using digital study models. Journal of Forensic Dental Sciences, v.7, n.3, p. 244-252, Sept./Dec. 2015. THAKUR, A. R. et al. Anatomy and morphology of the nasopalatine canal using cone-beam computed tomography. Imaging Science in Dentistry, v.43, n.4, p. 273-281, Dec. 2013. VILEFORT, P.L.C. Avaliação tridimensional das mudanças dentoesqueléticas após terapia com o aparelho herbst em diferentes estágios de maturação esquelética: um estudo multicêntrico. 2018, 161. Tese (Doutorado). Belo Horizonte: Pontifícia Universidade Católica de Minas Gerais, 2018.

96

WINNING, T.A.; TOWNSEND, G.C. Oral mucosal embryology and histology. Clinics in Dermatology, v.18, n.5, p. 499-511, Sept./Oct. 2000. YATABE, M. et al. 3D superimposition of craniofacial imaging-The utility of multicentre collaborations. Orthodontics & Craniofacial Research, v.22, p. 213-220, May 2019.

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ANEXO A – Parecer Consubstanciado do CEP PUC Minas

101

ANEXO B – Parecer Consubstanciado da CONEP

103

ANEXO C – Produção intelectual da aluna durante o curso de doutorado

Resumo Publicado

International Journal of Maxillofacial Surgery – Volume 48 – Supplement 1 – 14 May 2019

104

Artigo aceito

"Three-dimensional nasal septum and maxillary changes following rapid maxillary expansion in cleft lip and palate patients: A case-series analysis"

The Angle Orthodontist

Manuscript 090719-583R

Natália Veloso Carolina Mordente Adriana de Sousa Juan Martin Palomo Marilia Yatabe Dauro Oliveira Bernardo Souki Ildeu Andrade

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Artigo realizado a ser submetido

“Mini hyrax versus hyrax na expansão rápida da maxila: ensaio clinico randomizado” Orthodontics & Craniofacial Research Giordani Santos Silveira Lucas Guimarães Abreu Juan Martin Palomo Larissa Salgado da Matta Adriana Alkmim de Sousa Dauro Douglas de Oliveira

avaliaÇÃo do canal nasopalatino e sutura palatina …

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