Cirurgia assistida por computador

Prof. Msc Ricardo Toscano Diretor Científico da DSP Biomedical 


INTRODUÇÃO

Os procedimentos assistidos por computador (CAS) possibilitam a atuação do cirurgião de forma precisa e minimamente invasiva ao sitio cirúrgico. Os procedimentos assistidos por computador são compostos pela integração das ferramentas: ciência, tecnologia e engenharia avançada.

Compõem essa modalidade os procedimentos odontológicos cirúrgicos guiados por imagens. Compreendem uma tecnologia através da qual são utilizados tomógrafos computadorizados (TC), obtendo imagens pré-processuais para gerar arquivos DICOM (Digital Imaging and Communications in Medicine) empregando em softwares de projeto assistido por computador, utilizados nos planejamentos cirúrgicos e processo de manufaturas de guias quando se faz necessário.

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As considerações descritas no consenso estão relacionadas à visualização do volume ósseo pré-operatório utilizando sistemas de planejamentos específicos alimentados pelos arquivos gerados pela tomografia computadorizada. Ao se visualizar o volume ósseo podemos determinar a posição, diâmetro, quantidades e posicionamento dos implantes no leito ósseo com mais precisão e respeito aos limites biológicos dos tecidos periimplantares para atingir melhores índices de sobrevivência. O aumento da precisão cirúrgica proporcionada por esta modalidade cirúrgica viabiliza a cirurgia Flapless reduzindo morbidade, e a redução de enxerto pela possibilidade de aplicar a terapia de implante em áreas ósseas limítrofes e de estrutura anatômica complexa, e uma resolução protética final otimizada.

Para se atingir esses resultados é necessário a integração de sistemas cyber físicos como:

Tomografia computadorizada
Tomografia computadorizada: permite visões tridimensionais da região e anatomia da área de interesse e permitem vários formatos e cortes e auxiliam na medição do volume ósseo e potência a inclusão de toda a documentação radiografia necessária para um planejamento virtual pré-cirúrgico.

Software de planejamento de implantes
Software de planejamento de implantes: as imagens da tomografia computadorizada são convertidos arquivos DICOM para leitura do software especifico. Permitindo uma visualização tridimensional sem distorções da area de interesse em vistas axiais, sagitais, coronais, panorâmicas, transversais e produz reconstruções tridimensionais. O software de planejamento do implante permiti a pré-determinação do posicionamento, dimensão, quantidade de implantes, e do pilar e desenho restauração protética. Evita quaisquer complicações possíveis nas variáveis descritas no consenso,sendo passível de correção neste ambiente virtual.

Tecnologia – CAD (Computer -Aided- Design) / CAM (Computer -Aided- Manufacturing)
a transferência do plano de tratamento virtual para o tratamento efetivo do paciente e possível devido a técnica CAD/CAM que é usada nos dois sistemas de cirurgia guiada (1, 10, 11). Na modalidade cirurgia guiada por computador (estática) utiliza guias no campo operacional com orifícios para uso de fresas e instalação dos implantes no leito cirúrgico, fabricadas através de tecnologias de prototipagem rápida, facilitando o procedimento cirúrgico minimamente invasivo com guias aumentando a previsibilidade cirúrgica (2, 12, 13). Na modalidade cirurgia computadorizada (dinâmica) permite a construção pré-cirúrgica do elemento protético e restaurações de precisão personalizadas, é a comunicação do plano de tratamento virtual para o campo operatório com ferramentas de imagem visual em um monitor de computador sem utilização de guias.


CIRURGIA GUIADA POR COMPUTADOR (ESTÁTICA) | CIRURGIA GUIADA

A modalidade de cirurgia guiada estática para instalação de implantes pode ser aplicada em casos unitários, parciais e totais. O protocolo clínico para diagnóstico, planejamento e conduta clinica para aplicação da técnica utilizando o kit FitGuide (DSP Biomedical), são similares para casos unitários e parciais tendo os casos totais uma conduta distinta. A primeira parte deste texto aborda o fluxo de trabalho de preparo e planejamento de caso clinico unitário e parcial.

Com o exame clínico inicial respaldado pela anamnese e avaliado qualquer fator sistêmico que contra indique a terapia com implantes, descartada essa impossibilidade, procede a solicitação de uma tomografia computadorizada (TC) que gera imagens para complemento de diagnóstico e arquivo no formato DICOM (Digital Imaging and Communications in Medicine) que a própria clinica de imaginologia envia ao centro de prototipagem.
O mesmo procedimento de envio pode ser executado pelo cirurgião responsável através do serviço de transferência de arquivos on line gratuito, We transfer, Dropbox dentre outros, conduzido de forma simples e intuitiva. E necessário também o envio do arquivo STL (Standard Triangle Language) da arcada de interesse adquiridos pelo scaneamento da mesma. Por ventura esta tecnologia não estiver disponível na realidade do cirurgião se envia para o centro de prototipagem o modelo da arcada produzido a partir de uma moldagem em nível de consultório com material que detenham a característica de captura com precisão das estruturas bucais e vazado com gesso de dureza tipo IV. Ao receber este modelo o centro de prototipagem procedera o scaneamento que gera o arquivo STL. O centro de prototipagem processa e segmenta os arquivos da tomografia computadorizada (TC) e fusiona com os arquivos do modelo digitalizado e converte para a plataforma virtual de planejamento. Nesta segunda parte deste texto aborda o fluxo de trabalho de preparo e planejamento de casos totais.

Com o exame clinico inicial respaldado pela anamnese e avaliado qualquer fator sistêmico que contra indique a terapia com implantes, descartada essa impossibilidade, se procede confecção do planejamento reverso (20) e confeccionado um guia tomográfico em resina acrílica incolor a partir da duplicação da prótese final confeccionada. Neste guia tomográfico deve ser realizadas no mínimo cinco marcações não lineares de 2 mm de diâmetro por 1 mm de profundidade com broca esférica e preenchido com guta percha na flange da guia no mínimo 3 mm acima dos dentes. Confeccionar um registro oclusal com silicone pesada que possibilite que durante o exame tomográfico a guia fique afastada dos dentes antagonistas para não interferir na imagem tomográfica. Ao encaminhar o paciente ao centro de diagnóstico por imagem a requisição deve constar a solicitação do duplo escaneamento que se refere a duas aquisições de imagens tomográficas, que se refere a uma tomografia do paciente com a guia tomográfica com as marcações de guta- percha e registro interoclusal em posição intrabucal e outra tomografia somente da guia tomográfica, apoiada na plataforma do tomógrafo sobre um bloco de isopor ou espuma para que artefatos metálicos da plataforma do tomógrafo não causem ruídos na imagem final. As imagens das tomografias no formato DICOM devem ser encaminhadas ao centro de prototipagem para conversão para a plataforma virtual de planejamento. A partir deste momento os processos convergem para os mesmos procedimentos.
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O software específico usualmente e disponibilizado gratuitamente para download que permite que o cirurgião dentista execute e visualize o planejamento da posição tridimensional do implante, transmucoso e fixadores para estabilidade da guia no momento cirúrgico. As empresas de prestação deste serviço oferecem como diferencial o envio de um planejamento sugestivo executado pela equipe técnica da empresa, podendo o cirurgião aceitar ou mesmo fazer alterações com as considerações personalizadas. O cirurgião dentista após aprovação da sugestão ou conclusão própria do planejamento envia via software a solicitação de confecção da guia.

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O centro de prototipagem procede a impressão da guia e remete ao cirurgião juntamente com relatório do planejamento cirúrgico virtual com informações pertinentes ao material de fabricação da guia, arquivos utilizados, materiais e procedimentos de desinfecção, detalhamento das medidas do implante e transmucoso e alguma observação se existir. Ao receber a guia cirúrgica com acessos para a fixação em boca, perfuração e instalação do implante, o cirurgião procede a prova da guia em boca para verificar adaptação e evitar intercorrência por desaptação das guias e assim proceder a cirurgia de acordo com a técnica preconizada do sistema Fitguide. A filosofia do sistema FITGUIDE aplicada a cirurgia guiada estática (Uso de guia) deve ter a fresagem guiada e também a instalação do implante guiado. Entendemos que se a falta de um desses componentes no processo cirúrgico existir ocorreu uma distorção no contexto de cirurgia guiada, como por exemplo se executar a fresagem guiada e não instalar o implante guiado se anula a aplicação do conceito guiado pleno, rememorando que para instalar o implante guiado deve existir uma chave ou anilha aplicada na guia neste momento.

A possibilidade de intercorrências e discrepâncias decorrente da aplicação do conceito parcial de unicamente se executar a fresagem guiada e descrito na literatura como o maior fator de perda de confiabilidade na reprodução do planejamento virtual. O kit FITGUIDE apresenta configuração para instalação de implante CMI (Cone Morse indexado) da DSP Biomedical de diâmetros de 3,5mm e 4.0mm. A guia para aplicação da técnica preconizada pela DSP Biomedical e livre de anilhas pois as chaves de fresagem e chaves usadas para instalação dos implantes apresentam mesma circunferência externa o que se aplica para os diâmetros de implante 3,5mm e 4.0 mm, a compensação e feita internamente na chaves encaixando perfeitamente na guia prototipada. Com essa engenharia aplicada aos instrumentais se possibilita uma cirurgia com praticidade, segurança e alta estabilidade da guia.

Cirurgia computadorizada (dinâmica)

A DSP Biomedical traz a tecnologia da cirurgia computadorizada para a especialidade da implantodontia e buco maxilo facial. Cirurgia Assistida por computador ou Computer Assisted Surgery (CAS) representa um conceito cirúrgico e um conjunto de métodos que utiliza tecnologia computacional para o planejamento cirúrgico e para orientar ou realizar intervenções cirúrgicas. Sinônimos para esta tecnologia incluem Cirurgia Assistida por Computador, Intervenção Assistida por Computador, Cirurgia Guiada por Imagem e Navegação Cirúrgica (22, 23). No consenso de procedimentos assistidos por computador, estabeleceu-se a denominação Cirurgia Computadorizada (dinâmica). (2)

A Cirurgia Computadorizada (Navegada) consiste da visualização imediata da anatomia real do paciente com a combinação das imagens 3D adquiridas pela tomografia computadorizada exibidas em um monitor atualizados em tempo real pelo rastreamento de movimentos dos instrumentais cirúrgicos pelo sistema de rastreamento tridimensionais minimizando a morbidade pós-operatória, auxilia o cirurgião na fresagem e instalação de implantes com precisão de acordo com o planejamento pré-operatório em software, evita danos às estruturas críticas e oportuniza o processo cirúrgico flapless, reduz a manipulação de tecidos moles. (24, 25)

Esta modalidade cirúrgica se fundamenta fisicamente pelo sistema de coordenadas no plano cartesiano. Também conhecido como espaço cartesiano que é um esquema reticulado necessário para especificar pontos num determinado “espaço” com dimensões. Um processo de registro de pontos (marcadores fiduciais) é necessário para integrar um ponto idêntico (coordenadas cartesianas x, y, z) no paciente real (coordenada cartesiana x, y, z) com o paciente virtual (coordenada cartesiana x, y, z) nas cirurgias CAS para que a cabeça e os instrumentais cirúrgicos possam ser movidos livremente no espaço bem como a navegação ser vista no monitor do computador que armazena o sistema. (27,28,29, 30)

A concepção de Precisão Aumentada decorre da tecnologia LED Ativa integrada do navegador utilizado pela DSP Biomedical, pois o rastreamento é completamente fluente em todas as direções possibilitando ao operador a orientação do posicionamento (ângulo e profundidade) dos instrumentais cirúrgicos, sem efeito LAG (atraso na comunicação entre dois aparelhos). A tecnologia do software adotada pela empresa possui interfaces intuitivas, fluxo de trabalho automatizado e imagens avançadas que oferecem facilidade de uso e possibilitam alteração do planejamento no transoperatório rapidamente em contingência a alguma intercorrência cirúrgica.

Termos pertinentes aos procedimentos guiados por imagens

Marcadores fiduciais
Marcadores fiduciais são pontos de referência estáveis no paciente. Marcadores fiduciais devem ser no mínimo cinco pontos distribuídos a uma distância mínima entre eles, que permita a leitura pelo navegador sem sobreposição quando do registro e distribuídos de forma não lineares considerando a altura, largura e profundidade que terá como resultante o volume das estruturas a ser operada em três dimensões.
Eles podem ser classificados em dois tipos: invasivos e não invasivos. Os invasivos são marcadores são compostos de materiais que os tornam visíveis nos conjuntos de Imagens fixado as áreas de interesse do procedimento antes da tomografia computadorizada ser executada e ser mantido ate o momento do procedimento estar completo como, por exemplo, parafusos de fixação de enxerto, tachinhas de estabilidade de membrana. Não invasivos são marcos anatômicos específicos pontas de cúspide, pontos anatômicos na oclusal dos dentes, pontos anatômicos na estrutura óssea) e ou aparatos metálicos colados nas estruturas dentais como por exemplo braquets ortodônticos.

Posicionamento do navegador
O navegador é posicionado a uma distância aproximada de um metro do lado medial, formando um ângulo aproximado de 90 graus do local a ser operado.
Registro
Registro é o mapeamento dos pontos fiduciais por uma sonda (probe), para que o espaço físico ser sobreposto as imagens, no software, permitindo assim que a localização atual do instrumental cirúrgico seja mostrada em uma tela de computador exibindo imagens em tempo real. A precisão do mapeamento entre espaço físico e imagem depende da precisão com que os marcadores fiduciais foram localizados em cada sistema de coordenadas. A precisão é definida pela diferença, em milímetros, Entre as coordenadas virtual e real

Dispositivo de referência dinâmica (DRF – Dynamic Reference Frame)
E um dispositivo fixo na área de interesse a ser operada permitindo a movimentação da cabeça do paciente durante o processo de navegação com objetivo de manter o enquadramento estabelecido pela calibração dos pontos fiduciais.

Dispositivo de localização intraoperatória (ILD – Intraoperative localization Device)
Permite a calibração dos instrumentais cirúrgicos a partir deste ponto conhecido como Ponto 0 (zero), validando a probidade (exatidão) dos mesmos. Este dispositivo usualmente e uma concavidade do tamanho da ponta do probe e se localiza em alguma parte do corpo do dispositivo de referência dinâmica.
Erro de localização fiducial (FLE – Fiducial localization Error)
Erro de localização fiducial e referente a posição dos Pontos fiduciais, que é a distância quadrática média entre as marcações fiduciárias homólogos após o registro não foi alcançada. Acontece pelo número inferior a cinco pontos e distribuição na arcada dos pontos desconsiderando a altura, largura e profundidade.

Erro de registro de alvo (TER – Target registration error)
Erro de registro descreve a discrepância entre os pontos fiduciais reais e os pontos virtuais. Quando se faz o registro através da sonda (probe) os pontos fiduciais são numerados e conciliados no software automaticamente, e o próprio sistema calcula se o real esta igual ou diferente ao virtual. A discrepância máxima permitida de valores, e relativa a área anatômica a ser operada, mas na implantodontia se admite entre 0,5mm a 1mm de tolerância.

Calibração
A calibração é o ajuste do erro de registro de alvo (TRE) para que a precisão das leituras dos pontos fiduciais se relacione dentro do valor considerado como tolerância se durante o registro não se o atingiu. Se inicia de um ponto de referência conhecido como Ponto 0 (zero).

Para o processo de navegação cirúrgica acontecer é necessário

Marcadores (Pontos fiduciais)
Deve analisar se os pontos fiduciais não invasivos anatómicos são suficientes para um registro fidedigno. Se por ventura não forem suficientes, deve-se antes de se obter as imagens tomográfica fixar pontos fiduciais invasivos ou não invasivos. Esses pontos devem ser mantidos até o término do procedimento cirúrgico

Tomografia computadorizada
A tomografia deve produzir imagens de qualidade com o objetivo de gerar o arquivo DICOM.
Software específico
O arquivo DICOM gerado pelas imagens obtidas no exame de imaginologia (TC) são processados e então inseridos no software específico de planejamento cirúrgico. Além de planejamento, este software possibilita a conciliação das imagens com o real, por intermédio do registro dos pontos fiduciais mostrando em tempo real no monitor interligado com o computador provedor do software, permitindo ainda no transcirúrgico visualizar em tempo real a posição dos instrumentais cirúrgicos no leito cirúrgico.

Sistema de rastreamento tridimensional

Os sistemas de rastreamento tridimensionais conhecidos como navegadores cirúrgicos usam a tecnologia de classificação óptica. Os ópticos utilizam câmeras que identificam a posição dos objetos por intermédio de cálculos de perspectiva computacional. As câmeras ópticas capturam as imagens em vídeo e detectam os marcadores ligados ao objeto de interesse. Esses marcadores podem ser Ativos e Passivos. Esses marcadores devem ser em numero de três para localizar o objeto dentro de um volume 3D. Os marcadores Ativos exigem fios ou bactéria conectadas aos marcadores para alimentar os LEDs. Os marcadores Passivos identificam luz infravermelha refletida pela esfera para calcular o posicionamento dos instrumentos no espaço, não e necessário fonte de energia para os marcadores. A câmera possui um flash infravermelho interno que é direcionado para as esferas. (66, 67, 68, 69).

A DSP Biomedical adota o protocolo clínico conhecido como fluxo de trabalho diferenciado para pacientes dentados (unitários e parciais) e pacientes desdentados, divido em três partes.

1- Pré-cirúrgico
1.1.Unitarios e parciais.
1.1.1 Exame clínico;
1.1.2 Identificação dos possíveis pontos fiduciais anatômicos e avaliação da necessidade de novos pontos fiduciais não invasivos;
1.1.3 Tomografia computadorizada;
1.1.4 Conversão das imagens em arquivo DICOM (Centro de radiologia);
1.1.5 Conversão do arquivo DICOM para o software específico de planejamento;
1.1.6 Planejamento cirúrgico (posicionamento do(s) implante(s) virtualmente).

1.2 Desdentados Totais
1.2.1 Exame clínico;
1.2.2 Fixação de pontos fidúcias invasivos (no mínimo 5);
1.2.3 Tomografia computadorizada;
1.2.4 Conversão das imagens em arquivo DICOM
(Centro de radiologia);
1.2.5 Conversão do arquivo DICOM para o software específico de planejamento;
1.2.6 Planejamento cirúrgico (posicionamento dos implantes virtualmente).

2- Transcirúrgico
2.1 Procedimentos para pacientes desdentados unitário, parciais e totais
2.1 Fixação do dispositivo de referência dinâmica;
2.2 Abrir as informações do paciente inseridas e planejadas no software de planejamento.

2.2 Navegação
2.3 Reconhecimento dos pontos fiduciais do paciente pelo software;
2.4 Reconhecimento do dispositivo de referência dinâmica pelo software:
2.5 Reconhecimento do dispositivo de localização intraoperatória pelo software;
2.6 Verificação da atualização na tela da animação da digitalização em tempo real;
2.7 Calibração;
2.8 Inicia-se procedimento cirúrgico.

3- Pós-cirúrgico
3.1 Remoção dos pontos fiduciais não anatômicos.

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