Artigo de método

Protocolo de Avaliação Quantitativa para Alterações Volumétricas de Tecidos Moles Faciais com Estereofotogrametria

DOI:

10.3791/69204

⸱

9 de dezembro de 2025

 ,  ,  , 
1Craniofacial Anomalies Bone Regeneration Section, National Institute of Dental and Craniofacial Research, 2Howard University Hospital, Oral and Maxillofacial Surgery Department, Howard University Hospital

Neste artigo

Resumo

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Apresentamos um protocolo detalhado para análise tridimensional das alterações nos tecidos moles com o uso de estereofotogrametria.

Resumo

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A avaliação do impacto do tratamento odontológico e ortodôntico, bem como da cirurgia ortognatica nos tecidos moles faciais, é de importância crítica, pois esses tipos de tratamento podem impactar significativamente a estética facial e, portanto, a satisfação do paciente. A avaliação precisa da resposta dos tecidos moles faciais é essencial para alcançar resultados ótimos no tratamento. A estereofotogrametria tridimensional (3D) é uma ferramenta confiável, livre de radiação e não invasiva, que pode ser usada para avaliações quantitativas da superfície dos tecidos moles, oferecendo uma representação altamente precisa das estruturas faciais. O objetivo desse protocolo é demonstrar uma metodologia que possa ser usada para a avaliação quantitativa das alterações dos tecidos moles faciais com o uso de estereofotogrametria. Para a demonstração em vídeo, usamos um software de análise de imagens 3D. O protocolo proposto inclui as etapas de preparação da imagem, registro espacial em um eixo 3D, seleção e sobreposição das áreas de interesse, e cálculo do volume da área incluída entre as duas imagens de superfície de tecidos moles envolvidas na avaliação. Esse protocolo foi testado quanto à sua validade e reprodutibilidade e pode ter aplicações variadas tanto para fins clínicos quanto de pesquisa.

Introdução

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A avaliação das alterações nos tecidos moles faciais é importante na odontologia porque os tecidos moles faciais são parte essencial da estética e da função, sendo considerados parte integrante do planejamento do tratamento em todas as disciplinas odontológicas. A avaliação de tecidos moles permite que os profissionais prevejam o impacto de intervenções terapêuticas — como ortodontia, protódontia e cirurgia ortognática — na aparência e equilíbrio facial1. Confiar apenas em medições esqueléticas ou dentárias pode resultar em resultados de tratamento comprometidos, já que a obtenção de oclusão ideal e/ou relações esqueléticas nem sempre se traduz em mudanças equilibradas ou desejadas nos tecidos molesfaciais 2,3.

A análise de tecidos moles é essencial para o planejamento individualizado do tratamento, pois ajuda a identificar características faciais básicas, antecipar os efeitos do crescimento e do envelhecimento, e prever como intervenções dentárias, ortodônticas ou cirúrgicas alterarão os contornos faciais e o suporteestrutural 4,5. Especificamente, alterações no suporte labial, convexidade facial e menor altura facial são diretamente influenciadas por modificações dentárias e esqueléticas, e essas alterações podem afetar significativamente a satisfação do paciente e o resultado estéticopercebido 2,4. A avaliação precisa das alterações nos tecidos moles é crucial para alcançar resultados ótimos em zonas estéticas, especialmente em implantes e odontologia restauradora, onde a preservação ou aumento do volume dos tecidos moles é necessária para manter uma aparência e funçãonaturais 6. As modernas tecnologias de imagem tridimensional e varredura melhoraram a precisão e a reprodutibilidade das medições de tecidos moles, facilitando melhor diagnóstico, planejamento do tratamento e avaliação de resultados 7,8,9.

O padrão ouro para avaliação de tecidos moles é a imagem 3D serial para quantificar mudanças no volume dos tecidos moles, complementadas por exame clínico e sintomas relatadospelo paciente 10. A abordagem mais precisa e reprodutível é a estereofotogrametria 3D serial ou varredura superficial a laser, que permite a medição precisa das variações de volume de tecidos moles ao longo dotempo 10,11,12. Publicações anteriores descreveram métodos quantitativos para avaliação de alterações de tecidos moles faciais na literatura oral e maxilofacial, embora os resultados relatados continuem sendo altamentevariáveis 10,11,12,13,14,15,16,17 . No entanto, na maioria dos estudos anteriores, detalhes sobre as etapas envolvidas não são incluídos, e a reprodutibilidade dos resultados frequentemente não é reportada. Além disso, não há demonstração em vídeo da parte manual do processo, o que seria praticamente muito valioso para clínicos e pesquisadores interessados em realizar avaliação de tecidos moles. Esta demonstração em vídeo apresenta em detalhes uma metodologia para conduzir uma avaliação semi-automatizada, de alta precisão e altamente reprodutível de mudança volumétrica 3D usando imagem superficial facial.

Protocolo

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Esse protocolo foi conduzido de acordo com as diretrizes éticas estabelecidas pelo Conselho de Revisão Institucional dos Institutos Nacionais de Saúde (NIDCR IRB #16-D-0040). O consentimento informado foi obtido de todos os participantes sob um protocolo aprovado pelo NIH IRB (NCT02639312), permitindo o uso das fotografias faciais 3D em publicações relacionadas à pesquisa. Todas as imagens foram realizadas na NIH Dental Clinic com o uso de um sistema de imagem3D 18. Consulte a Tabela de Materiais para detalhes sobre o software utilizado neste protocolo. Foi obtido consentimento explícito para o uso das fotografias faciais 3D usadas neste protocolo.

1. Preparação da imagem

  1. O sistema captura três imagens: Direita, Frente, Esquerda, e processa automaticamente essas imagens em uma única imagem 3D. Se a costura automática falhar, certifique-se de que as imagens foram tiradas na ordem especificada e que o posicionamento estava correto (ângulo da câmera, olhos abertos, boca fechada). Se as imagens parecerem estar corretamente capturadas, coloque pontos de referência manuais conforme orientado pelo software e, uma vez satisfeitas, clique em ponto de tentar novamente.
  2. Para manipular a imagem sem alterar a orientação espacial, use as ferramentas indicadas com um ícone de olho no menu esquerdo: mover, girar, inclinar, ampliar.
  3. Remova áreas desnecessárias da imagem usando o Corte de Caixa para eliminar rapidamente tudo fora do quadro retangular selecionado.
    NOTA: Para uma edição mais precisa, use a Seleção de Área de Pintura, que permite a seleção manual das áreas a serem removidas, com a opção de ajustar o tamanho do pincel para refinamento detalhado.
  4. Salve a imagem editada usando a opção de salvar no menu Arquivo .

2. Registro de imagem de base na grade de eixo 3D

NOTA: A imagem de base é definida pelo desenho do estudo. Essa imagem é uma referência a partir da qual as imagens subsequentes do sujeito individual serão registradas. A simetria da linha média é estabelecida da seguinte forma:

  1. Selecione "Grades de eixos" nas opções superiores da barra de ferramentas para exibir grades de eixos tridimensionais para todos os planos.
  2. Clique em Snap View na barra de ferramentas superior para alinhar a imagem com a vista frontal de 90° mais próxima.
  3. Na barra de ferramentas do lado esquerdo, selecione Spin Active Surfaces (ícone de cubo) e gire a imagem até que ela fique dividida uniformemente pelo eixo vertical (Y).
  4. Usando a ferramenta Seleção de Área de Pintura no menu "Ferramentas" da opção "Área" na barra de ferramentas superior, arraste o pincel pela superfície frontal da imagem segurando o botão esquerdo do mouse e movendo o cursor para destacar o rosto
  5. Uma vez selecionado, clique em Encontrar Simetria no menu "Surface" na barra de ferramentas superior para alinhar automaticamente a imagem ao longo do eixo vertical que passa pelo centro
  6. Use Limpar Área na opção "Selecionar" no menu "Área" na barra de ferramentas superior para desmarcar a região em seguida.
  7. Para corrigir a rotação da imagem e estabelecer a orientação de frente para trás para o registro, comece exibindo a imagem em duas viseiras, selecionando a opção Mostrar uma superfície em cada uma das duas viseiras na barra de ferramentas superior.
  8. Use a ferramenta Girar (ícone de olho) na barra de ferramentas do lado esquerdo e a função Snap na barra de ferramentas superior para obter uma visão lateral. Na janela lateral, use Rolar Superfícies Ativas (ícone de cubo) na barra de ferramentas do lado esquerdo para ajustar a imagem de modo que a posição da cabeça fique alinhada verticalmente com a grade. Em seguida, selecione Pan Active Surfaces (ícone de cubo) na barra de ferramentas do lado esquerdo e mova a imagem para dentro da vista lateral até que ela fique centralizada no eixo vertical principal. Não deixe de salvar a imagem registrada.

3. Anotações marcantes

NOTA: Um registro baseado em marcos de tecidos moles foi selecionado em vez de um método baseado em superfícies para melhor levar em conta a variação na disponibilidade da superfície, que é limitada pela qualidade da imagem e restrita a regiões não afetadas pela cirurgia. A sequência de anotações de marcos deve ser a mesma para cada imagem. Se possível, anote um ponto específico do paciente, como uma cicatriz ou pinta, que esteja fora da região afetada pela cirurgia. A seleção do marco deve depender da área de interesse de cada avaliação.

  1. Para seguir esse protocolo, utilize os seguintes pontos de referência (veja a Figura 1):
    1. Canto medial/Endocanthion (en): a comissura interna de cada fissura ocular. Anote primeiro a esquerda, depois a direita. Verifique a posição correta na visão frontal.
    2. Canto lateral/Exacantião (ex): a comissura externa de cada fissura ocular. Anote primeiro a esquerda, depois a direita. Verifique a posição correta na visão frontal.
    3. Glabella (g): ponto médio anterior no contorno dos tecidos moles fronto-orbitais. Identifique a posição dos pontos de referência nas vistas de perfil à direita e à esquerda e então verifique o alinhamento da linha média na visão frontal.
  2. Anote os pontos de referência usando a opção de Lugares de referência no menu "Ferramentas" da opção "Pontos de Referência" na barra de ferramentas superior ou na opção de Lugares de Referência na barra de ferramentas do lado esquerdo (ícone da seta superior). Lembre-se de anotar os pontos de referência na mesma sequência toda vez para todas as imagens que serão comparadas. Para editar a localização de um ponto de referência posicionado, selecione a opção Selecionar pontos de referência na barra de ferramentas do lado esquerdo (ícone da seta inferior) e depois a opção Colocar pontos de referência, que permite arrastar o ponto de referência selecionado, segurando a tecla esquerda, para a posição correta.
  3. Salve a imagem assinalada.

4. Seleção de áreas de interesse na imagem de base e na medição de volume

  1. Na visão frontal, selecione a opção Escolher Múltiplos Pontos para Circuito Fechado na ferramenta da barra de ferramentas do lado esquerdo e posicione pontos ao longo do perímetro da região de interesse.
  2. Após completar o ciclo, selecione Adicionar à Área by o menu que aparece após clicar com o botão direito na tela.
  3. Use a ferramenta Seleção de Área de Pintura no menu "Ferramentas" da opção "Área" na barra de ferramentas superior para refinar a seleção adicionando ou apagando da região de interesse.
  4. Realize o mesmo procedimento nas visões lateral e submental para cobrir a região.
  5. Quando estiver satisfeito, use a opção Copiar Área Selecionada no menu "Área" na barra de ferramentas superior para criar uma máscara.
    NOTA: Neste protocolo, a região de interesse foi definida como aquela afetada pela cirurgia ortognatica e delimitada pelo canto lateral e medial, glóbela e ângulo cervico-mental.

5. Registro de imagens subsequentes, sobreposição de área de interesse e medição de volume

  1. Abra tanto a imagem da linha base quanto a imagem que será registrada na grade do eixo da linha base (imagem de registro).
  2. Selecione a opção Mostrar uma Superfície em cada uma das duas Viewports na barra de ferramentas superior.
  3. Use a ferramenta Spin (ícone de olho) na barra de ferramentas do lado esquerdo para girar manualmente a imagem até que sua orientação corresponda muito à da imagem de base.
  4. Uma vez alinhados visualmente, posicione os pontos de referência na mesma sequência descrita no passo 3.
  5. Selecione Registrar Superfícies no menu "Superfícies" na barra de ferramentas superior e aplique as seguintes configurações: mova essa "imagem" da superfície para se ajustar a essa "linha base" e calcule o alinhamento usando "pontos de referência com nomes correspondentes."
  6. Mude para uma única janela de visualização selecionando a opção "1 Viewport" na barra de ferramentas superior e verifique o registro executando a Superfície de Cor por Distância no menu "Distância" nas opções do menu "Medir" na barra de ferramentas superior, com as seguintes seleções: colorir toda essa "linha de base" da superfície pela distância até essa "imagem" da superfície.
    NOTA: Regiões não afetadas ou não alteradas devem apresentar variação mínima de cor se registradas corretamente. Certifique-se de salvar a imagem registrada.
  7. Retorne a duas viseiras selecionando a opção "Mostrar uma superfície em cada uma de duas vistas" na barra de ferramentas superior, oculte a imagem de registro clicando na aba de ícones da imagem e use a Área Selecionada do Projeto no menu "Área" na barra de ferramentas superior para destacar a região correspondente da linha de base até a segunda imagem.
  8. Volte para a opção de visão com duas vistas e desmarque o ícone da imagem de registro para que ele não fique visível. No menu "Área", selecione Ocultar para ocultar a área selecionada da imagem base. Clique na segunda imagem e então selecione a opção Entre Duas Superfícies (objeto diferente) nas opções "Volume" no menu "Medir".
  9. Retorne a uma única vista de viewport e oculte a imagem de registro clicando em seu ícone. Selecione a opção +/- Volumes no menu "Surface" e então meça o volume entre as duas áreas selecionadas usando a opção "Of Closed Surface" nas opções "Volume" no menu "Measure". Os resultados podem ser encontrados na área "Log" na parte inferior da janela.

Resultados

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Este protocolo descreve em detalhes uma abordagem padronizada e reprodutível para a avaliação 3D de alterações de tecidos moles faciais. A estereofotogrametria permite a quantificação precisa do inchaço facial ao capturar mudanças na superfície ao longo do tempo. Utilizando um processo de registro guiado por referências, as imagens pós-operatórias são alinhadas a uma linha de base estável, permitindo a sobreposição e comparação das áreas afetadas pela cirurgia. Uma área de interesse é definida usando limites anatômicos reprodutíveis, e o volume correspondente é calculado em milímetros cúbicos (cm3). Como cada sujeito serve como seu próprio controle interno, volumes absolutos não são diretamente comparáveis entre os sujeitos nesta análise.

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Figura 1: Demonstração da medição volumétrica tridimensional. Demonstração do uso deste protocolo para avaliação quantitativa da quantidade de inchaço facial após cirurgia ortognatica. (A) Imagem basal adquirida um ano após a cirurgia, quando o inchaço pós-operatório foi completamente resolvido. A imagem foi registrada em uma grade de eixo 3D usando os seguintes marcos anatômicos: canto medial e lateral bilateral, glóbula. com definição do ROI. (B) Imagem pós-operatória adquirida 1 semana após a cirurgia, quando a maioria dos pacientes apresenta maior inchaço. Ele foi registrado na mesma grade de eixo, com projeção do ROI de base na imagem. (C) Superposição de imagens de linha de base e pós-operatórias para confirmar a precisão do alinhamento. (D) Máscaras volumétricas geradas a partir do ROI em ambos os pontos temporais, com a medição volumétrica resultante em milímetros cúbicos (cm3). (E) Mapa de calor comparando diferenças de volume entre as máscaras; Azul e verde indicam aumento do volume, enquanto amarelo e laranja indicam diminuição do volume em comparação com a imagem de base. Um índice numérico codificado por cores é incluído como referência. A diferença volumétrica exata entre as duas máscaras também é fornecida como saída. Por favor, clique aqui para ver uma versão ampliada desta figura.

Discussão

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A imagem 3D tornou-se o padrão de cuidado nos campos de odontologia e cirurgia craniofacial e oferece avaliações quantitativas de tecidos moles de altaprecisão 11. A reprodutibilidade e a precisão da colocação de marcos anatômicos em imagens 3D também foram validadas em estudosanteriores 19. Portanto, a estereofotogrametria ou imagens 3D de tecidos moles faciais permitem a obtenção de medições antropométricas precisas e a quantificação objetiva das alterações dos tecidos moles por meio de comparações longitudinais de imagens.

Literatura anterior sobre avaliação de tecidos moles faciais frequentemente descreve métodos que exigem treinamento extensivo em softwares especializados de análise de imagens, a combinação de diferentes modalidades e tipos de softwares de imagem, ou a anotação de múltiplos pontos de referência, o que pode exigir tempo e esforço substanciais dosusuários 11,13,14,20,21,22,23,24,25, 26. Uma superposição baseada em áreas também é oferecida como opção por diferentes softwares e já foi implementada em estudos anteriores27. Esta é uma ferramenta alternativa de superposição que poderia ser usada em vez da anotação manual de referências. No entanto, com base na experiência prática dos autores após testarem ambos os métodos como parte de um estudo de coorte retrospectivo, a sobreposição baseada em marcos foi uma opção mais fácil e precisa.

A principal razão era que a sobreposição baseada em área era mais sensível a pequenas diferenças entre as imagens sobrepostas, como, por exemplo, a presença de até mesmo um único fio de cabelo na superfície da pele ou a orientação precisa da cabeça. Esse é um problema inerente em estudos retrospectivos que poderia ter sido evitado com o uso de um protocolo de aquisição de imagem mais padronizado, conforme aconselhado abaixo. No entanto, publicações anteriores que utilizam superposição baseada em pontos de referência não incluem orientações passo a passo do processo para que possam ser facilmente replicadas por outros clínicos e/ou pesquisadores. Apresentamos aqui uma estrutura padronizada para a quantificação das mudanças volumétricas, que já está integrada ao software de imagem existente. Esta é uma abordagem direta para avaliações volumétricas de tecidos moles que não requer expertise na área de análise de imagens para ser completa.

Alguns dos desafios técnicos frequentemente encontrados durante a sobreposição de imagens de superfície facial estão relacionados à presença de pelos faciais. Dependendo do comprimento e espessura, a barba pode comprometer significativamente a precisão dos exames porque a superfície da pele fica obscurecida. Consequentemente, a comparação entre exames, que é uma avaliação quantitativa e de alta sensibilidade, será pouco confiável. Portanto, a existência de pelos faciais muito mínimos ou, idealmente, ausentes é fortemente recomendada antes da obtenção dos exames faciais 3D. O cabelo do sujeito também deve ser afastado do rosto, permitindo uma visão clara do rosto, testa e orelhas.

Além disso, pacientes com padrões respiratórios orais ou incompetência labial devido a discrepâncias esqueléticas subjacentes tendem a posturar com os lábios abertos. Isso pode se tornar um problema durante a comparação de varreduras seriadas, especialmente quando a posição dos lábios não é consistente. A posição dos lábios deve ser reprodutível quando dois ou mais exames feitos em diferentes momentos de tempo serão incluídos em avaliações volumétricas comparativas. Por fim, expressões faciais também devem ser evitadas durante a aquisição dos exames por razões de consistência e reprodutibilidade. Recomenda-se que todas as imagens sejam tiradas com o paciente mantendo uma expressão facial neutra, com os lábios fechados, se possível, e mantendo os dentes em contato em suas relações habituais de mordida. Essa posição é considerada a mais fácil de replicar ao longo do tempo.

Além disso, também é importante instruir os sujeitos adequadamente, para que saibam exatamente o que precisam fazer e o que o processo de captura das imagens inclui. Pelo mesmo motivo, o pessoal envolvido na aquisição das imagens deve ser treinado e calibrado entre si, quando mais de uma pessoa está envolvida. Isso pode melhorar significativamente a qualidade dos exames e, consequentemente, a precisão das avaliações quantitativas.

Em resumo, esse protocolo fornece um guia prático para futuras avaliações clínicas e estudos de pesquisa que buscam analisar o impacto de diferentes tipos de intervenções terapêuticas na estética facial, bem como a progressão dos processos de cicatrização no caso das avaliações longitudinais. Esse tipo de avaliação pode ser muito informativo em diversas áreas da odontologia, especialmente nas áreas de protôntica fixa e removível, ortodontia e cirurgiaortognatica 28,29,30,31,32,33,34. Estudos de pesquisa focados na resposta de tecidos moles a intervenções dentárias e/ou esqueléticas forneceriam informações valiosas sobre o efeito dessas diversas modalidades de tratamento no contorno dos tecidos moles faciais, que é um componente essencial do resultado geral do tratamento. Além disso, avaliações longitudinais das alterações nos tecidos moles relacionadas ao envelhecimento podem ser igualmente informativas sobre o efeito de longo prazo que diferentes tipos de tratamento podem ter no perfil dos tecidos moles. Essas informações podem ser usadas no futuro como parte de abordagens personalizadas de simulação de resultados de tratamento, que podem ser essenciais no planejamento do tratamento e das consultas com o paciente.

Divulgações

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Os autores não têm conflitos de interesse a revelar.

Agradecimentos

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Essa pesquisa foi apoiada pelo Programa de Pesquisa Intramuros do Instituto Nacional de Pesquisa Odontológica e Craniofacial (NIDCR) dos Institutos Nacionais de Saúde (NIH).

Materiais

Lista de materiais utilizados neste artigo
NomeEmpresaNúmero de catálogoComentários
Câmera Vectra H1Canfield ScientificN/ASistema de imagem 3D portátil
Software VectraCanfield ScientificN/ASoftware de análise de imagens

Referências

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