NUOVE TECNOLOGIE DI IMAGING RADIOLOGICA IN ORTOGNATODONZIA

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1 NUOVE TECNOLOGIE DI IMAGING RADIOLOGICA IN ORTOGNATODONZIA SIDO _ Società Italiana di Ortodonzia G. Farronato, P. Cannalire, G. Martinelli, M. Moffa, I. Tubertini Indice 1. INTRODUZIONE 2. INDAGINI RADIOGRAFICHE TRADIZIONALI 3. INDAGINI RADIOGRAFICHE TRIDIMENSIONALI 4. DALLA CEFALOMETRIA 2D ALLA 3D 5. ANALISI CEFALOMETRICA TRAMITE CBCT 6. RISONANZA MAGNETICA NUCLEARE E CEFALOMETRIA 7. ULTERIORI APPLICAZIONI DELLA CBCT 8. CONCLUSIONI 9. BIBLIOGRAFIA 1.INTRODUZIONE La diagnosi ortodontica ha come obiettivo l identificazione delle alterazioni scheletriche e funzionali del complesso maxillo-facciale. Essa, congiuntamente alla pianificazione del trattamento, si basa sull analisi combinata dei modelli delle arcate dentarie del paziente, delle fotografie intra- ed extra-orali e della serie di immagini radiografiche tradizionali rappresentate da: ortopantomografia, teleradiografia del cranio in proiezione latero-laterale, postero-anteriore e assiale. L analisi cefalometrica, fondamentale nella diagnosi delle disgnazie e nella pianificazione del trattamento ortodontico, viene eseguita con l impiego di tali radiografie. Questo tipo di immagini presenta tuttavia una grande limitazione legata alla rappresentazione bidimensionale di strutture sviluppate nei tre piani dello spazio. Le dismorfosi dentofacciali si sviluppano tridimensionalmente e ogni alterazione su ciascun piano si

2 ripercuote inevitabilmente anche sugli altri due: analizzare le tre dimensioni separatamente è insufficiente per poter eseguire una diagnosi corretta. La recente introduzione della Cone-Beam Computed Tomography (CBCT) e la diffusione di numerosi software adibiti alla rielaborazione delle immagini hanno reso possibile la diffusione e l applicazione di questa nuova tecnologia tridimensionale in diversi campi dell odontoiatria, inclusa l ortodonzia. Grazie all impiego della CBCT la morfologia nelle tre dimensioni dello spazio delle strutture scheletriche craniali può essere analizzata in maniera precisa e ripetibile. Inoltre, la dose radiogena a cui sono esposti i pazienti durante questa singola acquisizione volumetrica è simile a quella che subiscono eseguendo tutta la serie di radiografie tradizionali, ma è venti volte inferiore a quella di una TC classica multislice 1. Negli ultimi anni sono stati condotti studi sull applicazione della risonanza magnetica nucleare (RMN). Essa è comunemente utilizzata in odontoiatria per lo studio dell articolazione temporo-mandibolare ed è l esame di elezione nei casi in cui è necessaria una valutazione accurata dei tessuti molli articolari, oppure nei casi in cui non è possibile eseguire esami che implichino l uso di radiazioni ionizzanti, in quanto la RMN presenta enormi vantaggi in termini di esposizione radiogena. Recentemente, l introduzione della tecnologia 3Tesla, per l acquisizione delle immagini tramite risonanza magnetica, ha permesso di allargare il campo di applicazione di questa metodica grazie alla sua sofisticatezza, specialmente nella regione oro-facciale. Il più grande vantaggio della risonanza magnetica ad alto campo è la potenza del segnale associato ad una bassissima quota di rumore, che consente di ottenere immagini contraddistinte da un altissima precisione anatomica 2. 2.INDAGINI RADIOGRAFICHE TRADIZIONALI Le indagini diagnostiche tradizionalmente utilizzate in ortodonzia sono state per anni basate sulle radiografie del cranio in varie proiezioni (teleradiografie) e l ortopantomografia.

3 Teleradiografie Il termine teleradiografia indica una tecnica di ripresa radiografica in cui la distanza focus-lastra è aumentata, al fine di diminuire la distorsione dell immagine dovuta alla divergenza del fascio di raggi. Le proiezioni utilizzate sono generalmente la laterolaterale, la postero-anteriore e l assiale. Un problema che scaturisce da queste indagini è la proiezione su un unico piano di strutture a volte doppie e poste su piani differenti con conseguente ingrandimento e sdoppiamento delle immagini. Ortopantomografia si tratta di una scansione progressiva con sottile pennello collimato di raggi che scorre lungo un percorso circolare e visualizza in successione le strutture dell osso mascellare e mandibolare. Due sono i principali limiti dell ortopantomografia, la distorsione in quanto si tratta di una rappresentazione piana di strutture disposte in un volume ellittico, e le ombre di trasporto, cioè strutture poste al di fuori del piano focale e che appaiono sfuocate disturbando l immagine 3. 3.INDAGINI RADIOGRAFICHE TRIDIMENSIONALI Negli ultimi anni, l innovazione tecnologica ha apportato numerosi sviluppi nel campo delle indagini cranio-facciali, soprattutto a proposito della visualizzazione 3D virtuale di tale distretto anatomico. Ciò è scaturito soprattutto dall esigenza di superare i limiti imposti dalle tecniche radiografiche tradizionali (a proposito della loro applicazione all analisi cefalometrica) così sono stati introdotti nella radiodiagnostica ortognatodontica la Tomografia Computerizzata (TC) e successivamente la Tomografia Computerizzata Cone-Beam (CBCT). Inoltre, sono in corso studi per l introduzione della Risonanza Magnetica Nucleare (RMN) come tecnica valida per l affiancamento alla cefalometria tridimensionale e priva di irradiazione.

4 TC tradizionale (fan-beam) Introdotta nel 1972 da G. Hounsfield, si basa principalmente sulla possibilità di ricostruire un immagine tridimensionale combinando un infinito numero di immagini bidimensionali. Inizialmente questa tecnica permetteva di ottenere unicamente immagini sul piano di scansione (in genere quello assiale). Una grande innovazione è stata introdotta negli anni 80, quando sono stati introdotti software capaci di ricostruire le immagini anche su altri piani. Negli anni 90 compare la TC spirale: la rotazione continua del tubo radiogeno e il continuo avanzamento del lettino permisero l acquisizione di un immagine volumetrica continua e una migliore risoluzione spaziale. Un passo ulteriore si è registrato con le apparecchiature multistrato che permettono la riduzione dei tempi d esame 4. Tomografia Computerizzata Cone-Beam (CBCT) È stata introdotta negli anni 90 ed è basata sull utilizzo di un tomografo a raggio conico. Oltre all aspetto, ciò che differenzia queste apparecchiature è la diversa modalità di acquisizione delle immagini: l intero volume non viene più ricostruito da una scansione successiva, utilizzando un fascio collimato, ma da un unica pendolazione a 360 gradi di un raggio conico. La scansione può durare dai 10 ai 40 secondi e permette di visualizzare un volume cilindrico di diverse dimensioni (variabili da 4 a 24 cm in altezza e da 4 a 17 cm per il diametro). Appropriati algoritmi informatici consentono di ricostruire un immagine tridimensionale (è possibile comunque ottenere anche elaborati di immagini bidimensionali orientate nei tre piani ortogonali, similpanoramici e radiali) 5. Questa metodica offre numerosi vantaggi rispetto alla TC tradizionale: Possibilità di posizionamento verticale del paziente con conseguente aspetto naturale dei tessuti molli della faccia;

5 Possibilità di orientamento del volume acquisito secondo i piani anatomici di interesse indipendentemente da come il capo del paziente fosse stato posizionato al momento dell esame; Riduzione degli artifici radiologici a livello occlusale; Ridotta dose radiante (simile a quella subita eseguendo tutta la serie di radiografie tradizionali, ma 20 volte inferiore a quella di una TC tradizionale); Apparecchiatura più piccola e maneggevole; Qualità dell immagine, in termini di risoluzione, più elevata 3. Figura 1 Confronto tra i dosaggi di radiazione ambientale, panoramica, CBCT Risonanza Magnetica Nucleare (RMN) Dal 1984 l imaging a risonanza magnetica dell articolazione temporo-mandibolare è una metodica in progressivo miglioramento 6,7.Ad oggi, è considerata il gold standard per la valutazione radiografica della maggior parte delle manifestazioni patologiche dell ATM e nella valutazione delle disfunzioni intracapsulari e muscolari. L esame RM permette, rispetto all artrografia, la visualizzazione e identificazione di anomalie a carico dei tessuti molli, dei tessuti duri e delle strutture periarticolari. Gli scanner utilizzati si distinguono in base all intensità del campo magnetico che va da 0,5 a 3 Tesla (T) 8. Soprattutto i magneti ad alto campo (3T), ormai divenuti di uso radiologico corrente, presentano il vantaggio di migliorare il rapporto segnale/rumore ottenendo immagini a migliore risoluzione e qualità tecnica 3. Il protocollo per la

6 valutazione dell articolazione temporo-mandibolare in risonanza magnetica prevede le acquisizioni standard dei piani sagittali obliquo e coronale obliquo, perpendicolari e parallele all asse lungo della testa del condilo, a bocca chiusa e aperta e in condizioni statiche e dinamiche. Vengono utilizzate bobine dedicate per lo studio dell ATM di destra e di sinistra e l acquisizione contemporanea delle immagini è di grande vantaggio perché riduce i tempi di acquisizione 9,10. Inoltre è noto che la presenza di anomalie bilaterali sia visibile in più del 60% dei pazienti che presenta dolore e disfunzione articolare come sintomi iniziali. Le immagini sagittali, ottenute a bocca chiusa e aperta, servono a determinare la posizione del disco. Il protocollo diagnostico si avvale anche della tecnica Risonanza Magnetica dinamica che prevede l acquisizione dell immagine durante il movimento fisiologico di apertura e chiusura della bocca, al fine di visualizzare la completa roto-traslazione condilo meniscale. Ciò permette di acquisire informazioni sull ampiezza del movimento, comprendere le condizioni condilari quando sottoposte a stimolo ripetuto, la dislocazione discale o la relazione condilo-meniscale in maniera naturale (posizione dinamica del disco) 11,12. Lo studio dinamico viene effettuato con tecnica fast imaging steady state procession (FISSP) su singolo piano sagittale localizzato sul centro della tesa del condilo. Ai soggetti viene chiesto di effettuare un movimento volontario e continuo di apertura buccale massimale seguito da chiusura buccale completa. Sulla base di studi che mettono a confronto le caratteristiche rilevate e la risonanza magnetica con i dati chirurgici e autoptici, è possibile affermare che l accuratezza diagnostica, valutando le immagini coronali e sagittali, raggiunge il 90-95% 13. L imaging RMN ha un ruolo anche dopo il trattamento. Inizialmente lo scopo della terapia è quello di eliminare la sintomatologia dolorosa e in secondo luogo ripristinare la normale fisiologia in apertura e chiusura della bocca e prevenire la progressione. Inoltre essa si presenta necessaria nel caso in cui la sintomatologia algica persista nonostante i trattamenti. Anche dopo la terapia chirurgica la RM risulta l immagine migliore per valutare l assetto anatomico articolare, le aderenze

7 intrarticolari o periarticolari che seguono a discectomia e in casi di ispessimento fibrosi capsulari laterali. Le anchilosi invece, richiedono una valutazione in tomografia computerizzata poiché necessitano della valutazione delle porzioni ossee a ricordare la complementarietà degli esami RM e TC. L esperienza della Scuola di Specializzazione in Ortognatodonzia dell Università degli Studi di Milano ha portato ad analizzare con la RM non solo il distretto articolare ma anche il massiccio facciale, ciò ha messo in evidenza problematiche legate a disfunzioni muscolari o ossee come le atrofie della muscolatura masticatoria e l iperplasia coronoidea. La risonanza magnetica è una tecnica che consente di produrre immagini del corpo umano senza esporre il paziente a radiazioni ionizzanti. Essa è comunemente utilizzata per lo studio dell articolazione temporo-mandibolare ed è l esame di elezione nei casi in cui è necessaria una valutazione accurata dei tessuti molli articolari, oppure nei casi in cui non è possibile eseguire un esame che implichi l uso di radiazioni ionizzanti. I principali limiti della risonanza magnetica sono i costi e la difficile diffusione dei macchinari, tuttavia il maggior vantaggio nel suo utilizzo è la suddetta caratteristica di assenza di radiazioni ionizzanti, particolarità che risulta significativa in discipline come l ortodonzia in cui la maggior parte dei pazienti è in età di crescita. Grazie alla diffusione di scanner che utilizzano magneti ad alto campo e all impiego di software 3D sempre più sofisticati, la qualità delle immagini rende la RMN affidabile anche per lo studio delle strutture scheletriche. In confronto alla CBCT, la rappresentazione delle componenti ossee risulta sicuramente meno chiara ma più ricca di informazioni 3.

8 Figura 2 RMN ad alto campo 4.DALLA CEFALOMETRIA 2D ALLA 3D Verso la metà del 1900 furono pubblicati svariati lavori riguardanti la tecnica di esecuzione in modo standardizzato di indagini radiografiche del cranio con basso coefficiente di ingrandimento e in grado di evidenziare i tessuti molli cutanei. La teleradiografia incominciò ad essere eseguita nella pratica clinica di routine e di conseguenza furono sviluppati su di essa metodi di analisi cefalometrica che hanno rappresentato il cardine dello sviluppo di questo campo fino ai nostri giorni 3. L interpretazione delle misurazioni cefalometriche è resa particolarmente complessa dall entità delle anomalie scheletriche che alterano la posizione di alcuni reperi anatomici, i quali non possono essere utilizzati come riferimenti assoluti per valutare la posizione delle strutture anatomiche del cranio nell analisi cefalometrica. Un esempio rappresentativo è fornito dai punti anatomici che identificano la base cranica: punto S (centro della sella turcica), punto N (nasion). Questi non possono costituire un sistema di riferimento assoluto in quanto presentano ampia variabilità individuale e sono interessati da meccanismi di crescita. Un'altra problematica è l interdipendenza delle misurazioni poiché alcune misure cefalometriche devono essere poste in relazione con altre per poter essere interpretate correttamente. Ad esempio, una post-rotazione della mandibola, associata ad una crescita in eccesso del corpo della stessa, può mascherare l alterazione sul piano sagittale in senso posteroanteriore della classificazione del rapporto tra l osso mascellare e la mandibola.

9 Quindi la teleradiografia del cranio comporta delle grandi limitazioni dovute sia ad errori di proiezione sia alle difficoltà di identificazione dei punti anatomici oggetto di 14.Gli errori di identificazione sono dovuti essenzialmente alla sovrapposizione delle strutture controlaterali (per quanto concerne la proiezione latero-laterale) e alla sovrapposizione di tutte le strutture craniali su di un unico piano (per quanto riguarda la proiezione postero-anteriore) 15. In sintesi, le limitazioni principali della cefalometria tradizionale sono: La distorsione delle immagini in quanto si tratta di immagini proiettive Durante la registrazione del radiogramma l oggetto subisce un ingrandimento che dipende dalla distanza tra il fuoco, l oggetto e la pellicola. In più l ingrandimento non è sempre costante, infatti nelle radiografie latero-laterali le strutture più vicine alla sorgente radiogena risultano di maggiori dimensioni rispetto alla pari struttura vicina alla lastra. Una seconda problematica è data dal fatto che i fasci di raggi non sono paralleli tra loro ma si proiettano a ventaglio dando luogo ad una distorsione delle strutture anatomiche, eccezion fatta per quelle poste lungo il raggio centrale, interessando sia le misurazioni angolari sia quelle lineari. Gli errori nel metodo di misurazione L introduzione dei sistemi cefalometrici computerizzati ha reso la raccolta dei dati più veloce e meno complicata, fornendo meccanismi per il controllo degli errori che sono determinati dagli strumenti manuali tradizionali. È stato dimostrato che l ampiezza dell errore di misura dipende, oltre che dalla strumentazione utilizzata, dalla prontezza e dall allenamento dell operatore e dalle sue condizioni di lavoro 3. Gli errori nell identificazione dei punti cefalometrici Essi sono dovuti alla qualità dell immagine radiografica (nitidezza, contrasto e rumore), alla precisione della definizione dei punti e riproducibilità della localizzazione degli stessi e alle sovrapposizioni tra strutture omologhe. A causa di quest ultima inconvenienza, le strutture anatomiche poste lungo un determinato

10 raggio tra la fonte radiogena e la lastra, vengono visualizzate nella stessa area sul radiogramma, rendendo così tediosa la loro individuazione non ottenendo informazioni circa la terza dimensione. L incapacità di visualizzare e analizzare il complesso cranio-facciale nelle tre dimensioni contemporaneamente. Per ovviare a ciò, è buona norma correlare la teleradiografia latero-laterale con quella postero-anteriore per una visione più completa del complesso cranio-facciale. Le radiografie proiettive forniscono una rappresentazione bidimensionale di strutture tridimensionali del cranio potendo offrire per ogni proiezione soltanto la valutazione di due dimensioni. Le nuove tecnologie tridimensionali e la sempre più elevata capacità di calcolo dei computer ha portato l operatore a una semplificazione e a una standardizzazione delle procedure diagnostiche e cliniche. Al contrario di quelle effettuate su radiografie proiettive, le misurazioni lineari e angolari rilevate sul 3D diventano reali. Inoltre l analisi dei volumi porta a valutare le sproporzioni con mezzi più rappresentativi rispetto alle tradizionali lunghezze lineari valutate nella cefalometria proiettiva. Tutto ciò porta ad una riduzione dei tempi, dei costi e degli errori umani. Ogni repere cefalometrico non deve più essere indicato come un entità bidimensionale, ma come un insieme di valori nello spazio. Ulteriore punto di forza è il reale concetto di simmetria delle ossa facciali, ossia la possibilità di valutare in maniera precisa e puntuale la posizione e la morfologia di intere ossa nello spazio, rispetto a un asse di simmetria virtuale e individuale per ogni paziente. Infine è possibile calcolare il volume delle ossa, dei tessuti molli e degli spazi aerei 1.

11 Figura 3 Confronto tra proiezione bidimensionale e imaging tridimensionale 5.ANALISI CEFALOMETRICA TRAMITE CBCT Nonostante i tracciati cefalometrici rivestano un importanza fondamentale, la presenza dei sopracitati limiti ha suscitato alcuni quesiti riguardo alla validità di tale metodica. L applicazione delle tecnologie digitali fornisce un nuovo impulso alle tecniche cefalometriche, grazie alla diminuzione della dose radiogena e alla migliore qualità delle immagini, portando inoltre ad una più semplice identificazione dei reperi e ad un aumento dell accuratezza d analisi. L introduzione della CBCT a basso dosaggio, in ambito ortognatodontico, ha permesso di raggiungere tali obiettivi, permettendo di effettuare una fedele e precisa analisi cefalometrica tridimensionale. Essa offre l opportunità di generare rendering volumetrici sui quali effettuare misurazioni effettive e reali, sottoponendo i pazienti a esami meno invasivi e costosi rispetto ad una TC tradizionale, oltre ad integrare una valutazione puramente geometrica (angoli e misure lineari proiettive) con la ricostruzione volumetrica. Un ulteriore vantaggio è rappresentato dalla possibilità di effettuare valutazioni su grandezze reali e non prospettiche. Il confronto tra le misurazioni bidimensionali e tridimensionali (su TC cone-beam) dimostra una sovrapponibilità delle misurazioni

12 effettuate per alcune delle variabili considerate e una differenza sostanziale per altre. In particolare, la sovrapponibilità si manifesta nelle misurazioni relative a punti sagittali o paralleli al piano sagittale, mentre la discrepanza emerge nelle misurazioni di angoli o segmenti non paralleli al suddetto piano. La spiegazione del fenomeno è puramente geometrica, dal momento che si ha un alterazione dovuta alla proiezione di un segmento inclinato su una superficie bidimensionale, come avviene nelle teleradiografie tradizionali del cranio. Quindi, le lunghezze bidimensionali, rappresentando delle proiezioni sul piano sagittale mediano risultano sempre inferiori a quelle ricavate nelle tre dimensioni. Un protocollo cefalometrico tridimensionale risulta preciso ed affidabile almeno quanto quelli utilizzati su radiografie bidimensionali, ma con ulteriori vantaggi. I benefici sono in termini di tempo e di precisione poiché la localizzazione dei reperi, nel sistema tridimensionale, consente di gestire un volume di informazioni infinitamente superiore per ogni punto acquisito. Per questo motivo, è possibile diminuire il numero di punti cefalometrici senza alcuna perdita di informazioni. Ogni repere non deve essere più indicato come entità bidimensionale, bensì come un insieme di valori nello spazio al di fuori dei quali il programma deve avvisare il clinico. Dunque, la TC cone-beam è il metodo di elezione per la visualizzazione della regione oro-maxillo-facciale, necessità per una corretta diagnosi e pianificazione del trattamento in ortognatodonzia e in chirurgia maxillo-facciale. Analisi cefalometrica tridimensionale della Scuola di Specializzazione in Ortognatodonzia dell Università degli Studi di Milano L analisi cefalometrica tridimensionale su CBCT attualmente utilizzata presso la Scuola di Specializzazione in Ortognatodonzia dell Università degli Studi di Milano è stata ricavata dall analisi cefalometrica di E. Giannì prendendo in considerazione le misurazioni ritenute più significative nelle proiezioni del cranio latero-laterali, postero-anteriore e assiale. Essa prevede l identificazione di 18 punti cefalometrici, a differenza dei protocolli bidimensionali, che prevedono un numero di punti di gran

13 lunga superiore, come ad esempio i 116 punti totali della cefalometria secondo E. Giannì 16.Mediante questi punti è possibile ricavare 36 misurazioni di tipo lineare ed angolare che forniscono informazioni relative alla dimensione e alla posizione delle strutture craniche di interesse ortognatodontico nei tre piano dello spazio. Dei software dedicati, mediante i quali la cefalometria viene eseguita, consentono la visualizzazione e la rielaborazione Figura 4 Cefalometria 3D di secondo files in la formato DICOM ottenuti dalle scansioni cone-beam. I punti Scuola di Milano di repere vengono dapprima identificati nelle tre dimensioni e poi visualizzati ed eventualmente riposizionati sul rendering volumetrico. Le misurazioni, lineari ed angolari, impostate dagli Autori sull apposito programma vengono automaticamente calcolate dal computer che fornisce datasets di visualizzazione in formato di tabella. I valori normali rappresentano i parametri attualmente considerati di riferimento necessari a determinare e quantificare la sede e l entità delle anomalie. Tali valori sono stati ricavati effettuando l analisi cefalometrica tridimensionale su un campione di soggetti definiti normali. Lo studio è stato effettuato presso la Scuola di Specializzazione in Ortognatodonzia dell Università degli Studi di Milano su un campione di 70 soggetti in prima classe scheletrica, normodivergenti, a partire da un archivio di circa 600 TC cone-beam. Il gruppo di pazienti in prima classe scheletrica normoverti-bite è stato inizialmente selezionato in base alla cefalometria tradizionale della Scuola di Milano e successivamente è stata eseguita la cefalometria tridimensionale con lo scopo di identificare i range di valori, per ciascuna misurazione, attribuibili ad un campione di pazienti cosiddetto normale. Per l esecuzione de tracciato è necessario definire un sistema di riferimento non influenzato dalle variazioni di posizione dei punti cranici dovute alla crescita e alle modificazioni indotte, per esempio, da un trattamento. La migliore soluzione in termini di semplicità e precisione è rappresentata dalla scelta di un sistema di

14 riferimento che prevede la definizione di 3 piani: sagittale mediano, coronale e assiale. I piani sono stati creati partendo dai punti sella (S), nasion (N), e basion (Ba). Innanzitutto viene identificato il piano sagittale mediano passante per i 3 punti S-N- Ba. A questo punto viene fissato il piano orizzontale (piano assiale), passante per il punto S e il punto N e perpendicolare al piano sagittale mediano. Infine, il piano frontale (piano coronale, passante per il punto S e perpendicolare agli altri due piani. In questo modo il punto S, intersezione dei tre piani, sarà il centro del sistema di riferimento (punto 0, 0, 0). Posto il sistema di riferimento i reperi cefalometrici possono essere individuati 3. 6.RISONANZA MAGNETICA NUCLEARE E CEFALOMETRIA L introduzione della tecnologia 3 Tesla per l acquisizione delle immagini mediante risonanza magnetica nucleare ha permesso di allargare il campo di applicazione di questa metodica, specialmente nella regione oro-facciale. La Scuola di Milano ha effettuato uno studio preliminare con lo scopo di determinare l accuratezza diagnostica della risonanza magnetica nella valutazione cefalometrica tridimensionale e di determinare la riproducibilità e l accuratezza del protocollo cefalometrico ivi utilizzato applicato alla risonanza magnetica, ponendo come riferimento la CBCT. È stato selezionato un campione di 9 soggetti affetti da disturbi dell articolazione temporo-mandiboloare e quindi candidati all esecuzione della RMN e della CBCT. Sono quindi stati eseguiti i tracciati secondo il protocollo cefalometrico della Scuola di Milano da due diversi operatori, sia su CBCT che su RMN, due volte per ciascun paziente (allo scopo di validare la tecnica di misurazione intra- e inter-operatore). L analisi statistica dei dati ottenuti ha riportato che non vi erano differenze statisticamente significative tra le misure ottenute tra i tracciati.

15 Lo scopo di questo studio era determinare la validità della risonanza magnetica nucleare come supporto per l analisi tridimensionale delle strutture ossee. Si può concludere che la risonanza può essere considerata uno strumento valido ai fini dell analisi cefalometrica dei pazienti ortodontici ed inoltre si tratta di una procedura affidabile e ripetibile (test di Student non rileva differenze statisticamente significative). Figura 5 Confronto tra tracciato cefalometrico in CBCT e RMN 7.ULTERIORI APPLICAZIONI DELLA CBCT Trattamento combinato ortodontico-chirurgico Le tecnologie di imaging 3D hanno rivoluzionato la pianificazione degli interventi combinato ortodontici-chirugici. L uso del computer insieme a software dedicati ha permesso di realizzare procedure veloci, precise e standardizzabili di pianificazioni dei trattamenti. La pianificazione virtuale richiede: Una TC cone-beam; Un impronta eseguita con materiali di precisione; Una cera di masticazione; Una scansione digitale del modello; Un interfacci digitale tra il modello e la TC cone-beam.

16 Avvalendosi della pianificazione virtuale è possibile visualizzare gli obiettivi sia del trattamento chirurgico sia di quello ortodontico e di ottenere modelli digitali. L impronta di precisione viene eseguita con polyvinyl silossano, materiale che garantisce un ottima definizione dei dettagli consentendo la colatura dei due modelli in gesso. I due modelli così realizzati sono necessari per ottenere la ricostruzione completa delle arcate e, mediante la tecnica di segmentazione alternata, la definizione precisa e dei singoli elementi dentali. Ogni elemento dentario viene infatti scannerizzato singolarmente garantendo una precisa riproduzione anche dei punti di contatto interdentali. Per la scansione viene utilizzato uno scanner a luce strutturata che cattura le immagini 3D e le processa grazie a un software che rielabora una nuvola di punti da cui vengono generate le immagini 3D. Una nuvola di punti è un insieme di vertici in un sistema tridimensionale di coordinate x, y, z destinati a essere rappresentativi della superficie esterna di un oggetto. Il modello digitale creato può essere interfacciato con la TC cone-beam fornendo immagini ad altissima definizione sia delle strutture scheletriche sia di quelle dentali. Le immagini degli elementi dentali ottenuti con la sola CBCT non sono infatti in grado di fornire i dettagli necessari a produrre un modello adeguato agli usi ortodontici. Per poter sovrapporre precisamente la scansione del modello alle immagini ottenute con la cone-beam, è stata realizzata una specifica cera di masticazione costituita da un morso in cera. La cera utilizzata è di tipo extra duro fissata ad un arco di supporto su cui sono applicate tre sfere di un materiale radiopaco a base di calcio. La cera viene rilevata in massima intercuspidazione e viene poi indossata dal paziente durante l esecuzione della TC cone-beam. In questo modo le sfere di riferimento vengono visualizzate nelle immagini TC. E importante sottolineare che lo spessore della cera non influenza in alcun modo la precisione della CBCT. I software per la rielaborazione delle immagini sono in grado di riconoscere la presenza e la posizione delle sfere nella scansione TC e di combinarle con le aree corrispondenti presenti nelle immagini ottenute con la scansione del modello. Questo

17 metodo garantisce di ottenere una sovrapposizione tra le due scansioni con un errore minore di 0,1 mm. Una volta raccolti tutti i dati necessari è possibile, grazie ai software dedicati, eseguire diversi tipi di programmazione dell intervento ortodontico-chirurgico. Successivamente all avvenuta correzione chirurgica della posizione delle basi scheletriche, è possibile creare un modello tridimensionale digitale della posizione degli elementi dentari in base al risultato desiderato alla fine del trattamento. Le strutture scheletriche (insieme alle arcate dentarie secondo l allineamento del modello finale) vengono riportate nella situazione iniziale prima della simulazione chirurgica e in questo modo è possibile ottenere un modello che rappresenta gli obiettivi del trattamento ortodontico pre-chirurgico. Su questo modello, infine, è possibile realizzare, con l aiuto della tecnologia CAD/CAM, un riferimento da utilizzare progressivamente come guida nel corso di trattamento ortodontico pre-chirurgico. La simulazione virtuale della chirurgia ha quindi due obiettivi: primo, quello di verificare che gli spostamenti programmati siano effettivamente realizzabili; secondo, ottenere una posizione delle arcate che sia in accordo con gli spostamenti chirurgici in modo da poter costruire uno splint che verrà utilizzato durante l intervento chirurgico. Attualmente, sono in fase di studio scanner intra-orali che migliorerebbero ulteriormente le procedure, infatti la scansione diretta intra-orale delle arcate consentirebbe di ottenere un modello digitale 3D senza bisogno di rilevare le impronte di precisione e riducendo i tempi di realizzazione e soprattutto gli errori intrinseci alle procedure manuali. Nonostante l uso di questi software possa essere complesso, queste nuove tecnologie offrono grande vantaggio di effettuare trattamenti complessi ortodontici e chirurgici garantendo elevati standard di precisione e alta qualità dei risultati. Produzione di apparecchiature multi-bracket personalizzate

18 Con la programmazione virtuale dei trattamenti ortodontico-chirurgico è possibile innanzitutto disporre le basi ossee nella corretta posizione e, successivamente, grazie ai software dedicati alla simulazione degli spostamenti dentari è possibile muovere ciascun elemento dentario singolarmente. Il clinico può così ottenere la visualizzazione completa tridimensionale delle posizioni degli elementi all interno della base ossea alveolare e simulare movimenti di tip, torque e di rotazione realizzando un vero e proprio trattamento ortodontico virtuale. Per rendere la visualizzazione degli spostamenti dentali desiderati immediata, è di grande aiuto la sovrapposizione delle immagini del pre- e post-trattamento in diverse colorazioni. Si crea così un modello digitale completo di tutti i dettagli utili al raggiungimento di un occlusione funzionale adeguata. La realizzazione di apparecchiature multi-bracket personalizzate è resa possibile grazie alla tecnologia CAD/CAM, che consta di due fasi: una di design (fase CAD) e una di produzione (fase CAM), che si realizzano grazie computer che dialogano con macchine che realizzano il prodotto finale. I macchinari utilizzati nella fase CAM possono lavorare per sottrazione di materiale, fresatura; per aggiunta, stereolitografia; per modellazione di materiali compositi o plastici; per sinterizzazione laser o fusione laser di materiali metallici. La porzione del bracket in cui avviene la personalizzazione è la base, che viene designata e personalizzata grazie ai software utilizzati nella fase CAD. nella determinazione del design dei bracket è possibile distinguere tra personalizzazione parziale e completa. La prima comporta la definizione della dimensione e della forma di ciascun attacco in relazione alla superficie dell elemento dentario interessato ma le caratteristiche e le informazioni contenute nella porzione superiore dei bracket gemellari non vengono programmate. La personalizzazione completa implica modificazioni addizionali dell angolazione tra la base e la parte gemellare dell attacco portando alla creazione di attacchi ideali realizzati nel rispetto dei parametri spaziali di ciascun elemento in relazione alle caratteristiche specifiche di ciascuna malocclusione. Una volte terminata la fase di design gli attacchi sono pronti per essere realizzati con i macchinari di precisione specifici della fase CAM. Il progresso tecnologico della

19 metodica CAD/CAM appena descritta si avvale del digitale e della produzione computerizzata automatizzata. I vantaggi principali circa l uso di questa metodica sono il miglior controllo del processo di produzione con una significativa riduzione dell errore operatore-dipendente e la possibilità di utilizzare materiali sofisticati come il titanio grado 5, altrimenti non utilizzabili con le metodiche di produzione tradizionali 1. 8.CONCLUSIONI La recente introduzione della Cone-Beam Computered Tomography (CBCT) e la diffusione di software utilizzati per la rielaborazione delle immagini radiografiche hanno permesso l applicazione di questa nuova tecnologia in diversi campi dell odontoiatria, tra cui l ortodonzia. La diagnosi in quest ultima disciplina ha come obiettivo l identificazione di alterazioni scheletriche e funzionali del complesso maxillo-facciale. Nell insieme della valutazione diagnostica gnato-ortopedica e ortodontica la cefalometria ha acquisito oggi un importanza scientifica e pratica tale da essere considerata un mezzo di complemento di indagine indispensabile soprattutto per l obiettivazione dell aspetto dinamico dell accrescimento del paziente. Infatti il problema gnato-ortopedico acquisisce valore solamente se considerato nel contesto del periodo di crescita scheletrica. Nella pratica routinaria vengono utilizzate a questo fine le immagini radiografiche tradizionali rappresentate da: ortopantomografia, teleradiografia del cranio in proiezione latero-laterale, posteroanteriore e assiale. Date le limitazioni legate alla rappresentazione bidimensionale di strutture e dismorfosi sviluppate nelle tre dimensioni dello spazio è nata la necessità di un immagine che rendesse possibile la visualizzazione tridimensionale. La CBCT, oltre ad offrire la possibilità di eseguire tracciati cefalometrici in maniera più semplice, precisa, affidabile e veloce consente anche il suo utilizzo come strumento di rendering volumetrico, utile in caso di trattamento combinato ortodontico-chirurgico. In questo contesto, avvalendosi della pianificazione virtuale è possibile visualizzare gli obiettivi del trattamento chirurgico, di quello ortodontico e

20 di realizzare modelli digitali. Questi ultimi sono necessari per ottenere la ricostruzione completa delle arcate. Con la programmazione virtuale dei trattamenti ortodontico-chirurgico è possibile in primis disporre le basi ossee nella corretta posizione e in seguito muovere ciascun elemento dentario singolarmente. La tecnologia CAD/CAM permette la realizzazione di apparecchiature multi-bracket personalizzate. Infine, negli ultimi anni sono stati condotti studi sulla risonanza magnetica nucleare, comunemente utilizzata per lo studio dell articolazione temporo-mandibolare e dei tessuti molli peri-articolari. La tecnologia 3Tesla ha permesso di allargare il suo campo di applicazione alla regione oro-facciale nella sua interezza. Dai risultati dello studio riportato si evince che tale metodologia tridimensionale può essere considerata uno strumento di supplemento valido ai fini dell analisi cefalometrica condotta con CBCT. 9.BIBLIOGRAFIA 1. G. Farronato, F.Bellincioni, M.Moffa, C. Maspero, S. Salvadori, P. Pereira, L. Esposito. CBCT in Orthodontics 2012 CAD/CAM 2: G. Farronato Cefalometria. 3D su risonanza magnetica 3. G. Farronato. Ortognatodonzia 2013 Milano: edi-ermes 4. G. R. Swennen, F. Schutyser. Three-dimensional cephalometry: spiral multislice vs cone-beam computed tomography 2006 Am J Orthod 130(3): C. H. Kau, S. Richmond, J. M. Palomo, M. G. Hans. Three-dimensional cone beam computed tomography in orthodontics 2005 J Orthod 32(4): R. W. Katzenberg, R.W. Basette, R. H. Tallents et al. Normal and abnormal temporomandibular joint: MR imaging with surface coil 1986 Radiology 15: X. Tomas, J. Pomes, J. Berenguer et al. MR imaging of temporomandibular dysfunction: a pictoral review 2006 RadioGraphics 26:

21 8. C. Stehling, V. Vieth, R. Bachmann et al. High-resolution magnetic resonance imaging of the temporomandibular joint: image quality at 1.5 and 3.0 Tesla in volunteers 2007 Invest Radiol 42: C. A. Helms, P. Kaplan. Diagnostic Imaging of the temporomandibular joint: reccomandations for use of the various techniques 1990 AJR Am J Roentgenol 154: P. L. Westesson. Reliability and validity of imaging diagnosis of temporomandibular joint disorder 1993 Adv Dent Res 7(2): Y. Schimazaki, K. Saito, S. Matsukawa. Image quality using dynamic MR imaging of temporomandibular joint with true-fisp sequence 2007 Med Sci 6: D. Eberhard, H. P. Bantleon, W. Streger. Functional magnetic resonance imaging of temporomandibular joint disorders 2000 Eur J Orthod 22: S. Betram, A. Rudisch, K. Innerhofer, E. Pümpel, G. Grubwieser, R. Emshoff. Dignosing TMJ internal derangement and osteoarthritis with magnetic resonance imaging 2001 J Am Dent Assoc 132(6): S. Baumrig, R. C. Frantz. The reliability of head film measurements. 1. Landemark identification 1971 Am J Orthod 60(2): J. Midtgård, G. Björk, S. Linder-Aronson. Reproducibility of cephalometric landmarks and errors of measurements of cephalometric cranial distances 1974 Angle Orthod 44(1): E. Giannì. La nuova ortognatodonzia 1980 Padova:Piccin