O advento dos scanners intraorais (IOS) marcou um ponto de virada significativo na prática odontológica, representando uma transição fundamental das técnicas de impressão convencionais para o domínio digital.
Desde o século XVIII, os métodos tradicionais de impressão têm sido a base para registrar a geometria tridimensional dos tecidos dentais. No entanto, essas técnicas apresentavam desafios como as alterações volumétricas dos materiais de impressão e expansão do gesso dental, que muitas vezes resultavam em imprecisões e exigiam os serviços de laboratórios qualificados para minimizar tais distorções.
A introdução dos scanners intraorais foi concebida como uma solução para superar essas dificuldades. O conceito de impressão digital na odontologia foi pioneiramente apresentado por François Duret em 1985, lançando as bases para uma revolução na forma como os profissionais capturavam e manipulavam informações dentárias. Esta inovação coincidiu com o desenvolvimento mais amplo da tecnologia CAD/CAM (Computer-Aided Design/Computer-Aided Manufacturing) na odontologia, inaugurando uma nova era de possibilidades para os profissionais.
De forma geral, os scanners intraorais são dispositivos compostos por uma câmera manual, um computador e um software dedicado. O objetivo primário é registrar com precisão a geometria tridimensional das estruturas fixas cavidade oral. Ao longo da última década, testemunhamos um aumento significativo no número de dispositivos IOS ópticos disponíveis no mercado, cada um baseado em diferentes tecnologias e princípios de funcionamento.
A evolução dos scanners intraorais trouxe consigo uma série de vantagens para a prática odontológica. Eles facilitaram o planejamento do tratamento, melhoraram a aceitação dos casos pelos pacientes, aprimoraram a comunicação com os laboratórios, reduziram o tempo operatório e as necessidades de armazenamento, além de encurtarem os tempos de tratamento. A transição para o fluxo de trabalho digital também eliminou várias etapas propensas a erros associadas às técnicas de impressão convencionais.
Um aspecto crucial da evolução dos scanners intraorais tem sido o aumento contínuo de sua precisão e velocidade de escaneamento. Estudos recentes (listados no final deste artigo, bem como alguns disponibilizados para download) indicaram que a técnica de impressão digital é mais confortável e rápida do que as técnicas de impressão convencionais.
Podemos afirmar que a impressão de implantes com IOS é uma técnica mais eficiente, com tempos de preparação e retrabalho mais curtos em comparação com as impressões convencionais de implantes, mesmo para profissionais inexperientes.
A adoção de scanners intraorais na prática clínica também coincidiu com uma mudança mais ampla em direção à odontologia digital. Isso inclui a integração com outras tecnologias digitais, como o planejamento de tratamento em implantes auxiliado por computador, a fabricação de restaurações por fresagem ou impressão 3D, e o armazenamento e manipulação digital de registros de pacientes entre várias inovações que caminham a passos largos.
No entanto, é importante notar que a evolução dos scanners intraorais não foi simples. As primeiras gerações de dispositivos muitas vezes exigiam o uso de pó para reduzir a refletividade das superfícies dentárias, o que podia ser desconfortável para os pacientes e adicionar grande complexidade ao procedimento. Além disso, a precisão dos scanners iniciais era frequentemente limitada a pequenas áreas, tornando o escaneamento de arcadas completas um desafio.
À medida que a tecnologia avançou, vimos melhorias significativas nessas áreas. Praticamente todos os scanners atuais não requerem mais o uso de pó, e sua precisão para escaneamentos de arco completo melhorou substancialmente. No entanto, ainda existem variações na precisão e na facilidade de uso entre diferentes sistemas, e a escolha de um scanner específico pode impactar significativamente o uso clínico.
A evolução contínua dos scanners intraorais está levando a dispositivos cada vez menores, mais rápidos e mais precisos. Além disso, há uma tendência crescente em direção a sistemas baseados em software, em vez de hardware, o que pode levar a dispositivos mais ergonômicos e confortáveis para o paciente, além de potencialmente reduzir os custos de fabricação. E por isso vamos falar agora sobre os…
Princípios tecnológicos dos scanners intraorais
Os scanners intraorais (IOS) são dispositivos bastante complexos que utilizam uma variedade de princípios tecnológicos para capturar com precisão as estruturas da cavidade oral. Estes princípios podem ser categorizados em três áreas principais: projeção de luz, captura de imagem e tecnologias de determinação de distância.
Compreender esses princípios é fundamental para apreciar as capacidades e limitações dos diferentes sistemas IOS disponíveis no mercado.
Projeção de Luz
No campo da reconstrução 3D, existe uma distinção clara entre técnicas passivas e ativas. As técnicas passivas utilizam apenas a iluminação ambiente para iluminar os tecidos intraorais e dependem de um certo nível de textura do objeto. Por outro lado, as técnicas ativas, que são mais comumente utilizadas nos scanners intraorais, projetam luz estruturada branca, vermelha ou azul da câmera para o objeto.
As técnicas ativas são menos dependentes da textura e cor reais dos tecidos para a reconstrução. Nessas técnicas, um ponto luminoso é projetado sobre um objeto e a distância até o objeto é calculada por triangulação. Uma alternativa é a projeção de padrões de luz, como projeções de linhas ou malhas. Essas abordagens permitem uma reconstrução mais precisa e confiável da superfície, especialmente em áreas com pouca textura natural.
A natureza da luz projetada pode variar entre os sistemas. Alguns utilizam a projeção de pontos individuais, enquanto outros empregam padrões mais complexos, como linhas ou redes. A escolha do padrão de luz pode afetar a velocidade e precisão do escaneamento, bem como a capacidade do sistema de capturar detalhes finos.
Captura de Imagem
A captura de imagem em scanners intraorais pode ser realizada de várias maneiras. Alguns sistemas utilizam uma série de imagens estáticas, enquanto outros empregam vídeo contínuo que pode capturar várias imagens por segundo em um fluxo de dados contínuo. Alguns sistemas avançados até utilizam análise de onda para reconstruir a superfície.
A qualidade da captura de imagem é crucial para a precisão final do modelo 3D. Fatores como resolução da câmera, velocidade de captura e capacidade de lidar com diferentes condições de iluminação podem afetar significativamente o desempenho do scanner. Além disso, alguns sistemas mais recentes são capazes de capturar não apenas a geometria, mas também a cor e a textura dos tecidos orais, proporcionando informações adicionais valiosas para o diagnóstico e planejamento do tratamento.
Tecnologias de Determinação de Distância
A determinação precisa da distância entre o scanner e o objeto é fundamental para a criação de um modelo 3D preciso. Existem várias tecnologias utilizadas para este fim em scanners intraorais:
Triangulação
Esta técnica baseia-se no princípio de que a posição de um ponto de um triângulo (o objeto) pode ser calculada conhecendo-se as posições e ângulos de dois pontos de vista. Esses dois pontos de vista podem ser produzidos por dois detectores, um único detector usando um prisma, ou capturados em dois pontos diferentes no tempo. A triangulação é uma técnica robusta e amplamente utilizada, mas pode ser afetada por superfícies reflexivas ou translúcidas.
Confocal
A imagem confocal é uma técnica baseada na aquisição de imagens focadas e desfocadas de profundidades selecionadas. Esta tecnologia pode detectar a área de nitidez da imagem para inferir a distância até o objeto, que está correlacionada com a distância focal da lente. Um dente pode então ser reconstruído por imagens sucessivas tiradas em diferentes focos e valores de abertura e de diferentes ângulos ao redor do objeto. A área de nitidez está diretamente relacionada à destreza do operador, que pode gerar desfoque de movimento. Além disso, esta técnica requer óptica grande, o que pode levar a dificuldades na prática clínica.
AWS (Active Wavefront Sampling)
AWS é uma técnica de imagem de superfície que requer uma câmera e um módulo de abertura fora do eixo. O módulo se move em um caminho circular em torno do eixo óptico e produz uma rotação dos pontos de interesse. As informações de distância e profundidade são então derivadas e calculadas a partir do padrão produzido por cada ponto. Esta técnica pode oferecer uma boa profundidade de campo e precisão, mas pode ser mais complexa de implementar
.
Estereofotogrametria
Esta técnica estima todas as coordenadas (x, y e z) apenas através de uma análise algorítmica de imagens. Como esta abordagem depende de projeção de luz passiva e software, em vez de projeção ativa e hardware, a câmera é relativamente pequena, seu manuseio é mais fácil e sua produção é mais barata. No entanto, pode ser menos precisa em certas situações, especialmente com superfícies com menos detalhes.
Cada uma dessas tecnologias tem suas próprias vantagens e limitações, e a escolha de qual usar em um scanner intraoral específico depende de vários fatores, incluindo o uso pretendido, o custo e as considerações de design.
Um dos maiores desafios na geração de um modelo numérico 3D é o matching de pontos de interesse (POI) tomados sob diferentes ângulos. As distâncias entre diferentes imagens podem ser calculadas usando um acelerômetro integrado na câmera. Usando algoritmos, o cálculo de similaridade define POIs coincidentes em diferentes imagens. Esses POIs podem ser encontrados pela detecção de áreas de transição, como curvaturas fortes, limites físicos ou diferenças de intensidade de cinza, etc…
Uma matriz de transformação é então calculada para avaliar a similaridade entre todas as imagens. Pontos extremos também podem ser estatisticamente eliminados para reduzir o ruído. Cada coordenada (x, y e z) é extraída da matriz de projeção, e um arquivo é então gerado.
A compreensão desses princípios tecnológicos é crucial não apenas para os desenvolvedores de scanners intraorais, mas também para os profissionais que os utilizam. Conhecer as bases tecnológicas de um scanner pode ajudar na seleção do dispositivo mais apropriado para uma determinada prática clínica, bem como na otimização de seu uso e na interpretação de seus resultados.
Tipos de scanners intraorais e suas características
Os scanners intraorais (IOS) modernos utilizam uma variedade de tecnologias para capturar a geometria tridimensional da cavidade oral. Cada tipo de scanner tem suas próprias características, vantagens e limitações:
1. Scanners Confocais
A tecnologia confocal é uma das mais amplamente utilizadas em scanners intraorais. Este método baseia-se no princípio da microscopia confocal, onde a luz é focada em um ponto específico na superfície do objeto e apenas a luz refletida desse ponto focal é capturada.
Funcionamento:
O scanner projeta um feixe de luz laser na superfície do dente.
A luz refletida passa por um pequeno orifício (pinhole) que bloqueia a luz fora de foco.
Apenas a luz do ponto focal passa pelo orifício e é capturada pelo sensor.
O scanner varia a distância focal para capturar pontos em diferentes profundidades.
Vantagens:
Alta precisão, especialmente para pequenas áreas.
Boa capacidade de capturar detalhes finos.
Geralmente não requer o uso de pó para superfícies reflexivas.
Desvantagens:
Pode ser mais lento que outros métodos para escaneamentos de arco completo.
Os componentes ópticos podem tornar o dispositivo maior e mais pesado.
Exemplos de scanners confocais incluem o iTero (Align Technology) e o TRIOS (3Shape).
2. Scanners de Triangulação Ativa
A triangulação ativa é outra tecnologia comum em scanners intraorais. Esta técnica utiliza a projeção de um padrão de luz conhecido na superfície do objeto e calcula a distância com base na deformação desse padrão.
Funcionamento:
Um padrão de luz (geralmente uma grade ou linhas) é projetado na superfície do dente.
Uma câmera, posicionada em um ângulo conhecido em relação ao projetor, captura a imagem do padrão deformado.
A distância é calculada com base na deformação do padrão.
Vantagens:
Rápido para escaneamentos de áreas maiores.
Pode ser mais preciso para capturar a forma geral de arcos completos.
Geralmente mais compacto que os sistemas confocais.
Desvantagens:
Pode ter dificuldades com superfícies muito reflexivas ou translúcidas.
Pode requerer o uso de pó em algumas situações.
Exemplos de scanners de triangulação ativa incluem o CEREC Primescan (Dentsply Sirona) e o CS 3600 (Carestream Dental).
3. Scanners de Amostragem de Frente de Onda Ativa (AWS)
A tecnologia AWS é uma abordagem mais recente para o escaneamento intraoral. Ela utiliza um sistema óptico especial para capturar informações de profundidade.
Funcionamento:
Uma abertura fora do eixo gira em um padrão circular ao redor do eixo óptico da lente.
Esta rotação produz um padrão circular de imagens para cada ponto no objeto.
O tamanho e a forma deste padrão circular são utilizados para calcular a distância ao ponto.
Vantagens:
Pode oferecer uma boa profundidade de campo.
Potencialmente mais rápido que sistemas confocais para escaneamentos de arco completo.
Pode ser mais tolerante a movimento durante o escaneamento.
Desvantagens:
A tecnologia é relativamente nova e menos testada que outras abordagens.
Pode ter dificuldades com certas texturas ou cores de superfície.
Um exemplo de scanner AWS é o True Definition (3M).
4. Scanners de Estereofotogrametria
A estereofotogrametria é uma técnica que utiliza múltiplas imagens 2D de diferentes ângulos para reconstruir uma imagem 3D.
Funcionamento:
Duas ou mais câmeras capturam imagens do objeto de diferentes ângulos.
Um software analisa as diferenças entre as imagens para calcular a profundidade e criar um modelo 3D.
Vantagens:
Não requer hardware especializado além das câmeras.
Pode ser mais barato de produzir.
Potencialmente mais rápido para escaneamentos de arco completo.
Desvantagens:
Pode ser menos preciso que outras tecnologias para detalhes finos.
Depende fortemente da qualidade do software de reconstrução.
Exemplos de scanners que utilizam princípios de estereofotogrametria incluem o PlanScan (Planmeca) e o CS 3600 (Carestream Dental).
5. Scanners Baseados em Vídeo
Alguns sistemas mais recentes utilizam tecnologia de captura de vídeo contínuo em vez de imagens estáticas.
Funcionamento:
Uma câmera de vídeo captura um fluxo contínuo de imagens da superfície dental.
Um software analisa o fluxo de vídeo em tempo real para construir o modelo 3D.
Vantagens:
Pode ser mais rápido e fluido para o operador.
Potencialmente mais tolerante a pequenos movimentos durante o escaneamento.
Desvantagens:
Requer processamento de software mais intensivo.
Pode ser menos preciso para detalhes muito finos.
O Primescan (Dentsply Sirona) incorpora elementos desta abordagem em seu sistema.
Além da tecnologia de escaneamento principal, os scanners intraorais modernos incorporam outras características que podem afetar seu desempenho e usabilidade:
Tamanho e ergonomia da ponta de escaneamento: Pontas menores e mais leves geralmente são mais fáceis de manusear, especialmente em áreas de difícil acesso.
Necessidade de pó: Alguns scanners mais antigos podem requer a aplicação de um pó fino na superfície dental para reduzir o brilho e melhorar a captura. A grande maioria, hoje, são "powder-free", o que pode simplificar o processo de escaneamento.
Capacidade de captura de cor: equipamentos mais modernos podem capturar não apenas a forma, mas também a cor dos dentes e tecidos moles, o que pode ser útil para planejamento estético e comunicação com o laboratório.
Velocidade de escaneamento: A velocidade com que um scanner pode capturar um arco completo pode variar significativamente entre diferentes modelos.
Software de processamento: A qualidade do software que processa os dados brutos do scanner pode ter um impacto significativo na precisão final do modelo 3D.
Integração com sistemas CAD/CAM: Alguns scanners são projetados para integração direta com sistemas específicos de design e fabricação assistidos por computador.
Capacidade de exportação de arquivos: A capacidade de exportar dados em formatos abertos (como STL) pode ser importante para a flexibilidade do fluxo de trabalho.
Ao escolher um scanner intraoral, é importante considerar não apenas a tecnologia de base, mas também estas características adicionais no contexto das necessidades específicas da prática clínica.
Bibliografia e Referências
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