Complementação de Paredes Finas em Biomodelos 3D Reconstruídos a partir de Arquivos DICOM¶
ISBN: 978-65-00-29233-6
A reconstrução em 3D de biomodelos a partir de arquivos DICOM oriundos de tomografias computadorizadas tem trazido grandes benefícios a cirurgiões e pacientes. Entretanto, em muitos casos, a simples conversão não consegue bons resultados em corticais ósseas finas, principalmente em tomografias de baixa dose como as cone beam. A Proposta deste capítulo, é demonstrar uma solução para este problema utilizando ferramentas presentes na tecnologia de foftware livre OrtogOnBlender.
Atenção
Este material utiliza a seguinte licença Creative Commons: Atribuição 4.0 Internacional (CC BY 4.0).
Aviso
O presente capítulo é voltado a usuários experientes do OrtogOnBlender, para compreender o passo-a-passo é imprescindível conhecer uma série de comandos e abordagens básicas relacionadas ao add-on e ao próprio Blender.
Apresentação¶
O OrtogOnBlender oferece aos usuários a possibilidade de reconstruir tomografias computadorizadas a partir de arquivos DICOM, de modo automático [A27] [A18] ou por informação manual dos fatores relacionados à escala hounsfield.
O processo automático torna a tarefa mais simples, entretanto, pode resultar em uma reconstrução que não contemple detalhes específicos de regiões críticas, como aquelas formadas por paredes finas.
Já no processo manual, o usuário pode alterar o valor do fator threshold, de modo a reconstruir um osso mais espesso e fechando falhas deixadas no modo automático, entretanto, a malha gerada mostra-se mais “pesada” e abrange regiões como partes de tecidos moles e ruídos de imagem, incompatíveis com as necessidades iniciais. O resultado é de difícil edição e infiel ao volume ósseo real.
Felizmente, na ferramenta, há uma série de recursos que podem ser utilizados para contornar as limitações da reconstrução por fator fixo, uma delas é explorar o volume negativo das vias aéreas, segmentá-los em regiões específicas, dar espessura à malha segmentada e unir a estrutura à malha óssea deficiente, conforme demonstraremos a seguir.
Desenvolvimento da Técnica¶
Até o momento, o sistema convencional para reconstrução 3D a partir de arquivos Dicom, utiliza a tecnologia Threshold, que consiste em converter em sólido todos os pontos que estiverem dentro de um determinado limiar de tons de cinza [A16].
Regiões com corticais ósseas finas¶
Para muitas atividades, como planejamento de cirurgia ortognática, ou diagnóstico ortodôntico, o que realmente importa são as principais estruturas do crânio e seus pontos cefalométricos, que são localizados em pontos com maior espessura e densidade óssea, bem visíveis e fiéis no sistema de conversão acima citado. Entretanto quando se pensa em outras atividades, como impressão 3D ou ainda planejamento de instalação de mini implantes ou mini-placas para ancoragem ortodôntica, torna-se necessária a reconstrução sem falhas de áreas como a parede posterior da maxila (face infra-temporal), atrás do osso zigomático e abaixo deste, ou ainda a região da face anterior da maxila, logo abaixo do forame infra-orbitário. Por serem muito delgadas, tais regiões normalmente mostram-se falhadas (Fig. 1).
Programas como o Invesalius, possuem uma ferramenta, que permite ao usuário, retocar, “pintando” estas falhas, uma a uma, axial a axial, o que torna a tarefa extremamente cansativa e demorada [A5].
Na busca de uma solução, imaginou-se a possibilidade de utilizar a malha negativa das vias respiratórias para fechar as regiões expostas, uma vez que as mesmas representam os limites da cortical. Essa técnica acrescenta uma etapa após a reconstrução automática dos ossos, mas é muito mais prática do que a pintura manual do treshold fatia a fatia, um usuário bem treinado leva poucos minutos para executá-la.
Reconstrução do Modelo 3D¶
Para o presente capítulo, os autores optaram por uma tomografia cone beam (CBCT) buscando apresentar um caso crítico, posto que os arquivos DICOM resultantes daqueles aparelhos costumam resultar em malhas com mais ruídos e falhas, quando comparadas com tomografias médicas.
Tomografia reconstruída em malhas 3D¶
Inicialmente é necessário reconstruir a tomografia computadorizada, para isso pode-se utilizar a opção SLICER [A27] do reconstrutor automático (Fig. 2). Caso a reconstrução da parte óssea fique extremamente fina, o usuário é orientado a alterar manualmente o Bone Factor de modo a gerar uma parede mais grossa, mas não exageradamente a ponto de gerar ruídos que resultarão em uma malha muito pesada.
Tecido mole em modo de edição¶
O reconstrutor automático gera três malhas, o tecido mole, os ossos e a malha dos dentes. O objetivo de utilizar essa configuração é justamente aproveitar a malha negativa das vias respiratórias como “tapa buraco” dos ossos. Assim que as malhas são reconstruídas seleciona-se o tecido mole, mudando o modo para edição (Edit Mode). Todos os vértices precisam ser desselecionados (Fig. 3).
Seleção dos vértices externos¶
Uma vez que o modo de visualização esteja em Solid, o usuário pode observar a face pela frente (NumLock 1) e selecionar os vértices externos por pintura (C) (Fig. 4).
Vértices frontais externas selecionadas¶
O objetivo da seleção frontal é manter a estrutura interna intacta e preparar a face para uma segmentação refinada posteriormente (Fig. 5).
Exclusão dos vértices selecionados¶
Para isso é necessário apagar os vértices selecionados, pressionando em Del ou X e em seguida selecionar a opção Vertices (Fig.6).
Aspecto pós-exclusão dos vértices externos¶
Assim que os vértices externos são excluídos já é possível ver parte dos ossos da face (Fig. 7).
Seleção dos vértices frontais acompanhando o desenho dos ossos do crânio¶
Ainda que ajude de modo significativo, a exclusão dos vértices frontais pelo Solid não é suficiente para permitir a segmentação das vias aéreas. Para que isso seja possível é necessário mudar o ponto de vista para topo (NumLook 7), trocar o modo de visualização para Wireframe e selecionar a porção frontal do tecido mole usando como limite de pintura (C) a linha do crânio (Fig. 8).
Porção complementar da face selecionada¶
Essa nova seleção permitirá uma exclusão complementar do tecido facial revelando ainda mais os ossos do crânio (Fig. 9).
Seleção dos vértices interiores do tecido mole¶
Para selecionar os vértices internos, basta mover a seta do mouse sobre um dos vértices da região e pressionar a tecla P. Ao fazer isso, toda a estrutura ligada por edges será selecionada (Fig. 10).
Seleção de vértices invertida¶
Para inverter a seleção, pressionar Ctrl+I, assim apenas os vértices externos serão selecionados. O próximo passo é excluí-los pressionando Del ou X e selecionado a opção Vertices (Fig. 11).
Malha resultando após a exclusão¶
Ao final do processo sobrará apenas a parte composta pelas vias respiratórias. O usuário é orientado a inverter os normals da estrutura de modo a contabilizar a malha das vias respiratórias com a malha dos ossos (Fig. 12).
Seleção da região com falha na malha¶
A etapa seguinte consiste em selecionar as regiões onde há falha na malha (Fig. 13).
Seleção da região com falha na malha¶
O usuário precisa se lembrar de fazer isso nos dois lados (Fig. 14) e complementar com outras regiões pretendidas, como aquela próximo ao processo pterigóide.
Seleção da região com falha na malha¶
O assoalho da órbita também pode ser contemplado por tal seleção (Fig. 15).
Segmentação da região de interesse finalizada¶
Assim que toda a região de interesse é selecionada, basta separá-la (P) do restante da malha. Ao final as regiões originalmente falhas são fechadas (Fig. 16), no entanto é importante atribuir o modificador Solidfy de modo a dar uma espessura à malha gerada, caso isso não seja feito, á uma chance de problemas na etapa posterior, onde as malhas são fundidas com o boolean.
Malhas fundidas com o boolean¶
Uma vez que a malha separada recebeu espessura é chegado o momento de fundir as duas estruturas com o boolean Union. Agora trata-se de apenas um objeto (Fig. 17), no entanto, é comum que alguns sulcos se formem na região de fusão.
Malha final após tratamento manual com o Sculpt Mode¶
Para resolver esse problema, o usuário pode recorrer ao Sculpt Mode e atenuar as regiões acidentadas com o Smooth, resultando em uma malha mais homogênea e compatível com o crânio real (Fig. 18).
Conclusão¶
O método proposto mostrou-se eficiente, confiável e significativamente mais rápido que os métodos convencionais para reconstrução e complementos de paredes finas em biomodelos 3D.