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L’ortodonzia digitale… a portata di click

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Fig. 3. Visualizzazione con 3DSlicer di modelli di surface rendering sovrapposti di paziente prima e dopo espansione palatale (3a) e della crescita mandibolare e condilare a un anno di distanza (3b).
R. Fastuca, P.A. Zecca

R. Fastuca, P.A. Zecca

lun. 17 marzo 2014

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Non è ormai più possibile non confrontarsi con le innovazioni tecnologiche che negli ultimi anni stanno invadendo il mondo dell’odontoiatria in generale e anche dell’ortodonzia più da vicino. Sia per il ricercatore sia per il clinico che attua il suo processo di formazione negli anni che ci hanno appena preceduto e che seguiranno. È necessario imparare a conoscere questi nuovi strumenti.

L’ortodonzia non cambia, ma può cambiare il nostro modo di approcciarsi a essa. La quantità di specialisti che utilizzano records tridimensionali (3D) per la diagnosi e la pianificazione del trattamento è in continua crescita. L’abbassamento delle dosi radiogene che ha favorito la diffusione delle cone beam computed tomography (CBCT), associato agli scanner intraorali ed extraorali per la scansione delle arcate e del volto, ha permesso di ottenere informazioni prima impensabili con possibilità molteplici di pianificazioni accurate di trattamento sul nuovo paziente “virtuale”. Le conoscenze necessarie all’utilizzo delle nuove tecnologie richiedono un training di aggiornamento dal punto di vista non solo dell’hardware ma anche dei software, da parte soprattutto dei clinici che hanno ricevuto la loro formazione nell’era del 2D1. Nei primi anni Ottanta l’American College of Radiology e la National Electrical Manufacturers Association hanno insieme standardizzato le codifiche delle immagini ottenute da tutte le apparecchiature per tomografia computerizzata e risonanza magnetica. Poi, nel 1993, è stata per la prima volta adottata l’espressione “digital imaging and communications in medicine” (DICOM)2. L’immagine DICOM consiste in un file DICOMDIR, che include tutte le informazioni anagrafiche del paziente e specifiche informazioni sul protocollo di acquisizione dell’esame, e una lista di immagini che corrispondono alle scansioni assiali del paziente, le quali sono ottenute in post processing dall’acquisizione del volume nella CBCT. La possibilità di esplorare le informazioni contenute in questi file di acquisizione è strettamente legata al corretto utilizzo di appropriati software. Questi ultimi sono spesso limitati nel loro impiego da parte degli utenti da elevati costi di licenza e di attivazione, da un lato, dalla novità di approccio e necessità di aggiornamento specifico, dall’altro.

Alcune aziende tendono a promuovere la diffusione di software open source, spesso multipiattaforma, che potrebbero favorire l’approcciarsi alle tecnologie 3D, con l’adeguato training, e che non richiedono un immediato investimento in termini economici. Molti di questi software inoltre sono accompagnati da guide dettagliate con video online, fruibili dagli stessi siti da cui viene effettuato il loro download. Le parole d’ordine sono “open system” e “sharing” come dal progetto di Lucia Cevidanes (DDS, MS, PhD, Assistant Professor, Dep. of Orthodontics & Ped. Dentistry, University of Michigan, Ann Arbor, MI) che, tra i maggiori esperti internazionali in campo di digital orthodontics e sovrapposizioni 3D in ortodonzia3, ha creato un “laboratorio virtuale di imaging” per promuovere informazioni e innovazioni scientifiche, basato sull’utilizzo dei software open source e consultabile al seguente link: https://sites.google.com/a/umich.edu/dentistry-image-computing/home-1.
Nostro scopo sarà presentare le principali funzioni di alcuni dei più diffusi software open source partendo dai più semplici e arrivando a quelli che presentano un maggiore numero di funzionalità e strumenti.

I software open source: ImageJ, OsiriX e 3DSLicer
ImageJ (Research Services Branch, National Institute of Mental Health, Bethesda, Maryland, USA) è un soft-ware nativo su Mac OS ma disponibile anche per piattaforma Windows e Linux. Inoltre, è possibile lanciarlo anche come applicazione online senza dover necessariamente scaricare il programma, il che lo rende fruibile da qualsiasi postazione che abbia un browser e un collegamento a internet. Esistono dei plugin “ad hoc” per il software che favoriscono l’acquisizione e il processamento delle immagini. Queste ultime possono essere acquisite, modificate e salvate in un unico file come “stacks”, cioè slice impilate in una sezione cubica.
Permette la visualizzazione delle immagini in serie e in contemporanea su più finestre su proiezioni assiale, sagittale e coronale. ImageJ non acquisisce solo il formato DICOM, ma altri formati di immagine inclusi TIFF, GIF, JPEG, PNG, BMP. L’operatore può effettuare funzioni di base come calcolare aree e statistiche sulle densità delle zone e dei pixel di interesse, selezionandoli a piacimento. Possibilità anche di eseguire misurazioni sia lineari sia angolari, regolazione di luminosità e contrasto, incremento della nitidezza, smooothing e riconoscimento dei contorni. Di semplice utilizzo e buona riuscita la funzione che permette di creare una teleradiografia in proiezione latero-laterale del cranio a partenza da una CBCT o una TC che abbia un field of view (FOV) adeguato. Quando si esegue questa operazione bisogna prima ruotare e posizionare il capo del paziente tramite funzioni di reslice che il software consente di applicare. Tra gli altri software è abbastanza basilare, ma proprio per questa ragione si può annoverare tra i suoi vantaggi l’essere semplice e intuitivo, oltreché con una buona rapidità di utilizzo.

Nato per Mac OS e diffusissimo ormai anche in ambito di ricerca scientifica4 il software OsiriX (Pixmeo, Geneva, Switzerland). Al contrario del precedente ImageJ, che può acquisire immagini anche in formato TIFF e JPEG, OsiriX importa solo DICOM con acquisizione non solo di immagini da CBCT ma anche altre fonti di imaging (RMN, TC, PET, PET-TC, SPECT-CT, ultrasuoni). Il software è stato progettato per la navigazione e l’esplorazione di immagini multidimensionali. Presenta infatti viewer 2D con possibilità di proiezioni ortogonali e inclinate. Le prime permettono di visualizzare le scansioni sui tre piani, le seconde sono utilizzate per proiezioni d’interesse particolare come per esempio nella costruzione di una immagine PANOREX o di una immagine simil teleradiografica e creazione di cross sections. Su queste visualizzazioni è possibile effettuare misurazioni lineari e angolari, oltreché processi di segmentazione e selezione di regioni di interesse specifico (ROIs). Le serie di immagini possono essere aperte in simultanea e, se appartenenti allo stesso paziente, vengono automaticamente sincronizzate dal software con la possibilità di effettuare registrazioni tridimensionali su punti scelti dall’utente e sovrapporre una serie sull’altra impostandone le trasparenze al fine di rendere visibili le eventuali differenze.

Particolarmente scenografici, semplici da utilizzare e d’immediata fruibilità e comprensione sono i tool 3D del software, che permettono di effettuare volume rendering con contrasti preimpostati per i diversi tessuti e possibilità di segmentazione automatica con volume rendering delle vie aeree (Fig. 1). Possibilità anche di surface rendering ma con minore personalizzazione da parte dell’utente. Capacità di registrare ed esportare immagini e filmati anche dal viewer 3D. Il volume rendering offre un’immediata visualizzazione delle possibili anomalie anatomiche e dei loro rapporti permettendo una diagnosi rapida e precisa per le agenesie, anomalie di numero in eccesso, malposizioni dentarie e anomalie di forma (Fig. 2). Tutte le sovra elencate situazioni patologiche o para-fisiologiche possono essere diagnosticate con metodiche tradizionali, ma con una precisione meno elevata e spesso con la necessità di eseguire radiografie in diverse proiezioni aumentando quindi, comunque, la dose radiogena e il rischio biologico per il paziente. La possibilità inoltre di visualizzare tridimensionalmente gli elementi dentari inclusi, quali per esempio i canini, fornisce al clinico informazioni preziose sia per l’eventuale intervento di chirurgia orale di sbrigliamento sia per la direzione di trazione ortodontica nell’eventuale disinclusione.

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Unicità e grande peculiarità del software OsiriX la possibilità di un viewer 4D e 5D che alle precedenti caratteristiche uniscono rispettivamente le dimensioni tempo (impiego nella TC cardiaca) e funzione (impiego nella PET-TC cardiaca). Strumento utile e molto scenografico che presenta il software è anche l’endoscopia virtuale, che permette una simulazione endoscopica utile, per esempio, nell’analisi delle ostruzioni nasali e delle vie aeree superiori. OsiriX è disponibile nella versione open source a 32 bit e una versione di upgrade a pagamento a 64 bit che offre delle performance migliorate rispetto alla versione freeware. Slicer o 3D SLicer5 è, come ImageJ, multipiattaforma e compatibile con sistemi operativi Windows, Linux e Mac OS X. È un software molto completo per il 3D, pur essendo un freeware. Permette tutte le funzioni base come visualizzazione delle scansioni sui tre piani, misurazioni, segmentazioni, volume rendering e surface rendering. Il data set può essere analizzato contemporaneamente con uno scrolling simultaneo sulle scansioni assiali, coronali e sagittali. 3DSlicer permette inoltre di confrontare due o più serie di immagini di uno stesso soggetto, per determinare se è apparsa una lesione, se sono apparse nuove lesioni, oppure se queste si sono ingrandite o ridotte con lo strumento di co-registering. Questo può risultare utile anche nel campo della ricerca scientifica per confrontare i dati pre e post trattamento. Presenta numerosi tool di segmentazione. Quest’ultima è il processo che permette di separare le strutture sulle singole slice e poi nel surface rendering. Può essere effettuata manualmente segnando le strutture di interesse slice by slice o sfruttando le differenze di livelli di grigio dei pixel con una procedura definita “threshold-based”. Il software presenta numerosissimi menu di tool a disposizione dell’utente e questa caratteristica richiede un grado di esperienza maggiore per un corretto utilizzo del 3DSlicer rispetto ad altri software più semplici e meno performanti. È in grado di importare non solo DICOM ma anche file 3D come stereolitografic (STL). Permette di studiare le coordinate come degrees of freedom (DOF) degli oggetti nella scena e di poterle esportare utilizzandole come riferimento per registrazioni 3D. Gli strumenti di colore e controllo d’immagine per il surface rendering sono inoltre molto più completi rispetto ad altri software, permettendo anche giochi di trasparenze utilissimi nella visualizzazione delle sovrapposizioni 3D (Fig. 3).

L'articolo è stato pubblicato sul numero 1 di Ortho Tribune Italy 2014

3 thoughts on “L’ortodonzia digitale… a portata di click

  1. killnox says:

    Como se llamo esto i am from SPAIN.

    I registered a lot time ago. Can i see this web without adblocer?

    thanks )

  2. upssnox says:

    How do I move a thread to a different topic?
    hi all 🙂

  3. slovaClism says:

    It is english language possible to write? Sorry for my proor eng

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