Aplicação dos biomodelos de prototipagem rápida na Odontologia, confeccionados pela técnica da impressão tridimensional

Abstract

A Prototipagem Rápida (PR) é uma tecnologia de uso recente na Odontologia, que consiste na aquisição de biomodelos, compatíveis com a anatomia humana, a partir da associação da imaginologia médico-odontológica com sistemas de computadores (CAD - CAM). A confecção de biomodelos de prototipagem rápida assume grande importância na Cirurgia e Traumatologia Bucomaxilofacial e Implantodontia, por permitir um melhor planejamento cirúrgico. Esses modelos anatômicos facilitam a visualização da extensão da lesão e dos tecidos, o planejamento da cirurgia em todas as suas etapas e a utilização dos materiais cirúrgicos no modelo, reduzindo o tempo de intervenção cirúrgica. O objetivo deste trabalho é apresentar uma atualização sobre esse tema, ilustrada com biomodelos confeccionados pela técnica da Impressão Tridimensional (3DP- 3D Printing), utilizados em cirurgias realizadas no Hospital Santo Antônio (BA), e em hospitais privados de Salvador (BA).

Full text

240 R. Ci. méd. biol. 2010; 9(3):240-246
Lucio Costa Safira, et al.
Aplicação dos biomodelos de prototipagem rápida na Odontologia,
confeccionados pela técnica da impressão tridimensional *
Rapid prototyping biomodels, made by the tridimensional printing, application at the
Odontology
Lucio Costa Safira1, Anderson da Silva Maciel2, José Carlos Criales Souto-Maior3, Roberto Almeida de
Azevedo4, Weber Ceo Cavalcante5, Carlos Eduardo Francischone6, Viviane Almeida Sarmento7
* Artigo oriundo de segmento da Dissertação de Mestrado apresentada à UFBA – Biomodelos confeccionados no SENAI/
CIMATEC – BA, em convênio com a Faculdade de Odontologia da UFBA. Pesquisa financiada pela Fundação de Amparo à
Pesquisa do Estado da Bahia – FAPESB. 1 Especialista em CTBMF – Hospital Santo Antônio – OSID; Mestre em Odontologia
– UFBA; Doutorando em Implantologia – Universidade do Sagrado Coração – Bauru.2 Residente em CTBMF – Hospital
Santo Antônio – OSID.3 Graduado em Odontologia – UFBA; Graduado em Desenho Industrial – UNEB; Especialista em
Desenho Industrial: Projeto de Produto – UNEB.4 Coordenador do Serviço em CTBMF – Hospital Santo Antônio – OSID;
Professor Adjunto – UFBA.5 Preceptor do Serviço em CTBMF – Hospital Santo Antônio– OSID; Professor de CTBMF – UESB /
BA.6 Professor Titular de Dentística da Faculdade de Odontologia de Bauru-USP; Prof. Titular de Implantologia da USC-
Bauru.7 Doutora em Estomatologia – PUC /RS; Professora Adjunta – UFBA.
Resumo
A Prototipagem Rápida (PR) é uma tecnologia de uso recente na Odontologia, que consiste na aquisição de biomodelos,
compatíveis com a anatomia humana, a partir da associação da imaginologia médico-odontológica com sistemas de
computadores (CAD - CAM). A confecção de biomodelos de prototipagem rápida assume grande importância na Cirurgia e
Traumatologia Bucomaxilofacial e Implantodontia, por permitir um melhor planejamento cirúrgico. Esses modelos
anatômicos facilitam a visualização da extensão da lesão e dos tecidos, o planejamento da cirurgia em todas as suas etapas
e a utilização dos materiais cirúrgicos no modelo, reduzindo o tempo de intervenção cirúrgica. O objetivo deste trabalho é
apresentar uma atualização sobre esse tema, ilustrada com biomodelos confeccionados pela técnica da Impressão
Tridimensional (3DP- 3D Printing), utilizados em cirurgias realizadas no Hospital Santo Antônio (BA), e em hospitais privados
de Salvador (BA).
Palavras-chave: Prototipagem rápida; impressão tridimensional; CTBMF.
Abstract
The Rapid Prototyping (RP) is a recently technology used in Odontology which consists in acquisition of biomodels conformable
human anatomy from the medical-odontologic Imaginology and computer systems (CAD - CAM) association. The rapid
prototyping biomodels making is a recently technology with great importance in oral and maxillofacial surgery. These
biomodels improve the lesion extension and tissues visualization, surgical planning and simulate the use of biomaterials in
the models providing the surgical time decrease. The aim of this paper is to present an update about this subject, illustrated
with biomodels produced by 3DP technique used in surgeries undertaken at the Santo Antonio Hospital – BA (Brazil), and at
the private service.
Keywords: Rapid prototyping - Tridimensional printing – Surgery.
Recebido em •016 de março de 2009; revisado em 20 de dezembro de
2010.
Correspondência / Correspondence: Lucio Costa Safira. Rua da
Palmeira, nº 95, apto. 102 B, Ed. Barramar – Barra. 40140-260
Salvador-BA – Brasil. E-mail: lucio.safira@ig.com.br
ARTIGO DE ATUALIZAÇÃO
ISSN 1677-5090
 2010 Revista de Ciências Médicas e Biológicas
INTRODUÇÃO
A crescente busca pela excelência no diagnóstico e
tratamento das alterações do complexo bucomaxilo-
facial tem se tornado um grande desafio para os
cirurgiões-dentistas. Nesse sentido, a incorporação de
tecnologias modernas no diagnóstico por imagem e no
planejamento de terapêuticas avançadas, como as
cirurgias reparadoras e reconstrutivas dessa região
nobre do organismo humano, tem assumido uma
posição de destaque no ramo da biotecnologia.
A prototipagem rápida (PR) é um grande exemplo
disso, e é definida como um conjunto de métodos usados
para fabricar objetos físicos diretamente de fontes de
dados gerados em computadores - CAD (Computer Aided
Design). Esses métodos envolvem uma alta tecnologia e
complexidade, uma vez que ligam materiais, camada a
camada, de forma a construir o objeto desejado,
denominado biomodelo na área da saúde.1
A aquisição de biomodelos compatíveis com a
anatomia humana tem sido desenvolvida devido à

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Aplicação dos biomodelos de prototipagem rápida na Odontologia - impressão tridimensional
integração da tecnologia CAD aos avanços tecnológicos
obtidos na imaginologia médico-odontológica 2, 3. Essa
integração possibilita que as imagens de exames de
tomografia computadorizada (TC) ou ressonância
magnética (RM) no formato DICOM (Digital Imaging and
Comunications in Medicine) sejam processadas por
programas específicos, criando um conjunto
tridimensional (3D) de dados no formato STL (Stereoli-
thography), enviado para as estações de PR, onde,
através do sistema CAM (Computed Aided
Manufactoring), os protótipos são fabricados. 4, 5
A PR possui muitas aplicações na Odontologia
nas especialidades de Ortodontia, Implantodontia e,
principalmente, na Cirurgia e Traumatologia
Bucomaxilofacial (CTBMF)6. De acordo com Meurer7 e
com Mazzonetto e colaboradores8, a obtenção de
biomodelos permite um diagnóstico mais preciso e,
consequentemente, um melhor planejamento cirúrgico
em cirurgias reconstrutivas, ortognáticas, no
tratamento de lesões de natureza traumática, distrações
osteogênicas e da articulação têmporo-mandibular
(ATM). Dentre as vantagens existentes da utilização
dessa tecnologia, destacam-se a diminuição do tempo
cirúrgico, com consequente diminuição do tempo de
anestesia, e um melhor resultado estético e funcional,
devido à possibilidade de mensuração e modelagem
prévia de placas de reconstrução ou biomateriais nos
protótipos personalizados.9, 10
O objetivo deste trabalho é apresentar uma
atualização sobre esse tema, ilustrada com biomodelos
confeccionados pela técnica da impressão tridimen-
sional (3DP) utilizados em cirurgias realizadas no
Hospital Santo Antônio (BA) e na clínica privada.
PROTOTIPAGEM BIOMÉDICA
A PR é definida como uma tecnologia recente, que
produz objetos físicos com o auxílio de computadores –
CAD (Computer Aided Design) 1, 11. Em Odontologia, esse
recurso pode ser aplicado através da obtenção de
imagens de TC ou RM, cujos dados são transferidos
através de softwares especiais, que executam o
processamento das informações. Após a formação das
imagens no computador pelo sistema CAD (modelo
virtual), elas são enviadas para estações de PR, onde,
através do sistema CAM, protótipos reais são fabricados.
4, 6
Amaral, Barreto e Carvalho12 relataram que os
protótipos não são criados, e sim copiados a partir da
captura de imagens da região de interesse por um
tomógrafo, onde cortes axiais são empilhados por meio
de programas específicos para gerar a reconstrução
tridimensional. Em seguida, esse modelo é enviado a
uma impressora tridimensional, para que a reprodução
seja realizada e, após essa etapa, os protótipos são
submetidos ao pós-processamento, no intuito de torná-
los mais resistentes.1
De acordo com Petzold, Zeilhofer e Kalender13 e com
Gorni 1, existem várias tecnologias de PR utilizadas na
fabricação de biomodelos. As mais utilizadas na
Odontologia são a estereolitografia (SLA, Stereolithography),
em que os modelos tridimensionais são construídos a
partir de polímeros líquidos sensíveis a luz, que se
solidificam quando expostos à radiação ultravioleta; a
sinterização seletiva a laser (SLS, Selective Laser
Sintering), na qual se usa um raio laser para fundir, de
forma seletiva, materiais pulverulentos, tais como
náilon, elastômeros e metais, num objeto sólido; a
modelagem por deposição de material fundido (FDM -
Fused Deposition Modeling), em que os modelos são
confeccionados a partir da deposição de filamentos de
resina termoplástica aquecida; e a impressão
tridimensional (3DP - 3D Printing), na qual os modelos
são produzidos por aposição de camadas através da
aglutinação de gesso e amido.
O Centro de Pesquisa Professor Renato Arscher
(CenPRA)14 relata as vantagens que essa técnica
apresenta: custo reduzido, velocidade adequada da
confecção e a facilidade de corte. No entanto, algumas
desvantagens são listadas, tais como não ser
esterilizável em autoclave, não reproduzir paredes
ósseas de espessura reduzidas e liberar pó quando
seccionado.
De acordo com Choi e colaboradores11 e com Amaral,
Barreto e Carvalho12, o protocolo para obtenção de um
protótipo consiste em realizar um exame tomográfico
da região anatômica com cortes axiais reformatados
em um milímetro, sendo que a espessura do corte irá
determinar a qualidade e a fidelidade do biomodelo.
Em seguida, as imagens no formato DICOM deverão ser
gravadas em uma das diversas mídias físicas: CD-rom,
disco óptico 5.25", Zip drive, etc. Após isso, as imagens
gravadas serão convertidas em arquivos CAD-CAM,
através de um programa específico, e enviadas para
a estação de PR.
Meurer e colaboradores 9, Seitz e colaboradores15, e
Sugar e colaboradores 5 afirmam que as etapas de
confecção dos protótipos devem ser seguidas com
extrema cautela e precisão, no intuito de obter um
modelo com alta fidelidade de medidas em toda a sua
extensão. Um erro em qualquer um desses estágios pode
implicar alterações no final do processo.5
O protocolo utilizado neste estudo está de acordo
com os autores acima citados, na medida em que
utilizou cortes tomográficos axiais de um milímetro de
espessura, conversão das imagens no formato DICOM
para o formato S.T.L. para reconstruções tridimensionais.
Após a realização dessas etapas, os biomodelos aqui
mostrados foram confeccionados no SENAI-CIMATEC/
BA, através da técnica da Impressão Tridimensional,
como ilustra a sequência de figuras a seguir (Figura 1,
Figura 2).

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Lucio Costa Safira, et al.
PROTOCOLO PARA AQUISIÇÃO DAS IMAGENS EM
PROTOTIPAGEM RÁPIDA
A aquisição das imagens de TC, para confecção de
biomodelos do complexo maxilofacial, deve seguir um
protocolo específico, que envolve alguns aspectos
importantes, como o posicionamento da cabeça do
paciente no gantry e a necessidade de mantê-la imóvel,
a delimitação da região anatômica a ser englobada no
exame, o plano e a espessura do corte e a forma na qual
as imagens podem ser salvas. 5, 7
De acordo com o CenPRA14, a precisão dos
biomodelos depende diretamente dos dados obtidos na
TC e, para que o protótipo reproduza com fidelidade a
anatomia humana, algumas orientações devem ser
seguidas.
1. Necessidade de o paciente permanecer imóvel,
em repouso muscular e, preferencialmente, em oclusão
dentária.
2. Delimitar a região de interesse para o operador
em 1cm acima e abaixo da área de interesse.
3. Utilizar cortes axiais contínuos e finos, de, no
máximo, 1,25mm de espessura.
4. Arquivar o exame em CD-rom de forma adequada
para posterior envio ao centro onde será realizada a
reconstrução tridimensional.
Complementando o protocolo supracitado, Sugar e
colaboradores5 e Winder e Bibb 2 afirmam que cortes de
até 0,25mm de espessura podem ser obtidos utilizando-
se tomógrafos helicoidais mais modernos. Dessa forma,
eles acreditam que quanto menor a espessura do corte,
maior será a fidelidade dos biomodelos ao copiarem a
anatomia humana.
Processamento das imagens para aquisição de
modelos tridimensionais
A aquisição de imagens a partir da TC no protocolo
específico fornece uma sequência de secções
transversais da região de interesse no formato DICOM
5,16. De acordo com Foggiatto 17, para realizar a
manipulação dessas imagens, no intuito de criar
modelos tridimensionais a partir delas, são
necessários softwares biomédicos específicos. Souza,
Centeno e Pedrini 18 citam que tais softwares têm a
capacidade de processar as imagens no formato DICOM,
bidimensionais, e convertê-las em um modelo
tridimensional no formato STL a ser utilizado pela
máquina de prototipagem para confeccionar os
biomodelos.
Meurer e colaboradores9 apontam como os
principais programas para a prototipagem biomédica
o Analyze® (Mayo Foundation, EUA), o Mimics®
Figura 1 - Sequência para aquisição de um biomodelo: Exame de TC, Reconstrução 3D (Programa 3D Doctor)
através dos cortes axiais seqüenciados.
Nota: protótipo recém removido da máquina, sem acabamento, confeccionado no SENAI/CIMATEC- BA
Figura 2 - Máquina de PR, presente no SENAI/CIMATEC-BA, onde os biomodelos foram
confeccionados (ZPrint-ZCORP®)

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R. Ci. méd. biol. 2010; 9(3):240-246
Aplicação dos biomodelos de prototipagem rápida na Odontologia - impressão tridimensional
(Materialise, Bélgica) e o Promed® (CenPRA, Brasil). Um
desses autores afirma ter utilizado em uma pesquisa
diversos desses softwares na construção de biomodelos
para o planejamento de cirurgias do complexo
maxilofacial e relata resultados satisfatórios.7
Outro software, o 3D Doctor (Apple Corporation®- EUA),
foi utilizado por Pinheiro19 no intuito de converter as
imagens obtidas por TCFC e criar biomodelos pela
técnica da 3DP. O objetivo principal do trabalho foi o
de avaliar a fidelidade anatômica dos protótipos, ao
comparar medidas preestabelecidas com as medidas
das mandíbulas secas. Os resultados apresentaram
diferenças significativas na análise estatística, embora
consideradas irrelevantes clinicamente.
Optou-se pela utilização do programa 3D Doctor em
virtude da facilidade técnica do seu manuseio e
excelência em resultados, como mostrado nesta
reconstrução tridimensional.
APLICAÇÕES CLÍNICAS DOS BIOMODELOS DE PR
Atualmente, existem muitas aplicações importantes
dos biomodelos de PR em diversas áreas da Odontologia
e da Medicina17,20. Na Odontologia, essa tecnologia
encontra seu uso nas seguintes especialidades: CTBMF,
auxiliando no planejamento de distrações osteogênicas,
reconstruções mandibulares e da maxila, cirurgias
traumatológicas e ortognáticas e cirurgias da ATM; na
Implantodontia, onde é possível planejar e simular a
instalação de implantes convencionais e fixações
zigomáticas e até em procedimentos da Ortodontia 2, 21,
22. De acordo com Girod e colaboradores23, Souza
Centeno e Pedrini18 , e com Foggiatto17, esses protótipos
também são muito utilizados na Medicina,
principalmente nas áreas de Ortopedia, Oncologia e
Cirurgia Crânio-Maxilo-Facial.
Dentre as vantagens existentes da utilização dessa
tecnologia, destacam-se a possibilidade de obtenção
de um diagnóstico mais preciso, com melhor
planejamento do tratamento, a diminuição do tempo
cirúrgico, com consequente diminuição do tempo de
anestesia e um melhor resultado estético e funcional,
devido à possibilidade de mensuração e conformação
prévia de biomateriais.8, 10, 24
Meurer 7 utilizou o método da SLA e SLS, obtendo
resultados satisfatórios para o uso em diversos
procedimentos cirúrgicos do complexo maxilo-facial.
Em sua pesquisa, foram construídos biomodelos para o
planejamento de dois casos de anquilose da ATM, um
caso de sequela de fratura de terço médio de face, um
caso de retrognatismo maxilo-mandibular, um caso de
sequela de fratura naso-orbito-etmoidal e em um caso
de sequela de fratura zigomática associada à perda de
substância do osso frontal.
No planejamento de uma cirurgia de redução e
fixação de fraturas complexas de mandíbula, Wagner e
colaboradores 25 simularam as fixações ósseas
previamente em um biomodelo confeccionado com a
técnica da 3DP e puderam concluir que os resultados
obtidos foram otimizados pela utilização desse recurso.
Cunningham Jr., Madsen e Peterson10 obtiveram
sucesso na utilização dos biomodelos no planejamento
de cirurgias reconstrutivas da mandíbula para medir e
modelar a placa de reconstrução e definir as dimensões
do enxerto ósseo em pacientes submetidos a ressecções
de tumores na região. Relataram ainda que conseguiram
uma redução significativa no tempo cirúrgico. Os
autores ainda ressaltam que a comunicação com os
pacientes foi facilitada no intuito de definir o
diagnóstico e o plano de tratamento e que eles tiveram
um maior nível de compreensão do tratamento proposto.
Na Implantodontia, Freitas e colaboradores26
aplicaram essa tecnologia em planejamentos reversos
de reabilitações orais à custa de fixações zigomáticas
em maxilas atróficas. Dessa forma, os autores puderam
concluir que obtiveram bons resultados e que indicam
os biomodelos de PR no planejamento cirúrgico desses
casos.
Amaral, Barreto e Carvalho12 demonstraram bons
resultados estéticos e funcionais ao utilizarem um
protótipo para a confecção de um guia cirúrgico em
região anterior de maxila, para posterior instalação de
implantes. Esse guia serviu para medir e direcionar os
implantes, sendo sua utilização de extrema importância
no tratamento.
No planejamento de distrações osteogênicas em um
paciente portador de deformidade dento-facial, Robiony
e colaboradores 16 utilizaram um biomodelo de PR,
confeccionado pela técnica da SLA, com resultado pós-
operatório satisfatório. O protótipo foi útil na simulação
da osteotomia e na conformação do distrator. Os autores
ainda ressaltam a importância da interação das
especialidades cirúrgicas com a Imaginologia e a
Engenharia.
Meurer e colaboradores 27 relataram que, devido ao
desenvolvimento tecnológico das técnicas de PR e de
diagnóstico por imagem, o processo de fabricação dos
modelos biomédicos vem evoluindo. Contudo, por ser
um processo de alto nível de complexidade, deve-se estar
muito atento, desde a aquisição de imagens
computadorizadas, como também na manipulação das
imagens pelos softwares específicos. Os autores
concluíram, entre outras coisas, que os biomodelos no
Brasil ainda têm seu uso restrito, devido às despesas
envolvidas na produção de protótipos e por uma
quantidade reduzida de equipamentos disponíveis.
A experiência obtida com a utilização dos protótipos
confeccionados pela técnica da 3DP no serviço de CTBMF
do Hospital Santo Antônio (UFBA) e em hospitais
privados de Salvador (BA) ratifica os autores
supracitados, na medida em que os biomodelos de PR
foram de grande auxilio no planejamento e execução de
procedimentos cirúrgicos diversos, realizados pelos
Cirurgiões Bucomaxilofaciais Dr. Roberto Azevedo, Dr.
Weber Cavalcante, Dr Lucio Safira, Dr Rodrigo Bomfim e

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Lucio Costa Safira, et al.
Dr Delano Souza, como é exemplificado nas Figuras 3 a
6, a seguir.
Figura 3, A e B - Mixoma odontogênico de mandíbula e comparação da peça cirúrgica
com o seu respectivo biomodelo.
Nota: Cirurgia realizada pelos Drs. Weber Cavalcante, Lucio Safira e Delano Souza.
Figura 4, A e B - Conformação prévia de placa de reconstrução a partir de biomodelo que
reproduz extenso ameloblastoma de mandíbula com rompimento de corticais.
Nota: planejamento realizado pela equipe de Cirurgia Bucomaxilofacial da Residência do Hospital
Santo Antônio - OSID.
Figura 5 - Vista inferior de biomodelo
reproduzindo mixoma de mandíbula.

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Aplicação dos biomodelos de prototipagem rápida na Odontologia - impressão tridimensional
CONSIDERAÇÕES FINAIS
As vantagens obtidas pela utilização dos biomodelos
de PR se constituem num grande avanço na Odontologia,
já que permite a redução do tempo cirúrgico, bem como
a diminuição da dose anestésica, facilita a
comunicação do profissional com o paciente e sua
família, permite a conformação prévia de biomateriais
e órteses e, acima de tudo, permite a obtenção de
resultados funcionais e estéticos mais significativos.
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Figura 6 - A - Protótipo de maxila e terço médio
de face utilizado no planejamento de fixações
zigomáticas; B – Implantes zigomáticos
instalados conforme protótipo; C – Controle
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Nota: Cirurgia realizada pelos Drs. Roberto Azevedo,
Lucio Safira e Rodrigo Bomfim
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