DT News - Italy - Utilizzo della tomografia computerizzata a fascio conico, dei file STL e dell’intelligenza artificiale

Dr. Giovanna Perrotti

mar. 19 marzo 2024

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La pianificazione del trattamento ortodontico è un processo fondamentale per ottenere risultati efficaci e personalizzati, e negli ultimi anni, l’introduzione di tecnologie avanzate ha notevolmente arricchito questa fase. Un elemento chiave è rappresentato dalla tomografia computerizzata a fascio conico (CBCT), una tecnologia di imaging tridimensionale che fornisce una visione dettagliata della struttura ossea e dei denti del paziente.

La CBCT è una tecnologia di imaging medico che fornisce immagini tridimensionali ad alta risoluzione delle strutture anatomiche. La CBCT rappresenta una tecnologia di imaging avanzata che ha rivoluzionato il settore radiologico e, in particolare, ha apportato significative innovazioni nell’ambito medico e odontoiatrico. Questa tecnica di imaging tridimensionale fornisce immagini dettagliate delle strutture anatomiche, consentendo agli operatori sanitari di ottenere informazioni cruciali per diagnosi più accurate e piani di trattamento personalizzati.

La CBCT si differenzia dalla tomografia computerizzata (TC) tradizionale per diversi aspetti, in particolare per la sua capacità di acquisire immagini tridimensionali ad alta risoluzione con una dose di radiazioni significativamente ridotta. Questo aspetto è di particolare rilevanza in odontoiatria, dove la necessità di limitare l’esposizione ai raggi X è prioritaria. Grazie a questa caratteristica, la CBCT si è affermata come uno strumento indispensabile per lo studio delle strutture cranio-facciali, comprese le arcate dentali, le radici dei denti e le strutture ossee circostanti. Il processo di acquisizione delle immagini mediante la CBCT coinvolge un cono di raggi X rotante che effettua una scansione circolare intorno alla testa del paziente. Questo cono cattura una serie di immagini bidimensionali che, successivamente, vengono elaborate da un computer per generare un modello tridimensionale dettagliato della regione di interesse. Questo modello offre una visione completa delle strutture anatomiche in esame, consentendo agli specialisti di esplorare dettagli anatomici con una precisione senza precedenti.

Nell’odontoiatria, la CBCT è ampiamente impiegata per la valutazione delle strutture dentali e ossee. I professionisti possono analizzare con precisione la morfologia dentale, la posizione delle radici, la densità ossea e altri dettagli critici per la pianificazione del trattamento ortodontico, implantare e chirurgico. Questa tecnologia si è rivelata particolarmente utile anche nella diagnosi di patologie dentali e delle vie aeree, consentendo una valutazione approfondita delle condizioni cliniche.
Un aspetto cruciale della CBCT è la sua versatilità nel fornire informazioni dettagliate in una vasta gamma di discipline mediche. Oltre all’odontoiatria, la CBCT trova applicazioni in chirurgia maxillo-facciale, otorinolaringoiatria, radiologia, ortopedia, e altre specialità mediche. La capacità di visualizzare in modo dettagliato le strutture anatomiche contribuisce notevolmente alla precisione delle diagnosi e alla pianificazione di interventi chirurgici complessi.

Nonostante i suoi indiscutibili vantaggi, è importante considerare anche le questioni etiche legate all’esposizione ai raggi X, e pertanto l’uso della CBCT dovrebbe essere giustificato in base alle necessità diagnostiche del paziente. Inoltre, gli operatori sanitari devono essere adeguatamente addestrati per interpretare correttamente le immagini e tradurre le informazioni ottenute in piani di trattamento efficaci e sicuri. La CBCT rappresenta una tecnologia rivoluzionaria che ha contribuito in modo significativo alla pratica medica e odontoiatrica. La sua capacità di fornire immagini tridimensionali dettagliate ha migliorato la precisione delle diagnosi e la personalizzazione dei piani di trattamento, confermandosi come uno strumento indispensabile nel panorama della diagnostica per immagini.

Ultra Low Dose
Protocol
Il protocollo ultra low dose (ULD) è una risposta alle preoccupazioni relative alla sicurezza radiologica. In questo contesto, gli ingegneri e gli scienziati hanno sviluppato protocolli avanzati per ottenere immagini CBCT con il minimo dosaggio possibile di radiazioni ionizzanti. Questo approccio riduce significativamente l’esposizione del paziente ai raggi X, mantenendo allo stesso tempo la qualità dell’immagine sufficiente per scopi diagnostici (Fig. 1).

Fig. 1: Progettazione ortodontica virtuale per trattamento con allineatori che associa la CBCT del massiccio facciale con il file .STL delle arcate dentarie.

Vantaggi del Protocollo Ultra Low Dose

Limitazione dell’esposizione ai raggi X
Il protocollo ultra low dose mira a mantenere un equilibrio ottimale tra la qualità dell’immagine e la riduzione dell’esposizione ai raggi X, contribuendo a mitigare le preoccupazioni legate alla radioprotezione.
Sicurezza del Paziente
Riducendo la dose di radiazioni, il protocollo ultra low dose minimizza il rischio di effetti collaterali dovuti all’esposizione ionizzante, rendendo l’esame più sicuro per il paziente.
Applicazioni cliniche diverse
Riducendo la dose di radiazioni, il protocollo ultra low dose mantiene un livello di qualità dell’immagine sufficiente per applicazioni diagnostiche in diverse discipline mediche, compresa l’odontoiatria.
Conservazione dell’alta risoluzione
Grazie ad avanzate tecniche di elaborazione delle immagini, il protocollo ULD dose consente di conservare un livello accettabile di risoluzione, essenziale per la corretta interpretazione dei dati.
Accettazione clinica
Il protocollo ULD sta guadagnando accettazione clinica poiché offre un approccio responsabile alla diagnostica per immagini, bilanciando la necessità di informazioni dettagliate con la priorità della sicurezza del paziente.
Considerazioni etiche e cliniche
Mentre il protocollo ULD dose rappresenta un passo significativo verso una maggiore sicurezza radiologica, è importante che la sua implementazione sia guidata da pratiche etiche e linee guida cliniche. Gli operatori sanitari devono essere consapevoli della necessità di bilanciare la dose di radiazioni con la precisione diagnostica richiesta per ciascun caso clinico.

In conclusione, il protocollo ULD dose per la CBCT rappresenta un progresso significativo nell’ottimizzazione della sicurezza radiologica, contribuendo a rendere l’imaging tridimensionale più accessibile e sicuro per i pazienti, senza compromettere la qualità delle informazioni diagnostiche ottenute.
Nell’ortodonzia, la CBCT è utilizzata per ottenere informazioni dettagliate sulla struttura ossea, la posizione dei denti, e altre caratteristiche anatomiche cruciali per la pianificazione del trattamento.

Pianificazione del trattamento
La CBCT fornisce informazioni cruciali sulla quantità di spazio disponibile per il movimento dentale, la posizione delle radici e la densità ossea. Questi dati sono fondamentali per la pianificazione precisa del trattamento con allineatori.
Segmentazione e ricostruzione 3D
I dati dalla CBCT possono essere utilizzati per la segmentazione e la ricostruzione tridimensionale dei denti e delle strutture ossee circostanti. Questo processo può essere eseguito attraverso software specializzati che consentono agli ortodontisti di visualizzare dettagli anatomici in modo accurato.
Analisi delle radici
La CBCT consente una visualizzazione dettagliata delle radici dentali. Questa informazione è essenziale per evitare danni alle strutture radicolari durante il movimento dentale e per garantire che il trattamento sia sicuro ed efficace

Vantaggi

Precisione
L’uso combinato di CBCT e STL consente una pianificazione più precisa del trattamento, contribuendo a ottenere risultati ottimali.
Personalizzazione
I dati dettagliati derivanti dalla CBCT consentono di personalizzare gli allineatori in base alle caratteristiche anatomiche specifiche di ciascun paziente.
Minimizzazione degli errori
La visione tridimensionale fornita dalla CBCT riduce il rischio di errori diagnostici, contribuendo a una maggiore efficacia del trattamento.
Considerazioni etiche e di sicurezza
È importante considerare le questioni etiche legate all’esposizione ai raggi X, pertanto l’uso della CBCT dovrebbe essere giustificato in base alle necessità diagnostiche del paziente.

Gli STL (Stereolithography) sono file digitali che rappresentano una superficie tridimensionale mediante la descrizione di triangoli. In ortodonzia, gli STL vengono spesso utilizzati per rappresentare i modelli digitali dei denti e delle strutture adiacenti. La combinazione di CBCT e file STL consente agli ortodontisti di acquisire una visione completa delle strutture dentali e ossee. La CBCT fornisce informazioni dettagliate sulla posizione radicolare, sulla densità ossea e sulla conformazione anatomica, mentre gli STL rappresentano la superficie dentale. Queste informazioni sono fondamentali per pianificare il trattamento con allineatori in modo personalizzato per ciascun paziente.

Gli ortodontisti utilizzano i file STL per creare modelli digitali dei denti del paziente. Questi modelli sono la base per la progettazione degli allineatori personalizzati. La precisione dei modelli contribuisce direttamente alla precisione degli allineatori. Attraverso l’integrazione dei dati CBCT e degli STL, è possibile eseguire simulazioni virtuali del trattamento. Gli ortodontisti possono anticipare il movimento dei denti e valutare il risultato finale prima di iniziare il trattamento effettivo. La CBCT, integrata con i file STL, che rappresentano in modo digitale i modelli dei denti, offre una panoramica completa delle caratteristiche anatomiche. Questa combinazione fornisce agli ortodontisti una visione dettagliata della posizione delle radici, della densità ossea e della morfologia dentale, informazioni fondamentali per la pianificazione del trattamento con allineatori. Durante il trattamento, file sequenziali possono essere utilizzati per monitorare il progresso senza caricare il paziente di ulteriori dosi radiogene, verificando la corretta posizione dei denti e apportando eventuali modifiche al piano di trattamento in corso. Grazie alla pianificazione dettagliata e alla personalizzazione degli allineatori, l’uso combinato di CBCT e STL può contribuire a ridurre il tempo complessivo del trattamento (Fig. 2).

Fig. 2: Progettazione ortodontica virtuale per trattamento con allineatori che associa la CBCT del massiccio facciale con il file .STL delle arcate dentarie che evidenzia come il movimento ortodontico progettato presenta delle criticità dal punto di vista del parodonto che viene ridotto durante lo spostamento.

Formazione e comunicazione
La visualizzazione tridimensionale fornita dalla CBCT in associazione con il file STL o il solo file STL, possono essere utilizzati per scopi didattici, facilitando la comunicazione con il paziente e migliorando la comprensione del piano di trattamento.
La progettazione virtuale 3D viene utilizzata per mostrare al paziente una simulazione del risultato finale. Durante la consultazione con il paziente, si spiega il piano di trattamento, si rispondono alle domande e si considerano eventuali modifiche. Dopo l’approvazione del paziente, si producono gli allineatori personalizzati e si inizia il trattamento. Il paziente ritorna periodicamente per nuovi set di allineatori, e l’ortodontista monitora il progresso rispetto al piano iniziale. L’utilizzo della progettazione virtuale è quindi anche uno strumento di comunicazione molto efficace ed è fondamentale per garantire una chiara comunicazione e coinvolgimento nel trattamento.
L’impiego dell’IA nell’ortodonzia, inclusa la pianificazione del trattamento con allineatori, rappresenta un campo in evoluzione che mira a migliorare la precisione, l’efficienza e la personalizzazione del trattamento ortodontico. Gli ortodontisti possono beneficiare dell’uso di strumenti basati su IA per ottimizzare le decisioni cliniche e migliorare l’esperienza complessiva del paziente.

Con l’avanzamento della tecnologia, l’intelligenza artificiale (IA) è entrata in gioco per ottimizzare ulteriormente il processo di pianificazione. L’IA può analizzare grandi quantità di dati, derivanti da varie fonti come scansioni radiografiche e modelli digitali, per suggerire piani di trattamento iniziali. Questi piani possono poi essere adattati e personalizzati dagli ortodontisti in base alle esigenze specifiche di ciascun paziente. Inoltre, la capacità dell’IA di eseguire simulazioni predittive del risultato del trattamento consente agli ortodontisti di visualizzare in anticipo come i denti si muoveranno nel corso del trattamento, contribuendo a una pianificazione più precisa e informata. La tecnologia basata su IA può anche adattare dinamicamente i piani di trattamento in base al progresso reale del paziente, migliorando la flessibilità e l’efficacia complessiva del trattamento. Questo approccio integrato, che sfrutta la CBCT, i file STL e l’IA, mira a personalizzare ulteriormente il trattamento con allineatori, riducendo il tempo complessivo del trattamento e migliorando la precisione dei risultati. Al di là della pianificazione, l’IA può contribuire anche alla progettazione personalizzata degli allineatori, garantendo un adattamento ottimale per ogni singolo paziente.

Elenchiamo alcuni degli aspetti dove l’IA può interagire con il processo di progettazione computerizzata degli allineatori ortodontici:

Analisi dei dati
L’IA può analizzare in modo efficiente grandi quantità di dati, compresi i dati derivanti da immagini radiografiche, scansioni intraorali e modelli digitali dei pazienti. Questa analisi può fornire informazioni dettagliate sulla struttura dentale e ossea.
Pianificazione automatica del trattamento
Alcuni sistemi basati su IA possono essere progettati per suggerire piani di trattamento iniziali in base ai dati raccolti. Questi piani possono essere utilizzati come punto di partenza per l’ortodontista, che apporterà poi le necessarie personalizzazioni.
Simulazioni predittive
L’IA può essere utilizzata per eseguire simulazioni predittive del risultato del trattamento. Queste simulazioni possono aiutare gli ortodontisti a prevedere come i denti si muoveranno nel corso del trattamento, consentendo la messa a punto di piani di trattamento più precisi.
Ottimizzazione del trattamento
I sistemi basati su IA possono contribuire a ottimizzare i piani di trattamento, adattandoli in tempo reale in base al progresso effettivo del paziente.
Machine learning per l’adattamento continuo
L’AI può integrare il machine learning per adattarsi e migliorare continuamente la precisione delle simulazioni e dei piani di trattamento in base all’esperienza clinica accumulata.
Riconoscimento delle strutture anatomiche e segmentazione
L’IA può essere impiegata per il riconoscimento automatico delle strutture anatomiche nei dati radiografici, facilitando l’identificazione di dettagli critici per la pianificazione del trattamento. La segmentazione delle strutture ossee tramite Intelligenza Artificiale (IA) coinvolge l’elaborazione di immagini mediche tridimensionali, come quelle ottenute da una scansione CBCT. Dopo l’acquisizione delle immagini, viene eseguita una pre-elaborazione per migliorarne la qualità. Gli algoritmi di segmentazione, spesso basati su reti neurali convoluzionali (CNN), vengono selezionati per riconoscere automaticamente le strutture ossee. L’apprendimento automatico (machine learning) gioca un ruolo fondamentale nell’addestrare questi algoritmi. Un modello viene allenato su un vasto set di dati annotati, dove esperti hanno indicato manualmente le posizioni delle strutture ossee. L’algoritmo apprende schemi e caratteristiche per la segmentazione automatica in nuove immagini. La segmentazione avviene pixel per pixel, assegnando a ciascun pixel una classe specifica (a esempio, osso o tessuto circostante). Dopo la fase di segmentazione automatica, i risultati vengono validati confrontandoli con annotazioni manuali o standard di riferimento e ottimizzati se necessario. Le applicazioni cliniche di questa segmentazione automatica includono la pianificazione chirurgica, l’ortodonzia e altre discipline che richiedono una valutazione dettagliata delle strutture ossee. Gli algoritmi di segmentazione possono essere integrati nei sistemi clinici e software di imaging, fornendo strumenti avanzati agli operatori sanitari. L’IA può evolvere continuamente attraverso il feedback e gli aggiornamenti basati sull’esperienza clinica, migliorando nel tempo la precisione della segmentazione ossea nelle immagini mediche (Fig. 3).
L’IA può essere coinvolta nella progettazione e nella personalizzazione degli allineatori garantendo un adattamento ottimale al paziente in base alle caratteristiche anatomiche specifiche.

Fig. 3: La segmentazione delle ossa e dei denti è un processo complesso e time consuming che oggigiorno è affrontabile in pochi minuti utilizzando algoritmi di intelligenza artificiale (Fonte: Planmeca).

La ricerca e lo sviluppo basati sull’IA potrebbero portare a nuove funzionalità e miglioramenti nei sistemi di progettazione di allineatori trasparenti nel tempo.
In sintesi, l’ortodonzia digitale sta abbracciando con entusiasmo l’integrazione di tecnologie avanzate, creando un approccio più personalizzato, efficiente e predittivo nel trattamento con allineatori trasparenti. La CBCT, integrata con i file STL, che rappresentano in modo digitale i modelli dei denti, offre una panoramica completa delle caratteristiche anatomiche. Questa combinazione fornisce agli ortodontisti una visione dettagliata della posizione delle radici, della densità ossea e della morfologia dentale, informazioni fondamentali per la pianificazione del trattamento ortodontico e la possibilità di progettare un trattamento ortodontico con una maggiore consapevolezza della struttura parodontale. Questa consapevolezza è fondamentale per ridurre il rischio di eseguire movimenti dentari non in protezione causando nel breve e più spesso lungo periodo danni parodontali non trascurabili. L’AI può essere soggetta a un processo di apprendimento continuo, con la possibilità di migliorare nel tempo attraverso feedback e aggiornamenti basati sull’esperienza clinica ed è perciò una incredibile alleata dell’ortodonzia di questi ultimi anni e degli anni a venire.

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