UNIVERSIDADE FEDERAL DE PERNAMBUCO
CENTRO DE CIÊNCIAS DA SAÚDE
PÓS-GRADUAÇÃO EM ODONTOLOGIA
MESTRADO EM CLÍNICA ODONTOLÓGICA INTEGRADA
CLÁUDIA CRISTINA BRAINER DE OLIVEIRA MOTA
APLICAÇÃO CLÍNICA DA TOMOGRAFIA POR COERÊNCIA ÓPTICA
NA AVALIAÇÃO DA INTEGRIDADE DE RESTAURAÇÕES ESTÉTICAS
Recife – PE
2009
UNIVERSIDADE FEDERAL DE PERNAMBUCO
CENTRO DE CIÊNCIAS DA SAÚDE
PÓS-GRADUAÇÃO EM ODONTOLOGIA
MESTRADO EM CLÍNICA ODONTOLÓGICA INTEGRADA
CLÁUDIA CRISTINA BRAINER DE OLIVEIRA MOTA
APLICAÇÃO CLÍNICA DA TOMOGRAFIA POR COERÊNCIA ÓPTICA
NA AVALIAÇÃO DA INTEGRIDADE DE RESTAURAÇÕES ESTÉTICAS
Dissertação apresentada ao Colegiado da Pós-Graduação
em Clínica Odontológica Integrada do Centro de Ciências
da Saúde da Universidade Federal de Pernambuco, como
requisito parcial para obtenção do grau de mestre em
Clínica Odontológica Integrada.
Orientador: Prof. Dr. Anderson Stevens Leônidas Gomes
Co-orientadora: Profa. Dra. Renata Cimões Jovino Silveira
Recife – PE
2009
Mota, Cláudia Cristina Brainer de Oliveira
Aplicação clínica da tomografia por coerência ópticana avaliação da integridade de restaurações estéticas / Cláudia Cristina Brainer de Oliveira Mota. – Recife: O Autor, 2009.
123 folhas: il., fig., tab. Dissertação (mestrado) – Universidade Federal de
Pernambuco. CCS. Odontologia, 2009.
Inclui bibliografia, anexos e apêndice.
1. Tomografia de coerência óptica.2. Microinfiltração marginal. 3. Interface dente-restauração. I. Título.
616.314 CDU (2.ed.) UFPE 617.6 CDD (22.ed.) CCS2010-008
UNIVERSIDADE FEDERAL DE PERNAMBUCO
REITOR
Prof. Dr. Amaro Henrique Pessoa Lins
VICE-REITOR
Prof. Dr. Gilson Edmar Gonçalves e Silva
PRÓ-REITOR DA PÓS-GRADUAÇÃO
Prof. Dr. Anísio Brasileiro de Freitas Dourado
CENTRO DE CIÊNCIAS DA SAÚDE
DIRETOR
Prof. Dr. José Thadeu Pinheiro
COORDENADOR DA PÓS-GRADUAÇÃO EM ODONTOLOGIA
Prof. Dr. Jair Carneiro Leão
PROGRAMA DE PÓS-GRADUAÇÃO EM ODONTOLOGIA
MESTRADO EM CLÍNICA ODONTOLÓGICA INTEGRADA
COLEGIADO
Profa. Dra. Alessandra Albuquerque T. Carvalho
Prof. Dr. Anderson Stevens Leônidas Gomes
Prof. Dr. Carlos Menezes Aguiar
Prof. Dr. Cláudio Heliomar Vicente da Silva
Prof. Dr. Geraldo Bosco Lindoso Couto
Prof. Dr. Jair Carneiro Leão
Profa. Dra. Jurema Freire Lisboa de Castro
Profa. Dra. Lúcia Carneiro de Souza Beatrice
Profa. Dra. Renata Cimões Jovino Silveira
SECRETARIA
Oziclere Sena de Araújo
APLICAÇÃO CLÍNICA DA TOMOGRAFIA POR COERÊNCIA ÓPTICA
NA AVALIAÇÃO DA INTEGRIDADE DE RESTAURAÇÕES ESTÉTICAS
CLÁUDIA CRISTINA BRAINER DE OLIVEIRA MOTA
DISSERTAÇÃO APROVADA EM 21 / 12 / 2009.
MEMBROS DA BANCA EXAMINADORA:
Profa. Dra. Lúcia Carneiro de Souza Beatrice: __________________________
Profa. Dra. Aronita Rosenblatt: ______________________________________
Prof. Dr. Cláudio Heliomar Vicente da Silva: ____________________________
Recife –PE
2009
DEDICATÓRIA
A Deus, o amor maior, fonte de sabedoria e que me deu forças e me iluminou
para chegar até aqui.
Aos meus pais, Danilo e Marta, pela educação que me proporcionaram, por
todo o apoio e incentivo, por sempre me fazerem perceber que não estava
sozinha e, sobretudo, pelo amor incondicional.
Às minhas irmãs, Daniele e Flávia, pelo barulho contagiante que fazem
quando estão em casa, pelas conversas jogadas fora, pelas risadas ao vento, e
pela paciência em suportar os meus estresses.
Aos meus inesquecíveis vovô Antônio e vovô Mota que, embora já tenham
partido, sei que continuam olhando e zelando por mim onde quer que estejam,
e às minhas queridas vovó Edielza e vovó Nilda, por todo o carinho e pelos
inúmeros ensinamentos.
Aos meus tios e primos, por todo o amor, carinho e apoio; a Bia, por suportar
essa madrinha tão ausente...
AGRADECIMENTOS ESPECIAIS
Ao meu orientador, Prof. Anderson Stevens Leônidas Gomes, o Chefe, pela
amizade, confiança, incentivo e por todos os ensinamentos que me transmitiu
com sua sabedoria, experiência e visão. Um exemplo de incansável dedicação
e amor ao trabalho!
À minha co-orientadora, Profa. Renata Cimões Jovino Silveira, pela
presença e conselhos nos momentos mais oportunos.
À Profa. Márcia Maria Vendiciano Barbosa Vasconcelos, minha orientadora
durante a graduação e que, com seu carinho, dedicação e paciência me
ensinou a amar a vida acadêmica e mostrou o quão prazeroso é pesquisar.
A Anamaria Dionísio de Oliveira Araújo, minha primeira amiga, pelos nossos
vinte e poucos anos de convivência.
Às grandes amizades que a graduação em odontologia me trouxe: Catarina da
Mota Vasconcelos Brasil, minha dupla até a outra vida, Daéllia Carolina
Clemente Estima e Natalia Rabelo de Carvalho que, juntas, me faziam dar
boas risadas todas as manhãs, a caminho da UFPE; Emmanuelle Maria
Queiroz Roberto de Lima e Juliane Azevedo Ribeiro, companheiras com
quem posso contar, sempre.
AGRADECIMENTOS
À Universidade Federal de Pernambuco, que me acolheu desde a graduação.
Aos professores do Programa de Pós Graduação em Odontologia, por todos os
ensinamentos.
À Fundação de Amparo à Ciência e Tecnologia do Estado de Pernambuco
(FACEPE), à Coordenação de Aperfeiçoamento Pessoal de Nível Superior
(CAPES) e ao Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico
(CNPq) pelo financiamento da pesquisa e pela bolsa de mestrado, que me
permitiu manter dedicação integral ao curso.
À Profa. Lúcia Carneiro de Souza Beatrice, que gentilmente cedeu o espaço
para montagem da TCO nas dependências do Curso de Odontologia.
Aos professores Adolfo José Cabral e Paulo Fonseca Menezes Filho, por abrir
as portas das clínicas de Dentística 2 e 3 durante minha coleta de dados, e
também aos seus alunos, pela imensa colaboração na seleção dos pacientes.
Ao Prof. John M. Girkin, pelas valiosas instruções na finalização deste estudo.
Aos amigos do Laboratório de Optoeletrônica e Fotônica da UFPE, Bernardo
Kyotoku que, apesar de distante, fez-se presente sempre que necessário, via
Skype ou Gmail; Heloisa Onias e Rebecca Diniz, que me deram as primeiras
lições da TCO; Ana Vitória, Angélica Melo e Betson Fernando, sempre
dispostos a ajudar; Douglas Vitoreti, Thiago Lemos, Eroni Santos, Christian
Tolentino e Rogério Maltez, pelas inesquecíveis explicações de interferência,
cálculo de resolução, medidas de cintura do feixe etc... Marco Sacilotti, por me
ensinar a perceber a beleza nas coisas mais simples; Adalberto Amorim, por
todas as explicações de eletrônica e pela agradável e constante companhia,
mesmo nos momentos em que estou mais ‘chatita’; Kátia Calligaris, por
preencher as lacunas da interface física-ciências da saúde.
Aos amigos-dentistas, também companheiros de laboratório, Ana Marly Maia,
Tibério Matheus, Cynthia Kauffman, Luciana Melo e Ana Karla Braz, pelas
experiências compartilhadas. À Hannah Kashyap, pela preciosa colaboração
na fase de transferência da TCO para a Faculdade de Odontologia e início da
coleta de dados. À Gabriela Queiroz, grande parceira de pesquisas.
Aos colegas de turma do mestrado Catarina Brasil, Natalia Carvalho, Talita
Ribeiro, Camila Arcoverde, Raphaela Silva, Michellini Sedycias, Klécio Alves,
Felipe Bravo, Thaís Malheiros, Ana Luisa Mariz, Arnaldo Pereira, Daniela
Mendes e Bruna Farias pela agradável convivência.
Aos funcionários da Pós Graduação em Odontologia, em especial a Oziclere,
por toda a colaboração. À equipe da oficina mecânica do Departamento de
Física da UFPE, João, Valdomiro e Severino, pela participação fundamental na
confecção de peças e aparatos para a TCO, antes de iniciar as atividades em
pacientes.
Aos pacientes que participaram da pesquisa.
A todas as pessoas que, de uma forma geral, contribuíram para a realização
deste trabalho.
SUMÁRIO
LISTA DE FIGURAS
LISTA DE TABELAS
LISTA DE SIGLAS E ABREVIATURAS
LISTA DE SÍMBOLOS
RESUMO
ABSTRACT
APRESENTAÇÃO
1 INTRODUÇÃO 28
2 REVISÃO DE LITERATURA 31
2.1 A busca pela estética e as restaurações em resina composta 32
2.2 Métodos de diagnóstico de falhas nas restaurações disponíveis
clinicamente
34
2.3 Princípios físicos das técnicas de diagnóstico com radiação
eletromagnética
35
2.2.1 Espalhamento
2.2.2 Reflexão
2.2.3 Absorção e fluorescência
37
40
41
2.4 Métodos de diagnóstico aplicáveis à Odontologia 43
2.4.1 Raios X
2.4.2 Fluorescência a laser
2.4.3 Fluorescência infravermelho
46
48
50
2.4.4 Quantificação da fluorescência induzida por luz
2.4.5 Imageamento multi-foton
2.4.6 Transiluminação
2.4.7 Imageamento em terahertz
2.4.8 Termografia infravermelho
2.4.9 Medidas de eletrocondutividade
2.4.10 Espectroscopia de impedância
2.4.11 Espectroscopia Raman
2.4.12 Ultrassom
2.4.13 Tomografia por Coerência Óptica
50
52
52
55
56
56
57
59
60
60
REFERÊNCIAS
71
ARTIGO 77
Abstract 78
Introduction 79
Materials and Methods 82
Results 86
Discussion 89
Conclusions 93
Acknowledgements 93
References 94
Figure captions 100
Table captions 102
RESUMO CLEO EUROPE 112
APÊNDICE 114
Apêndice A – termo de consentimento livre e esclarecido 114
ANEXOS 117
Anexo A – Carta de aprovação CEP-CCS/UFPE 117
Anexo B – Normas da Revista Journal of Biomedical Optics 118
LISTA DE FIGURAS
REVISÃO DE LITERATURA
Figura 1. Espectro eletromagnético da radiação. (Fonte:
http://www.williams.edu/astronom).
37
Figura 2. Diagrama esquemático para mostrar algumas das formas de
interação das ondas com os objetos (Adaptado HALL; GIRKIN et al.,
2004).
38
Figura 3. 3(a) reflexão especular; 3(b) reflexão difusa (Fonte:
http://www.images.google.com.br).
41
Figura 4. 4(a) Midwest Caries ID, Dentsply (Fonte:
http://www.cariesid.com). 4(b) DIAGNOpen, KaVo. 4(c) DIAGNOdent
no seu design original. (Fonte: http://www.kavousa.com).
49
Figura 5. Imagem de pré-molar em 5(a) e evidenciação de lesão
cariosa, indicada pela seta, em 5(b) através da técnica de QLF (Fonte:
http://www.inspektor.nl).
51
Figura 6. 6(a), sistema DIFOTI, Electro-Optical Sciences, Estados
Unidos. 6(b), imagem gerada pelo sistema de 6(a) (Fonte:
http://www.difoti.com).
54
Figura 7. Sistema de CarieScan, 7(a) e desenho esquemático de
aplicação da técnica, 7(b) (Fonte: http://www.cariescan.com).
58
Figura 8. 8(a) Primeira imagem de TCO em oftalmologia (Fonte:
HUANG et al., 1991). 8(b) Imagem de TCO em oftalmologia obtida a
62
partir de equipamento comercial Karl Zeiss Meditec (Fonte:
http://www.oct.zeiss.com).
Figura 9. 9(a) Imagem de TCO da seção transversal do tecido
dentário e periodonto de porco. 9(b) Imagem microscópica da mesma
secção (Fonte: COLSTON et al., 1998).
63
Figura 10. Modelo esquemático do sistema de Tomografia por
Coerência Óptica.
66
Figura 11. Diagrama esquemático da produção de um A-scan pela
TCO e a produção de um corte tomográfico de um dente, conhecido
como B-scan (HALL; GIRKIN et al., 2004).
68
Figura 12. Alguns resultados obtidos in vivo com a TCO: 12(a) incisivo
central superior hígido, no qual se observa o limite amelo-dentinário;
12(b) coroa metalo-cerâmica em incisivo central superior, onde se
pode visualizar partículas de diferentes tamanhos na cerâmica e a
linha de interface entre esta e o metal; 12(c) e 12(d), incisivo central
superior e incisivo lateral superior, respectivamente, restaurados em
resina composta com falhas na interface dente-restauração
(evidenciadas pelas setas, na porção superior da restauração).
70
ARTIGO
Figure 1. OCT setup. 1(a) schematic diagram of SD-OCT, operating at
850nm; 1(b) dental SD-OCT adapted for in vivo study; 1(c) positioning
of patient.
103
Figure 2. Sequence indicating the scan positioning in the patient’s
teeth, identifying the tomographic slices.
104
Figure 3. Well suited restoration of a central incisor. 3(a) clinical
photograph; 3(b) conventional radiography; 3(c) sequence of OCT
images: arrows indicate the integrity in the enamel-restoration
interface. Red bar represents 1 mm.
105
Figure 4. An aesthetic facet over an incisal restoration. 4(a) clinical
photograph; 4(b) conventional radiography; 4(c) sequence of OCT
images: air bubble (shown within the major circle); gaps at the
interface enamel-restoration (indicated by the dots); small rectangles
indicate an space under the restoration, probably due to
polymerization contraction; and the triangles, crack points between
resin increments. Red bar represents 1 mm.
106
Figure 5. Restoration involving medium and incisal regions. 5(a)
clinical photograph; 5(b) conventional radiography; 5(c) sequence of
OCT images: arrow indicates the well suited enamel-restoration
interface; within the circle, an air bubble; dots indicate gaps at the
enamel-restoration interface; triangles shows superficial defects and
internal fractures at the resin composite; stars indicate imaging
artifacts. Red bar represents 1 mm.
107
Figure 6. Restoration involving medium and incisal regions. Arrows
indicate the well suited enamel-restoration interface; dots, the
presence of gaps; triangles demonstrate superficial fissures at resin
composite; within the large rectangle, we can observe a darker region,
108
corresponding to lighter resin color increment in the incisal part of
restoration. Red bar represents 1 mm.
Figure 7. Sequence of an incisal restoration with defects throughout
the entire structure. Dots indicate gaps between the restorative
material and the dental enamel; in DEJ, we can observe the dentin-
enamel junction; artifact imaging indicated by star. Red bar represents
1 mm.
108
Figure 8. Three different aesthetic facets. Diamonds indicate problems
with cervical adaptation of the restorations in 8(a) and 8(b), and a well
suited adaptation in 8(c). Red bars represent 1 mm.
109
RESUMO
Figure 1. In vivo OCT image of lateral superior incisor of human
patient. The region in the circle shows the failure in the restoration
located in the tooth enamel.
113
LISTA DE TABELAS
ARTIGO
Table 1. A summary of the preliminary results. 110
Table 2. Kappa coefficient results. 111
LISTA DE SIGLAS E ABREVIATURAS
ANSI – American National Standards Institute
DEJ – Dentin-enamel junction
DIFOTI – Transiluminação por fibra óptica com imagem digital
FOTI – Fiber-Optics Trans-Illumination/transiluminação por fibra óptica
IR – infrared/infravermelho
LF – Laser fluorescence/fluorescência a laser
NIR – Near infrared/infravermelho próximo
OCT – Optical coherence tomography
PS-OCT – Polarization sensitive optical coherence tomography/
tomografia por coerência óptica sensível à polarização
QLF – Quantitative Light Fluorescence/ quantificação da
fluorescência luminosa
RC – Resina composta
SD-OCT – Spectral domain optical coherence tomography/ tomografia
por coerência óptica no domínio espectral
SLD – Superluminescent diode/ Diodo super luminescente
TCO – Tomografia por coerência óptica
TI – Transiluminação
LISTA DE SÍMBOLOS
0C – graus Celsius
~ – aproximadamente
∆Q – área x média de alteração na fluorescência
∆F – média de alteração na fluorescência
λ – comprimento de onda
λo – comprimento de onda central
∆λ – largura de banda
π – constante de Arquimedes = 3,14
∆x – resolução transversal
ω – cintura do feixe
lc – resolução axial
f – distância focal
Hz – Hertz
cm-1 – centímetro inverso
mm – milímetro
mm2 – milímetro quadrado
µm – micrômetro
nm – nanômetro
mW – miliwatts
µW – microwatts
m/s – metros por segundo
kVp – quilovoltagem
mA – miliampère
2D – duas dimensões
ln2 – notação utilizada usualmente, onde ln2 = logaritmo de 2 = 0,69
RESUMO
A Tomografia por Coerência Óptica (TCO) foi aplicada para avaliar
restaurações dentárias em humanos. Vinte pacientes com restauração em
resina composta em dentes anteriores foram selecionados e avaliados através
de um exame radiográfico convencional, inspeção visual e TCO. As imagens
foram obtidas usando um sistema de TCO montado em laboratório, operando
no domínio espectral, tendo como fonte de luz um diodo superluminescente de
850 nm. As imagens radiográficas e de TCO, bem como as fotografias clínicas
foram apresentadas a três avaliadores distintos, para verificação do índice de
concordância entre eles quanto ao diagnóstico em cada modalidade de exame.
Os resultados foram analisados com relação à integridade e adaptação
marginal das restaurações. Através de um programa de computador
apropriado, as restaurações com ou sem falhas, incluindo aquelas regiões
lesadas, puderam ser localizadas antes da realização de uma nova
restauração. Lesões e falhas nas restaurações que não foram vistas ao exame
visual nem ao raio X foram identificadas pela TCO, e estas foram identificadas
durante o novo tratamento restaurador. O coeficiente de Kappa apresentou
índices de concordância substancial para o diagnóstico através dos exames
clínico e radiográfico, e de concordância perfeita para o diagnóstico através da
TCO. Este estudo in vivo demonstra que a técnica de TCO tem grande
potencial para ser usada na clínica odontológica na avaliação de restaurações
e prevenção de cáries recorrentes.
Palavras-chave: tomografia de coerência óptica, diagnóstico odontológico,
microinfiltração marginal, interface dente-restauração.
ABSTRACT
Optical Coherence Tomography (OCT) was applied to assess dental
restorations in humans. Twenty patients with resin composite restorations in
anterior teeth were selected and evaluated using a conventional radiographic
examination, visual inspection and OCT. Images were obtained using a home
built OCT system operating in the spectral domain, with an 850 nm
superluminescent diode light source. Radiographic and OCT images, as well as
clinical photographs were presented to three distinct evaluators, aiming to verify
the agreement index between them with respect to diagnostic in which modality
of exam. The results were analyzed with respect to the integrity and marginal
adaptation of the restorations. Using appropriate software failed and failing
restorations, including those with lesioned regions, could be located prior to the
placement of a new restoration. Lesions and failed restorations were identified
with the OCT system that could not be seen by conventional visual and X-ray
examinations and these were found to be present on surgical intervention. The
Kappa coefficient presented a substantial agreement index to diagnosis
thorough clinical and radiographic exam, and a perfect agreement index to
diagnosis thorough OCT. This in vivo study demonstrates that the OCT
technique has a great potential to be used in clinical practice to assess dental
restorations and prevent recurrent caries.
Keywords: Optical Coherence Tomography, Dental Diagnostics, Marginal
Microleakage, Dental-Restoration Interface.
APRESENTAÇÃO
Esta dissertação foi organizada em duas partes: inicialmente foram feitas uma
introdução e revisão de literatura, seguidas por um artigo submetido a um
periódico científico de interface entre as ciências exatas e as ciências da saúde
e um resumo aceito e apresentado em uma conferência internacional. A
revisão de literatura, realizada através de buscas nas bases de dados PubMed,
OSA Optics Infobase e SPIE Digital Library, inicia abordando a busca pela
estética e as restaurações em resina composta, relaciona os meios atualmente
disponíveis na clínica odontológica para diagnóstico de falhas neste tipo de
restauração, e apresenta novos métodos de diagnóstico de cárie e falhas em
restaurações baseadas nos princípios ópticos da interação laser tecidual e/ou
eletrônicos. Em seguida, o artigo “Clinical use of optical coherence
tomography to evaluate the integrity of dental restorations”, submetido ao
Journal of Biomedical Optics, apresenta o sistema de tomografia por coerência
óptica (TCO) aplicado ao diagnóstico clínico de falhas na interface dente-
restauração e visualização de defeitos estruturais internos. Resultados parciais
deste trabalho foram também apresentados na CLEO Europe 2009
(Conference on Lasers and Electro-Optics), em Munich, Alemanha, com a
publicação do resumo “Application of Optical Coherence Tomography to
detect failures at the enamel dental restoration interface– an in vivo
study”. Para realização deste estudo, um equipamento de TCO de montagem
laboratorial foi adaptado para funcionamento in vivo e transferido para um
espaço no ambiente das clínicas odontológicas da UFPE. Este trabalho
apresenta a viabilidade da técnica de TCO, discutindo suas vantagens e
limitações em relação às técnicas atualmente disponíveis (exame clínico e
radiográfico).
Palavras-chave: Tomografia de Coerência Óptica, Diagnóstico por Imagem,
Infiltração Dentária.
PRESENTATION
This work was organized in two parts: initially it had been done an introduction
and a literature review, followed by an article submitted to a scientific periodic,
specialized in the interface area between Physics and Health Sciences, and an
abstract accepted and already presented at an international conference. The
literature review, performed through PubMed, OSA Optics Infobase and SPIE
Digital Library databases, starts with an approach about the searching for
esthetics and the composite resin restorations, relates the techniques currently
available in dental clinics to diagnosis of failures at these restorations, and
introduces new methods of diagnostic of caries and failures in restorations
based on the optical and/or electronics principles of laser-tissue interaction.
Then the article “Clinical use of optical coherence tomography to evaluate
the integrity of dental restorations”, submitted to the Journal of Biomedical
Optics, presents the optical coherence tomography system (OCT) applied to
clinical diagnostic of failures in the tooth-restoration interface and visualization
of internal structural defects. Partial results of this study were also presented at
CLEO Europe 2009 (Conference on Lasers and Electro-Optics), Munich,
Germany, and an abstract was published: “Application of Optical Coherence
Tomography to detect failures at the enamel dental restoration interface–
an in vivo study”. To perform this study, a home built OCT system was
adopted for use in vivo and transferred to dental clinics at UFPE. This work
presents the viability of OCT technique, discussing its advantages and
limitations correlated to other techniques actually available (clinical and
radiographic exams).
Key words: Optical Coherence Tomography, Imaging Diagnostic, Dental
Microleakage.
28
1 INTRODUÇÃO
A interface dente-restauração sempre foi alvo de muitas pesquisas e
discussões na Odontologia, pois o sucesso do tratamento restaurador depende
da integridade desta região. Mesmo com os avanços obtidos na Dentística pelo
desenvolvimento de novas resinas e sistemas adesivos, ainda se observam
falhas na interface dente-restauração. No caso dos materiais adesivos, que
aderem quimicamente ao tecido dentário, as falhas marginais são
consequência do emprego da técnica restauradora incorreta, das propriedades
físicas do material e, principalmente, da contração gerada durante a
polimerização do material (MELO et al., 2005).
As fendas, eventualmente presentes na interface dente-restauração,
tendem a sofrer infiltração marginal de microrganismos e evoluir para uma cárie
secundária. De acordo com Colston et al. (1998a), estas falhas podem ser
detectadas por inspeção visual e tátil ou, ainda, com auxílio de radiografias.
Entretanto, dependendo de suas dimensões – largura, comprimento,
profundidade –, as fendas podem ser clinicamente imperceptíveis. Além delas,
outros problemas estruturais, também de difícil detecção, podem estar
relacionados ao comprometimento do tratamento restaurador: é o caso de
falhas internas da restauração, tais como bolhas, falta de adesão às paredes
da cavidade, ou mesmo pequenos pontos de fratura, estejam eles na junção
tecido dentário-material restaurador ou entre os incrementos da resina
composta.
29
O resultado da dificuldade de se ter um diagnóstico precoce destas
falhas é que a maior parte do tempo clínico do cirurgião-dentista é empregada
na substituição de restaurações. A motivação para essas substituições está
baseada, na maioria das vezes, na prevenção ou tratamento das lesões de
cárie secundária (PEDROSA et al., 2007).
Visando a detecção precoce de falhas nas restaurações e,
consequentemente, formação de cárie recorrente, vários sistemas de
diagnóstico vem sendo desenvolvidos, alguns deles baseados em técnicas
ópticas.
A Tomografia por Coerência Óptica é uma técnica com grande potencial
de visualização estrutural e marginal de defeitos das restaurações antes de
ocorrer perdas minerais significativas, minimizando perdas dentárias e
diminuindo o número de retratamentos restauradores desnecessários. Esta
modalidade de imageamento óptico foi apresentada em 1991 por Huang et al.,
que mostraram, pela primeira vez, que a técnica de TCO é capaz de gerar
imagens de secção transversal de alta resolução da microestrutura interna de
materiais e sistemas biológicos, medindo a luz que é refletida e retroespalhada.
Imagens com resolução de 1-30 µm podem ser obtidas, uma ou duas ordens
de magnitude maior que o ultrassom convencional. Primeiramente, a técnica de
TCO foi preconizada para uso em oftalmologia, antes de ser desenvolvida para
aplicações em dermatologia e tecidos do trato gastrointestinal (HALL; GIRKIN,
2004). Trabalhos adicionais usaram com sucesso a TCO para avaliar a
interface dente-restauração para restaurações semitransparentes. Isso pode ter
30
implicações para o diagnóstico não invasivo de cáries secundárias (MELO et
al., 2005).
A luz tem sido usada para investigar as propriedades estruturais dos
dentes por oferecer muitas vantagens não encontradas em outras técnicas de
imagem, incluindo seu caráter inócuo (isto é, ausência de radiação nociva aos
tecidos) e de fácil geração e detecção. TCO é uma tecnologia de bioimagens
que promete ter um impacto amplo e significativo no diagnóstico clínico por
imagem.
Este estudo objetiva comprovar, in vivo, que a técnica da Tomografia por
Coerência Óptica pode se tornar um método de diagnóstico bastante eficaz na
avaliação de restaurações adesivas diretas em dentes anteriores quanto à sua
integridade interna e externamente, bem como quanto à sua adaptação
marginal.
31
2 REVISÃO DA LITERATURA
Os dentes são constituídos por três tipos de tecidos duros: esmalte,
dentina e cemento. A porção central interna do dente é cavernosa e chamada
de polpa, sendo preenchida por um fluido aquoso que envolve os nervos, vasos
sanguíneos, e células especializadas e indiferenciadas (KATCHBURIAN;
ARANA, 2004).
A cárie dentária, por sua vez, é um processo patológico multifatorial,
inicialmente caracterizado pela desmineralização localizada do tecido duro
dental, o qual eventualmente conduz à cavitação morfológica e maior
destruição tecidual (a formação da lesão, que se inicia com o aumento da
porosidade do esmalte). Lesões cariosas podem ser classificadas de acordo
com os tecidos nos quais estão localizadas, as faces do dente atingidas, e/ou
seus níveis de atividade suspeita ou associação com próteses dentárias.
Obviamente, TCO pode ser útil na busca deste tipo de lesão, opticamente
representada por uma região de maior retroespalhamento da luz na área da
fissura da superfície dental. As capacidades da TCO são especialmente
importantes quando a lesão cariosa está completamente oculta sob a superfície
dentária observada. Isso é frequente em casos de cáries secundárias, que se
desenvolvem na interface entre o tecido dentário e o material restaurador
(FELDCHTEIN et al., 1998).
32
2.1 A busca pela estética e as restaurações em resina composta
A crescente valorização da estética tem sido responsável por profundas
mudanças na odontologia, iniciadas com o advento das resinas compostas em
meados da década de 60. Desde então, o paciente é estimulado a buscar
tratamentos odontológicos com resultado estético de alta excelência (BUSATO,
2005).
O emprego de resinas compostas (RC) como material restaurador é hoje
uma realidade incontestável devido às suas excelentes propriedades estéticas
e mecânicas. No entanto, um dos maiores problemas associados ao uso deste
material está relacionado à sua inerente contração durante a reação de presa.
Esta contração pode provocar o aparecimento de falhas na integridade da
interface dente-restauração e, consequentemente, infiltração marginal,
descoloração das margens da restauração, cáries recorrentes, sensibilidade
pós-operatória, trincas de esmalte, fatores estes capazes de reduzir a
longevidade da restauração (GAROUSHI; LASSILA; VALLITTU, 2007).
Muitos aprimoramentos foram desenvolvidos ao longo dos anos, sempre
com o objetivo de melhorar as propriedades e a longevidade do material na
cavidade oral. A maior parte desta evolução consistiu em aprimoramentos
significativos das partículas de carga, enquanto que a química por trás da
matriz orgânica sofreu apenas pequenas modificações desde o trabalho
pioneiro de Bowen (1967). O aprimoramento das partículas de cargas não só
contribuiu para a redução da contração de polimerização das RC, como
também aumentou sua resistência, diminuindo, assim, o índice de fraturas do
33
material. Estas mudanças fizeram com que as propriedades físicas das resinas
compostas (força de compressão, módulo de elasticidade, coeficiente de
expansão/contração térmica, índice de refração, entre outras) se tornassem
mais próximas daquelas dos tecidos dentários com os quais formam interfaces
(FELDCHTEIN et al., 1998).
Ainda assim, de acordo com Castro et al. (2002), apesar das constantes
melhorias referentes às resinas compostas, a contração ocorrida durante o
processo de polimerização pode causar ruptura na adesão do sistema
restaurador, tendo como consequência a formação de fendas entre o material
restaurador e a parede da cavidade. Sabendo-se que restaurações dentárias
formam uma barreira, impedindo que fluidos orais e bactérias penetrem no
dente, faz-se importante observar que um selamento marginal inadequado
pode resultar em perda adicional de estrutura dentária e disseminação de
bactérias (COLSTON et al., 1998b).
Em 2002, Castro et al. afirmaram que há alguns fatores que favorecem o
processo de adesão da restauração e podem ser divididos em dependentes da
superfície ou do adesivo. Como fatores dependentes da superfície, tem-se:
superfícies limpas e secas, elevada energia de superfície, recepção às uniões
químicas (cristais de hidroxiapatita e fibras colágenas) e lisura das superfícies.
Os fatores dependentes do adesivo, por sua vez, são: baixa tensão superficial,
viscosidade reduzida, estabilidade dimensional, resistência mecânica e
biocompatilibilidade.
De Munk et al. (2005) afirmaram que a efetividade do selamento de
adesivos contemporâneos é bastante favorável, independentemente da técnica
34
usada. Ao longo prazo, porém, a eficácia de selamento de alguns adesivos cai
drasticamente, enquanto o forte selamento de outros adesivos é mais estável.
A maior falha dos adesivos restauradores contemporâneos é sua durabilidade
limitada in vivo. As razões mais citadas para falha das restaurações adesivas
são perda de retenção e adaptação marginal. Ainda de acordo com os autores,
a respeito do fato dos adesivos serem sensíveis ao fenômeno da fadiga
mecânica, o maior problema afetando a durabilidade in vivo é a hidrólise dos
componentes da interface, tais como o colágeno e a resina, e a subsequente
eluição dos produtos repartidos.
2.2 Métodos de diagnóstico de falhas nas restaurações disponíveis
clinicamente
O diagnóstico precoce da lesão cariosa, em especial de cáries
recorrentes, é importante para a conservação da integridade do dente, pois
evitaria a progressão rápida da lesão, que pode atingir a câmara pulpar em
torno de seis meses. Entretanto, o diagnóstico diferencial entre cáries
secundárias e margens de restaurações morfologicamente imperfeitas e/ou
manchadas é muito difícil e, mesmo quando é possível fazê-lo, clínica ou
radiograficamente, é impossível ao clínico definir se a cárie está ou não ativa
(PEDROSA et al., 2007).
Os métodos atuais de diagnóstico de cárie envolvem procedimentos
visual-tátil-radiográficos que foram amplamente descritos na literatura e tiveram
seu uso rotineiro por mais de meio século com pouquíssimas mudanças.
35
Enquanto houve aprimoramentos em áreas como a iluminação intraoral e a
qualidade das radiografias, o método diagnóstico fundamental permaneceu
praticamente inalterado. É largamente reconhecido que lesões cariosas não
podem ser detectadas por métodos convencionais até que elas estejam
relativamente bem avançadas e possam envolver um terço ou mais da
espessura do esmalte. Como resultado, muitas vezes é necessário restaurar a
lesão, ao invés de adotar uma medida alternativa para tentar reverter ou detê-la
(STOOKEY; GONZALEZ-CABEZAS, 2001).
O exame convencional para detecção de cáries baseia-se primariamente
na interpretação subjetiva do exame visual e da sensação tátil, associados com
radiografias. O clínico toma uma decisão dicótoma (ausência ou presença da
lesão) baseado na interpretação subjetiva de cor, textura da superfície e
localização, usando instrumentos rudimentares como uma sonda exploradora e
radiografias interproximais (SELWITZ et al., 2007). Dessa forma, o diagnóstico
de falhas na restauração não é uma tarefa fácil, e o exame clínico tradicional,
de modo geral, consegue detectar apenas falhas extensas mais evidentes.
(CORTÊS, 1998).
2.3 Princípios físicos das técnicas de diagnóstico com radiação
eletromagnética
Esta parte da revisão de literatura foi baseada no artigo de Hall; Girkin
(2004), com permissão do autor John M. Girkin.
Sabe-se que o diagnóstico de cárie envolve o estabelecimento da lesão
36
cariosa somada à determinação da sua atividade (FEATHERSTONE, 1996).
Na prática atual, envolvimento tecidual na cárie pode ser determinado apenas
através de análises radiográficas ou histológicas, ou inferidos por métodos
visuais de detecção (EKSTRAND et al., 1998). Outros métodos avaliam
indiretamente a quantidade de perda mineral de uma lesão em relação ao
tecido dental sadio. Desta informação, a perda mineral pode ser inferida com
vários graus de precisão. Para detecção e definição da atividade da lesão,
pode-se lançar mão de exames visual, tátil, radiográfico, elétrico, e dos
métodos ópticos. Há outros métodos potencialmente capazes de detectar a
desmineralização que ocorre como resultado do processo de cárie. Alguns
métodos podem não ser clinicamente aplicáveis, por serem técnicas
destrutivas. Outros métodos podem ser limitados a alguns dentes em particular,
ou a determinadas faces dos dentes. O que está claro é que a utilidade e
limitações dos vários métodos podem ser definidos pelo nosso entendimento
de como as fontes de energia, que podem ser úteis nas propostas de detecção,
interagem com os tecidos dentais (HALL; GIRKIN, 2004).
A radiação eletromagnética é uma ferramenta particularmente adequada
para o estudo dos dentes, uma vez que sua estrutura regular garante uma boa
propagação de radiação através do esmalte cristalino e dos túbulos de dentina.
Considerando o espectro eletromagnético de radiação (Figura 1), os métodos
de detecção de cárie descritos nesta dissertação utilizam luz na faixa dos raios
X, do visível e do infravermelho próximo (NIR).
37
Figura 1. Espectro eletromagnético da radiação. (Fonte:
http://www.williams.edu/astronom).
Os métodos ópticos para detecção da desmineralização dentária
baseiam-se na observação da interação da energia que é aplicada no dente, ou
na observação da energia que é emitida do dente (HALL; GIRKIN, 2004). Essa
energia é, na maioria das vezes, em forma de onda. A interação das ondas
com o dente pode ocorrer através dos seguintes meios (Figura 2):
espalhamento, reflexão, absorção, ou fluorescência.
38
Figura 2. Diagrama esquemático para mostrar algumas das formas de
interação das ondas com os objetos (Adaptado de HALL; GIRKIN et al.,
2004).
2.3.1 Espalhamento
E o processo no qual um fóton muda de direção quando a luz incidente
interage com pequenas partículas ou objetos, sendo forçada a desviar do
caminho reto no meio através do qual a luz passa. O espalhamento da onda
com o meio pode, ou não, causar uma mudança na energia da onda. O ângulo
ou quantidade de espalhamento dependerão dos tamanhos relativos do
comprimento de onda e do objeto (HALL; GIRKIN, 2004). Em termos físicos, o
espalhamento, assim como a reflexão e a absorção, é considerado uma
39
propriedade do material.
A neve aparece branca porque a luz incidente sobre ela é espalhada em
todas as direções através dos pequenos cristais de gelo; luz de todos os
comprimentos de onda visíveis saem da neve sem sofrer absorção. O
espalhamento é altamente sensível ao comprimento de onda (λ), e
comprimentos de onda menores espalham muito mais do que os maiores.
Portanto, métodos de detecção de cárie empregando comprimentos de onda
na faixa do visível no espectro eletromagnético (400 a 700 nm) são altamente
limitados pelo espalhamento. Os métodos que medem a severidade da lesão
baseiam-se nas diferenças do espalhamento entre o esmalte sadio e o cariado.
De acordo com Jones et al. (2006), o espalhamento das ondas pode ser
dividido de acordo com o λ, e em relação ao tamanho das partículas dentro da
amostra. A luz espalhada vai então emergir da amostra (espalhamento com
transmissão) ou retornará em direção à fonte (retroespalhamento). Na verdade,
a maioria das interações de ondas são uma combinação de processos – por
exemplo, espalhamentos múltiplos seguidos por absorção.
Uma situação em que isso pode ser colocado em prática é em relação à
cárie, que pode ser descrita como um processo resultante de mudanças
estruturais nos tecidos dentários duros. A difusão de cálcio, fosfato e carbonato
no dente, o processo de desmineralização, resultarão em perda de conteúdo
mineral. Esta área desmineralizada apresenta uma porosidade maior do que na
região de tecido sadio, sendo preenchida por água, bactérias, pigmentos de
mancha exógena e metabólitos da divisão bacteriana. O aumento do
espalhamento da luz incidente por causa desta mudança estrutural aparece ao
40
olho humano como mancha branca. Por isso, o processo de cárie leva a
mudanças distintas que podem ser medidas e quantificadas por métodos
avançados de detecção baseados na luz que brilha e interage com o dente
(HALL; GIRKIN, 2004).
2.3.2 Reflexão
É um fenômeno de superfície que resulta na mudança de direção de
uma onda por uma única interação com um objeto grande, sendo que a direção
da onda refletida é, às vezes, oposta à da onda incidente. Na reflexão, o
comprimento de onda, ou energia, da luz ou som não é alterado.
No caso de uma onda luminosa, a melhor superfície de reflexão é aquela
muito lisa como um espelho ou metal polido. A quantidade de reflexão é muito
dependente da textura da superfície. Quando as imperfeições da superfície são
menores do que o comprimento de onda da luz incidente (como no caso do
espelho liso), todas as ondas são refletidas. Porém, a maioria dos objetos
possuem superfícies irregulares que exibem reflexão difusa, com a onda
incidente sendo refletida em todas as direções. Deste modo, a reflexão das
ondas pode ser classificada em dois tipos: reflexão especular, definida como a
onda refletida de uma superfície lisa e com ângulo definido e reflexão difusa,
que é produzida pelas superfícies rugosas, e tende a refletir em todas as
direções (Figura 3).
41
Figura 3. 3(a) reflexão especular; 3(b) reflexão difusa (Fonte:
http://www.images.google.com.br).
2.3.3 Absorção e fluorescência
Absorção é o processo no qual a energia incidente no meio é absorvida
e a onda eletromagnética é, então, convertida em uma forma de energia
diferente, geralmente o calor. Um meio pode, além disso, absorver a energia da
onda e então convertê-la em outra onda que tenha menor energia e,
consequentemente, um comprimento de onda maior. Quando isso acontece
com as ondas de luz, a emissão da luz de comprimento de onda maior é
chamada de fluorescência (HALL; GIRKIN, 2004).
Um exemplo disso é a presença de lama na neve branca, que pode ser
vista como manchas escuras porque determinados comprimentos de onda são
absorvidos por estes lugares sujos. A absorção da luz por um tecido é
fortemente dependente do seu comprimento de onda. A água é um exemplo de
um forte absorvedor da faixa do infravermelho (IR). Após a absorção, a energia
pode ser liberada por emissão de luz em um comprimento de onda maior,
através do processo de fluorescência. A fluorescência ocorre como resultado
da interação do comprimento de onda iluminando o objeto e a molécula deste
objeto. A energia é absorvida pela molécula com subsequente transição
42
eletrônica para um estado de energia mais alta onde os elétrons permanecem
por um curto período de tempo. A partir deste estado excitado, os elétrons
podem cair para o estado fundamental e liberar a energia adquirida na forma
de maior comprimento de onda, que está relacionada com a energia
desprendida, e luz fluorescente pode ser emitida. A autofluorescência, a
fluorescência natural do tecido dental duro sem a adição de outras substâncias
luminescentes, já é conhecida há muito tempo (BENEDICT, 1928). A
desmineralização resultará na perda da autofluorescência (BORISOVA;
UZUNOV; AVRAMOV, 2006), que pode ser quantificada usando métodos de
detecção de cárie baseados nas diferenças na fluorescência entre o esmalte
sadio e o cariado.
A fluorescência pode ser observada de duas formas: medindo o
comprimento de onda (λ) da energia fluorescente (luz) emitida ou medindo o
tempo gasto para a energia fluorescente (luz) decair – também chamado
decaimento da fluorescência ou tempo de vida da fluorescência (HALL;
GIRKIN, 2004).
Os métodos ópticos de diagnóstico baseiam-se, principalmente, na
reflexão, no espalhamento e na fluorescência da luz que incide na amostra. Os
raios X, por sua vez, baseiam-se na absorção e transmissão da radiação:
quanto maior a densidade da amostra, mais radiação será absorvida e,
consequentemente, menos radiação será transmitida para sensibilizar o filme
radiográfico; daí o porquê de tecidos duros aparecerem radiograficamente
como uma imagem radiopaca, e tecidos moles como radiolúcida.
43
A região de comprimento de onda é importante para determinadas
interações, em particular para a absorção e o espalhamento. A probabilidade
de um evento de espalhamento ocorrer depende do comprimento de onda e do
meio de espalhamento. A probabilidade do espalhamento diminui com o
aumento do comprimento de onda. Por isso, grandes comprimentos de onda
espalham menos do que comprimentos de onda menores, e
consequentemente podem penetrar objetos mais profundamente. O uso de
comprimentos de onda maiores para técnicas de diagnóstico pode aumentar a
penetração através do tecido, mas, em contrapartida, a resolução de uma
imagem é diretamente proporcional ao comprimento de onda (HALL; GIRKIN,
2004). Em um sistema óptico, o poder de resolução das lentes em combinação
com os ajustes de comprimento de onda estabelece este limite de resolução.
Para sistemas baseados no som, com seus comprimentos de onda
significativamente maiores, o limite de resolução é muito mais baixo – isto é,
apenas características maiores podem ser vistas (OTIS, 2000).
2.4 Métodos de diagnóstico aplicáveis à Odontologia
Atualmente, as modalidades de diagnóstico por imagem em odontologia
incluem a radiografia tradicional, e técnicas modernas como a tomografia
computadorizada, imagem de ressonância magnética, ressonância magnética
espectroscópica e ultrassom (MATTESON et al., 1996). Na prática clínica
normal, entretanto, obter resolução de submilímetros de estrutura tecidual é
difícil com qualquer uma destas modalidades. A radiografia convencional
44
mostra resolução em torno da escala milimétrica, adequada na caracterização
de mudanças estruturais macroscópicas nos dentes. O ultrassom é limitado
pelo comprimento de onda da fonte, e resoluções clínicas de submilímetros
podem ser achadas apenas sob condições ótimas. O aumento de tempo
necessário para aquisição de imagens para atingir resolução de submilímetros
em IRM, assim como seus passos físicos e custos, a tornam impraticável na
rotina clínica odontológica (FELDCHTEIN et al., 1998).
Como já foi mencionado, métodos diagnósticos convencionais, como
inspeção visual e o uso de sonda exploradora, baseiam-se no critério clínico
subjetivo: por exemplo, cor, “suavidade” e resistência para remover. As
radiografias odontológicas rotineiras não podem detectar os estágios iniciais da
desmineralização, uma vez que é necessário haver aproximadamente 30 a
40% de perda mineral antes de uma lesão cariosa de esmalte se tornar
radiograficamente visível (WHITE; PHAROAH, 2004). Estas deficiências
dificultam o diagnóstico precoce da lesão, influenciando, consequentemente,
na escolha da conduta a ser adotada.
Nos últimos anos, várias técnicas alternativas foram exploradas para
atender às necessidades dos dentistas de obter um diagnóstico precoce, e
algumas delas foram desenvolvidas em produtos comerciais. Dentre as
técnicas desenvolvidas, pode-se citar: radiografia, transiluminação, medidas de
eletrocondutividade, espectroscopia de impedância, quantificação da
fluorescência luminosa, fluorescência a laser, fluorescência infravermelho,
tomografia por coerência óptica, ultrassom, espectroscopia Raman, imagem
por multi-fótons, imageamento em terahertz. Outros métodos, como a
45
microscopia confocal, podem ser usados para coletar luz de diferentes
profundidades, mas apenas a 100 µm de profundidade (STOOKEY;
GONZALEZ-CABEZAS, 2001; HALL; GIRKIN, 2004; CHOO-SMITH et al.,
2008).
Quanto ao potencial, algumas destas tecnologias e dispositivos também
dependem da subjetividade, com elevada variabilidade intra e inter-
examinador; resultados falso-positivo por causa de manchas, cálculos ou
depósitos orgânicos, assim como inadequação para detecção de cáries de
esmalte em estágio inicial para todas as faces do dente. Além do mais, vários
destes métodos não permitem o monitoramento longitudinal do
desenvolvimento da cárie ou seu reparo (isto é, atividade de cárie), no sentido
de informar sobre a perda ou ganho mineral. Por exemplo, o DIAGNOdent é
baseado na fluorescência de porfirinas bacterianas dentro das lesões ao invés
do conteúdo mineral (CHOO-SMITH et al., 2008).
Outra questão a se levar em consideração é que, ao se trabalhar com
pacientes, deve-se atentar para os cuidados com eventuais danos teciduais.
De acordo com Otis et al. (2000), citando a ANSI (American National Standards
Institute), é necessária uma exposição a uma mesma fonte de luz, por
exemplo, com λ = 1300nm e sob uma potência de 96 mW, durante 8 horas
ininterruptas para que haja dano à pele humana. Além da biocompatibilidade,
alguns métodos de diagnóstico com luz priorizam: resultados confiáveis,
detecção de lesões num estágio inicial, diferenciação de lesões reversíveis das
irreversíveis e documentação (CORTÊS, 1998).
46
2.4.1 Raios X
Técnica consagrada na odontologia – e também largamente utilizada
nos consultórios e clínicas de diagnóstico –, a radiologia tem evoluído
consideravelmente no que diz respeito ao desenvolvimento de filmes mais
sensíveis que requerem menor tempo de exposição e aumento da qualidade de
imagem, produtos utilizados para revelação e fixação, e até mesmo na
radiologia digital – uma tecnologia que elimina a necessidade de filmes
radiográficos e do processamento de revelação e fixação (FREITAS; ROSA;
SOUZA, 2004).
O exame radiográfico é usado como método auxiliar na detecção de
alterações nas faces proximais de restaurações e de cárie secundária abaixo
do material restaurador, apesar da sua elevada subjetividade de interpretação
(COSTA et al., 2009). As radiografias interproximais são aceitas como o
método mais útil para o diagnóstico de cáries proximais em dentes posteriores,
e apresentam vantagens amplamente conhecidas (CORTÊS, 1998), mas são
falhas para identificar lesões em esmalte (ZANARDO, REGO, 2003). É
importante registrar, ainda, que esta técnica não funciona tão bem em dentes
anteriores, além de não possibilitar um exame fiel em pacientes com
apinhamentos dentários severos pelas superposições das faixas de esmalte;
outras limitações da técnica são encontradas em pacientes com mordida aberta
exagerada e prognatismo mandibular ou maxilar (CONCEIÇÃO, 2007).
As radiografias periapicais, por sua vez, são as mais indicadas para o
diagnóstico de alterações como fraturas radiculares, calcificações pulpares,
47
metamorfose cálcica da polpa, cárie, periapicopatias e outras alterações
exclusivas dos dentes, incluindo-se as reabsorções (CONSOLARO, 2007).
A radiografia interproximal possui valor preponderante no diagnóstico de
cáries proximais recorrentes em molares e pré-molares restaurados, em
presença de lesões médias e profundas. Porém, não se deve fazer um
diagnóstico exclusivamente por meio desta, pois a profundidade das lesões é
frequentemente subestimada. Além disso, materiais restauradores que geram
imagens pouco radiopacas ou radiolúcidas, bem como os de alta
radiopacidade, podem induzir diagnósticos falso-positivos, pois exibem uma
discreta sombra subjacente ao material restaurador. Outro fator que pode
confundir o clínico é uma radiolucidez visível na imagem radiográfica de
restaurações, que poderia ser sugestiva de desadaptações das mesmas,
presença de adesivo ou material de base, dentina desmineralizada não
infectada, ou, mesmo, cárie secundária (PEDROSA et al., 2007). Registra-se,
ainda, que as imagens radiográficas não conseguem definir se a lesão está ou
não em atividade, impossibilitando a observação da involução da doença em
casos de técnicas não invasivas (BARATIERI, 2002).
Dessa forma, as radiografias são auxiliares importantes para detectar
cáries proximais, mas é um método por vezes falho, pois, além das limitações
inerentes ao método, estão sujeitas às falhas de interpretação pelo cirurgião-
dentista, podendo contribuir para diagnósticos falso-positivos, que levam a um
desgaste indevido da estrutura dentária (PEDROSA et al., 2007).
48
2.4.2 Fluorescência a laser
Esta tecnologia é aplicada ao DIAGNOdentTM (KaVo, Birebach,
Alemanha) e ao Midwest Caries I.D. (Denstply, York, Penn): são equipamentos
portáteis disponíveis comercialmente para detecção e quantificação de cárie
(LUSSI; HIBST; PAULUS, 2004). Neste tipo de sistema (Figura 4), é emitida
luz laser vermelha a 665 nm através de uma fibra óptica acoplada a uma sonda
até a lesão cariosa. Quando a luz interage com certas moléculas orgânicas que
foram absorvidas pelos poros do esmalte, a luz é re-emitida como fluorescência
visível na região do NIR. Acredita-se que a fluorescência NIR se origina da
fotoporfirina IX e de produtos metabólicos relacionados às bactérias orais
(GOSTANIAN et al., 2006). Estes produtos são os principais responsáveis pela
absorção da luz vermelha. A luz emitida é conduzida através da peça de mão
para o detector e digitalmente mostrada em uma tela (0-99). Um número
elevado indica maior fluorescência e, por inferência, uma lesão mais extensa
na subsuperfície.
49
Figura 4. 4(a) Midwest Caries ID, Dentsply (Fonte: http://www.cariesid.com).
4(b) DIAGNOpen, KaVo. 4(c) DIAGNOdent no seu design original (Fonte:
http://www.kavousa.com).
Duas versões de equipamentos de fluorescência laser (LF) estão
atualmente disponíveis comercialmente: a primeira versão foi o DIAGNOdent
2095TM, para aplicação nas faces lisas e superfícies oclusais; posteriormente
foi desenvolvida uma outra versão produzida por dois fabricantes distintos, o
LF-pen (DIAGNOpen) e o Midwest Caries I.D. - um novo design do
equipamento em forma de caneta, para acessar mais facilmente as faces
proximais. O sistema de fluorescência a laser mostrou boa performance e
reprodutibilidade para detecção e quantificação das superfícies lisas e oclusais
em estudos in vitro, mas os resultados de estudos in vivo tem sido
contraditórios (ABALOS et al., 2009; KHALIFE et al., 2009), deixando suas
aplicações em alerta. Outro estudo de resultados pouco favoráveis a LF foi
desenvolvido por Ribeiro et al. (2005), em que se verificou, in vitro, que a
presença de corantes oriundos de alimentos pode pigmentar o dente em
análise, alterando os resultados do exame.
50
2.4.3 Fluorescência infravermelho
Esta técnica raramente é descrita. Teoricamente, o dente é exposto à luz
com comprimento de onda entre 700 e 15.000 nm. Filtros de barreira são
usados para observar os resultados da fluorescência. Esta técnica é capaz de
distinguir entre esmalte e dentina, bem como entre os tecidos sadio e cariado
(HALL; GIRKIN, 2004).
2.4.4 Quantificação da fluorescência luminosa
Este método é baseado no princípio de que a autofluorescência do dente
se altera, assim como o seu conteúdo mineral, nas mudanças sofridas pelos
tecidos duros dentais. O aumento da porosidade decorrente de uma cárie de
esmalte espalha a luz, fazendo com que ela penetre no dente, ou com que a
fluorescência seja emitida, resultando em uma perda da sua fluorescência
natural. Este tipo de tecnologia é aplicado aos equipamentos de QLF
(InspektorTM Research Systems, Amsterdam, Holanda). As mudanças na
fluorescência do esmalte podem ser detectadas e medidas quando o dente é
iluminado por luz azul-violeta (comprimentos de onda 290-450 nm, numa média
de 380 nm) a partir de uma peça de mão, seguinte à captura de imagens
usando uma câmera equipada com um filtro passa-alta amarelo de 520 nm
(Figura 5). A imagem é capturada, salva e processada: inicialmente é
convertida em preto-e-branco, para que posteriormente o local da lesão possa
ser reconstruído por interpolação dos valores em nível de cinza no esmalte
51
sadio em torno da lesão. A diferença entre os valores medidos e reconstruídos
fornece três medidas: ∆F (média de alteração na fluorescência, %), área da
lesão (mm2) e, nas últimas versões do software do QLF, ∆Q (área x ∆F), que
dá uma medida da extensão e severidade da lesão.
Figura 5. Imagem de pré-molar em 5(a) e evidenciação de lesão cariosa,
indicada pela seta, em 5(b) através da técnica de QLF (Fonte:
http://www.inspektor.nl).
A irradiação do dente com luz azul-violeta provoca fluorescência do
tecido sadio. Tecido cariado também pode fluorescer, mas a perda da estrutura
regular do tecido resulta em profundo espalhamento, e ausência ou pouca
fluorescência é detectada. Consequentemente, tecido dental sadio fluoresce a
> 520 nm, enquanto tecido cariado aparece escuro. Não é possível coletar luz
especificamente de diferentes profundidades dentro do dente (HALL; GIRKIN,
2004).
52
2.4.5 Imageamento multi-fóton
Como já foi visto anteriormente, a escolha de comprimentos de onda
óton
.4.6 Transiluminação
As lesões de cárie também podem ser examinadas pelo brilho da luz
branca
mais longos para geração de imagens reduz o espalhamento, permitindo que a
luz penetre mais profundamente no dente. Tomando por base este princípio,
tem se usado luz infravermelha (850 nm) para o imageamento multi-fóton.
No imageamento por fluorescência convencional (QLF), um único f
“azul” é usado para excitar um composto fluorescente no dente. Na técnica
multi-fóton, dois fótons infravermelho (com metade da energia do fóton azul)
são absorvidos simultaneamente. O imageamento multi-fóton é capaz de
coletar informações de cáries com até 500 µm de profundidade. Atualmente a
técnica é aplicada apenas a dentes extraídos, e o sistema em uso levará
alguns anos até assumir uma forma comercial para uso clínico. Sua vantagem
reside em ser um método não invasivo de aquisição de uma medida
qualificável de perda mineral, como função da perda de fluorescência, de uma
lesão cariosa em três dimensões (HALL; GIRKIN, 2004).
2
através do dente (SCHNEIDERMAN et al., 1997). Nos 30 anos
passados, o desenvolvimento de fontes de iluminação intensas passando por
fibras óticas reanimou as pesquisas com transiluminação (JONES et al., 2003):
foi a época do desenvolvimento do sistema FOTI (transiluminação por fibra
53
óptica), que usava luz na faixa do visível (400 a 700 nm). Entretanto,
comprimentos de onda nesta faixa são limitados pelo forte espalhamento da
luz, tornando difícil a geração de imagens através do dente em amostras com
mais de 1 ou 2 mm de espessura (DARLING; FRIED, 2008). Estudos prévios
têm mostrado que a magnitude do espalhamento decresce exponencialmente
para comprimentos de onda longos (FRIED et al., 1995; SPITZER, TEN
BOSCH, 1975).
Com o desenvolvimento da tecnologia e investimentos no
aprimoramento dos sistemas de diagnóstico, foi desenvolvido um equipamento
de análise digital, a transiluminação por fibra óptica com imagem digital
(DIFOTI, Electro-Optical Sciences, Estados Unidos) com luz visível,
apresentando boa especificidade, mas com sensibilidade similar à da inspeção
visual (PARDI et al., 2000; VERDONSCHOT, 1992). Baseado no princípio da TI
(transiluminação) dental de acordo com a mineralização de diferentes áreas do
esmalte e dentina, o aparelho detecta cáries incipientes que aparecem escuras
na imagem formada através de uma peça de mão bem posicionada que
captura a imagem para um programa de computador (Figura 6).
54
Figura 6. 6(a), sistema DIFOTI, Electro-Optical Sciences, Estados Unidos. 6(b),
imagem gerada pelo sistema de 6(a) (Fonte: http://www.difoti.com).
Posteriormente observou-se que o esmalte é altamente transparente na
faixa do NIR (750 a 1500 nm) por causa do fraco espalhamento e absorção dos
tecidos duros do dente nestes comprimentos de onda (BUHLER;
NGAOTHEPPITAK; FRIED, 2005; DARLING; HUYNH; FRIED, 2006; JONES et
al., 2003; WU; FRIED, 2009). Portanto, esta região do espectro
eletromagnético é idealmente adequada ao desenvolvimento de novas
ferramentas de diagnóstico óptico baseadas na TI.
A atenuação dos coeficientes de extinção (absorção e espalhamento) do
esmalte dental mede em torno de 3,1 cm-1 e 3,8 cm-1 quando em comprimentos
de onda de 1310 nm e 1550 nm, respectivamente. A magnitude do
espalhamento nesses comprimentos de onda é mais que 30 vezes menor
quando comparado à escala visível (JONES, FRIED, 2002).
Trabalhos já foram desenvolvidos no Laboratório de Optoeletrônica e
Fotônica da UFPE, usando os princípios da TI no infravermelho próximo para
visualização de cáries naturais e artificiais, em diferentes estágios de evolução
(MAIA, 2009).
55
Esta é uma técnica promissora para detecção de cáries e medição de
sua severidade. O método é não destrutivo, não ionizante e declaradamente
mais sensível na detecção precoce da desmineralização dentária do que a
radiografia odontológica (DARLING; FRIED, 2008). O diagnóstico através da
transiluminação baseia-se no fato de que um aumento da perda mineral em
uma lesão de esmalte leva a um duplo aumento no coeficiente de
espalhamento em um comprimento de onda de 1300 nm (DARLING; HUYNH;
FRIED, 2006). Quando a luz ilumina o dente, o forte efeito do espalhamento na
lesão cariosa de esmalte resulta em perda de transparência. A diminuição da
transmissão da luz associada com a lesão pode ser detectada quando
comparada com o tecido sadio.
2.4.7 Imageamento em terahertz
Este método de imagem usa frequência de terahertz (1012 Hz ou um
comprimento de onda de aproximadamente 30 µm). Esta onda tem forma curta
o suficiente para prover uma resolução razoável, mas longa o suficiente para
prevenir perdas mais sérias de sinal em decorrência do espalhamento
(ARNONE; CIESLA; PEPPER, 2000).
As vantagens do imageamento em terahertz incluem: a relativa
transparência do tecido humano aos raios terahertz, baixa potência usada para
geração de imagem (~ 1 µW), o uso de radiação não ionizante, e nenhuma
alteração de carga elétrica dos tecidos examinados. Além disso, pode-se obter
dados de absorção média e espectroscópica e de transmissão, bem como o
56
índice de refração. Mas é preciso ter cuidado com a interpretação das imagens
geradas, já que ondas terahertz são fortemente absorvidas pela água, um
potencial complicador na cavidade oral (HALL; GIRKIN, 2004).
Os custos do equipamento, a complexidade da fonte de laser, e os pré-
requisitos necessários à manipulação dos espécimes provavelmente farão com
que se prolongue o tempo em que esta técnica poderá ser usada clinicamente.
2.4.8 Termografia infravermelho
A energia da radiação térmica viaja através de ondas. É possível medir
mudanças na energia térmica quando ocorre perda de líquido de uma lesão por
evaporação. A energia térmica emitida do dente sadio é comparada com a
emitida de um tecido cariado. A técnica foi proposta como meio de determinar a
atividade da lesão, ao invés de determinar a presença ou não desta. O método
usa sensores térmicos de índio/antimônio que podem detectar mudanças de
temperatura na ordem de 0.025ºC. Esta técnica não pode ser usada
clinicamente, devido a problemas relacionados a variações na temperatura da
cavidade oral decorrentes da respiração ou evaporação de fluidos de outras
superfícies orais. O acesso aos dentes posteriores também não é adequado
(HALL; GIRKIN, 2004).
2.4.9 Medidas de eletrocondutividade
O Monitor eletrônico de cáries (ECM, Lode Diagnostic, Groningen,
57
Holanda) é um método baseado nas medidas de condutividade elétrica. A
elevada resistência elétrica do tecido dentário sadio diminui quando os poros
criados pela desmineralização são preenchidos de água e eletrólitos solúveis.
O equipamento é movido à bateria, com uma corrente alternada de saída a
uma frequência de aproximadamente 21 Hz. As medidas de condutividade são
obtidas entre a ponta de uma sonda especialmente desenvolvida e conectada a
uma peça de mão. O sistema é equipado com um medidor do fluxo de ar, de
modo que o efeito deste fluxo no leitor precisa de investigações (BAMZAHIM,
2003).
2.4.10 Espectroscopia de impedância
Medidas elétricas são largamente usadas em uma variedade de
situações que incluem testes e aplicações de medidas em áreas como
corrosão, baterias, galvanômetros, revestimentos, medicina e caracterização
de materiais em geral.
As medidas do CarieScan (CarieScan Limited, Dundee, Reino Unido),
apresentado na Figura 7, baseiam-se na aplicação de um pequeno sinal
alternado através da amostra enquanto a resposta é monitorada, podendo
variar de acordo com a frequência das mudanças do sinal aplicado. Desta
forma, o espectro de impedância é obtido, que é o único para a amostra sob
análise, fornecendo valiosas informações das propriedades físicas e químicas
do material.
58
Figura 7. Sistema de CarieScan, 7(a), e desenho esquemático de aplicação da
técnica, 7(b) (Fonte: http://www.cariescan.com).
Na detecção de cárie, são feitas medidas da hidroxiapatita (uma forma
cristalina do fosfato de cálcio, de morfologia altamente organizada). A
impedância de um dente hígido é muito alta por causa da condução iônica
relativamente baixa. Porém, quando o dente desmineraliza inicia-se a perda
desta estrutura regular, a formação de poros maiores e eluição dos minerais.
Se a lesão progride, os poros se unem uns aos outros e o dente passa a
apresentar uma mistura de áreas com alta condutividade (os poros cheios de
líquidos) e outras com baixa condutividade no esmalte, então a impedância
diminui. Com o progresso da cárie, há o envolvimento da dentina, e a
impedância cai ainda mais.
De acordo com informações do fabricante, o meio de se obter o
diagnóstico de cárie é aplicar uma corrente muito baixa (imperceptível ao
paciente) através do dente e medir a impedância da carga que passa através
dele (http://cariescan.com/howitworks.php).
59
2.4.11 Espectroscopia Raman
A espectroscopia Raman fornece informações químicas da composição
molecular da amostra (por exemplo: colágeno na dentina x apatita inorgânica
predominante no esmalte) e estrutura molecular de células e tecidos.
Assim como a TCO, a espectroscopia Raman mede o espalhamento da
luz. Embora a maioria dos fótons espalhados tenham a mesma energia e
comprimento de onda que a luz de excitação original, cerca de 1 em 107 fótons
espalha em uma energia diferente daquela original. Esta diferença de energia
é proporcional à energia vibracional das moléculas espalhadas na amostra e é
conhecida como efeito Raman (CHOO-SMITH et al., 2008).
Nas técnicas baseadas na fluorescência, há um número limitado de
fluoróforos intrínsecos que podem fornecer informações diagnósticas sem a
adição de corantes externos. Em contraste, a espectroscopia Raman pode
fornecer informação não apenas das porfirinas bacterianas lixiviadas nas
regiões cariadas, mas também sobre a matriz mineral primária e, deste modo,
o estado de desmineralização ou remineralização do dente. Esta informação é
recolhida sem a necessidade de adicionar corantes ou agentes extrínsecos. A
espectroscopia Raman fornece informações da composição, cristalinidade e
orientação da matriz mineral, todas estas afetadas na formação da cárie ou na
sua remineralização (KO et al., 2008).
60
2.4.12 Ultrassom
O uso de ultrassom para detecção de cárie foi proposto há mais de trinta
anos. Em 1969, Barber, Lees e Lobene mostraram a aplicação desta técnica
para detecção da junção esmalte-dentina e da interface dentina-polpa usando
alumínio como agente de união.
Ondas sonoras são longitudinais ou de pressão e viajam através dos
gases, líquidos e sólidos. A frequência (número de oscilações por segundo) da
onda geralmente detectável ao ouvido humano varia a 20 até 16.000 Hz para
adultos (1 Hz = 1 oscilação por segundo). A relativa habilidade de um meio
transmitir som depende das suas propriedades mecânicas, como elasticidade,
densidade e comprimento da onda sonora. (HALL; GIRKIN, 2004).
Uma forte contra-indicação desta técnica para odontologia é que
sistemas de ultrassom operam no comprimento de onda em torno de 1,5 mm e,
consequentemente, têm resolução em torno de 150 µm, o que compromete sua
capacidade em obter um diagnóstico precoce de pequenas falhas.
2.4.13 Tomografia por Coerência Óptica
Tomografia por coerência óptica é uma técnica não invasiva bem
conhecida de geração de imagens da microestrutura biológica (COLSTON et
al., 1998b). Seu princípio de funcionamento é similar ao do ultrassom, mas usa
ondas de luz ao invés de ondas sonoras. Esta tecnologia é capaz de gerar
imagens em pequena profundidade e de alta resolução, em uma ordem de
61
magnitude maior do que aquela obtida pela técnica de ultrassom. Porém,
enquanto o ultrassom atinge profundidades de até 10 cm, a TCO penetra
apenas alguns milímetros de tecidos (2 a 4 mm, dependendo do comprimento
de onda usado).
O sistema de tomografia por coerência óptica foi desenvolvido como um
método de geração de imagens para estruturas transparentes e semi-
transparentes. Os tecidos dentários se enquadram na segunda categoria.
As primeiras aplicações da TCO nas ciências da saúde foram em
oftalmologia, quando Huang et al. (1991) desenvolveram um sistema de TCO
baseado no interferômetro de Michelson, utilizando um diodo
superluminescente de baixa coerência e 830 nm de comprimento de onda
como fonte de luz (NIR). Dessa forma, eles visualizaram, in vitro, a área
peripapilar da retina e a artéria coronária (Figura 8). Os estudos continuaram,
até que Podoleanu et al. (1998) apresentaram a primeira aplicação in vivo da
TCO em oftalmologia; os autores usaram o sistema de TCO para obter
imagens longitudinais e transversais do olho humano, a 50 µm de
profundidade, e provaram que a técnica é capaz de identificar detalhes não
obtidos com a tecnologia do laser oftalmoscópico de varredura.
62
Figura 8. 8(a) Primeira imagem de TCO em oftalmologia (Fonte: HUANG et al.,
1991). 8(b) Imagem de TCO em oftalmologia obtida a partir de equipamento
comercial Karl Zeiss Meditec (Fonte: http://www.oct.zeiss.com).
A partir de então, a tomografia por coerência óptica passou a ser
largamente estudada na medicina, difundindo-se para outras especialidades –
principalmente a dermatologia, onde encontramos trabalhos de autores como
Pierce et al. (2004), que desenvolveram um aparelho portátil de TCO para
avaliação de lesões da pele humana in vivo e posterior comparação com as
imagens do exame histopatológico. Também a cardiologia (JANG et al., 2002;
KUO et a., 2008), a pneumologia (FUJIMOTO et al., 1995; YANG et al., 2004) e
a gastroenterologia (KOBAYASHI et al., 1998; WANG; ELDER, 2002a) vêm
desenvolvendo estudos com aplicações laboratoriais e clínicas de TCO.
Somente em 1998 foram publicados os primeiros estudos aplicando
TCO na odontologia (COLSTON et al., 1998a; FELDCHTEIN et al., 1998) para
avaliação dos tecidos moles e duros da cavidade bucal (Figura 9). Desde
então, estudos in vitro e in vivo vem sendo realizados, mas muitos ainda estão
na fase de pesquisa, e a técnica ainda não se desenvolveu em equipamentos
comercialmente disponíveis para uso odontológico.
63
Figura 9. 9(a) Imagem de TCO da seção transversal do tecido dentário e
periodonto de porco. 9(b) Imagem microscópica da mesma secção (Fonte:
COLSTON et al., 1998a).
Além de avaliar cáries, este tipo de sistema também permite a avaliação
da interface dente-restauração para materiais restauradores
semitransparentes, tendo implicações no diagnóstico não invasivo de cárie
secundária. A TCO parece ser uma técnica promissora para exame da
qualidade estrutural destas restaurações, e também é capaz de monitorar a
dinâmica do processo restaurador, uma importante oportunidade de controle de
qualidade (FELDCHTEIN et al., 1998).
Em aplicações clínicas como a avaliação de restaurações dentárias, os
artefatos de birrefringência da TCO podem funcionar como um agente de
contraste. A TCO é uma técnica potencialmente poderosa de visualização
estrutural e marginal de defeitos das restaurações antes de ocorrer perdas
64
significativas, minimizando perdas dentárias e diminuindo o número de
retratamentos restauradores desnecessários. O desenvolvimento de um
sistema compacto de TCO e uma peça de mão permitiu produzir as primeiras
imagens transversais in vivo da microestrutura dental. Estas imagens
demonstraram claramente o potencial da TCO em uma variedade de
aplicações clínicas odontológicas, incluindo o diagnóstico de doença
periodontal, detecção de cáries, e avaliação de restaurações dentárias
(COLSTON et al., 1998b).
Em experiências prévias realizadas no Departamento de Física da
Universidade Federal de Pernambuco, Melo et al. (2005) mostraram a
capacidade da TCO para identificação de fendas induzidas na restauração de
um grupo de dentes após o tratamento para retirar o tecido cariado.
Outros trabalhos desenvolvidos pelo mesmo grupo de pesquisa incluem
o diagnóstico precoce de cárie (FREITAS et al., 2006) e a caracterização de
esmalte e dentina em dentes decíduos (MAIA, 2009). Em 2006, as primeiras
imagens de polpa foram obtidas com TCO usando dentes de ratos
(KAUFFMAN et al., 2006) e, recentemente, foram feitas medidas in vitro da
espessura do remanescente dentinário em dentes humanos (FONSECA et al.,
2009).
As principais vantagens do sistema de TCO são o fato de ser uma
técnica de geração de imagens não invasiva, não destrutiva, livre da emissão
de radiação ionizante e quase em tempo real. TCO usa luz, é o seu
comprimento de onda que dita o espalhamento e, portanto, a profundidade de
65
penetração da técnica de imagem. Adicionalmente, o comprimento de onda da
luz também interfere na resolução da técnica (BAUMGARTNER et al., 2000).
No sistema de Tomografia por Coerência Óptica, os princípios da
interferometria são combinados com fonte de luz de baixa coerência temporal.
Esse conjunto tem como objetivo a obtenção de uma excelente resolução axial,
bem como uma alta sensibilidade à luz que é retroespalhada pela amostra e irá
se transformar em imagem (MELO et al., 2005).
O sistema é baseado em um interferômetro de Michelson, que consiste
num interferômetro de divisão de amplitude. A luz proveniente da fonte chega a
um divisor de feixe (espelho semitransparente) onde é dividida em dois feixes:
um dos feixes viaja até o espelho móvel e o outro, viaja até o espelho fixo (que
em tomografia por coerência óptica é substituído pela amostra a ser analisada).
Ambos os feixes retornam ao divisor de feixe e porções destes dois feixes se
recombinam, viajando até o ponto de observação. As distâncias entre o divisor
de feixe e os dois espelhos devem ser idênticas (FACÃO, 1999).
A Figura 10 representa um modelo esquemático do sistema de
Tomografia por Coerência Óptica, apresentando a fonte de luz de baixa
coerência, o interferômetro de Michelson à base de fibra óptica – composto por
espelho, divisor de feixe e fotodetector – e a amostra a ser estudada.
66
Figura 10. Modelo esquemático do sistema de Tomografia por Coerência
Óptica operando no domínio espectral (SD-OCT).
Quando um feixe de luz é dividido em dois e então recombinado, a
interferência produz um padrão, cuja intensidade é determinada pelo nível de
luz em cada feixe (COLSTON et al., 2000).
Sistemas de TCO utilizam Diodos Super Luminescentes (SLDs) como
fonte de luz. Este tipo de fonte produz luz com uma ampla gama de
comprimentos de ondas, cada um dos quais produzirá sua própria imagem de
interferência. A intensidade da interferência é uma função do espalhamento
causado pelas mudanças estruturais dos tecidos dentários. Isso significa que a
luz da TCO é retroespalhada ao encontrar diferentes índices de refração
referentes a diferentes tipos ou estruturas teciduais (por exemplo,
esmalte/dentina, região sadia/cariada) (FELDCHTEIN et al., 1998).
67
A variação na medida de espalhamento em relação à profundidade de
um único ponto na superfície do dente é chamado de “A-scan”. Para um A-scan
ser produzido, a luz de uma fonte capaz (neste caso, um SLD) passa através
de um divisor de feixe e emite dois feixes coerentes de luz (ondas altas e
baixas ocorrendo ao mesmo tempo). Um feixe é chamado de feixe da amostra
e o outro, feixe de referência. O feixe da amostra penetra no dente e será
espalhado de acordo com a natureza do tecido (sabe-se que tecido cariado
espalha luz em maior extensão do que tecido sadio). Alguns dos feixes da
amostra se espalharão e depois retornarão na direção da qual foram emitidos
(retroespalhamento), rumo ao divisor de feixes. O feixe de referência viaja até
um espelho móvel, é totalmente refletido e volta em direção ao mesmo divisor
de feixes. Aqui os feixes são recombinados e focalizados para um fotodetector,
onde qualquer grau de interferência entre eles pode ser observado. Uma
sequência de A-scans obtidos ao longo de uma linha gera o B-scan (Figura 11),
uma coleção de informações de uma “fatia” da amostra, responsável pela
formação do tomograma (COLSTON et al., 1998a; BAUMGARTNER et al.,
2000).
68
Figura 11. Diagrama esquemático da produção de um A-scan pela TCO e a
produção de um corte tomográfico de um dente, conhecido como B-scan
(HALL; GIRKIN et al., 2004).
Um dos recursos atrativos da TCO é o uso de luz próxima do
infravermelho, ao invés de radiação ionizante. Além do mais, pode ser obtida
uma alta resolução transversal e de profundidade na ordem de 10 µm. A
maioria das técnicas de TCO descritas para tecidos dentários utilizam
comprimentos de onda de 840 a 1310 nm, resultando em imagens com
profundidade de 0,6 a 2 mm, respectivamente (BAUMGARTNER et al., 2000).
No intuito de melhorar a captura de dados da luz espalhada em lesões
cariosas incipientes, foi desenvolvido o sistema de TCO sensível à polarização
(PS-OCT) – uma variação da TCO convencional. Este sistema usa luz
polarizada para incidir na amostra e é capaz de registrar a informação
polarizada do sinal retroespalhado em dois canais separados (JONES et al.,
2006).
69
A TCO utilizado neste estudo opera no domínio espectral (Figura 10) e
tem como fonte de luz um Diodo Super Luminescente (Broadband SLD
Lightsource S840, SUPERLUM, Moscow, Rússia) de comprimento de onda
central (λ0) 850 nm, largura de banda (∆λ) 49.9 nm, potência de saída 25 mW e
resolução 6 µm. A incidência máxima de luz no paciente é de 5 mW. Maiores
informações deste equipamento estão descritas no artigo desta dissertação. O
sistema é controlado pelo programa “OCT 800 Complex-square”, desenvolvido
no Laboratório de Optoeletrônica e Fotônica do Departamento de Física da
Universidade Federal de Pernambuco, na linguagem de programação LabView
da National Instruments. As imagens obtidas dos pacientes foram registradas e
salvas pelo mesmo programa (Figura12).
70
Figura 12. Alguns resultados obtidos in vivo com a TCO: 12(a) incisivo central
superior hígido, no qual se observa o limite amelo-dentinário; 12(b) coroa
metalo-cerâmica em incisivo central superior, onde se podem visualizar
partículas de diferentes tamanhos na cerâmica e a linha de interface entre esta
e o metal; 12(c) e 12(d), incisivo central superior e incisivo lateral superior,
respectivamente, restaurados em resina composta com falhas na interface
dente-restauração (evidenciadas pelas setas, na porção superior da
restauração).
71
REFERÊNCIAS
ABALOS, C.; HERRERA, M.; JIMENEZ-PLANAS, A.; LLAMAS, R. Performance of laser fluorescence for detection of occlusal dentinal caries lesions in permanent molars: an in vitro study with total validation of the sample. Caries Res. v. 43, n. 2, p. 137-141, Abr. 2009. ARNONE, D.; CIESLA, C.; PEPPER, M. Terahertz imaging comes into view. Physics World. v. 13, p. 35-40, 2000. BAMZAHIM, M. An in vitro comparison of DIAGNOdent and Electronic Caries Monitor for detection and quantification of occlusal caries. 2003. 27f. Dissertação (Mestrado em Odontologia) – Faculdade de Odontologia, Karolinska Intitutet, Estocolmo, Suécia. BARATIERI, L. N. Dentística: procedimentos preventivos e restauradores. 2 ed. São Paulo: Santos, 2002, 510 p. BARBER, F. E.; LEES, S.; LOBENE, R. R. Ultrasonic pulse-echo measurements in teeth. Arch Oral Biol. v. 14, p. 745-760, 1969. BAUMGARTNER, A.; DICHTL, S.; HITZENBERGER, C. K.; SATTMANN, H.; ROBL, B.; MORITZ, A.; FERCHER, A. F.; SPERR, W. Polarization-sensitive optical coherence tomography of dental structures. Caries Research. v.34, n.1, p. 59-69, Jan-Fev. 2000. BENEDICT, H. Note on the fluorescence of teeth in ultra-violet rays. Science. v. 67, n. 1739, p. 442, Abr. 1928. BORISOVA, E.; UZUNOV, T.; AVRAMOV, L. Laser-induced autofluorescence study of caries model in vitro. Lasers Med Sci. v. 21, n. 1, p. 34-41, Abr. 2006. BOWEN, R. L. Adhesive bonding of various materials to hard tooth tissues VI: Forces developing in direct-filling materials during hardening. J Am Dent Assoc. v. 74, p. 439-444, 1967. BUHLER C. M.; NGAOTHEPPITAK, P.; FRIED, D. Imaging of occlusal dental caries (decay) with near-IR light at 1310 nm. Optics Express. v. 13, n. 2, p. 573-582, Jan. 2005. BUSATO, A. L. S. (Org.). Dentística: Filosofia, Conceitos e Prática Clínica. 1 ed. São Paulo: Artes Médicas, 2005. v.1, 377 p. CARIESCAN LTD. CarieScan [online]. Disponível via WWW. URL: http://cariescan.com/howitworks.php. Arquivo acessado em 03 de novembro de 2009.
72
CASTRO, A. K. B. B.; PIMENTA, L. A. F.; AMARAL, C. M.; AMBROSANO, G. M. Evaluation of Microleakage in Cervical Margins of Various Posterior Restorative Systems. Journal of Esthetic and Restorative Dentistry. v.14, n.2, p. 107-114. Mar 2002. CHOO-SMITH, L. P.; DONG, C. C. S.; CLEGHORN, B.; HEWKO, M. Shedding New Light on Early Caries Detection. Journal of Canadian Dental Association. v. 74, n. 10, p. 913-918, Dez 2008. COLSTON JR, B. W.; EVERETT, M. J.; DA SILVA, L. B.; OTIS, L. L.; STROEVE, P.; NATHEL, H. Imaging of hard- and soft-tissue structure in the oral cavity by optical coherence tomography. Applied Optics. v.37, n.16, p. 3582-3585. Jun. 1998a. COLSTON JR, B. W.; SATHYAM, U. S.; DA SILVA, L. B. EVERETT, M. J. Dental OCT. Optics Express. v.3, n. 6, p. 230-238, Set. 1998b. COLSTON, B. W.; EVERETT, M. J.; SATHYAM, U. S.; DA SILVA, L. B.; OTIS, L. L. Imaging of the oral cavity using optical coherence tomography. In: Monographs in Oral Science: Assessment of oral health – diagnostic techniques and validation criteria. FALLER, R. V.; WHITFORD, G. M. Basel: Karger, v. 17, p. 32-55, 2000. CONCEIÇÃO, E. N. (Org.). Dentística: saúde e estética. 2 ed. Porto Alegre: Artmed, 2007, 584 p. CONSOLARO, A. Radiografias periapicais prévias ao tratamento ortodôntico. Rev. Dent. Press Ortodon. Ortop. Facial. v.12, n. 4, p. 14-16, 2007. CORTÊS, D.F. Validação in vivo do diagnóstico de cárie oclusal e proximal em dentes posteriores por meio de exame clínico visual, transiluminação por fibra ótica e radiografias interproximais. 1998. 187f. Tese (Doutorado em Odontologia) – Faculdade de Odontologia de Bauru, Universidade de São Paulo, Bauru, São Paulo. COSTA, A. C. P.; BANDEIRA, M. F. C. L.; OLIVEIRA, N. C. C. FERNANDES, P. P. L. Avaliação clínica e radiográfica das restaurações diretas realizadas na clínica de dentística da Faculdade de Odontologia da Universidade Federal do Amazonas no período de 2004 a 2007. XVII Encontro do Grupo Brasileiro de Professores de Dentística. Resumo expandido, Foz do Iguaçu, Jan 2009. DARLING, C. L.; FRIED, D. Real time near IR (1310 nm) imaging of CO2 laser ablation of enamel. Optics Express. v. 16, n. 4, p. 2685-2693, Fev. 2008. DARLING, C. L.; HUYNH, G. D.; FRIED, D. Light scattering properties of natural and artificially demineralized dental enamel at 1310 nm. J Biomed Opt. v. 11, n. 3, p. 34023, Mai-Jun 2006.
73
DE MUNK, J.; VAN LANDUYT, K.; PEUMANS, M.; POITEVIN, A.; LAMBRECHTS, P.; BRAEM, M.; VAN MEERBEEK, B. A critical review of durability of adhesion to tooth tissue: methods and results. Journal of Dental Research. v.84, n.2, p. 118-132, Fev. 2005. EKSTRAND, K. R.; RICKETTS, D. N.; KIDD, E. A.; QVIST, V.; SCHOU, S. (b). Detection, diagnosing, monitoring and logical treatment of occlusal caries in relation to lesion activity and severity: an in vivo examination with histological validation. Caries Res. v. 32, n. 4, p. 247-254, Jul-Ago 1998. FACÃO, M. Interferômetro de Michelson: Princípios e Aplicações. 1999. 71f. Dissertação (Mestrado). Universidade de Aveiro, Aveiro, 1999. FEATHERSTONE, J. D. B. Clinical implications: new strategies for caries prevention. In: Early detection of dental caries. Proceedings of the 1st Annual Indiana Conference. Indianapolis: Indiana University School of Dentistry, p. 287-295, 1996. FELDCHTEIN, F. I.; GELIKONOV, G. V.; GELIKONOV, V. M.; IKSANOV, R. R.; KURANOV, R. V.; SERGEEV, A. M. In vivo OCT imaging of hard and soft tissue of the oral cavity. Optics Express. v.3, n.6, p. 239-250, Set. 1998. FONSECA, D. D.; KYOTOKU, B. B. C.; MAIA A. M. A.; GOMES, A. S. L. In vitro imaging of remaining dentin and pulp chamber by optical coherence tomography: comparison between 850 and 1280 nm. Journal of Biomedical Optics. v. 14, n. 2, p. 024009, 2009. FREITAS, A. Z.; ZEZELL, D. M.; VIEIRA JR., N. D.; RIBEIRO A. C.; GOMES, A. S. L. Imaging carious human dental tissue with optical coherence tomography. J. of Appl. Phys. v. 99, p. 024906/1-6, 2006. FREITAS, A.; ROSA, J. E.; SOUZA, I. F. Radiologia odontológica. 6. ed. São Paulo: Artes Médicas, 2004. 833 p. FRIED, D.; FEATHERSTONE, J. D. B.; GLENA, R. E.; SEKA, W. The nature of light scattering in dental enamel and dentin at visible and near-IR wavelengths, Appl. Opt., v. 34, p. 1278-1285, 1995. FUJIMOTO, J. G.; BREZINSKI, M. E.; TEARNEY, G. J.; BOPPART, S. A.; BOUMA, B.; HEE, M. R.; SOUTHERN, J.; SWANSON, E. A. Optical biopsy and imaging using optical coherence tomography. Nature Medicine. v. 1, n. 9, p. 970-972, Set 1995. GAROUSHI, S. K.; LASSILA, L. V. J.; VALLITTU, P. K. Fatigue strength of fragmented incisal edges restored with a fiber reinforced restorative material. The Journal of Contemporary Dental Practice. v.8, n.2, p. 1-10, Fev. 2007.
74
GOSTANIAN, H. V.; SHEY, Z.; KASINATHAN, C; CACEDA, J.; JANAL, M. N. An in vitro evaluation of the effect of sealant characteristics on laser fluorescence for caries detection. Pediatr Dent. v. 28, n. 5, p. 445-450, Set-Out 2006. HALL, A.; GIRKIN, J. M. A review of potential new diagnostic modalities for caries lesions. Journal of Dental Research. v.83, n. especial C, p. C89-C94, Jul. 2004. HUANG, D.; SWANSON, E. A.; LIN, C. P.; SCHUMAN, J. S.; STINSON, W. G.; CHANG, W.; HEE, M. R.; FLOTTE, T.; GREGORY, K.; PULIAFITO, C. A.; FUJIMOTO, J. G. Optical coherence tomography. Science. v.254, n.5035, p. 1178-1181, Nov. 1991. JANG, I. K.; BOUMA, B. E.; KANG, D. H.; PARK, S. J.; PARK, S. W.; SEUNG, K. B.; CHOI, K. B.; SHISHKOV, M.; SCHLENDORF, K.; POMERANTSEV, E.; HOUSER, S. L.; ARETZ, H. T.; TEARNEY, G. J. Visualization of Coronary Atherosclerotic Plaques in Patients Using Optical Coherence Tomography: Comparison With Intravascular Ultrasound. Journal of the American College of Cardiology. v. 39, n. 4, p. 604-609, Fev 2002. JONES, R. S.; DARLING, C. L.; FEATHERSTONE, J. D. B.; FRIED, D. Imaging artificial caries on the occlusal surfaces with polarization-sensitive Optical Coherence Tomography. Caries Research. v.40, n.2, p. 81-89, Fev. 2006. JONES, R. S.; HUYNH, G. D.; JONES, G. C.; FRIED, D. Near-infrared transillumination at 1310 nm for the imaging of early dental decay. Optics Express. v. 11, n. 18, p. 2259-2265, Set. 2003. JONES, R., FRIED, D. Attenuation of 1310 and 1550nm laser light through dental enamel, in Lasers in Dentistry VIII, San Jose, Proc. SPIE 4610, p.187-90, 2002. KATCHBURIAN, E.; ARANA, V. Histologia e Embriologia Oral: texto – atlas – correlações clínicas. 2. ed. rev. e atual. São Paulo: Panamericana, 2004. 372p. KAUFFMAN, C. M. F.; CARVALHO, M. T.; ARAÚJO, R. E.; FREITAS, A. Z.; ZEZELL; D. M.; GOMES, A. S. L. Characterization of the dental pulp using optical coherence tomography. Proceedings of the SPIE. v. 6137, p. 51-58, 2006. KHALIFE, M. A.; BOYNTON J. R.; DENNISON, J. B.; YAMAN, P.; HAMILTON, J. C. In vivo evaluation of DIAGNOdent for the quantification of occlusal dental caries. Oper Dent. v. 34, n. 2, p. 136-141, Mar. 2009. KO, A. C. T.; HEWKO, M.; SOWA, M. G.; DONG, C. C. S.; CLEGHORN, B.; CHOO-SMITH, L. P. Early dental caries detection using a fibre-optic coupled
75
polarization-resolved Raman spectroscopic system. Optics Express. v. 16, n. 9, p. 6274-6284, 2008. KOBAYASHI, K.; IZATT, J. A.; KULKARNI, M. D.; WILLIS, J.; SIVAK, M. V. High resolution cross sectional imaging of the gastrointestinal tract using optical coherence tomography: preliminary results. Gastrointest. Endosci. v. 47, p. 515–231, 1998. KUO, W. C.; HSIUNG, M. V.; SHYU, J. J.; CHOU, N. K.; YANG, P. N. Assessment of arterial characteristics in human atherosclerosis by extracting optical properties from polarization-sensitive optical coherence tomography. Optics Express. v. 16, n. 11, p. 8117-8125, Mai 2008. LUSSI, A.; HIBST R.; PAULUS, R. DIAGNOdent: an optical method for caries detection. J Dent Res. v. 83, n especial C, p. C80-C83, 2004. MAIA, A. M. A. Avaliação de técnicas diagnósticas de lesão de cárie proximal: raio X, transiluminação com radiação infravermelho próximo e tomografia por coerência óptica. 2009. 91f. Dissertação (Mestrado em Odontologia) – Curso de Odontologia da Universidade Federal de Pernambuco, Recife, Pernambuco. MATTESON, S. R.; DEAHL, S. T.; ALDER, M. E.; NUMMIKOSKI, P. V. Advanced imaging methods. Critical Reviews in Oral Biology & Medicine. v.7, n.4, p. 346-395, Out. 1996. MELO, L. S. A.; ARAÚJO, R. E.; FREITAS, A. Z. ; ZEZELL, D.; VIEIRA JR, N. D.; GIRKIN, J.; HALL, A.; CARVALHO, M. T.; GOMES, A. S. L. Evaluation of enamel dental restoration interface by optical coherence tomography. Journal of Biomedical Optics. v. 10, n. 6, p, 064027, Nov-Dez 2005. OTIS, L. L.; EVERETT, M. J.; SATHYAM, U. S.; COLSTON JR, B. W. Optical Coherence Tomography: A new imaging technology for dentistry. The Journal of the American Dental association. v.131, p. 511-514, Abr. 2000. PARDI, V.; MIALHE, F. L.; PEREIRA, A. C.; MENEGHIM, M. C. Avaliação in vitro do aparelho DIAGNOdent para diagnóstico oclusal. Pesqui Odontol Bras. v. 14, n. 4, p. 372-377, Out-Dez 2000. PEDROSA, R. F.; PONTUAL, A. A.; MIRANDA, A. M.; FERRAZ, H. M. D.; MIRANDA, M. C. M.; SILVEIRA, M. M. F. Restorative material influence on radiographic interpretation. RFO. v. 12, n. 3, p. 35-39, Set-Dez 2007. PIERCE, M. C.; STRASSWIMMER, J.; PARK, B. H.; CENSE, B.; BOER, J. F. Advances in Optical Coherence Tomography Imaging for Dermatology. The Journal of Investigative Dermatology. v.123, n.3, p. 458-463, Set. 2004.
76
PODOLEANU, A. GH.; SEEGER, M.; DOBRE, G. M.; WEBB, D. J.; JACKSON, D. A.; FITZKE, F. W. Transversal and Longitudinal Images from the Retina of the Living Eye Using Low Coherence Reflectometry. Journal of Biomedical Optics. v.3, n.1, p. 12-20, Jan. 1998. RIBEIRO, A. C.; ROUSSEAL, C.; GIRKIN, J.; HALL, A.; STRANG, R.; WHITTERS, C. J.; CREANOR, S.; GOMES, A. S. L. A preliminary investigation of a spectroscopic technique for the diagnosis of natural caries lesions. Journal of Dentistry. v. 33, p. 73-78, 2005. SCHNEIDERMAN, A.; ELBAUM, M.; SHULTZ, T.; KEEM, S.; GREENEBAUM, M.; DRILLER, J. Assessment of dental caries with Digital Imaging Fiber-Optic Transillumination (DIFOTI): in vitro study. Caries Res. v. 31, n. 2, p. 103-110, 1997. SELWITZ, R. H.; ISMAIL, A. I.; PITTS, N. B. Dental caries. Lancet. v. 6, n. 369, p. 51-59, Jan. 2007. SPITZER, D., TEN BOSCH, J.J. The absorption and scattering of light in bovine and human dental enamel. Calcif. Tiss Res., vol. 17, p.129-37, 1975. STOOKEY, G. K.; GONZALEZ-CABEZAS, C. Emerging methods of caries diagnosis. J Dent Educ. v. 65, n. 10, p. 1001-1006, Out. 2001. VERDONSCHOT, E. H.; KUJIPERS, J. M. C.; POLDER, B. J.; DE LENG-WORM, M. H.; BRONKHORST, E. M. Effects of digital grey-scale modification on the diagnosis of small approximal carious lesions. J Dent, v. 20, n. 1, p. 44-49, Fev 1992. WANG, R. K.; ELDER, J. B. Propylene glycol as a contrasting agent for optical coherence tomography to image gastro-intestinal tissues. Lasers Surg. Med. v. 30, p. 201–208, 2002a. WHITE, S. C.; PHAROAH, M. J. Dental caries. In: Oral radiology: principles and interpretation. 5 ed. Toronto: Mosby, p. 297–313, 2004. WU, J.; FRIED, D. High contrast near-infrared polarized reflectance images of demineralization on tooth buccal and occlusal surfaces at lambda = 1310 nm. Lasers Surg Med. v. 41, n. 3, p. 208-213, Mar. 2009. YANG, Y.; WHITEMAN, S.; VAN PITTIUS, D. G.; HE, Y.; WANG, R. H.; SPITERI, M. A. Use of optical coherence tomography in delineating airways microstructure: comparison of OCT images to histopathological sections. Phys. Med. Biol. v. 49, p. 1247-1255, Mar 2004. ZANARDO, A.; REGO, M.A. Diagnóstico de cárie oclusal em dentes permanentes: estudo in vitro. Cienc Odontol Bras, v. 6, n. 3, p. 50-57, Jul-Set, 2003.
77
ARTIGO
Clinical use of optical coherence tomography to evaluate the integrity of dental
restorations
Cláudia C. B. O. Mota 1, Renata Cimões 1 and Anderson S. L. Gomes 1,2
1 Graduate Program in Dentistry. Universidade Federal de Pernambuco, Av.
Professor Moraes Rego, 1235, Cidade Universitária 50670-901, Recife-PE, Brazil.
Phone: 55-81-21268817 Fax: 55-81-21268836. E-mail: [email protected]
2 Department of Physics. Universidade Federal de Pernambuco, Av. Prof Luiz
Freire, s/n, Cidade Universitária 50670-901, Recife, PE, Brazil. Phone: 55-81-
21267636 Fax: 55-81-32710359. E-mail: [email protected]
78
Abstract
Optical Coherence Tomography (OCT) was applied to assess dental restorations in
humans. Twenty patients with resin composite restorations in anterior teeth were
selected and evaluated using a conventional radiographic examination, visual
inspection and OCT. Images were obtained using a home built OCT system
operating in the spectral domain, with an 850 nm superluminescent diode light
source. Radiographic and OCT images, as well as clinical photographs were
presented to three distinct evaluators, aiming to verify the agreement index between
them with respect to diagnostic in which modality of exam. The results were
analyzed with respect to the integrity and marginal adaptation of the restorations.
Using appropriate software failed and failing restorations, including those with
lesioned regions, could be located prior to the placement of a new restoration.
Lesions and failed restorations were identified with the OCT system that could not
be seen by conventional visual and X-ray examinations and these were found to be
present on surgical intervention. The Kappa coefficient presented a substantial
agreement index to diagnosis thorough clinical and radiographic exam, and a perfect
agreement index to diagnosis thorough OCT. This in vivo study demonstrates that
the OCT technique has a great potential to be used in clinical practice to assess
dental restorations and prevent recurrent caries.
Keywords: Optical Coherence Tomography, Dental Diagnostics, Marginal
Microleakage, Dental-Restoration Interface.
79
Introduction
In recent years, several methods using light have been proposed to address the
need for better detection and diagnostic tools in dentistry. Digital imaging fiber-
optic transillumination (DIFOTI), multi-photon imaging, quantitative light
fluorescence (QLF), infrared fluorescence (DIAGNOdent), infrared thermography,
Raman spectroscopy, optical coherence tomography (OCT) and terahertz imaging
are a few techniques that are currently under evaluation for improved diagnosis [1-
4].
Optical coherence tomography (OCT) is a recent, but well established low-
coherence interferometric technique that allows the acquisition of high-resolution,
non-invasive, cross-sectional images of biological tissue based on the detection of
backscattered light [5,6].
OCT has already been applied in vitro and in vivo to a variety of medical
specialties, including Ophthalmology [5], Dermatology [7], Gastroenterology [8],
Cardiology [9] and Cellular Engineering [10].
The first study applying OCT to be carried out in Dentistry, both in vitro and in
vivo, was in 1998, using a prototype handpiece for the characterization of both hard
and soft dental tissues [11, 12]. In 2003, a commercial prototype OCT system was
adapted to a commercial surgical microscope to perform in vitro and in vivo images
of carious lesions and restorations [13]. OCT has also been employed for the early
detection of oral cancer [14]. In vitro studies evaluating enamel interface restoration
[15], early caries diagnostics [16], and analysis of the performance of dental
materials [17] have also been reported. In 2006, the first OCT image of dental pulp
80
was performed using rat’s teeth [18]. Recently, remaining dentin and the pulp
chamber from human teeth were also imaged by OCT in vitro as reported in [19].
Endodontic applications of OCT have been explored in order to evaluate root canals
[20] and Sinescu and co-workers used OCT to investigate the marginal adaptation of
fixed dental prosthesis before installing them in patients [21]. However, little work
has been reported on OCT being used in a clinical setting as part of a clinical
evaluation, specifically looking at restoration integrity.
Dental restorations provide a barrier restricting oral fluids and bacteria from
entering the tooth after the removal of any damaged or missing tissue. An
inadequate marginal seal can result in gap formation that leads to microleakage,
which may be responsible for marginal breakdown, recurrent caries, increased post-
operative sensitivity, pulp inflammation, and staining [22].
Microleakage, either from small or microscopic openings between the margins
of the composite resin restoration and tooth is considered to be a major cause of
restoration failure [23]. Microleakage can also result in bacteria penetrating the
tooth-restoration space and into dentinal tubules, where secondary decay may occur
and bacterial toxins will irritate the pulp. The oral environment, including occlusal
forces and temperature variation, as well as the differences between the physical
properties of teeth and restorative materials, polymerization shrinkage, the
coefficient of thermal expansion, and modulus of elasticity can all contribute to
microleakage. According to previous literature, if poor bond strength exists between
the tooth and restorative material, a failure of adhesion may be caused by
polymerization shrinkage, and microscopic gaps at the tooth-restoration interface
can subsequently form [15, 22, 23].
81
The success of the restorative treatment depends of the integrity of the tooth-
restoration interface and this particular region is the subject of much research and
discussion in the Dental community. Clinically, the most common tools for
detection of restorative failures are by tactile and/or visual inspection or by
radiographic examination. However, since initial microleakages can be clinically
and radiographically imperceptible, secondary caries may currently progress before
the problem can be detected by the dental practitioner.
A recent study evaluating the enamel-restoration interface using OCT, in which
just one patient was reported, has been published [24] and Negritu et al. [25] used
OCT and confocal microscopy to investigate dental structures and restoration
materials using extracted teeth.
Here we present an in vivo study employing a home built OCT system,
operating in the spectral domain using a superluminescent diode at 850 nm, to detect
failures at the enamel-dental restoration interface, and the integrity of superficial and
internal structures of restorations in a clinical setting. This study was undertaken
with 20 patients attending the Dentistry College of the Universidade Federal de
Pernambuco. The relatively large number of attending patients allowed us to obtain
and analyze the results in a very consistent manner. Results were compared to
conventional radiographs and clinical examination, represented here by
photographs.
82
Materials and Methods
This study was developed according to the guidelines given by Ethical
Committee in Humans Research of the Universidade Federal de Pernambuco,
Brazil. Twenty patients with composite resin restorations in upper anterior teeth
were selected. These patients were between 18 and 45 years old, both male and
female, and had their restorations performed between 1999 and 2009. All the
restorations had a superficial satisfactory clinical aspect with no obvious aesthetic
failures such as staining, undesirable shape or obvious missing material. Patients
that presented fixed prosthesis, porcelain esthetic facets or restorations in glass
ionomer cement were not considered in this study.
OCT performs high-resolution, cross-sectional tomographic imaging of the
internal microstructure in materials and biological systems by measuring
backscattered or backreflected light. The intensity of the signal is a function of the
scattering caused by the local changes in tissue structure of the tooth. Variations in
scattering measured in relation to depth from a single point on the tooth surface is
called an "A-scan". Taking several A-scans along a line produces information from
a 'slice' of tooth tissue, which is the tomogram. The movement along the line of A-
scans is known as the "B-scan" [1].
The key elements of an OCT system include a broadband light source, whose
spectral width largely sets the axial spatial resolution; an interferometer, which
generally employs a Michelson design, with one of the arms containing the sample
and in the other arm, a delay line; and an optical detector, whose signal output is
electronically treated and fed to a computer for the image generation. In the spectral
83
domain (SD-OCT), there are no movable parts in the interferometer arms (except for
lateral displacement of the beam on the sample), and the recombined beams from
the interferometer are sent to a spectrometer and are Fourier analyzed [26].
The schematic diagram of the home-built OCT operating in the spectral
domain, which was used in this study is shown in figure 1(a), and is the same as
reported previously [19] where the full experimental details are described. The
centre wavelength of the system was selected to be around 850 nm. Although longer
wavelengths penetrate more deeply into the sample due to a lower scattering
coefficient, this lower scattering coefficient also means a loss of sensitivity to slight
changes in refractive indices. In order to maximize the sensitivity to changes we
therefore opted for a shorter wavelength compared to the 1300 nm that reported
previously [24, 25].
In summary, the output emission from a superluminescent diode (Broadband
SLD Lightsource S840, SUPERLUM, Moscow, Russia) operating at 850 nm, with a
spectral width of 49.9 nm and a fiber output power 25 mW was sent to a Michelson
interferometer setup providing an axial resolution of 6 µm. In the reference arm a
mirror was mounted on a piezoelectric base, whilst in the sample arm, a mirror
controlled by a Galvanometer motor was used to scan the light on the sample. The
reflected and back-scattered light coming from both arms was then recombined at
the beam splitter and collected by a spectrometer.
[Fig. 1]
The maximum incident power on the sample was approximately 5 mW. The
beam incident on the sample was focused using an achromatic 50 mm focal length
(numerical aperture = 0.25) lens. For a typical beam diameter of 1 mm before the
84
focusing lens, the lateral resolution was ~40μm. This optical delivery system was
mounted on a 2D translation stage, though as the beam passes off a scanning galvo,
this is used to scan either in the X or Y direction for data acquisition and only one
axis of the translation stage was used for lateral movement of the imaging system.
The control of the scanning systems was undertaken by a personal computer with a
LabView based imaging program. A photograph of the entire system is shown in
figure 1(b).
The signal produced by the spectrometer was also sent to the same computer
which thus both controlled the scanning and data processing. The software
generated an image into a fixed size screen (stored as a .png file) and a numeric
array matrix (stored as a .dat file) containing the information about the A-scans and
B-scan of each image. As the LabView screen had a fixed size, the image file
presented distortions along its longitudinal axis but provided the clinician with a real
time image of the area under examination. The correctly sized image was obtained
through subsequent manipulation of the .dat using the Image J software (NIH,
USA). These processed images enabled the exact position of any restoration failure
to be seen clearly through the use of an appropriate colored look-up table and
subsequently located and precisely measured.
The axial resolution given above was determined by the coherence length of
the light source, considering:
( ) 22 ln 2cl
λπ λ
=Δ
where λ corresponds to the central wavelength and Δλ represents the bandwidth.
85
The transversal resolution is similar to that in optical microscopy, being set by
how strongly it is possible to focus the beam. The transversal resolution is thus
inversely proportional to the effective numerical aperture of the optical system
which focuses the beam (objective lens), which is given (in air) by
4 fxd
λπ
Δ =
where d is twice the beam waist (ω) and f is the lenses focal distance.
To perform the OCT examination, a lip retractor was used on the patients, and
their heads were positioned in an appropriate support, in front of the sample arm,
seen in figures 1(b) and 1(c). The image acquisition time is less than one second; the
support was used to prevent movement which would otherwise blur the high optical
resolution images. The authors analyzed the results with respect to the integrity and
marginal adaptation of the restoration by visual inspection of the images in real time
as well as on the images produced from the subsequent image processing.
As comparison criteria to OCT, we employed the diagnostic methods most
widely used in dentistry: a clinical examination composed of visual and/or tactile
inspection (shown in this paper by photographs) and a conventional X-ray. The
dental X-Ray equipment used was the Spectro 70X (Dabi Atlante, Ribeirão Preto,
São Paulo, Brazil), operating at 70 kVp head power and a head current of 8 mA. The
radiographic film used was Kodak Dental Intraoral E-Speed Film (Carestream
Health Inc., Rochester, New York, United States), and the dental developer and
fixer, was from the same manufacturer.
During a clinical examination, it is possible detect changes in the composite
resin color, polishing failures, contact point problems and major gaps and fissures;
radiographic images can show excess or lack of restorative material, large areas of
86
demineralization (typically greater than 30% of mineral loss), and gaps or fractures
points larger than those which can be observed by OCT. A well designed OCT
system, on the other hand, is able to indicate micrometer sized external problems
such as superficial cracks, and internal defects (air bubbles, cracks and their
respective growth, voids, gaps and fissures) as well as the characteristics of a
specific composite resin.
To evaluate the presence, or otherwise, of failures in the restorations, three
experienced professionals, all of them Restorative Dentistry professors, were trained
to interpret OCT images. They were between 35 and 55 years old, two male and one
female, had around 15 to 25 years graduated, and perform clinical activities. The
clinical photographs were shown to each professor individually, and they were
asked to complete a form describing what they could see in that patient’s image in
terms of the restoration extension, and if there was any form of failure. In case of
detected failure they were then asked to classify the failure. The radiographic
images were shown first, followed by the OCT images. To analyze the data a Kappa
coefficient test was applied. After the analysis all of the patients that presented
failures in their restorations were recalled to the clinic and had new procedures
performed after a discussion with the patient following the approved clinical
procedure.
Results
OCT images were obtained from vertical slices of the tooth, as indicated in
figure 2. The scan was always mapped from left to right. The lateral distance
87
between each image was 0.2 mm. For didactic reasons, we have only show some
tomograms of each tooth. The upper part of image corresponds to the cervical region
and the lower part, the incisal region.
[Fig. 2]
Table 1 indicates a comparison between all the methods used in this work for
the first three cases.
[Tab. 1]
Figure 3 shows a sequence of examinations of a patient with a well placed and
sound restoration in a central incisor, placed seven years previously. Figure 3(a)
represents the clinical examination; 3(b), the conventional radiograph showing the
restoration at the incisal region in the circle. Arrows in 3(c) indicate the interface
between the enamel and the restorative material, which can be clearly seen.
[Fig. 3]
Figure 4(a) shows a lateral incisor with an aesthetic facet (not polished) over an
incisal and cervical restorations, confirmed by radiography in figure 4(b), performed
two weeks before the analysis reported here. In the OCT image, figure 4(b), an air
bubble in the restoration (within the circle) can be seen and the dots indicate the
points of microleakage at the enamel-restoration interface. The small rectangles
indicate an extensive space under the restoration, probably due to resin
polymerization contraction during the restorative procedure and the triangles
indicate crack points between resin increments.
[Fig. 4]
Restorations involving medium and incisal regions of a central incisor,
performed in 2001 in another patient are shown in figure 5, where Fig. 5(a) shows
88
the clinical photograph with no sign of failure, and different colors between the
composite resin and the dental enamel. In Fig. 5(b), the conventional radiograph, it
is possible to observe excess restorative material at proximal surfaces; and Fig. 5(c)
shows the OCT image sequence. The arrow here indicates the well placed enamel-
restoration interface. However, several undesirable features can be identified: air
bubble (within the circle); evidence of a gap between the enamel and the restorative
material (identified by the dots); superficial defects and internal fractures in the
composite resin (identified by the triangles).
[Fig. 5]
In some cases, a restoration does not necessarily need to present failures
throughout its entire structure to be considered replacement and they may well show
one part which is well placed and intact whilst another area has problems. This can
also be seen in figures 5(c) and 6. In the first slice of Fig. 5(c), we can see an arrow
that indicates the well placed enamel-restoration interface, but in subsequent slices,
we can see some failures, described previously. The same situation can be seen in
figure 6, with a restoration involving medium and incisal regions. Arrows indicate
the well placed enamel-restoration interface; dots indicate enamel-restoration
microleakages; triangles indicate evidence of superficial fissures at the composite
resin; another feature is the different pseudo color of the composite resin at the
incisal region when compared to medium region, marked with the large rectangles.
This can be seen by OCT because lighter colors of resin have lower refractive
indices, and thus this modifies the scattering in this region.
[Fig. 6]
89
In figure 7, we can see a sequence of failures over the entire structure of an
incisal restoration (dots), beside the enamel-dentin junction.
[Fig. 7]
Finally, in figure 8, we can observe three different aesthetic facets. In the
region indicated by the diamonds, problems with the cervical adaptation of the
restorations are identified in Figs. 8(a) and 8(b), whereas a well suited adaptation is
seen in Fig. 8(c). None of these clinically important defects, seen by OCT, could be
observed in the clinical images and X-rays, even when they were subsequently
examined after the detecting a problem in the OCT data sets.
[Fig. 8]
Table 2 shows the Kappa coefficient results for each kind of diagnostic
examination. It can be noted that to clinical (simulated by patient’s photographs)
and radiographic examinations there was a substantial agreement between the
evaluators, whilst for the OCT examinations the Kappa index obtained demonstrates
perfect agreement. It was not possible to compare the kinds of failures seen in each
type of examination, as the OCT is able to visualize internal structures that are
impossible to see in the clinical inspection or radiographic examination.
[Tab. 2]
Discussion
The improvements in the esthetic and physical properties of composite resins
over the past ten years have established them as the material of choice for
restorations of anterior teeth when used in conjunction with the acid-etch technique
90
and dental bonding systems [27]. However, their high aesthetic quality frequently
makes it harder to see early signs of failure and due to the way that these materials
behave, compared to traditional amalgam and gold restorations, early failure is more
likely. Failures at the tooth-restoration interface can be associated with several
factors including incorrect restorative technique, the physical properties of the
materials used and, especially, the contraction of the material generated during the
polymerization of the restorative material.
An adequate marginal adaptation and the integrity of the restoration are
fundamental to the success of the dental treatment: failures in the marginal surface
cause microleakage and bacteria infiltration; loss of integrity can be present in the
internal or superficial structure of the restoration, and reduces the quality of the
restoration, leading to early fracture of the restorative treatment. Some defects seen
in this study are known to cause a loss of integrity in composite resin restorations
including air bubbles in the restoration, regions without material under the
restoration (voids), cracks and fissures at the composite resin and gaps. When these
kinds of failures are present and the restorative procedure is not adequate, a new
treatment should be discussed with the patient.
The current methods clinically used to diagnosis are not able to visualize
micrometric structures. In the radiographic examination, for example, an early
enamel caries lesion is visible only after approximately 30%–40% mineral loss [28].
This deficiency makes it difficult to diagnose early recurrent caries, when an earlier
diagnosis means an easier and less traumatic treatment, leaving more enamel present
in the tooth after treatment.
91
The Kappa coefficient was applied to analyze the concordance index of the
diagnosis of the professionals selected for each examination modality separately,
and the OCT method demonstrated perfect agreement between the evaluators, while
there was a substantial agreement for the clinical and radiographic examinations.
This indicates that OCT, besides be a good tool for diagnosis can be consistently
interpreted by well trained dentists. However, it was not possible to use a statistic
test that compare clinical, X-ray and OCT examinations simultaneously. This is due
to the first method (clinical observation) is only able to see defects at external
surfaces; radiographic methods image across the tooth, but the resulting image
inherently overlays the buccal and lingual surfaces making it difficult to detect and
determine internal problems. OCT can produce two dimensional images, in sections,
and it allows the observer to see external and internal details, without overlap of
structures. Thus the teeth were visualized in different forms in each type of
examination with many of the minor defects (air bubbles, for example) only can be
seen by OCT. As the OCT had a significantly higher resolution to such problems a
full statistical comparison between the methods here would not provide any useful
information. However, all defects detected by clinical and X-ray examination were
also detected using the OCT protocol.
This study demonstrates that OCT is a powerful tool for the early detection of
failures on restorations, through visualization of microleakages, internal fractures,
superficial cracks and fissures, tooth demineralization under the restorative material
and cervical adaptation of the restorations. Incipient lesions can be precisely located,
their depth may be measured and their proximity to the dentin-enamel junction may
be determined. The sensitivity of the OCT technique is high enough that details such
92
as the use of different colors of composite resin, used to increase the esthetic aspect
of restoration, can be identified due to their slightly different scattering properties
(Figure 6).
As dentists are used to dental radiographs for diagnostic purposes, OCT
imaging, which shows similar dental morphology, could be readily adopted [4] and,
ideally, the number of conventional X-ray investigations would be reduced in order
to minimize the patients exposure to ionizing radiation [13].
However, it is necessary to acknowledge some limitations of OCT: the system
has a small depth penetration, (1-3 mm in teeth), which is, however, adequate for
enamel and even dentin visualization. This is partly because we chose to use light at
850nm in order to increase the contrast between areas with only slightly different
scattering properties. The use of longer wavelength sources (around 1300nm), with
some slight loss of contrast may provide the best compromise between depth of
imaging and sensitivity to minor alterations in the dental structure. Furthermore, our
current system does not allow the use of the technique in every tooth, just on
incisors and canines. Thus for this first stage of our in vivo studies applying OCT,
we only assessed anterior teeth, which in itself is important since incisors and
canines are the teeth that require better esthetics restorative procedures.
Further clinical studies covering cervical adaptation of aesthetics-facets and
fixed crowns are currently underway. The high sensitivity of OCT to minor defects
also opens up a further clinical question over which minor defects will progress to
server complications and which may stay at the minor level. The development of
such revised treatment protocols is beyond the scope of the present study but is an
93
area that will need to be investigated as OCT moves towards a standard diagnostic
instrument in clinical practice, as is the case with any new technological advance.
Conclusions
Compared to conventional radiography, OCT is a powerful tool for
investigation of failures at the tooth-restoration interface. OCT is able to exactly
visualize external and internal micrometric structures, not perceived by clinical
examination or conventional radiography, proving its superiority as a technique for
early diagnosis of restoration failures and prevention of recurrent caries. However,
because of the low penetration depth of OCT, conventional radiography imaging
may not be totally replaced. This was a qualitative study applying OCT in dental
clinics; we used conventional X-Ray, the most widely used modality of imaging for
diagnostic examinations in dental clinics, and the clinical examination as the
comparison for our study. We analyzed the differences between the modalities of
exams mentioned above and the advantages and limitations of conventional
radiography and OCT examinations. Besides other applications of the OCT
technique in vivo, further complementary studies are under-way to determine dental
composite resin failures in a quantitative manner, as well as their size or extent.
Acknowledgements
The authors are thankful to the Prosthetics and Buco Facial Surgery
Department at Universidade Federal de Pernambuco, especially to the Professors
94
Lúcia Beatrice, for loaning us space to set up the OCT equipment in the Faculty of
Dentistry, and to Adolfo Cabral and Paulo Fonseca, to allow the selection of patients
at the clinics under their responsibility. Financial support of this work from CNPq,
FACEPE (under the PRONEX program supporting the Center of Excellence in
Nanophotonics and Biophotonics) and CAPES, Brazilian Agencies, are gratefully
acknowledged. This work was part of the MSc dissertation of Cláudia C. B. O.
Mota.
References
[1] A. Hall and J. M. Girkin, “A review of potential new diagnostic modalities for
caries lesions,” Journal of Dental Research 83 Spec C:C89–94 (2004).
[2] D. Fried, J. D. Featherstone, C. L. Darling, R. S. Jones, P. Ngaotheppitak and C.
M. Buhler, “Early caries imaging and monitoring with near-infrared light,” Dent.
Clin. North. Am. 49(4), 771–93 (2005).
[3] A. C. Ko, L. P. Choo-Smith, M. Hewko, L. Leonardi, M. G. Sowa, C. C. Dong,
P. Willians and B. Gleghorn, “Ex vivo detection and characterization of early dental
caries by optical coherence tomography and Raman spectroscopy,” J. Biomed. Opt.
10(3), 0311182005.
[4] L. P. Choo-Smith, C. C. S. Dong, B. Cheghorn and M. Hewko, “Shedding new
light on early caries detection,” JCDA 74(10), 913-918 (2009).
95
[5] D. Huang, E. A. Swanson, C. P. Lin, J. S. Schuman; W. G. Stinson; W. Changw;
M. R. Hee; T. Flitte; K. Gregory; C. A. Puliafito and J. G. Fujimoto, “Optical
coherence tomography,” Science 254, 1178-1181 (1991).
[6] B. E. Bouma, G. J. Tearney and B. Bouma, Handbook of Optical Coherence
Tomography, Marcel Dekker (2002).
[7] M. C. Pierce, J. Strasswimmer, B. H. Park, B. Cense and J. F. de Boer,
“Advances in optical coherence tomography imaging for dermatology,” The Jounal
of Investigative Dermatology 123, 458-463 (2004).
[8] G. J. Tearney, S. A. Boppart, B. E. Bouma, M. E. Brezinski, N. J. Weissman, J.
F. Southern and J. G. Fujimoto, “Scanning single-mode fiber optic catheter-
endoscope for optical coherence tomography,” Opt. Lett. 21, 543-545 (1996).
[9] S. A. Boppart, G. J. Tearney, B. E. Bouma, J. F. Southern, M. E. Brezinski and J.
G. Fujimoto, "Noninvasive assessment of the developing Xenopus cardiovascular
system using optical coherence tomography," Proc. Natl. Acad. Sci. 94, 4256-4261
(1997).
[10] Y. Yang, A. Dubois, X. Qin, J. Li, A. E. Haj and R. K. Wang, “Investigation of
optical coherence tomography as an imaging modality in tissue engineering,” Phys.
Med. Biol. 51, 1649-1659 (2006).
96
[11] B. W. Colston, U. S. Sathyam, L. B. Da Silva, M. J. Everett, P. Stroeve and L.
L. Otis, “Dental OCT.” Opt. Express 3(6), 230-238 (1998).
[12] F. I. Feldchtein, G. V. Gelikonov, V. M. Gelikonov, R. R. Iksanov, R. V.
Kuranov, A. M. Sergeev, N. D. Gladkova, M. N. Ourutina, J. A. Warren and D. H.
Reitze, “In vivo OCT imaging of hard and soft tissue of the oral cavity,” Opt.
Express 3(6), 239–250 (1998).
[13] R. Brandenburg, B. Haller and C. Hauger, “Real-time in vivo imaging of dental
tissue by means of optical coherence tomography (OCT),” Optics Communications
227, 203-211 (2003).
[14] W. Jung, J. Zhang, J. Chung, P. Wilder-Smith, M. Brenner, J. S. Nelson and Z.
Chen, “Advances in oral cancer detection using optical coherence tomography,”
IEEE J. Select. Topics Quantum Electron. 11(4), 811-817 (2005).
[15] L. S. A. de Melo, R. E. de Araujo, A Z Freitas, D. Zezell, N D. Vieira Jr , J.
Girkin, A. Hall, M. T Carvalho and A. S. L. Gomes, “Evaluation of Enamel Dental
Restoration Interface by Optical Coherence Tomography,” J. of Biomedical Optics
10(6), 064027-1/5 (2005).
[16] A. Z. Freitas, D. M. Zezell, N. D. Vieira Jr., A. C. Ribeiro and A. S. L.Gomes,
“Imaging carious human dental tissue with optical coherence tomography,” J. of
97
Appl. Phys. 99, 024906/1-6 (2006).
[17] A. K. Braz, B. B. Kyotoku, R. Braz and A. S. L. Gomes, “Evaluation of crack
propagation in dental composites by optical coherence tomography,” Dent. Mater.
25, 74-79 (2009).
[18] C. M. F. Kauffman, M. T. Carvalho, R. E. Araújo, A. Z. Freitas, D. M. Zezell
and A. S. L. Gomes, “Characterization of the dental pulp using optical coherence
tomography,” Proceedings of the SPIE 6137, 51-58 (2006).
[19] D. D. Fonseca, B. B. C. Kyotoku, A. M. A. Maia and A. S. L. Gomes, “In vitro
imaging of remaining dentin and pulp chamber by optical coherence tomography:
comparison between 850 and 1280 nm,” Journal of Biomedical Optics 14(2),
024009 (2009).
[20] H. Shemesh, G. van Soest, M. K. Wu, L. W. M. van der Sluis and P. R.
Wesselink, “The Ability of Optical Coherence Tomography to Characterize the
Root Canal Walls,” JOE 33(11), 1369-1373 (2007).
[21] C. Sinescu, M. L. Negritu, S. Antonie, G. Dobre, A. Bradu, M. Hughes, M.
Rominu and A. G. Podoleanu, “Marginal adaptation analysis performed with en face
optical coherence tomography in fixed partial dentures,” Proc SPIE 7258, 72584H
(2009).
98
[22] N. Attar, Y. Korkmaz, E. Ozel, C. O. Bicer and E. Tiratli, “Microleakage of
class V cavities with different adhesive systems prepared by a diamond instrument
and different parameters of Er:YAG lasers irradiation,” Photomedicine and Laser
Surgery 26(6), 585-591 (2008).
[23] H. Xie, F. Zhang, Y. Wu, C. Chen and W. Liu, “Dentine bond strength and
microleakage of flowable composite, compomer and glass ionomer cement,”
Australian Dental Journal 53, 325-331 (2008).
[24] A. Sadr, J. Tagami, Y. Shimada and Y. Sumi, “Optical coherence tomography
for in vivo assessment of class-III composite restoration,” Journal of Dental
Research 88 (Spec Iss A): 1106 (2009).
[25] M. L. Negritu, C. Sinescu, M. Rominu, M. Hughes, G. Dobre and A. G.
Podoleanu, “Optical coherence tomography and confocal microscopy investigations
of dental structures and restorative materials,” Proc. SPIE 7258, 72584N (2009).
[26] M. Wojtkowski, A. Kowalczyk, R. Leitgeb and A. F. Fercher, “Full range
complex spectral optical coherence tomography technique in eye imaging,” Optics
Letters 27, 1415-1417 (2002).
[27] S. K. Garoushi, L. V. J. Lassila and P. K. Vallittu, “Fatigue strength of
fragmented incisal edges restored with a fiber reinforced restorative material,” The
Journal of Contemporary Dental Practice. 8(2), 1-10 (2007).
99
[28] S. C. White and M. J. Pharoah. “Dental caries,” in Oral radiology: principles
and interpretation. 5th ed. Toronto: Mosby; 2004. p. 297–313.
100
Figure Captions
Figure 1. OCT setup. 1(a) schematic diagram of SD-OCT, operating at 850nm; 1(b)
dental SD-OCT adapted for in vivo study; 1(c) positioning of patient.
Figure 2. Sequence indicating the scan positioning in the patient’s teeth, identifying
the tomographic slices.
Figure 3. Well suited restoration of a central incisor. 3(a) clinical photograph; 3(b)
conventional radiography; 3(c) sequence of OCT images: arrows indicate the
integrity in the enamel-restoration interface. Red bar represents 1 mm.
Figure 4. An aesthetic facet over an incisal restoration. 4(a) clinical photograph; 4(b)
conventional radiography; 4(c) sequence of OCT images: air bubble (shown within
the major circle); gaps at the interface enamel-restoration (indicated by the dots);
small rectangles indicate an space under the restoration, probably due to
polymerization contraction; and the triangles, crack points between resin
increments. Red bar represents 1 mm.
Figure 5. Restoration involving medium and incisal regions. 5(a) clinical
photograph; 5(b) conventional radiography; 5(c) sequence of OCT images: arrow
indicates the well suited enamel-restoration interface; within the circle, an air
bubble; dots indicate gaps at the enamel-restoration interface; triangles shows
101
superficial defects and internal fractures at the resin composite; stars indicate
imaging artifacts. Red bar represents 1 mm.
Figure 6. Restoration involving medium and incisal regions. Arrows indicate the
well suited enamel-restoration interface; dots, the presence of gaps; triangles
demonstrate superficial fissures at resin composite; within the large rectangle, we
can observe a darker region, corresponding to lighter resin color increment in the
incisal part of restoration. Red bar represents 1 mm.
Figure 7. Sequence of an incisal restoration with defects throughout the entire
structure. Dots indicate gaps between the restorative material and the dental enamel;
in DEJ, we can observe the dentin-enamel junction; artifact imaging indicated by
star. Red bar represents 1 mm.
Figure 8. Three different aesthetic facets. Diamonds indicate problems with cervical
adaptation of the restorations in 8(a) and 8(b), and a well suited adaptation in 8(c).
Red bars represent 1 mm.
102
Table Captions
Table 1. A summary of the preliminary results.
Table 2. Kappa coefficient results.
103
Figures
Figure 1
104
Figure 2
105
Figure 3
106
Figure 4
107
Figure 5
108
Figure 6
Figure 7
109
Figure 8
110
Tables
Table 1
Patient
Number
Visual
inspection
defect
X-ray
exam
defect
OCT
defect
Comment
1 No No No A well placed and
sound restoration
(Fig. 3)
2 No No Yes From a visual
inspection, is only
possible to
observe that the
restoration is not
polished (Fig. 4)
3 No Yes Yes X-ray exam only
shows the excess
of restorative
material, but is not
able to visualize
the failures seen
by OCT (Fig. 5)
Table 1. A summary of the preliminary results.
111
Table 2
Clinical
exam
Radiographic
exam
OCT
Kappa 0,732 0,732 1,000
p-value < 0,001 < 0,001 < 0,001
Kappa 95%
range trust
Upper:
1,000
Lower:
0,374
Upper: 1,000
Lower: 0,374
Upper:
1,000
Lower:
0,642
Table 2. Kappa coefficient results
112
RESUMO CLEO EUROPE
113
114
APÊNDICE
Apêndice A – Termo de consentimento livre e esclarecido
UNIVERSIDADE FEDERAL DE PERNAMBUCO CENTRO DE CIÊNCIAS DA SAÚDE
PROGRAMA DE PÓS GRADUAÇÃO EM ODONTOLOGIA MESTRADO EM ODONTOLOGIA
ÁREA DE CONCENTRAÇÃO EM CLÍNICA INTEGRADA
TERMO DE CONSENTIMENTO LIVRE E ESCLARECIDO
Você está sendo convidado(a) para participar, como voluntário, em uma pesquisa. Após ser esclarecido(a) sobre as informações a seguir, no caso de aceitar fazer parte do estudo, assine ao final deste documento. Em caso de recusa, você não será penalizado(a) de forma alguma. Em caso de dúvida, você pode procurar o Comitê de Ética em Pesquisa Envolvendo Seres Humanos pelo telefone (81) 2126-8588. TÍTULO DA PESQUISA: “Avaliação das restaurações em resina composta em dentes anteriores com uso da Tomografia por Coerência Óptica – estudo in vivo” PESQUISADORA RESPONSÁVEL: Cláudia Cristina Brainer de Oliveira Mota Endereço: Avenida Conselheiro Rosa e Silva, 468/303 Aflitos – Recife PE Endereço eletrônico: [email protected] Telefone: 81 96498059 RG: 5.775.809 SSPPE CPF: 043.983.774-09 PESQUISADORES ADJUNTOS: Prof. Anderson Stevens Leonidas Gomes, PhD Endereço: Rua Padre Rodrigues Campelo 259/101 Engenho do Meio Endereço eletrônico: [email protected] Telefone: 81 21267636 RG: 1.164.222 CPF: 100.876.484-15 Profa. Dra. Renata Cimões Jovino Silveira Endereço: Rua Guedes Pereira, 114/302 Casa Amarela – Recife PE Endereço eletrônico: [email protected] Telefone: 81 99498451 RG: 99.001.101.004 SSPAL CPF: 902.973.004-82
115
OBJETIVO Apresentar a técnica de Tomografia por Coerência Óptica (TCO) como método de avaliação da integridade das restaurações em resina composta. Trata-se de um exame de imagem de alta tecnologia que, ao invés de usar radiação ionizante, usa luz. TCO é capaz de produzir imagens melhores e mais precisas que as radiografias convencionais, além de ser um exame inofensivo. METODOLOGIA Aplicar o exame de Tomografia por Coerência Óptica para avaliar a qualidade das restaurações dentárias. Para realizar este exame, o paciente fica sentado, com óculos de proteção e afastador de lábios, e a cabeça apoiada em um posicionador. A técnica não causa dor ou desconforto. RISCOS Os pacientes podem sentir-se constrangidos em participar da pesquisa, uma vez que serão avaliados quanto à qualidade de suas restaurações. No mais, o presente estudo não confere outra espécie de risco para os participantes, uma vez que a técnica não se baseia na emissão de radiação ionizante, mas de luz. BENEFÍCIOS Os pacientes que apresentarem restaurações insuficientes/ defeituosas receberão tratamento odontológico, acompanhado pela pesquisadora responsável, na Faculdade de Odontologia desta Universidade. DIREITOS 1. Garantia de receber resposta a qualquer pergunta ou esclarecimento a qualquer dúvida acerca de procedimentos, riscos, benefícios e outros relacionados com a pesquisa; 2. A liberdade de retirar o meu consentimento a qualquer momento e de deixar de participar de estudo sem que isso traga prejuízo à continuação do meu cuidado tratamento; 3. A segurança de que não serei identificado e que será mantido em caráter confidencial a informação relacionada com a minha privacidade; 4. O compromisso de proporcionar-me informação atualizada durante o estudo, ainda que este possa afetar a minha vontade de continuar participando; 5. Caso existirem gastos adicionais, estes serão absorvidos pelo orçamento da pesquisa.
116
Eu, _____________________________________________, RG: _____________ Órgão Expedidor __________, ou o responsável pelo paciente, em caso de menor de idade, _____________________________________________, RG: _____________ Órgão Expedidor __________, abaixo assinado, tendo recebido as informações acima e ciente dos meus direitos acima relacionados, concordo em participar desta pesquisa elaborada pelos pesquisadores supracitados, pertencentes ao programa de pós-graduação em Odontologia da UFPE, bem como autorizo a divulgação e publicação da mesma em periódico científico na área específica.
Recife, ______ de _______________ de ________.
_________________________ _____________________________ Nome do entrevistado ou Assinatura do entrevistado ou responsável responsável _________________________ _____________________________ Nome do pesquisador Assinatura do pesquisador ________________________ _____________________________ Nome da testemunha 1 Assinatura da testemunha 1 ________________________ _____________________________ Nome da testemunha 2 Assinatura da testemunha 2
117
ANEXOS
Anexo A – Parecer do Comitê de Ética
118
Anexo B – Normas da Revista Journal of Biomedical Optics
Normas disponíveis em http://spie.org/x1826.xml
Prepare a manuscript
Manuscripts should be submitted in English, and the presentation should be as succinct as comprehension will permit. Manuscripts are reviewed and refereed. Those accepted for publication are edited for conformance to the journal's style. Metric units should be used unless to do so is not feasible or would result in a serious loss of clarity.
For peer review, manuscripts should be submitted with the figures/tables and their captions incorporated into the same file as the manuscript text. However, upon acceptance, authors will be required to submit individual figure files and a properly formatted manuscript for use in production.
English-Language Editing Services: Authors (particularly non-native English speakers) who would like assistance in improving the quality of English in their manuscripts prior to submission may wish to consider using an English-language editing service. Several commercial vendors provide such services, including American Journal Experts, SPi Professional Editing Services, and Nature Publishing Group. Please note that SPIE has no connection with any of these services and cannot provide an endorsement of their work. These services are mentioned for informational purposes only.
For details of manuscript preparation, see the topics below.
Types of Manuscripts
Acceptable File Formats
Components of a Manuscript
Color Figures
Multimedia
119
Types of manuscripts:
Letter: A short technical communication of significant interest intended for rapid publication in the JBO Letters section of the journal. The manuscript length may not exceed three printed journal pages. Further details below.
Regular Paper: A full-length manuscript presenting original work intended as a regular contribution to the journal.
Special Section Paper: A full-length manuscript presenting original work intended for submission to a special topical section organized by a guest editor.
Review Paper: An article reviewing a particular topic or field. Review papers are typically invited papers written by a highly regarded expert in the field.
The following file formats are accepted:
Text: Microsoft Word, LaTeX/REVTeX, PDF, or PostScript. (Note: a REVTeX toolkit is available at the AIP website. Word 2007 and the new .docx format should not be used, due to problems that this format causes in many existing production routines. If Word 2007 is unavoidable, back-save to the .doc format. Word 2007 users should read the guidelines at the AIP website for further instructions.)
Figures: TIFF, PostScript, EPS, or PDF (minimum 300 dpi resolution). See additional requirements below.
Multimedia: QuickTime nonstreaming video (.qt or .mov), MPEG, DV, PCM, WAV, AIFF, and MP3 at 128 Kbs or greater. See additional requirements below.
Manuscripts must conform to the following:
• Title page: List the paper title; the name(s) of the author(s); and the affiliation, complete mailing address, phone number, fax number, and E-mail address (if
120
available) of each author. List sponsorship information in an acknowledgment section at the end of the paper.
• Abstract: (200 words maximum) It should be a summary of the paper and not an introduction. Because the abstract may be used in abstracting journals, it should be self-contained (i.e., no numerical references) and substantive in nature, presenting concisely the objectives, methodology used, results obtained, and their significance. For further guidelines, please read the brief article titled "How to Write an Abstract (PDF)," by Philip Koopman. (Courtesy of Philip Koopman, Carnegie Mellon University.)
• Subject terms or keywords: A maximum of eight are required. • Text: Type manuscript double-spaced, in a single column, using 12-point type. • Equations: Create equations using MathType or Equation Editor 3.0. If using
Word 2007, do NOT use the more easily accessible Microsoft Math Editor. When equations built with Microsoft’s Editor are back-saved to the .doc format, they are converted to low-resolution graphics and will not be usable for composition. To use MathType or the old Equation Editor 3.0, you will need to select Object on the Text section of the Insert tab and then select MathType/Equation Editor in the drop-down menu.
• References: References to published literature must be typed double-spaced and numbered consecutively in the order of their citation in the text. Private communications or unpublished reports should be treated as references. Click here for sample book and journal references.
1. Books: Author(s) (list first and middle initials, then last name), book title in italic, publisher, city, and year published. (When citing a paper chapter in a book, list the chapter title in quotes, and the book title in italic, plus the page numbers.) Example: J. A. Hall, "Imaging tubes," Chap. 13 in The Infrared Handbook, W. W. Wolfe, G. J. Zissis, Eds., pp. 132-176, ERIM, Ann Arbor, MI (1978).
2. Journals: Author(s) (list first and middle initials, then last name), paper title in quotes, journal name in italic (abbreviate only well-known journals), volume and issue numbers, inclusive page numbers, and year published. Example: N. Bluzer and A. S. Jensen, "Current readout of infrared detectors," Opt. Eng.26(3), 241-248 (1987).
• Footnotes: Use textual footnotes only when necessary to present important documentary or explanatory material whose inclusion in the text would be distracting.
• Figures: must be submitted electronically in PS, EPS, TIFF, or PDF format. We cannot accept application files, i.e., Corel Draw, Microsoft Word, etc. Number all figures in the order that they appear in the text. All figure parts must be labeled (a), (b), etc. It is important that these instructions be followed precisely for the graphics files to be utilized in the journal production process.
1. Size your illustrations according to the journal's specifications for column widths. Illustrations are generally reduced to either one-column width (3 & 5/16th inches) or two-column width (7 inches) or smaller. Submit each illustration at the final size in which you would like it to appear in the journal. Each illustration should be prepared for 100% reproduction.
121
2. Avoid submitting illustrations containing small axes with oversized labels.
3. Ensure that line weights will be 0.5 points or greater in the final published size. Line weights below 0.5 points will reproduce poorly.
4. The graphic should be sent with the correct orientation. When using Photoshop, remove the "alpha channel" and flatten the image to one layer.
5. Set the graphic for 600 dpi resolution for line art, 264 dpi for halftones, and 600 dpi for combinations (line art + halftone).
6. Save line art as black/white bitmap; not grayscale. 7. Save halftones and combinations as grayscale, not black/white
bitmap. 8. Submit color files at 300dpi TIFF, PS, or EPS format. If selecting a
file mode, use CMYK (Cyan, Magenta, Yellow, Black) or RGB (Red, Green, Blue).
9. Set the bounding box to image to avoid excess white space around the image.
10. Submit ALL illustrations for each article, including line art. 11. Make sure there is only ONE figure per file. Each figure file should
contain all parts of the figure. For example, if Figure 1 contains three parts (a, b, c), then all of the labeled parts should be combined in a single file for Figure 1. 8 pt. labels are preferable.
12. Check files for extraneous information. Edit out any figure captions or e-mail headers. The only data in the file should be the figure itself.
• Figure and table captions: Type double-spaced after the references to be typeset with the manuscript.
• Multimedia: Video and audio files are accepted. Please refer to the multimedia guidelines below for specific submission guidelines and requirements.
• The acceptable file formats outlined above are playable using standard media players such as QuickTime and Windows Media Player. Media players should be used to check file properties and image/sound quality prior to submission. For video submissions, fonts, lines, and image details should be of sufficient size and weight to be visible when played at half size.
• Attention should be paid to the file size to make download time reasonable since streaming formats are not acceptable for submission at this time.
• A recommended maximum size for each multimedia file is 3-5 MB. • Authors are encouraged to use one of the accepted compression codecs
to minimize file sizes. Animations must be formatted into a standard video file.
• A caption or description of the content of the media file is required (similar to a typical figure caption). The multimedia file type (e.g., QuickTime, MPEG, etc.) and file size should be included in parentheses at the end of the caption, e.g., (MPEG, 2.5 MB). Number all multimedia files in the order in which they are referred to in the text (similar to
122
figures). Video and audio files should be named Video 1, Video 2, etc., and Audio 1, Audio 2, etc., respectively. Representative still images for video files should be named in the same manner.
Color Figures
Color printing: Authors or their sponsors must bear the cost of printing in color. The cost is $600 for the first color figure and $300 for each additional color figure. Authors who would like figures printed in color must complete and return a Color Authorization Form (PDF) upon acceptance of their manuscript.
Color online only: All figures submitted electronically in color will be published in color online without charge, provided the figures are submitted in the proper format. Authors who wish to have color figures published in the print journal will continue to incur color printing charges. Figures must be submitted electronically in TIFF, PostScript, or EPS. (We cannot accept JPEG, GIF, or any other file formats for production of figures.) Authors should submit a single color version of the figure. The black-and-white figure for print will be derived from the color file submitted by the author. Authors who choose to submit color figures are responsible for ensuring that the captions and descriptions in the text are suitable for both the color online and black-and-white print versions of the journal, and that the figure itself will be readable in both versions. Figures must be prepared according to the journal guidelines. The journal reserves the right to publish figures in black and white online if the electronic figures are unusable or are received too late in the production process. If the electronic files are utilized, authors will see the color figures in the PDF proof of their article.
Multimedia Guidelines
Multimedia files must be submitted as an integral part of the paper. Supplemental multimedia material is not accepted. Video Submissions: Acceptable file formats for video include QuickTime nonstreaming video (.qt or .mov), MPEG (.mpg), and DV (.dv). The preferred formats are .mov and .mpg. Detailed specifications about each of these file formats are given
123
below. Please note that AVI files are no longer a recommended file format, because the wide variety of AVI codecs cannot be reliably archived. Authors must also provide a separate representative still image (or frame) taken from the video. This still image is not intended to convey meaning about the content of the video; rather it will be used as a static representation of the video file, which will be inserted into the paper as a figure and linked by the publisher to the actual video file after acceptance. Care should be taken to extract an image from the video which has reasonable clarity of fine lines and details. Acceptable file formats for still images are TIFF, EPS, PS, or PDF.
Audio Submissions: Acceptable file formats for audio include PCM (.pcm), WAV (.wav), AIFF (.aif), and MP3 (.mp3) at 128 Kbs or greater. Detailed specifications are given below.
General Guidelines for All Multimedia Submissions: Authors are strongly encouraged to adhere to these guidelines when preparing multimedia files.