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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



PÓS-GRADUAÇÃO EM ODONTOLOGIA





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


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


DIRETOR

Prof. Dr. José Thadeu Pinheiro

COORDENADOR DA PÓS-GRADUAÇÃO EM ODONTOLOGIA

Prof. Dr. Jair Carneiro Leão

PROGRAMA DE PÓS-GRADUAÇÃO EM ODONTOLOGIA


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




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

http://www.williams.edu/astronom

http://www.images.google.com.br/

http://www.kavousa.com/

http://www.difoti.com/

http://www.cariescan.com/

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

http://www.oct.zeiss.com/

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.

http://www.kavousa.com/

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


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


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).

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.

http://www.ncbi.nlm.nih.gov/sites/entrez?Db=pubmed&Cmd=Search&Term=%22Baumgartner%20A%22%5BAuthor%5D&itool=EntrezSystem2.PEntrez.Pubmed.Pubmed_ResultsPanel.Pubmed_DiscoveryPanel.Pubmed_RVAbstractPlus

http://www.ncbi.nlm.nih.gov/sites/entrez?Db=pubmed&Cmd=Search&Term=%22Dichtl%20S%22%5BAuthor%5D&itool=EntrezSystem2.PEntrez.Pubmed.Pubmed_ResultsPanel.Pubmed_DiscoveryPanel.Pubmed_RVAbstractPlus

http://www.ncbi.nlm.nih.gov/sites/entrez?Db=pubmed&Cmd=Search&Term=%22Hitzenberger%20CK%22%5BAuthor%5D&itool=EntrezSystem2.PEntrez.Pubmed.Pubmed_ResultsPanel.Pubmed_DiscoveryPanel.Pubmed_RVAbstractPlus

http://www.ncbi.nlm.nih.gov/sites/entrez?Db=pubmed&Cmd=Search&Term=%22Sattmann%20H%22%5BAuthor%5D&itool=EntrezSystem2.PEntrez.Pubmed.Pubmed_ResultsPanel.Pubmed_DiscoveryPanel.Pubmed_RVAbstractPlus

http://www.ncbi.nlm.nih.gov/sites/entrez?Db=pubmed&Cmd=Search&Term=%22Robl%20B%22%5BAuthor%5D&itool=EntrezSystem2.PEntrez.Pubmed.Pubmed_ResultsPanel.Pubmed_DiscoveryPanel.Pubmed_RVAbstractPlus

http://www.ncbi.nlm.nih.gov/sites/entrez?Db=pubmed&Cmd=Search&Term=%22Moritz%20A%22%5BAuthor%5D&itool=EntrezSystem2.PEntrez.Pubmed.Pubmed_ResultsPanel.Pubmed_DiscoveryPanel.Pubmed_RVAbstractPlus

http://www.ncbi.nlm.nih.gov/sites/entrez?Db=pubmed&Cmd=Search&Term=%22Fercher%20AF%22%5BAuthor%5D&itool=EntrezSystem2.PEntrez.Pubmed.Pubmed_ResultsPanel.Pubmed_DiscoveryPanel.Pubmed_RVAbstractPlus

http://www.ncbi.nlm.nih.gov/sites/entrez?Db=pubmed&Cmd=Search&Term=%22Sperr%20W%22%5BAuthor%5D&itool=EntrezSystem2.PEntrez.Pubmed.Pubmed_ResultsPanel.Pubmed_DiscoveryPanel.Pubmed_RVAbstractPlus

http://cariescan.com/howitworks.php

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.

http://www.ncbi.nlm.nih.gov/sites/entrez?Db=pubmed&Cmd=Search&Term=%22Colston%20BW%20Jr%22%5BAuthor%5D&itool=EntrezSystem2.PEntrez.Pubmed.Pubmed_ResultsPanel.Pubmed_DiscoveryPanel.Pubmed_RVAbstractPlus

http://www.ncbi.nlm.nih.gov/sites/entrez?Db=pubmed&Cmd=Search&Term=%22Everett%20MJ%22%5BAuthor%5D&itool=EntrezSystem2.PEntrez.Pubmed.Pubmed_ResultsPanel.Pubmed_DiscoveryPanel.Pubmed_RVAbstractPlus

http://www.ncbi.nlm.nih.gov/sites/entrez?Db=pubmed&Cmd=Search&Term=%22Da%20Silva%20LB%22%5BAuthor%5D&itool=EntrezSystem2.PEntrez.Pubmed.Pubmed_ResultsPanel.Pubmed_DiscoveryPanel.Pubmed_RVAbstractPlus

http://www.ncbi.nlm.nih.gov/sites/entrez?Db=pubmed&Cmd=Search&Term=%22Otis%20LL%22%5BAuthor%5D&itool=EntrezSystem2.PEntrez.Pubmed.Pubmed_ResultsPanel.Pubmed_DiscoveryPanel.Pubmed_RVAbstractPlus

http://www.ncbi.nlm.nih.gov/sites/entrez?Db=pubmed&Cmd=Search&Term=%22Stroeve%20P%22%5BAuthor%5D&itool=EntrezSystem2.PEntrez.Pubmed.Pubmed_ResultsPanel.Pubmed_DiscoveryPanel.Pubmed_RVAbstractPlus

http://www.ncbi.nlm.nih.gov/sites/entrez?Db=pubmed&Cmd=Search&Term=%22Nathel%20H%22%5BAuthor%5D&itool=EntrezSystem2.PEntrez.Pubmed.Pubmed_ResultsPanel.Pubmed_DiscoveryPanel.Pubmed_RVAbstractPlus

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.

http://spiedl.aip.org/vsearch/servlet/VerityServlet?KEY=SPIEDL&possible1=Podoleanu%2C+Adrian+Gh.&possible1zone=author&maxdisp=25&smode=strresults&aqs=true

http://spiedl.aip.org/vsearch/servlet/VerityServlet?KEY=SPIEDL&possible1=Seeger%2C+Mauritius&possible1zone=author&maxdisp=25&smode=strresults&aqs=true

http://spiedl.aip.org/vsearch/servlet/VerityServlet?KEY=SPIEDL&possible1=Dobre%2C+George+M.&possible1zone=author&maxdisp=25&smode=strresults&aqs=true

http://spiedl.aip.org/vsearch/servlet/VerityServlet?KEY=SPIEDL&possible1=Webb%2C+David+J.&possible1zone=author&maxdisp=25&smode=strresults&aqs=true

http://spiedl.aip.org/vsearch/servlet/VerityServlet?KEY=SPIEDL&possible1=Jackson%2C+David+A.&possible1zone=author&maxdisp=25&smode=strresults&aqs=true

http://spiedl.aip.org/vsearch/servlet/VerityServlet?KEY=SPIEDL&possible1=Fitzke%2C+Fred+W.&possible1zone=author&maxdisp=25&smode=strresults&aqs=true

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]

mailto:[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).

http://www.ncbi.nlm.nih.gov/sites/entrez?Db=pubmed&Cmd=Search&Term=%22Braz%20AK%22%5BAuthor%5D&itool=EntrezSystem2.PEntrez.Pubmed.Pubmed_ResultsPanel.Pubmed_DiscoveryPanel.Pubmed_RVAbstractPlus

http://www.ncbi.nlm.nih.gov/sites/entrez?Db=pubmed&Cmd=Search&Term=%22Kyotoku%20BB%22%5BAuthor%5D&itool=EntrezSystem2.PEntrez.Pubmed.Pubmed_ResultsPanel.Pubmed_DiscoveryPanel.Pubmed_RVAbstractPlus

http://www.ncbi.nlm.nih.gov/sites/entrez?Db=pubmed&Cmd=Search&Term=%22Braz%20R%22%5BAuthor%5D&itool=EntrezSystem2.PEntrez.Pubmed.Pubmed_ResultsPanel.Pubmed_DiscoveryPanel.Pubmed_RVAbstractPlus

http://www.ncbi.nlm.nih.gov/sites/entrez?Db=pubmed&Cmd=Search&Term=%22Gomes%20AS%22%5BAuthor%5D&itool=EntrezSystem2.PEntrez.Pubmed.Pubmed_ResultsPanel.Pubmed_DiscoveryPanel.Pubmed_RVAbstractPlus

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

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.

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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.

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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

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http://www.aip.org/pubservs/compuscript.html

http://www.aip.org/pubservs/compuscript.html

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.

http://spie.org/Documents/Publications/How%20to%20Write%20an%20Abstract.pdf




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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

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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

http://spie.org/Documents/Publications/Color%20Authorization%20Form.pdf

http://spie.org/Documents/Publications/Color%20Authorization%20Form.pdf

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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.
