Mikro-CT-Bewertung von nicht-instrumentierten Kanalbereichen mit unterschiedlichen Erweiterungen, die mit NiTi-Systemen durchgeführt wurden

Das Ziel dieser Studie war es, den Prozentsatz der nicht-instrumentierten Fläche von Wurzelkanälen zu vergleichen, die mit verschiedenen Erweiterungen unter Verwendung von Einzeldatei-Reziprok-Systemen (Reciproc und WaveOne) und einem konventionellen Mehrdatei-Rotationssystem (BioRaCe) durch mikro-Computertomographie-Analyse vorbereitet wurden. Dreißig mesiale Wurzeln von mandibularen Molaren mit moderater Krümmung (10° bis 20°), die eine Typ-II-Vertucci-Kanal-Konfiguration aufwiesen und ein ähnliches internes Volumen hatten, wurden ausgewählt und mit einer isotropen Auflösung von 14,16 µm gescannt. Die Probe wurde in 3 Gruppen (n=10) eingeteilt, je nach dem verwendeten System zur Wurzelkanalaufbereitung: Reciproc-, WaveOne- und BioRaCe-Gruppen. Zweite und dritte Scans wurden durchgeführt, nachdem die Kanäle mit Instrumenten der Größen 25 und 40 vorbereitet wurden. Die aufgezeichneten Bilder der Oberflächenvoxel der Kanäle, vor und nach der Aufbereitung, wurden vom Furkationsniveau bis zur Spitze untersucht, um die nicht-instrumentierte Oberfläche zu quantifizieren. Statistische Daten wurden unter Verwendung von GLM für wiederholte Messungen verglichen, wobei das Signifikanzniveau auf 5% festgelegt wurde. Die Instrumentierungssysteme hatten keinen Einfluss auf den Prozentsatz der unberührten Wurzelkanaloberflächen (p=0,690), während eine signifikante Reduktion des Prozentsatzes der statischen Voxel nach der Erweiterung des Wurzelkanals beobachtet wurde (p=0,010) in allen Gruppen (p=0,507). Keines der Systeme war in der Lage, die gesamte Oberfläche des mesialen Wurzelkanals von mandibularen Molaren aufzubereiten. Die erhöhte finale apikale Größe hatte einen signifikant positiven Effekt auf die Formungsfähigkeit der getesteten Systeme.

Einführung

Die kürzliche Markteinführung von reziproken Nickel-Titan (NiTi) Einzelfile-basierten Systemen hat neue Perspektiven für die mechanische Aufbereitung des Wurzelkanals eröffnet. Das Konzept, ein einzelnes Instrument zur Aufbereitung des gesamten Wurzelkanals zu verwenden, ist interessant, da es im Vergleich zu den Mehrdatei-Rotationssystemen kostensparend ist und die Lernkurve aufgrund der Vereinfachung der technischen Verfahren erheblich reduziert wird. Darüber hinaus erfordert im Reciproc-System (VDW, München, Deutschland) das R25-Instrument in den meisten Fällen nicht unbedingt die Schaffung eines glatten und vorhersehbaren Gleitpfades.

Neueste Studien haben berichtet, dass Einzelfile-reziproke Systeme die konventionelle kontinuierliche Rotations-NiTi-Aufbereitung übertreffen. Während jedoch die Formungsfähigkeit der reziproken Systeme als angemessen erwiesen wurde, kamen einige Zweifel hinsichtlich der Menge an dentinalen Spänen, Spülmitteln, verbleibendem Pulpa-Gewebe, Bakterien und deren Abfallprodukten auf, die als Ergebnis der Wurzelkanalbehandlung in das periradikuläre Gewebe extrudiert werden könnten. Darüber hinaus gibt es Bedenken, dass diese Art der Aufbereitung, bei der in kurzer Zeit eine erhebliche Menge Dentin mit einem einzelnen, großkalibrigen und schnell schneidenden reziproken Instrument entfernt wird, eine weniger effiziente mechanische Debridement erzeugt als Mehrdatei-Rotationssysteme, die eine langsamere, sanftere und allmähliche Erweiterung des Wurzelkanalraums beinhalten.

Verbesserungen der Bildgebungssoftware haben klare Fortschritte bei der Verwendung von Mikro-Computertomographie (Mikro-CT) im Bereich der Endodontieforschung gebracht. Dieses nicht-invasive wissenschaftliche Werkzeug ermöglicht die Visualisierung morphologischer Merkmale des Zahns auf detaillierte und genaue Weise. Darüber hinaus wurde die Mikro-CT-Bildgebungstechnologie auch verwendet, um die Formungsfähigkeit aktueller Instrumente und Techniken zu bewerten. Im Wesentlichen bezieht sich die „Formungsfähigkeit“ auf die dentinale Oberfläche, die während der Kanalsanierungsverfahren mechanisch entfernt wird, und kann als geeigneter Ergebnisparameter angesehen werden, um verschiedene Instrumentierungstechniken zu vergleichen. Im Allgemeinen zeigten die Mikro-CT-Ergebnisse, dass mehr als die Hälfte der dentinalen Wände (zwischen 59,6 % und 79,9 %) in ovalen Kanälen unvorbereitet blieb, unabhängig von der Instrumentierungstechnik. Daher muss eine auf einem reziproken Einzelinstrument basierende Instrumentierung als Alternative zu Mehrfachinstrumenten-Rotationssystemen in der Lage sein, eine ähnliche Menge an Kanaloberfläche vorzubereiten.

Basierend auf dem oben genannten Hintergrund war das Ziel dieser Studie, den Prozentsatz des nicht-instrumentierten Bereichs von Wurzelkanälen zu vergleichen, die mit unterschiedlichen Erweiterungen unter Verwendung von Einzeldatei-Rückführsystemen (Reciproc und WaveOne [Dentsply Maillefer, Baillagues, Schweiz]) und einem konventionellen Mehrdatei-Rotationssystem (BioRaCe [FKG Dentaire, La-Chaux-de-Fonds, Schweiz]) unter Verwendung von Mikro-CT-Analysen vorbereitet wurden. Die getesteten Nullhypothesen waren: (i) Die Einzeldatei-Rückführsysteme und das Mehrdatei-Rotationssystem haben ähnliche Formungsfähigkeiten; (ii) Einzeldatei-Rückführsysteme haben ähnliche Formungsfähigkeiten untereinander; (iii) Eine größere apikale Vorbereitung verbessert nicht die Formungsfähigkeit von Rückführ- und Rotationssystemen.

Material und Methoden

Berechnung der Stichprobengröße

Die ANOVA für wiederholte Messungen innerhalb-zwischen Interaktionen wurde aus der Familie der F-Tests in der Software G*Power 3.1.7 (Heinrich Heine Universität, Düsseldorf, Deutschland) ausgewählt. Eine Effektstärke von 0.3 wurde unter Verwendung zuvor berichteter Daten bestimmt. In dieser Studie berechneten die Autoren den Prozentsatz der statischen Voxel zwischen Wurzelkanälen, die mit GT (apikale Größe 20; Dentsply Tulsa Dental, Tulsa, OK, USA) und Profile (apikale Größe 40; Dentsply Maillefer) Rotationssystemen vorbereitet wurden. Ein Alpha-Fehler von 0.05, eine Beta-Power von 0.95, eine Korrelation zwischen den wiederholten Messungen von 0.7, eine Nicht-Sphärizitätskorrektur von 1, die Anzahl der Gruppen (innerhalb der Probanden) von 2 und die Anzahl der Messungen (zwischen den Probanden) von 3 wurden ebenfalls angegeben. Basierend auf diesen Parametern betrug die erforderliche Gesamtstichprobengröße zur Erkennung statistisch signifikanter Unterschiede 20 Zähne.

Probenauswahl

Diese Studie wurde vom Ethikkomitee, Nucleus der Studien zur kollektiven Gesundheit (Protokoll Nr. 2283 - CEP/HUPE), überarbeitet und genehmigt. Dreihundert extrahierte mandibuläre erste Molaren, die aus einem Pool von gelagerten extrahierten Zähnen ausgewählt wurden, wurden in buccolingualer Richtung röntgenologisch untersucht. Der Krümmungswinkel der mesialen Wurzel wurde mit der Software AxioVision v.4.5 (Carl Zeiss Vision GmbH, Hallbergmoos, Deutschland) berechnet. Es wurden nur Wurzeln mit einer Krümmung von 10° bis 20° (mäßige Krümmung) ausgewählt. Darüber hinaus umfassten die Einschlusskriterien nur Molaren, bei denen die endgültige apikale Messung der mesialen Kanäle das Einführen einer ISO-Größe 10 K-Datei (Dentsply Maillefer) bis zur Arbeitslänge (WL) ermöglichte. Die koronalen Teile und die distalen Wurzeln aller Zähne wurden mit einer Niedriggeschwindigkeitssäge (Isomet; Buehler Ltd, Lake Bluff, IL, USA) mit Wasserkühlung entfernt, wobei die mesialen Wurzeln mit einer Länge von etwa 12±1 mm belassen wurden, um die Einführung von Störvariablen zu verhindern. Infolgedessen wurden 134 Proben ausgewählt und in einer 0,1%igen Thymol-Lösung bei 5 °C gelagert.

Um einen umfassenden Überblick über die Kanalanatomie zu erhalten, wurden die mesialen Wurzeln in einer relativ niedrigen isotropen Auflösung (70 µm) mit einem Mikro-CT-Scanner (SkyScan 1173; Bruker microCT, Kontich, Belgien) bei 70 kV und 114 mA vorab gescannt. Basierend auf den 3-dimensionalen Modellen des Wurzelkanals, die aus diesem Vorscan-Set von Bildern gewonnen wurden, wurden 30 Proben mit einer Typ-II-Vertucci-Kanal-Konfiguration (zwei Kanäle mit zwei Öffnungen, die die Pulpenkammer verlassen, aber kurz vor der Spitze zusammenlaufen, um einen Kanal zu bilden) ausgewählt.

Mikro-CT-Scan-Verfahren und Rekonstruktion

Für das experimentelle Verfahren wurde die Spitze der mesialen Wurzel jedes Zahns mit Heißkleber versiegelt, in eine dünne Schicht aus Polyvinylsiloxan eingebettet und dann koronal-apikal in einen maßgefertigten Halter aus Epoxidharz (Ø 18 mm) platziert, der in einen Probenhalter eines Hochenergie-Mikro-CT-Geräts (SkyScan 1173) angepasst wurde. Jeder Scan-Vorgang wurde bei 70 kV und 114 mA mit einer isotropen Auflösung von 14,16 µm durchgeführt. Ein 1 mm dicker Aluminiumfilter wurde verwendet, um Artefakte zu reduzieren, und jede Projektion wurde in 250 ms erfasst, jeweils in 0,5°-Schritten durch eine 360°-Drehung. Eine Rahmenmittelung von 5 und zufällige Bewegungen von 20 wurden ebenfalls in der Erfassungsphase angewendet, um das Signal-Rausch-Verhältnis zu erhöhen und Ringartefakte zu reduzieren.

Die erworbenen Projektionsbilder wurden mit proprietärer Software (NRecon v.1.6.9; Bruker micro-CT) unter Verwendung standardisierter Parameter für die Strahlenhärtung (40%), Korrektur von Ringartefakten von 10 sowie minimalen und maximalen Kontrastgrenzen in Querschnittsschnitte rekonstruiert. Das Interessensvolumen wurde gewählt und erstreckte sich vom Furkationsniveau bis zur Spitze der Wurzel.

Danach wurden die Proben zufällig (http://www.random.org) in 3 experimentelle Gruppen (n=10) eingeteilt, entsprechend dem System, das für die Wurzelkanalaufbereitung verwendet wurde: Reciproc-, WaveOne- und BioRaCe-Gruppen. Nach Überprüfung der Daten-Normalität (p>0.05; Shapiro-Wilk-Test) wurde der Grad der Homogenität innerhalb der Gruppen hinsichtlich der Wurzelänge, des Krümmungsgrades der mesialen Wurzel und des anfänglichen Volumens der Kanäle statistisch bestätigt (einweg ANOVA, p>0.05).

Wurzelkanalaufbereitung

Die Wurzelkanäle wurden zugänglich gemacht und die Durchgängigkeit wurde bestätigt, indem eine Größe 10 K-Datei durch das apikale Foramen vor und nach Abschluss der Wurzelkanalaufbereitung eingeführt wurde. Für alle Gruppen wurde ein Gleitpfad geschaffen, indem eine rostfreie Stahlgröße 15 K-Datei (Dentsply Maillefer) bis zur WL, die 1 mm von der Kanallänge festgelegt wurde, erkundet wurde. In jeder Gruppe wurden die Instrumente mit dem VDW Silver Motor (VDW GmbH) gemäß den Anweisungen der jeweiligen Hersteller betrieben. Ein einzelner erfahrener Operator führte alle Vorbereitungen durch.

In der Reciproc-Gruppe wurde die Reciproc R25 (25/0.08) Datei in den Kanal eingeführt, bis Widerstand zu spüren war, und dann in einem reziproken Bewegungsmodus aktiviert. Das Instrument wurde in apikal Richtung mit einer Ein- und Auswärtsbewegung von etwa 3 mm Amplitude und leichtem apikalem Druck bewegt. Nach drei Peckenbewegungen wurde das Instrument aus dem Kanal entfernt und die Flöten wurden gereinigt. Dieses Verfahren wurde durchgeführt, bis das Instrument die WL erreichte. Danach wurde das Reciproc R40 (40/0.06) Instrument mit demselben Protokoll verwendet. Die WaveOne-Gruppe wurde mit den WaveOne Primary (25/0.08) und Large (40/0.08) Instrumenten bis zur WL unter Verwendung des für die Reciproc-Gruppe beschriebenen Protokolls vorbereitet. In der BioRaCe-Gruppe wurde die Vorbereitung in einer Crown-down-Art mit dem BioRaCe-System unter Verwendung der folgenden Reihenfolge durchgeführt: BR0 (25/0.08), BR1 (15/0.05), BR2 (25/0.04), BR3 (25/0.06), BR4 (35/0.04) und

BR5 (40/0.04) Instrumente. Der Motor wurde auf 500-600 U/min und 1 N/cm2 eingestellt. Nach drei gleichmäßigen Stößen wurde das Instrument aus dem Kanal entfernt und gereinigt. Dieses Verfahren wurde wiederholt, bis die WL erreicht war.

Zwischen jedem Vorbereitungsschritt wurden die Wurzelkanäle mit 2 ml 5,25% NaOCl für 1 Minute mit einer VATEA-Pumpenperistaltik (ReDent-Nova, Ra’anana, Israel) bei einer Rate von 2 ml/min irrigiert, die mit einer 30-Gauge Endo-Eze-Spitze (Ultradent Products Inc., South Jordan, UT, USA) verbunden war, die bis zu 2 mm vom apikalen Foramen eingeführt wurde. Die Aspiration wurde mit einem SurgiTip (Ultradent Products Inc.) durchgeführt, der an eine Hochgeschwindigkeits-Saugpumpe angeschlossen war. Nach der Kanalvorbereitung wurde eine zusätzliche Spülung mit 20 ml NaOCl für 10 Minuten durchgeführt. Somit wurde ein Gesamtvolumen von 40 ml Spülflüssigkeit pro Kanal in einer Gesamtzeit von 30 Minuten verwendet. Eine abschließende Spülung mit 5 ml 17% EDTA (pH=7,7), die mit einer Rate von 1 ml/min für 3 Minuten verabreicht wurde, gefolgt von einer 5-minütigen Spülung mit 5 ml bi-distilliertem Wasser, wurde durchgeführt. Anschließend wurden die Kanäle mit absorbierenden Papierspitzen (Dentsply Maillefer) getrocknet.

Es wurden zwei postoperative Mikro-CT-Scans jedes Exemplars nach der Kanalvorbereitung mit den Instrumenten R25 und R40 in der Reciproc-Gruppe, WaveOne Primary und Large in der WaveOne-Gruppe sowie BR3 und BR5 in der BioRaCe-Gruppe unter Verwendung der oben genannten Parameter durchgeführt.

Bildverarbeitung und Analyse

Nach der Rekonstruktion wurden die prä- und postoperativen Kanäle (apikale Durchmesser 25 und 40) mithilfe eines semi-automatischen, starren Registrierungs-Plugins, das in die FIJI-Software-Oberfläche implementiert ist, registriert. Die Optimierungsschritte des starren Registrierungsalgorithmus wurden wiederholt, bis sich die Bildstapel nicht um mehr als 0,4 Toleranz unterschieden. Eine Multi-Resolution-Registrierung wurde verwendet, um die Effizienz der Registrierung zu optimieren. Alle Mikro-CT-Datensätze wurden ohne vorherige Bildverarbeitungsverfahren registriert und vom Furkationsniveau bis zur Apex untersucht, um die Menge der nicht-instrumentierten Oberflächen zu bewerten. Kurz gesagt, nach einem automatischen Schwellenwert zur Segmentierung der prä- und postoperativen Wurzelkanäle (Minimum-Schwellenwert-Algorithmus) wurde die nicht-instrumentierte Dentinoberfläche berechnet, indem der vorbereitete Kanal vom ursprünglichen Kanal subtrahiert wurde. Aus dem resultierenden Bildstapel (statische Voxel) wurde die Oberfläche berechnet. Der Prozentsatz der nicht-instrumentierten Fläche wurde in Bezug auf die gesunde Kanalfläche (Gesamtzahl der Oberflächenvoxel) berechnet, indem die Anzahl der statischen Oberflächenvoxel durch die Gesamtzahl der Oberflächenvoxel geteilt wurde, wie in der Formel beschrieben:

Anzahl der statischen Voxel × 100/gesamt Anzahl der Oberflächenvoxel

Alle Bildanalyseverfahren wurden mit einem Open-Source-Bildanalyseprogramm (Fiji v.1.47n; Fiji, Madison, WI, USA) durchgeführt.

Statistische Analyse

Die Normalverteilung der Daten wurde bestätigt (Shapiro-Wilk-Test, p>0,05) und GLM für wiederholte Messungen (SPSS für Windows v17.0; SPSS Inc., Chicago, IL, USA) wurde für die Analyse gewählt, wobei die abhängige Natur des Studiendesigns berücksichtigt wurde. Die apikalen Vorbereitungsgrößen wurden als Effekt innerhalb der Probanden getestet, während die Instrumentierungssysteme als Effekt zwischen den Probanden festgelegt wurden. Die Signifikanz wurde auf α=5% festgelegt.

Ergebnisse

Abbildung 1 zeigt den Prozentsatz der statischen Voxel, die in jeder Gruppe und bei unterschiedlichen apikalen Dateidurchmessern beobachtet wurden.

Die Instrumentierungssysteme hatten keinen Einfluss auf den Prozentsatz der unberührten Wurzelkanaloberflächen (p=0.690), während eine signifikante Reduktion des Prozentsatzes statischer Voxel nach der Erweiterung des Wurzelkanals beobachtet wurde (p=0.010) in allen Gruppen (p*Interaktion=0.507). Abbildung 2 zeigt dreidimensionale volumetrische Darstellungen von repräsentativen Proben in jeder Gruppe vor und nach der Instrumentierung mit unterschiedlichen apikalen Durchmessern.

Diskussion

Die Hauptfeststellung der vorliegenden Studie wies auf eine ähnliche Formungsfähigkeit zwischen den reziproken Systemen (Reciproc und WaveOne) und dem konventionellen Mehrdatei-Rotationssystem (BioRaCe) hinsichtlich des Prozentsatzes der nicht-instrumentierten Bereiche der mesialen Wurzelkanäle von mandibularen Molaren hin; daher wurde die erste getestete Hypothese akzeptiert. Diese Feststellung steht im Einklang mit früheren Studien. So zeigten selbst in einer herausfordernderen Kanal-Anatomie, wie den mesialen Wurzeln von mandibularen Molaren, reziproke Systeme eine vergleichbare Formungsfähigkeit zu den konventionellen Systemen, was ein wichtiger Aspekt ist, da ein Einzeldatei-Ansatz weniger Verfahrensschritte und eine kürzere Lernkurve umfasst.

Das zweite Ergebnis der vorliegenden Studie steht für die ähnliche Formungsfähigkeit zwischen den getesteten Einzeldatei-reziproken Systemen; somit wurde auch die zweite Hypothese bestätigt. Es wäre vernünftig anzunehmen, dass je größer der Konus, desto höher die Menge der vorbereiteten Oberflächenbereiche der Wurzelkanalwände ist. Dies wurde jedoch durch die aktuellen Ergebnisse nicht bestätigt, in denen beide reziproken Systeme größere Konusse (0,06 und 0,08) als das Mehrdatei-Rotationssystem (0,04 und 0,06) aufwiesen; dies stimmt mit einer früheren Studie überein. Insgesamt deuten diese Ergebnisse darauf hin, dass die Konusgröße möglicherweise nicht entscheidend für die motorbetriebenen NiTi-Systeme hinsichtlich der Menge der vorbereiteten Oberflächenbereiche der Kanalwände ist.

Die ähnliche Formungsfähigkeit von Reciproc und WaveOne war ebenfalls unerwartet, da letzterer einen größeren Kern und eine andere Konizität sowie einen anderen Querschnitt aufweist. Diese Eigenschaften würden weniger Flexibilität anzeigen und sollten die Formungsfähigkeit in gekrümmten Kanälen, wie sie in der vorliegenden Studie verwendet wurden, beeinflusst haben. Trotz der markanten Unterschiede im Gesamtdesign weisen die Instrumente von Reciproc und WaveOne auch wichtige gemeinsame Merkmale auf, wie die Bewegungskinematik (Reziprozität), die Legierung (M-Wire) und die Spitzengröße, die für die ähnlichen Ergebnisse verantwortlich sein könnten, die hier und in anderen Studien gefunden wurden.

Eine ursprüngliche Prämisse der aktuellen Studie ist, dass größere apikale Präparationen in der Lage wären, die von den Instrumenten berührte Kanaloberfläche zu beeinflussen, was statistisch bestätigt wurde und zur Ablehnung der dritten Hypothese führte. Größere apikale Präparationen wurden mit der Verbesserung von Desinfektions- und Reinigungsverfahren in Verbindung gebracht, da dieser Ansatz die Spülung des Irrigationsmittels in der apikalen Region erheblich erhöht und die bakterielle Belastung im Kanalsystem reduziert. Tatsächlich kann dies nicht als überraschendes Ergebnis angesehen werden, da eine frühere Mikro-CT-Studie bereits eine Verbesserung der Formungsfähigkeit gezeigt hat, wenn größere apikale Präparationen durchgeführt wurden.

Zweifellos lag der Schwerpunkt der vorliegenden Studie auf der Gesamtqualität der Wurzelkanalaufbereitung durch reziproke Einzelfilesysteme, was ein Thema von Interesse in der aktuellen wissenschaftlichen und klinischen Forschung ist. Ein Prozentsatz unberührter Kanalbereiche von 27,68 % bis 60,77 % unterstreicht die weniger als ideale Formungsfähigkeit des verfügbaren Instrumentariums zur Vorbereitung des Wurzelkanalraums. Folglich betonen diese Ergebnisse die Schlüsselrolle der Spülung und der intrakanalen Füllmaterialien, um den suboptimalen Zustand der mechanischen Debridement zu kompensieren, der in den unberührten Kanalbereichen wirkt.

Unter diesen experimentellen Bedingungen zeigten reziproke und rotierende Systeme eine ähnliche Formungsfähigkeit, unabhängig vom Prozentsatz der nicht-instrumentierten Wurzelkanalwände; jedoch erzeugten alle Systeme eine suboptimale mechanische Vorbereitung der mesialen Kanäle der mandibulären Molaren. Größere finale apikale Größen zeigten einen überzeugenden positiven Effekt auf die Formungsfähigkeit der getesteten Systeme.

Autoren:  Gustavo De-Deus, Felipe Gonçalves Belladonna, Emmanuel João Nogueira Leal Silva, Juliana Roter Marins, Erick Miranda Souza, Renata Perez, Ricardo Tadeu Lopes, Marco Aurélio Versiani, Sidnei Paciornik, Aline de Almeida Neves

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