Anatomische Gefahrenzone überdacht: Eine Mikro-CT-Studie zur Dentin-Dicke in mandibularen Molaren

Zusammenfassung

Ziel: Untersuchung der kleinsten Dentin-Dicke in mesialen Kanälen von mandibularen Molaren entlang der zervikalen und mittleren Drittel der Wurzel mittels mikro-Computertomographie (Mikro-CT) Technologie und digitaler Bildanalyse.

Methodik: Fünfzig mesiale Wurzeln von mandibularen Molaren mit zwei unabhängigen Kanälen (mesiobuccal und mesiolingual) in den koronalen und mittleren Ebenen wurden ausgewählt und in einem Mikro-CT-Gerät gescannt. Nach den Rekonstruktionsverfahren wurden ungefähr 468 Schnitte pro Wurzel analysiert, die die 7 mm unterhalb des Furkationsbereichs der mesialen Wurzel abdeckten, um die kleinste Dentin-Dicke (Gefahrenzone [DZ]) in jedem Schnitt sowohl aus den distalen als auch aus den mesialen Regionen der mesialen Kanäle durch einen automatischen Segmentierungsprozess zu messen.

Ergebnisse: Die DZ-Werte in den mesiobuccalen Kanälen variierten von 0,67 bis 1,93 mm, mit einem Durchschnitt von 1,13 ± 0,21 mm. Für die mesiolingualen Kanäle variierte die DZ von 0,77 bis 1,89 mm mit einem Durchschnitt von 1,10 ± 0,21 mm. Es gab keine Übereinstimmung in der DZ zwischen den mesiobuccalen und mesiolingualen Kanälen auf derselben Querschnittsebene in 71% der Proben. Darüber hinaus war die kleinste Dentin-Dicke in 22% und 18% der mesiolingualen und mesiobuccalen Kanäle, respektive, in Richtung der mesialen Region der Wurzeln.

Fazit: Die geringste Dentin-Dicke befand sich auf der mesialen Fläche der Wurzeln in etwa 40% der Kanäle. Die vertikale Lage der DZ in Bezug auf den Furkationsbereich war im mittleren Drittel der Wurzel.

Einleitung

Perforationen im mittleren Wurzelbereich entstehen normalerweise durch Überinstrumentierung an einer bereits dünnen dentinalen Wand, was das Ergebnis der Wurzelkanalbehandlung ernsthaft gefährden kann (Estrela et al. 2018). Diese Perforationen wurden historisch mit dem distalen Bereich der mesialen Wurzeln in mandibulären Molaren in Verbindung gebracht, und daher führten Abou-Rass et al. (1980) in den frühen 1980er Jahren das Konzept der „Gefahrenzone“ (DZ) ein. Tatsächlich berichteten diese Autoren formell über das, was erfahrene Kliniker bereits wussten: Oft nehmen mesiale Kanäle von mandibulären Molaren keine zentrale Position in der Wurzel ein, wobei der distale Bereich zwischen dem Kanal und der Wurzelbifurkation relativ dünn ist, die sogenannte DZ, die anfälliger für Streifenperforationen ist. Andererseits wurde die Sicherheitszone als der mesiale Bereich der mesialen Wurzel mit einer dickeren Dentin-Schicht beschrieben, die oft minimal mit endodontischen Instrumenten bearbeitet wird. Kurz gesagt, Abou-Rass et al. (1980) wiesen auf die Bedeutung dieses anatomischen Bereichs während der Kanalformung hin, und seitdem haben viele Studien die Sicherheit verschiedener Vorbereitungstechniken in mesialen Kanälen von mandibulären Molaren bewertet (Garcia Filho et al. 2003, Akhlaghi et al. 2010, Silva et al. 2017).

Die Anatomie des DZ sowie die Bewertung von Kanalpräparationstechniken und -instrumenten basieren auf destruktiven und invasiven Ansätzen (d.h. Schnittmethoden) (Garcia Filho et al. 2003, Akhlaghi et al. 2010). Dies führt zu ernsthaften experimentellen Einschränkungen, da nur wenige Schnitte pro Wurzel analysiert werden können.

In den frühen 2000er Jahren eröffnete die Einführung der Mikro-Computertomographie (Mikro-CT) neue Möglichkeiten für die endodontische Forschung, da diese Technologie präzise nicht-destruktive longitudinale zweidimensionale (2D) und dreidimensionale (3D) Bewertungen ermöglicht (Peters et al. 2001, 2003, De-Deus et al. 2015, 2016, Silva et al. 2017), da Mikro-CT auf einer leistungsstarken Röntgenquelle basiert, die die Visualisierung und Messung der äußeren und inneren Strukturen eines opaken Objekts ermöglicht, ohne dass eine vorherige Probenvorbereitung oder chemische Fixierung erforderlich ist. Beispielsweise hat Mikro-CT mit mathematischer Modellierung Informationen über die Dentin-Dicken in 1-mm-Intervallen bereitgestellt (Harris et al. 2013). Detaillierte morphologische Informationen über das DZ bleiben jedoch inkonsistent, spärlich und manchmal umstritten, da die Bewertung von nur wenigen Querschnitten pro Probe eher bedeutungslos ist, insbesondere bei der Verwendung von Mikro-CT-Technologie. Lee et al. (2015) scheint die einzige Mikro-CT-Studie zu sein, die hochauflösende und kleinere Schnittintervalle (0,1 mm) verwendet hat. Daher ist eine umfassende anatomische Studie über Gefahren- und Sicherheitszonen in mesialen Wurzeln von mandibulären Molaren zeitgemäß und könnte helfen, entweder das Risiko von Mittelschnittperforationen in Richtung Furkationsbereich zu reduzieren oder einen unnötigen Verlust von gesundem Dentingewebe zu vermeiden, was anscheinend zur langfristigen Erhaltung von Zähnen beiträgt (Soares et al. 2008).

Die aktuelle Studie hat einen deskriptiven Charakter und wurde entworfen, um die kleinste Dentin-Dicke in mesialen Kanälen von mandibularen Molaren entlang der zervikalen und mittleren Drittel der Wurzel mittels Mikro-CT-Technologie und digitaler Bildanalyse zu untersuchen.

Materialien und Methoden

Probenauswahl und Bildgebung

Die vorliegende ex vivo Studie wurde vom Ethikkomitee der Fluminense Federal University genehmigt. Zunächst wurden einhundert mäßig gekrümmte mesiale Wurzeln (10–20°) von ersten und zweiten mandibularen Molaren, ausgewählt nach Schneiders Methode (Schneider 1971), mit einer Länge von 10 ± 1 mm, mit einem Mikro-CT-Scanner (SkyScan 1173; Bruker microCT, Kontich, Belgien) bei 14,25 lm (Pixelgröße), 70 kV, 114 mA, 180° Rotation um die vertikale Achse, Rotationsschritt von 0,7°, Kamera-Belichtungszeit von 250 Millisekunden und Rahmenmittelwert von 4, unter Verwendung eines 1 mm dicken Aluminiumfilters bildlich erfasst. Die Bilder wurden (NRecon v. 1.7.1.6; Bruker microCT) mit ähnlichen Parametern für Strahlungshärtung (35–45%), Ringartefaktkorrektur (3–5) und Kontrastgrenzen (0–0,05) rekonstruiert. Anschließend wurden fünfzig mesiale Wurzeln mit zwei unabhängigen Kanälen (mesiobuccal und mesiolingual) auf den koronalen und mittleren Ebenen ausgewählt. Keines der Proben hatte eine Wurzelfüllung, Wurzelkaries, Risse, Frakturen oder interne oder externe Resorption.

Bildanalyse

Das Interessensvolumen wurde ausgewählt und erstreckte sich vom Furkationsniveau bis zu 3 mm vom anatomischen Apex der mesialen Wurzeln, was ungefähr 468 Schnitte pro Wurzel entspricht, insgesamt also 23400 Schnitte. Eine Bildanalyse-Routine wurde entwickelt, um die minimale Dentin-Dicke sowohl von der distalen als auch von der mesialen Seite der mesialen Kanäle der mandibulären Molaren zu messen, indem ein zuvor validiertes BoneJ-Plugin (Doube et al. 2010) in die Fiji/ImageJ-Software (Fiji v.1.51n; Madison, WI, USA) implementiert wurde. Zunächst wurde ein 3D-Medianfilter auf die Stapel angewendet, um das Gesamtrauschen zu reduzieren (Neves et al. 2015), und das Dentin wurde mit einem Minimum-Schwellenwert-Algorithmus binarisiert. Anschließend wurde das BoneJ-Plugin verwendet, um die Position zu identifizieren und die kleinste Dentin-Dicke in jedem Schnitt für beide mesiale Kanäle zu messen.

Eine dreidimensionale Kartierung der Dentin-Dicke wurde erstellt und für die Struktur-Dicke in der CTAn v.1.15-Software (Bruker microCT) gespeichert und in die CTVox v.3.3-Software (Bruker microCT) geladen, um farbcodierte 3D-Modelle der mesialen Wurzeln der mandibulären Molaren zu generieren.

Ergebnisse

Tabelle 1 präsentiert beschreibende Daten für alle Proben bezüglich der kleinsten Dentin-Dicke (DZ) und ihrer Lage relativ zum Furkationsbereich. Tabelle 2 zeigt die Lage der DZ für alle Proben entsprechend der Entfernung vom Furkationsbereich, verteilt in 1-mm-Intervallen.

Die DZ-Werte in den mesiobuccalen Kanälen variierten von 0,67 bis 1,93 mm, mit einem Durchschnitt von 1,13 ± 0,21 mm. Für die mesiolingualen Kanäle variierte die DZ von 0,77 bis 1,89 mm, mit einem Durchschnitt von 1,10 ± 0,21 mm. Es gab keine Übereinstimmung in der DZ zwischen den mesiobuccalen und mesiolingualen Kanälen auf derselben Querschnittsebene in 71% der Proben. Darüber hinaus war die DZ in 22% und 18% der mesiolingualen bzw. mesiobuccalen Kanäle in Richtung der mesialen Region der Wurzeln gerichtet (Abb. 1 und 2).

Abbildung 3 zeigt farbcodierte Darstellungen der Dentin-Dicke in den mesialen Wurzeln von fünf repräsentativen mandibulären Molaren. Die qualitative Analyse zeigte, dass die nicht zentrierte Position der mesialen Kanäle und die asymmetrische Form der Wurzel zu variabler Dentin-Dicke auf unterschiedlichen Ebenen und in verschiedenen Richtungen führte, einschließlich Bereichen in Richtung der mesialen Seite der Wurzel in einigen Fällen.

Diskussion

Die aktuelle Studie lieferte zwei innovative Ergebnisse bezüglich des anatomischen DZ. Erstens war die geringste Dentin-Dicke in etwa 40% der Kanäle in Richtung der mesialen Ebene der Wurzeln (22% und 18% der mesiolingualen und mesiobuccalen Kanäle, respektive). Zweitens war die vertikale Lage des DZ in Bezug auf den Furkationsbereich im mittleren Drittel der Wurzel.

Relevante Originaldaten, die durch die vorliegende Studie offenbart wurden, betrafen die Position des DZ in der Querschnittsebene der Wurzel. Traditionell bezieht sich das Verständnis des klassischen Konzepts des DZ auf den distalen Bereich zwischen dem Hauptkanalraum und der Wurzelbifurkation, der die dünnste Dentin-Dicke aufweist und anfälliger für die Entwicklung von Streifenperforationen ist. Die aktuellen Ergebnisse zeigten jedoch, dass das DZ in nur 60% der bewerteten Querschnitte in Richtung des Furkationsbereichs verschoben war. In den anderen 40% der Schnitte befand sich das dünnste Dentin im mesialen Bereich der Wurzeln, was im Widerspruch zur allgemein vertretenen Ansicht steht (Abou-Rass et al. 1980). Auch unter Verwendung einer Mikro-CT-Bildanalyse fanden Lee et al. (2015) die dünnste Wurzelkanalwand im mesialen Teil der Wurzel in 15% bis 33% der Proben, was mit den vorliegenden Ergebnissen übereinstimmt.

Die im vorliegenden Studium bewertete DZ lag in nur 35 % der Proben bis zu 4 mm unter dem Furkationsbereich, während die Mehrheit der Proben zeigte, dass die DZ zwischen 4 und 7 mm unter dem Furkationsbereich lag. Mit anderen Worten, DZs, die anfällig für entweder Streifenperforation oder unnötigen Verlust von Dentin sind, befinden sich eher im mittleren Drittel der Wurzel (4,37 ± 1,68 mm unter dem Furkationsbereich) als zuvor berichtet (Tabelle 1). Diese Erkenntnis ist innovativ, da frühere Informationen die anatomische Position der DZ bis zu 4 mm unter dem Furkationsniveau konzentriert beschrieben (Kessler et al. 1983, Berutti & Fedon 1992, Garcia Filho et al. 2003, Sauáia et al. 2010, Tabrizizadeh et al. 2010, Akhlaghi et al. 2015).

Es ist erwähnenswert, dass die durchschnittliche kleinste Dentindicke entlang der distalen Oberflächen in mesialen Wurzeln von mandibulären Molaren, die in dieser Studie gefunden wurde, 0,67 mm betrug, was kleiner ist als normalerweise in der Literatur berichtet: Lim & Stock (1987) = 0,94 mm, Garcia Filho et al. (2003) = 0,79 mm, Kessler et al. (1983) = 1,08 mm, Akhlaghi et al. (2015) = 1,05 mm, Berutti & Fedon (1992) = 1,2 mm und Tabrizizadeh et al. (2010) = 1,3 mm. Die Informationen über die kleinsten Dentindickenwerte wurden hauptsächlich aus Untersuchungen erstellt, die auf destruktiven Schnittmethoden und direkter optischer Mikroskopbeobachtung von wenigen Schnitten der mesialen Wurzeln basierten. Eine Ausnahme ist eine Cone-Beam-Computertomographie-Studie mit niedriger räumlicher Auflösung (Akhlaghi et al. 2015). Die andere Ausnahme ist eine Mikro-CT-Studie, die Werte von 0,81 mm ergab, aber die Messungen wurden nur 1,5 mm unter dem Furkationsbereich vorgenommen (Harris et al. 2013). Die ursprünglichen Ergebnisse, die in dieser Studie präsentiert werden, sind wahrscheinlich eine Folge des methodologischen Fortschritts, der durch das Zusammenspiel zwischen der Mikro-CT-Bildgebungstechnologie und einer automatischen Berechnungsroutine für die digitale Bildanalyse und -verarbeitung erreicht wurde. Tatsächlich wurde der gesammelte Beweis über die DZ im Wesentlichen auf der Grundlage destruktiver Methoden und direkter Mikroskopbeobachtung von wenigen Wurzelquerschnitten pro Zahn erstellt (Kessler et al. 1983, Berutti & Fedon 1992, Garcia Filho et al. 2003, Sauáia et al. 2010, Tabrizizadeh et al. 2010). Darüber hinaus führten selbst Studien, die die Mikro-CT-Bildgebungstechnologie verwendeten, nur die Bewertung von wenigen Querschnittsbildern durch (Harris et al. 2013, Ordinola-Zapata et al. 2019). In dieser Studie wurde eine vollständige 3D-Kartierung der Dentindicke entlang der gesamten zervikalen und mittleren Drittel durchgeführt, die Daten aus Hunderten von Querschnitten pro Wurzel lieferte. Darüber hinaus sind die durch eine automatische Berechnungsroutine durchgeführten Messungen robuster und zuverlässiger. Bemerkenswert ist, dass die automatisierte Analyse die schnelle Messung von Tausenden von Schnitten ermöglichte, wodurch das Experiment weniger zeitaufwendig und arbeitsintensiv wurde. Darüber hinaus ist das Alter der Zähne eine unkontrollierte Variable, die die vorliegenden Ergebnisse zumindest bis zu einem gewissen Grad beeinflusst haben könnte. Gelagerte Zähne wurden mit unbekannten Informationen über das Alter verwendet; da das Alter die Gesamtgröße des Kanals beeinflusst, ist es wahrscheinlich, dass es die gesamte Dentindicke beeinflusst.

Schlussfolgerungen

Die geringste Dentin-Dicke in extrahierten mandibularen ersten und zweiten Molaren befand sich in etwa 40 % der Kanäle in Richtung der mesialen Ebene der Wurzeln, während die allgemeine vertikale Lage der DZ in Richtung des mittleren Drittels der Wurzel war.

Autoren: G. De-Deus, E. A. Rodrigues, F. G. Belladonna, M. Simões-Carvalho, D. M. Cavalcante, D. S. Oliveira, E. M. Souza, K. A. Giorgi, M. A. Versiani, R. T. Lopes, E. J. N. L. Silva, S. Paciornik

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