Vergleichende Genauigkeit der Clearing-Technik, CBCT und Mikro-CT-Methoden zur Untersuchung der mesialen Wurzelkanalkonfiguration von mandibularen ersten Molaren

Zusammenfassung

Ziele: Vergleich der Genauigkeit der Klärtechnik und der Cone-Beam-Computertomographie (CBCT) bei der Beurteilung von Wurzelkanalkonfigurationen unter Verwendung eines Mikro-Computertomographie (Mikro-CT) Bildgebungssystems als Referenzstandard.

Methodik: Zweiunddreißig mesiale Wurzeln von mandibularen ersten Molaren, die auf der Grundlage von Mikro-CT-Scans (Voxelgröße: 19,6 μm) ausgewählt wurden und mehrere Kanalkonfigurationen aufwiesen, wurden mit 2 CBCT-Scannern (Voxelgrößen: 120 μm und 150 μm) bewertet, gefolgt von der Klärtechnik. Zwei Prüfer analysierten die Daten jeder Methode und klassifizierten die anatomische Konfiguration des mesialen Kanals gemäß Vertucci’s System. Die Daten wurden mit dem exakten Fisher-Test und dem Chi-Quadrat-Test verglichen. Die Zuverlässigkeit jeder Bewertung wurde mit dem Kappa-Test überprüft, und das Signifikanzniveau wurde auf 5 % festgelegt.

Ergebnisse: Der Kappa-Wert zeigte ein hohes Maß an Übereinstimmung zwischen den Prüfern. Die Erkennung von Typ I-Konfigurationen war bei geklärten Zähnen signifikant niedriger (P < 0,05), während Typ II-Wurzelkanäle in allen Proben von beiden Tests erkannt wurden (P > 0,05). Bei mesialen Wurzeln mit variablen anatomischen Konfigurationen waren CBCT und die Klärmethode signifikant weniger genau als der Referenzstandard (P < 0,05).

Fazit: Innerhalb der untersuchten Zahnpopulation wurde die Genauigkeit der Identifizierung der mesialen Wurzelkanalkonfiguration stark von der Bewertungsmethode und der Art der Anatomie beeinflusst. Die Erkennung von Typ I-Konfigurationen in geklärten Zähnen war signifikant geringer, während Typ II-Konfigurationen in allen Proben von beiden Methoden erkannt wurden. In mesialen Wurzeln mit variablen anatomischen Konfigurationen waren weder CBCT- noch Klärmethoden genau bei der Erkennung der tatsächlichen Wurzelkanalanatomie.

Einleitung

Die mesiale Wurzel der mandibulären Molaren hat eine der komplexesten inneren Anatomien in der menschlichen Dentition, aufgrund der hohen Prävalenz von Krümmungen, Isthmus, Finnen und mehreren Kanälen, die sich auf unterschiedlichen Ebenen der Wurzel verbinden und trennen (Villas-Boas et al. 2011). Aufgrund dieser komplexen Konfiguration war diese Wurzel Gegenstand mehrerer anatomischer Studien, die Methoden wie die Injektion von Kunststoffharz, Radiographie, Histologie, Rasterelektronenmikroskopie, konventionelle Computertomographie (CT) und das Klären von Proben mit Tinteninjektion (de Pablo et al. 2010) umfassen. Zweifellos wurden diese methodologischen Ansätze über viele Jahrzehnte erfolgreich eingesetzt und haben nützliche Informationen für Kliniker bereitgestellt. Allerdings haben die inhärenten Einschränkungen, die in der endodontischen Literatur immer wieder diskutiert werden, die Suche nach neueren Methoden gefördert, die potenziell die anatomischen Herausforderungen, die die menschliche Dentition aufweist, übertreffen könnten.

Eine ideale Technik zur Untersuchung der Wurzelkanalanatomie wäre die, die nicht nur genau, einfach und nicht destruktiv ist, sondern auch, und das ist am wichtigsten, machbar und reproduzierbar in einem in vivo Szenario (Neelakantan et al. 2010b, Zhang et al. 2011). Verbesserungen in digitalen Bildgebungssystemen haben die in vivo Bewertung der Wurzelkanalanatomie mit nicht destruktiven Methoden, wie der Cone-Beam-CT (CBCT) (Wang et al. 2010), ermöglicht. CBCT-Techniken verbessern die Erkennung zusätzlicher Wurzeln und Kanäle, einschließlich des mesiopalatinalen Kanals der mesiobuccalen Wurzel der oberen Molaren, im Vergleich zur zweidimensionalen digitalen Radiographie (Eder et al. 2006, Matherne et al. 2008, Blattner et al. 2010). Andererseits haben in einem ex vivo Szenario nicht destruktive mikro-Computertomographie-Techniken (Mikro-CT) an Popularität gewonnen, da sie Genauigkeit, hohe Auflösung bieten und für detaillierte quantitative und qualitative Messungen der Wurzelkanalanatomie verwendet werden können (Peters et al. 2000, Plotino et al. 2006, Ordinola-Zapata et al. 2013, Versiani et al. 2013).

Trotz der beträchtlichen Anzahl an Studien, die über die innere Anatomie der hinteren Zähne veröffentlicht wurden, gibt es sehr wenig Informationen über die Genauigkeit der Methoden zur Klärung, CBCT und Mikro-CT zur Identifizierung der Morphologie der Wurzelkanalanatomie (Lee et al. 2014, Maret et al. 2014, Kim et al. 2015). Daher war das Ziel dieser Studie, die Genauigkeit der Klärtechnik und des CBCT-Scannens bei der Beurteilung der mesialen Wurzelkanalkonfiguration der mandibularen ersten Molaren zu vergleichen, wobei ein Mikro-CT-Bildgebungssystem als Referenzstandard verwendet wurde. Die getestete Nullhypothese war, dass es keinen Unterschied in der Genauigkeit dieser Methoden bei der Bestimmung der Wurzelkanalkonfiguration in der mesialen Wurzel der mandibularen ersten Molaren gab.

Material und Methoden

Mikro-CT-Scanning

Nach Genehmigung durch das lokale Ethikkomitee (Protokoll 131-2010) wurden insgesamt 75 extrahierte menschliche mandibulare erste Molaren in einem Mikro-CT-Gerät (SkyScan 1174v2; Bruker-microCT, Kontich, Belgien) bei 50 kV, 5300-ms Belichtung, Rotationsschritt von 0,8, 360^o Rotationsgrad und einer isotropen Auflösung von 19,6 μm gescannt, wobei ein 0,5 mm dicker Aluminiumfilter verwendet wurde. Das Geschlecht und das Alter der Patienten waren unbekannt, und die Zähne wurden aus Gründen extrahiert, die nicht mit dieser Studie in Zusammenhang standen.

Die Bilder jedes Exemplars wurden mit spezieller Software (NRecon v.1.6.3; Bruker-microCT) rekonstruiert, die axiale Querschnitte der inneren Struktur der Proben bereitstellt. Polygonale Oberflächenrepräsentationen der Wurzelkanäle wurden aus den Quellbildern unter Verwendung einer automatischen Segmentierungsschwelle und Oberflächenmodellierung mit der CTAn v.1.12 Software (Bruker-microCT) erstellt. Zwei erfahrene und zuvor kalibrierte Bediener klassifizierten die Kanalstruktur des mesialen Wurzel gemäß Vertuccis Klassifikation (Vertucci 2005) unter Verwendung der Software Data Viewer v.1.5.1.2 (Bruker-microCT) und CTVol v.2.2.1 (Bruker-microCT). Basierend auf dieser qualitativen Bewertung wurden zweiunddreißig Zähne mit den häufigsten anatomischen Konfigurationen ausgewählt und in 3 Gruppen eingeteilt:

Gruppe 1 – Typ I Konfiguration (n = 10): Vorhandensein eines einzelnen und kontinuierlichen Isthmus, der die mesiobuccalen und mesiolingualen Kanäle vom koronalen bis zum apikalen Drittel verbindet und in einem Hauptforamen endet.

Gruppe 2 – Typ II Konfiguration (n = 10): Zwei separate Kanäle, die die Pulpenkammer verlassen, aber kurz vor der Spitze zu einem einzigen Kanal zusammenlaufen (2-1 Konfiguration).

Gruppe 3 – Anatomische Konfigurationen, die nicht in Vertuccis Konfigurationssystem passten (n = 12).

CBCT-Scannen

Nachdem die Krone in einer Wachsbasis fixiert wurde, wurden die ausgewählten Molaren mit ProMax 3Ds (90 kVp, 12 mA, FOV-Größe 4 9 5 cm, 0,15 mm Voxelgröße) (Planmeca, Helsinki, Finnland) und Pax-i 3D (75 kVp, 10 mA, FOV-Größe von 5 9 5 cm, 0,12 mm Voxel) (Vatech, Fort Lee, NJ, USA) CBCT-Geräten gescannt. Alle Bilder wurden auf einen Desktop-Computer mit einem hochauflösenden LCD-Monitor (Samsung SyncMaster 2220WM 22-Zoll; Samsung, Seoul, Südkorea) exportiert, der die Anpassung der Anzeigevorgaben, einschließlich Winkel oder Kontrast, nach individuellen Vorlieben ermöglichte (Fernandes et al. 2014).

Clearing-Methode

Für die Clearing-Verfahren wurde ein modifiziertes Protokoll aus zuvor veröffentlichten Studien verwendet (Sert & Bayirli 2004, Lee et al. 2014). Kurz gesagt, nach der Vorbereitung der Zugangskavität wurden die Proben in 5%iger Salpetersäure bei Raumtemperatur demineralisiert. Die Säure wurde täglich gewechselt, und der Endpunkt dieses Prozesses wurde durch Röntgenaufnahmen der Zähne bestimmt. Nach gründlichem Waschen der demineralisierten Zähne in fließendem Wasser für 2 Stunden wurden die Proben in aufsteigenden Ethanolkonzentrationen (60% für 8 Stunden, 80% für 4 Stunden und 96% für 2 Stunden) dehydratisiert und die Proben wurden durch Eintauchen in Methylsalicylat für 2 Stunden transparent gemacht. Um die Kanal-Anatomie zu demonstrieren, wurde indische Tinte mit einer 27-Gauge-Nadel auf einer Plastikspritze und mit Hilfe von Unterdruck in die Pulpenkammer injiziert. Die geklärten Zähne wurden unter einem klinischen Mikroskop (Zeiss, Weimar, Deutschland) bei 10-facher Vergrößerung untersucht.

Die Auswertung der CBCT-Bilder und der aufbereiteten Zähne wurde von 2 vorab kalibrierten und erfahrenen Prüfern unter Verwendung des Klassifikationssystems von Vertucci (Vertucci 2005) durchgeführt. Dieselben Prüfer wiederholten die Bewertung 2 Wochen später, um den Screening-Prozess zu validieren. Nach der Analyse konnten die Prüfer die Mikro-CT-Rekonstruktionen mit der Dataviewer-Software (Data Viewer v.1.5.1.2; Bruker-microCT) einsehen und die 3D-Modelle der bewerteten Zähne (CTVol v.2.2.1; Bruker-microCT) beobachten. Anschließend wurden die Ergebnisse für beide Methoden ermittelt, und die Prüfer definierten ihre Antworten als richtig oder falsch, wobei sie die Mikro-CT-Rekonstruktionen als Referenzstandard für den Vergleich verwendeten.

Statistische Analyse

Daten, die sich auf die CBCT- und die Aufbereitungstechnik beziehen, wurden statistisch mit der Mikro-CT-Analyse unter Verwendung des exakten Fisher-Tests und des Chi-Quadrat-Tests verglichen. Die Intra- und Interexaminer-Zuverlässigkeiten für jede Bewertung wurden mit dem Kappa-Test überprüft. Statistische Analysen wurden mit der GraphPad InStat-Software (GraphPad, La Jolla, CA, USA) durchgeführt, wobei ein Signifikanzniveau von 5 % festgelegt wurde.

Ergebnisse

Tabelle 1 zeigt die Übereinstimmungsergebnisse unter den Prüfern in Bezug auf die Konfiguration der mesialen Wurzelkanalsysteme basierend auf den CBCT-Bildern und der Klärmethode im Vergleich zur Mikro-CT-Bildgebung. Die Identifizierung des anatomischen Typs I (Gruppe 1) war signifikant niedriger nur in den geklärten Zähnen (P < 0,05), während die Typ-II-Konfiguration (Gruppe 2) von beiden Methoden präzise identifiziert wurde (P > 0,05). Andererseits zeigte der Chi-Quadrat-Test bei den anatomischen Konfigurationen, die nicht in Vertuccis Klassifikation passten (Gruppe 3), einen signifikanten Unterschied zwischen den Testmethoden und dem Mikro-CT-Referenzstandard (P < 0,05). Somit wurde die getestete Nullhypothese verworfen.

Die Kappa-Werte bei der Auswertung der CBCT-Bilder (0,97–1,00) und der gereinigten Zähne (0,84 und 0,88) zeigten ein hohes Maß an Übereinstimmung zwischen den Gutachtern. Die intra-examinatorischen Kappa-Werte von 0,97 und 1 für die Reinigungstechnik sowie zwischen 0,94 und 0,97 für CBCT zeigten ebenfalls eine hohe Übereinstimmung für beide Bewertungen. Repräsentative Bilder der Wurzelkanalanatomie, die mit einem Mikro-CT-Gerät, der Reinigungstechnik und CBCT-Bildgebungssystemen aufgenommen wurden, sind in Abb. 1 dargestellt.

Diskussion

Seit mehreren Jahrzehnten wurde die Clearing-Technik als die beste verfügbare Methode für die morphologische Studie des Wurzelkanalsystems und seiner Variationen angesehen (Vertucci 2005, de Pablo et al. 2010). Diese Methode macht den Zahn durch Demineralisierung transparent, nachdem flüssige Materialien wie geschmolzenes Metall, Gelatine oder Tinte injiziert wurden (Vertucci 1984). Die Hauptbeschränkung dieser Technik besteht darin, dass sie irreversible Veränderungen in der Zahnstruktur hervorruft und Artefakte erzeugt, die möglicherweise die tatsächliche Wurzelkanalmorphologie nicht genau widerspiegeln (Grover & Shetty 2012, Lee et al. 2014, Kim et al. 2015).

In der vorliegenden Studie konnten die Testmethoden zwar die weniger komplexen Wurzelkanäle vom Typ II nach Vertucci (Gruppe 2) genau identifizieren, jedoch war die Clearing-Technik mit der niedrigsten Genauigkeit bei der Erkennung der Wurzelkanäle vom Typ I nach Vertucci (Gruppe 1) und komplexeren (Gruppe 3) anatomischen Konfigurationen verbunden. Tatsächlich führte in den Gruppen 1 und 3 das Fehlen der Farbdiffusion zu einer Verzerrung der inneren Anatomie der Proben, was zu einer anderen Wurzelkanalkonfiguration führte (Abb. 1a). Dieses Ergebnis wurde auch in zwei vorherigen Studien beobachtet, in denen gereinigte Zähne weniger feine anatomische Details im Vergleich zu Mikro-CT-Bildern zeigten (Kim et al. 2015, Lee et al. 2014), was bestätigt, dass die Clearing-Methode technikempfindlicher war als 3D-Bildgebungstechnologien. Die Einschränkungen der Clearing-Technik könnten dadurch erklärt werden, dass die Farblösung nicht seitlich in empfindliche anatomische Strukturen wie Isthmus oder Finnen fließt, ein analoger Effekt, der auch bei Spüllösungen auftritt, selbst nach der Erweiterung des Wurzelkanalsystems (de Gregorio et al. 2009, 2012, Susin et al. 2010).

Es ist wichtig zu betonen, dass Vertucci sein Klassifikationssystem mehrere Jahre vor der Einführung der Mikro-CT-Technologie in der endodontischen Forschung vorgeschlagen hat. Das Aufkommen des Mikro-CT-Bildgebungssystems überwindet mehrere methodologische Einschränkungen der Klärtechnik und ermöglicht die Berichterstattung über mehrere neue anatomische Variationen und Komplexitäten der Wurzelkanalanatomie in der menschlichen Dentition (Ordinola-Zapata et al. 2015), die in früheren Klassifikationen nicht enthalten waren. Daher muss die Einführung dieser neuen anatomischen Konfigurationen in einem zukünftigen Wurzelkanalklassifikationssystem berücksichtigt werden.

In letzter Zeit wurde CBCT in ex vivo und in vivo Studien verwendet, um die Wurzelkanalanatomie in verschiedenen Zahngruppen zu bewerten (Neelakantan et al. 2010a). Bis heute haben jedoch nur wenige Studien die Genauigkeit von CBCT-Techniken mit Mikro-CT oder histologischen Methoden beim Nachweis verschiedener Kanal-Konfigurationen verglichen. Michetti et al. (2010) fanden eine hohe Korrelation zwischen CBCT-Bildern (Voxelgröße von 75 μm) und histologischen Schnitten. Allerdings wurden nur 9 Proben, darunter 3 Molaren, untersucht. Marca et al. (2013) verglichen die Variationen der Querschnittsfläche von Wurzelkanälen in dreiköpfigen oberen Prämolaren unter Verwendung von CBCT (Voxelgröße von 200 μm) und Mikro-CT (Voxelgröße von 34 μm) Bildgebungssystemen und kamen zu dem Schluss, dass CBCT die schlechtesten Bilder in Bezug auf Details lieferte. Fernandes et al. (2014) berichteten, dass CBCT in der Lage war, mehrere Kanäle in mandibularen Schneidezähnen zu identifizieren, aber versagte, ihre zweidimensionalen Aspekte im Vergleich zur Mikro-CT-Bewertung detailliert darzustellen. Andererseits berichteten zwei frühere Studien von keinen Unterschieden zwischen CBCT und Mikro-CT beim Nachweis des mesiopalatinalen Kanals (MB2) im mesialen Wurzelbereich der oberen Molaren (Blattner et al. 2010, Domark et al. 2013). Allerdings können die einfachen Bewertungskriterien, die in diesen Studien verwendet wurden (Vorhandensein oder Abwesenheit des MB2), diese Ähnlichkeit erklären. Leider ist es aufgrund von Unterschieden in den methodologischen Designs und den begrenzten veröffentlichten Daten zu diesem Thema schwierig, die veröffentlichten Ergebnisse mit den aktuellen Ergebnissen zu vergleichen.

In dieser Studie wurden für beide Bildgebungsverfahren (Mikro-CT und CBCT) ähnliche Laborbedingungen verwendet, einschließlich der Stabilisierung des Probenmaterials während des Scanvorgangs, um unerwünschte Bewegungen zu vermeiden, sowie der Entfernung von Knochen, Weichgewebe oder Restaurationen, um die bestmögliche Bildqualität zu erzielen. Die Ergebnisse zeigten eine hohe Genauigkeit beider CBCT-Geräte zur Identifizierung der Kanal-Konfigurationstypen I und II. Ähnlich wie bei der Klärtechnik wurde jedoch auch in der CBCT-Analyse im Vergleich zu den Mikro-CT-Bildern ein Mangel an Identifizierung feiner anatomischer Strukturen beobachtet (Abb. 1). Diese Einschränkungen wurden während der Bewertung mesialer Wurzeln mit anatomischen Konfigurationen, die nicht in Vertuccis Konfigurationen passten (Gruppe 3), deutlicher. Dies erklärt, warum nicht klassifizierte Anatomien in Studien zur Klärung oder CBCT zur Wurzelkanalanatomie selten berichtet werden (Sert & Bayirli 2004, Peiris et al. 2008, Wang et al. 2010, Kim et al. 2013). In diesen Studien hatten nur 0 bis 3 % der mesialen und distalen Wurzelkanäle von mandibularen Molaren anatomische Konfigurationen, die nicht mit Vertuccis Parametern kategorisiert werden konnten. Im Gegensatz dazu haben Studien, die die Mikro-CT-Technologie verwendeten, unterschiedliche anatomische Konfigurationstypen in 13 bis 18 % der bewerteten Probe gezeigt (Harris et al. 2013, Leoni et al. 2014, Filpo Perez et al. 2015).

Mehrere Ressourcen, die in den hier verwendeten Bildgebungssystemen verfügbar sind, können auch den Unterschied in den Ergebnissen zwischen den getesteten Methoden erklären. Zum Beispiel ermöglichen nicht-invasive CBTC- und Mikro-CT-Methoden die Querschnittsanalyse der Proben, was mit der Klärtechnik nicht möglich ist. Andererseits bietet Mikro-CT eine bessere Bewertung feiner anatomischer Strukturen aufgrund der Möglichkeit, eine längere Belichtungszeit (~40 min) und eine kleinere Voxelgröße (19,6 μm) im Vergleich zu CBCT (Belichtungszeit: 20 Sek.; Voxelgröße: 120–150 μm) während des Scanvorgangs zu verwenden. Darüber hinaus ermöglichte die Möglichkeit von Mikro-CT-Geräten, Bildprojektionen mit einem höheren Rotationsgrad des Objekts (360°) im Vergleich zur Planmeca CBCT-Einheit (200°) zu erfassen, die Entwicklung genauerer und detaillierterer 3D-Modelle des Wurzelkanalraums.

Obwohl das im vorliegenden Studium verwendete CBCT-System durch unzureichende räumliche Auflösung und Schnittdicke beeinträchtigt werden könnte, war diese Einschränkung nur auf komplexere anatomische Konfigurationen beschränkt, in denen feine Verästelungen vorhanden waren, jedoch nicht in Vertuccis Typen I und II Wurzelkanalkonfigurationen. Weitere Studien sind jedoch notwendig, um die Fähigkeit neuer CBCT-Scanner mit Voxelgrößen unter 80 μm zur Erkennung minimaler anatomischer Strukturen des Wurzelkanalsystems zu bewerten. Darüber hinaus müssen andere Variablen wie Knochen, Weichgewebe und leichte Bewegungen des Objekts, die während der CBCT-Erfassung in einem klinischen Setup vorhanden sind, in zukünftige Experimente einbezogen werden (Hassan et al. 2012).

Es ist wichtig zu betonen, dass die Clearing-Technik, Mikro-CT- und CBCT-Bildgebungssysteme unterschiedliche Anwendungsbereiche haben; während die beiden ersteren Methoden nur in Laborstudien verwendet werden, wird die CBCT-Technik häufig als diagnostische Hilfe in der klinischen Endodontie eingesetzt. Daher kann es in einer klinischen Umgebung, wenn anomale Befunde auf periapikalen digitalen Filmen offensichtlich sind oder Variationen mit Vergrößerung festgestellt werden, unmöglich sein, das Wurzelsystem effektiv zu bewerten. In diesen Situationen ist es sinnvoll, CBCT für eine weitere Diagnose zu verwenden. Somit können CBCT-Techniken weiterhin hilfreiche klinische Informationen liefern. Andererseits, trotz der begrenzten klinischen Anwendbarkeit der Mikro-CT-Technologie, hat sich diese Methode als das aktuelle Referenzverfahren für die ex vivo Untersuchung der Wurzelkanalanatomie erwiesen und ermöglicht zukünftige Vergleiche und kontinuierliche Verbesserungen der CBCT-Scanner.

Fazit

Die Genauigkeit bei der Identifizierung der Kanal-Konfiguration im mesialen Wurzelbereich der mandibularen ersten Molaren wurde stark von der Bewertungsmethode und der Art der Anatomie beeinflusst. Die Erkennung der Vertucci-Typ I-Konfiguration in geklärten Zähnen war signifikant niedrig, während die Typ II-Konfiguration von beiden Methoden erkannt werden konnte. In mesialen Wurzeln mit variablen anatomischen Konfigurationen waren weder CBCT noch Clearing-Methoden genau bei der Erkennung der korrekten Kanal-Anatomie.

Autoren: R. Ordinola-Zapata, C. M. Bramante, M. A. Versiani, B. I. Moldauer, G. Topham, J. L. Gutmann, A. Nuñez, M. A. Hungaro Duarte, F. Abella

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