Accuratezza comparativa della Tecnica di Clearing, CBCT e Micro-CT nello studio della configurazione del canale radicolare mesiale dei primi molari mandibolari

Abstract

Obiettivi: Confrontare l'accuratezza della tecnica di chiarificazione e della tomografia computerizzata a fascio conico (CBCT) nella valutazione delle configurazioni dei canali radicolari utilizzando il sistema di imaging a micro-tomografia computerizzata (micro-CT) come standard di riferimento.

Metodologia: Trenta-due radici mesiali di molari mandibolari di primo ordine, selezionate sulla base di scansioni micro-CT (dimensione del voxel: 19.6 μm) e presentanti diverse configurazioni canalari, sono state valutate utilizzando 2 scanner CBCT (dimensioni dei voxel: 120 μm e 150 μm) seguite dalla tecnica di chiarificazione. Due esaminatori hanno analizzato i dati di ciascun metodo e classificato la configurazione anatomica del canale mesiale secondo il sistema di Vertucci. I dati sono stati confrontati utilizzando i test esatti di Fisher e il test del chi-quadrato. L'affidabilità per ciascuna valutazione è stata verificata tramite il test kappa, e il livello di significatività è stato fissato al 5%.

Risultati: Il valore kappa ha indicato un alto livello di accordo tra gli esaminatori. La rilevazione delle configurazioni di tipo I è risultata significativamente inferiore nei denti chiarificati (P < 0.05), mentre i canali radicolari di tipo II sono stati rilevati in tutti i campioni da entrambi i test (P > 0.05). Nelle radici mesiali con configurazioni anatomiche variabili, il CBCT e il metodo di chiarificazione sono stati significativamente meno accurati rispetto allo standard di riferimento (P < 0.05).

Conclusione: All'interno della popolazione dentale studiata, l'accuratezza nell'identificare la configurazione del canale radicolare mesiale è stata influenzata notevolmente dal metodo di valutazione e dal tipo di anatomia. La rilevazione delle configurazioni di tipo I nei denti chiariti era significativamente inferiore, mentre le configurazioni di tipo II sono state rilevate in tutti i campioni da entrambi i metodi. Nei denti mesiali con configurazioni anatomiche variabili, né i metodi CBCT né quelli di chiarimento erano accurati nel rilevare l'anatomia reale del canale radicolare.

Introduzione

La radice mesiale dei molari mandibolari ha una delle anatomie interne più complesse nella dentizione umana, a causa dell'alta prevalenza di curvature, istmi, pinne e canali multipli che si uniscono e si separano a diversi livelli della radice (Villas-Boas et al. 2011). A causa di questa configurazione complessa, questa radice è stata oggetto di diversi studi anatomici utilizzando metodi che includono l'iniezione di resina plastica, radiografia, istologia, microscopia elettronica a scansione, tomografia computerizzata (CT) convenzionale e chiarimento dei campioni con iniezione di inchiostro (de Pablo et al. 2010). Indubbiamente, questi approcci metodologici sono stati utilizzati con successo per molti decenni fornendo informazioni utili ai clinici. Tuttavia, le limitazioni intrinseche, ripetutamente discusse nella letteratura endodontica, hanno incoraggiato la ricerca di metodologie più recenti che potrebbero potenzialmente superare le sfide anatomiche che la dentizione umana presenta.

Una tecnica ideale per lo studio dell'anatomia del canale radicolare sarebbe quella che non è solo accurata, semplice, non distruttiva, ma anche, e soprattutto, fattibile e riproducibile in uno scenario in vivo (Neelakantan et al. 2010b, Zhang et al. 2011). I miglioramenti nei sistemi di imaging digitale hanno reso possibile la valutazione in vivo dell'anatomia del canale radicolare utilizzando metodi non distruttivi, come la tomografia computerizzata a fascio conico (CBCT) (Wang et al. 2010). Le tecniche CBCT migliorano la rilevazione di radici e canali aggiuntivi, incluso il canale mesiopalatale della radice mesiobuccale dei molari mascellari, rispetto alla radiografia digitale bidimensionale (Eder et al. 2006, Matherne et al. 2008, Blattner et al. 2010). D'altra parte, in uno scenario ex vivo, le tecniche di microtomografia computerizzata non distruttive (micro-CT) hanno guadagnato popolarità perché forniscono accuratezza, alta risoluzione e possono essere utilizzate per misurazioni quantitative e qualitative dettagliate dell'anatomia del canale radicolare (Peters et al. 2000, Plotino et al. 2006, Ordinola-Zapata et al. 2013, Versiani et al. 2013).

Nonostante il considerevole numero di studi pubblicati sull'anatomia interna dei denti posteriori, esistono poche informazioni riguardo all'accuratezza dei metodi di chiarificazione, CBCT e micro-CT per identificare la morfologia dell'anatomia del canale radicolare (Lee et al. 2014, Maret et al. 2014, Kim et al. 2015). Pertanto, l'obiettivo di questo studio era confrontare l'accuratezza della tecnica di chiarificazione e della scansione CBCT nella valutazione della configurazione del canale radicolare mesiale dei primi molari mandibolari, utilizzando un sistema di imaging micro-CT come standard di riferimento. L'ipotesi nulla testata era che non ci fosse differenza nell'accuratezza di questi metodi nel determinare la configurazione del canale radicolare nel canale mesiale dei primi molari mandibolari.

Materiali e metodi

Scansione micro-CT

Dopo l'approvazione del Comitato Etico locale (protocollo 131-2010), un totale di 75 primi molari mandibolari umani estratti sono stati scansionati in un dispositivo micro-CT (SkyScan 1174v2; Bruker-microCT, Kontich, Belgio) a 50 kV, esposizione di 5300 ms, passo di rotazione di 0.8, 360^o gradi di rotazione e una risoluzione isotropica di 19.6 μm, utilizzando un filtro in alluminio spesso 0.5 mm. Il sesso e l'età del paziente erano sconosciuti e i denti sono stati estratti per motivi non correlati a questo studio.

Le immagini di ciascun campione sono state ricostruite con software dedicato (NRecon v.1.6.3; Bruker-microCT) fornendo sezioni trasversali assiali della struttura interna dei campioni. La rappresentazione delle superfici poligonali dei canali radicolari è stata realizzata a partire dalle immagini sorgente utilizzando una soglia di segmentazione automatica e modellazione della superficie con il software CTAn v.1.12 (Bruker-microCT). Due operatori esperti e precedentemente calibrati hanno classificato la configurazione del canale della radice mesiale secondo la classificazione di Vertucci (Vertucci 2005) utilizzando il software Data Viewer v.1.5.1.2 (Bruker-microCT) e CTVol v.2.2.1 (Bruker-microCT). Sulla base di questa valutazione qualitativa, sono stati selezionati trentadue denti con le configurazioni anatomiche più prevalenti e distribuiti in 3 gruppi:

Gruppo 1 – Configurazione di tipo I (n = 10): Presenza di un istmo singolo e continuo che collega i canali mesiobuccale e mesiolinguale, dal terzo coronale al terzo apicale, terminando in un unico forame principale.

Gruppo 2 – Configurazione di tipo II (n = 10): Due canali separati che lasciano la camera pulpare, ma si uniscono prima dell'apice per formare un singolo canale (configurazione 2-1).

Gruppo 3 – Configurazioni anatomiche che non rientravano nel sistema di configurazione di Vertucci (n = 12).

Scansione CBCT

Dopo aver fissato la corona su una base di cera, i molari selezionati sono stati scansionati con ProMax 3Ds (90 kVp, 12 mA, dimensione FOV 4 9 5 cm, dimensione voxel 0.15 mm) (Planmeca, Helsinki, Finlandia) e Pax-i 3D (75 kVp, 10 mA, dimensione FOV di 5 9 5 cm, voxel di 0.12 mm) (Vatech, Fort Lee, NJ, USA) dispositivi CBCT. Tutte le immagini sono state esportate su un computer desktop con un monitor LCD ad alta risoluzione (Samsung SyncMaster 2220WM 22 pollici; Samsung, Seoul, Corea del Sud), che ha permesso la modifica delle impostazioni del visualizzatore, inclusa l'angolazione o il contrasto, secondo le preferenze individuali (Fernandes et al. 2014).

Metodo di chiarificazione

Per le procedure di chiarificazione, è stato utilizzato un protocollo modificato da studi precedentemente pubblicati (Sert & Bayirli 2004, Lee et al. 2014). In breve, dopo la preparazione della cavità d'accesso, i campioni sono stati demineralizzati in acido nitrico al 5% a temperatura ambiente. L'acido è stato cambiato quotidianamente e il punto finale di questo processo è stato determinato effettuando radiografie dei denti. Dopo un accurato lavaggio dei denti demineralizzati in acqua corrente per 2 ore, i campioni sono stati disidratati in concentrazioni crescenti di etanolo (60% per 8 ore, 80% per 4 ore e 96% per 2 ore) e i campioni sono stati resi trasparenti immergendoli in salicilato di metile per 2 ore. Per dimostrare l'anatomia del canale, l'inchiostro indiano è stato iniettato nella camera pulpare con un ago da 27 gauge su una siringa di plastica e con l'ausilio di pressione negativa. I denti chiarificati sono stati esaminati sotto un microscopio clinico (Zeiss, Weimar, Germania) con ingrandimento 10 9.

L'evaluazione delle immagini CBCT e dei denti trasparenti è stata eseguita da 2 esaminatori pre-calibrati ed esperti seguendo il sistema di classificazione di Vertucci (Vertucci 2005). Gli stessi esaminatori hanno ripetuto l'evaluazione 2 settimane dopo per convalidare il processo di screening. Dopo l'analisi, gli valutatori sono stati in grado di vedere le ricostruzioni micro-CT utilizzando il software Dataviewer (Data Viewer v.1.5.1.2; Bruker-microCT) e osservando i modelli 3D dei denti valutati (CTVol v.2.2.1; Bruker-microCT). Successivamente, sono stati ottenuti i risultati per entrambi i metodi e gli valutatori hanno definito le loro risposte come corrette o incorrette utilizzando le ricostruzioni micro-CT come standard di riferimento per il confronto.

Analisi statistica

I dati relativi ai metodi CBCT e alla tecnica di chiarificazione sono stati confrontati statisticamente con l'analisi micro-CT utilizzando il test esatto di Fisher e il test del chi-quadro. Le affidabilità intra- e inter-esaminatore per ciascuna valutazione sono state verificate tramite il test kappa. Le analisi statistiche sono state eseguite utilizzando il software GraphPad InStat (GraphPad, La Jolla, CA, USA) con un livello di significatività impostato al 5%.

Risultati

La Tabella 1 mostra i risultati di concordanza tra gli esaminatori relativi alla configurazione dei sistemi canalari radicolari mesiali basati sulle immagini CBCT e sul metodo di chiarificazione in confronto con l'imaging micro-CT. L'identificazione della configurazione anatomica di tipo I (gruppo 1) è risultata significativamente inferiore solo nei denti chiarificati (P < 0.05), mentre la configurazione di tipo II (gruppo 2) è stata identificata con precisione da entrambi i metodi (P > 0.05). D'altra parte, considerando le configurazioni anatomiche che non rientravano nella classificazione di Vertucci (gruppo 3), il test del chi-quadrato ha rivelato una differenza significativa tra i metodi di test e lo standard di riferimento micro-CT (P < 0.05). Pertanto, l'ipotesi nulla testata è stata rifiutata.

I valori kappa nella valutazione delle immagini CBCT (0.97–1.00) e dei denti chiarificati (0.84 e 0.88) hanno indicato un alto livello di accordo tra i valutatori. I valori kappa intra-esaminatore di 0.97 e 1 per la tecnica di chiarificazione e tra 0.94 e 0.97 per il CBCT hanno anche indicato un alto livello di accordo per entrambe le valutazioni. Immagini rappresentative dell'anatomia del canale radicolare acquisite da un dispositivo micro-CT, la tecnica di chiarificazione e i sistemi di imaging CBCT sono mostrati nella Fig. 1.

Discussione

Per diversi decenni, la tecnica di chiarificazione è stata considerata il miglior metodo disponibile per lo studio morfologico del sistema canalare radicolare e delle sue variazioni (Vertucci 2005, de Pablo et al. 2010). Questo metodo rende il dente trasparente attraverso la demineralizzazione dopo aver iniettato materiali fluidi come metallo fuso, gelatina o inchiostro (Vertucci 1984). La principale limitazione di questa tecnica è che produce cambiamenti irreversibili nella struttura del dente e crea artefatti, che potrebbero non riflettere accuratamente la reale morfologia del canale radicolare (Grover & Shetty 2012, Lee et al. 2014, Kim et al. 2015).

Nello studio presente, mentre i metodi di prova sono stati in grado di identificare con precisione i canali radicolari di tipo II di Vertucci meno intricati (gruppo 2), la tecnica di chiarificazione è stata associata alla più bassa accuratezza nel rilevare le configurazioni anatomiche di tipo I di Vertucci (gruppo 1) e quelle più complesse (gruppo 3). In effetti, nei gruppi 1 e 3, la mancanza di diffusione del colorante ha distorto l'anatomia interna dei campioni, risultando in una configurazione del canale radicolare differente (Fig. 1a). Questo risultato è stato osservato anche in due studi precedenti in cui i denti chiarificati mostrano meno dettagli anatomici fini rispetto alle immagini micro-CT (Kim et al. 2015, Lee et al. 2014), confermando che il metodo di chiarificazione era più sensibile alla tecnica rispetto alle tecnologie di imaging 3D. Le limitazioni della tecnica di chiarificazione potrebbero essere spiegate dal fatto che la soluzione colorante non fluisce lateralmente in strutture anatomiche delicate come istmi o pinne, un effetto analogo che si verifica anche con le soluzioni di irrigazione anche dopo l'ingrandimento del sistema canalare radicolare (de Gregorio et al. 2009, 2012, Susin et al. 2010).

È importante sottolineare che Vertucci propose il suo sistema di classificazione diversi anni prima dell'introduzione della tecnologia micro-CT nella ricerca endodontica. L'avvento del sistema di imaging micro-CT supera diverse limitazioni metodologiche della tecnica di chiarificazione e consente di riportare diverse nuove variazioni anatomiche e complessità dell'anatomia del canale radicolare nella dentizione umana (Ordinola-Zapata et al. 2015) che non erano incluse nelle classificazioni precedenti. Pertanto, l'introduzione di queste nuove configurazioni anatomiche deve essere considerata in un futuro sistema di classificazione dei canali radicolari.

Recentemente, il CBCT è stato utilizzato in studi ex vivo e in vivo per valutare l'anatomia del canale radicolare in diversi gruppi di denti (Neelakantan et al. 2010a). Tuttavia, ad oggi solo pochi studi hanno confrontato l'accuratezza delle tecniche CBCT con quelle micro-CT o metodi istologici nel rilevare diverse configurazioni del canale. Michetti et al. (2010) hanno trovato un'alta correlazione tra le immagini CBCT (dimensione del voxel di 75 μm) e le sezioni istologiche. Tuttavia, sono stati studiati solo 9 campioni, inclusi 3 molari. Marca et al. (2013) hanno confrontato le variazioni dell'area della sezione trasversale del canale radicolare in premolari mascellari a tre radici utilizzando i sistemi di imaging CBCT (dimensione del voxel di 200 μm) e micro-CT (dimensione del voxel di 34 μm), e hanno concluso che il CBCT produceva le immagini di qualità peggiore in termini di dettaglio. Fernandes et al. (2014) hanno riportato che il CBCT era in grado di identificare più canali negli incisivi mandibolari, ma non riusciva a dettagliare i loro aspetti bidimensionali, rispetto alla valutazione micro-CT. D'altra parte, due studi precedenti non hanno riportato differenze tra CBCT e micro-CT nel rilevare il canale mesiopalatino (MB2) nella radice mesiale dei molari mascellari (Blattner et al. 2010, Domark et al. 2013). Tuttavia, i semplici criteri di valutazione utilizzati in questi studi (presenza o assenza del MB2) possono spiegare questa somiglianza. Sfortunatamente, a causa delle differenze nei disegni metodologici e dei dati pubblicati limitati che affrontano questo argomento, il confronto dei risultati pubblicati con i risultati attuali è difficile.

In questo studio, sono state utilizzate condizioni di laboratorio simili per entrambi i metodi di imaging (micro-CT e CBCT), inclusa la stabilizzazione del campione durante la procedura di scansione per evitare movimenti indesiderati e la rimozione di osso, tessuto molle o restauri al fine di ottenere la migliore qualità dell'immagine possibile. I risultati hanno rivelato un'alta precisione di entrambi i dispositivi CBCT nell'identificare i tipi di configurazione canalare I e II. Tuttavia, analogamente alla tecnica di chiarificazione, è stata osservata anche la mancanza di identificazione di strutture anatomiche fini nell'analisi CBCT rispetto alle immagini micro-CT (Fig. 1). Queste limitazioni sono diventate più evidenti durante la valutazione delle radici mesiali con configurazioni anatomiche che non si adattavano alle configurazioni di Vertucci (gruppo 3) e spiegano perché le anatomie non classificate sono raramente riportate negli studi di chiarificazione o CBCT sull'anatomia dei canali radicolari (Sert & Bayirli 2004, Peiris et al. 2008, Wang et al. 2010, Kim et al. 2013). In questi studi, solo dallo 0 al 3% dei canali radicolari mesiali e distali dei molari mandibolari presentavano configurazioni anatomiche che non potevano essere categorizzate utilizzando i parametri di Vertucci. Al contrario, studi che utilizzano la tecnologia micro-CT hanno mostrato diversi tipi di configurazione anatomica nel 13 al 18% del campione valutato (Harris et al. 2013, Leoni et al. 2014, Filpo Perez et al. 2015).

Diverse risorse disponibili nei sistemi di imaging utilizzati in questo studio possono anche spiegare la differenza nei risultati tra le metodologie testate. Ad esempio, i metodi CBTC e micro-CT non distruttivi consentono l'analisi trasversale dei campioni, cosa non fattibile con la tecnica di chiarificazione. D'altra parte, il micro-CT fornisce una valutazione migliore delle strutture anatomiche fini grazie alla possibilità di utilizzare un tempo di esposizione più lungo (~40 min) e una dimensione del voxel più piccola (19.6 μm) rispetto al CBCT (tempo di esposizione: 20 sec; dimensione del voxel: 120–150 μm) durante la procedura di scansione. Inoltre, la possibilità dei dispositivi micro-CT di acquisire proiezioni di imaging utilizzando un grado di rotazione più elevato del campione (360°) rispetto all'unità CBCT Planmeca (200°) ha consentito lo sviluppo di modelli 3D più accurati e dettagliati dello spazio del canale radicolare.

Anche se il sistema CBCT utilizzato nello studio attuale potrebbe essere ostacolato da una risoluzione spaziale insufficiente e uno spessore di slice, questa limitazione era ristretta solo a configurazioni anatomiche più complesse in cui erano presenti ramificazioni fini, ma non nelle configurazioni dei canali radicolari di tipo I e II di Vertucci. Tuttavia, sono necessari ulteriori studi per valutare la capacità dei nuovi scanner CBCT con dimensioni di voxel inferiori a 80 μm per rilevare strutture anatomiche minime del sistema del canale radicolare. Inoltre, altre variabili come osso, tessuti molli e lievi movimenti del campione, che sono presenti durante l'acquisizione CBCT in un contesto clinico, devono essere incluse negli esperimenti futuri (Hassan et al. 2012).

È importante sottolineare che la tecnica di chiarificazione, i sistemi di imaging micro-CT e CBCT hanno ambiti diversi; mentre le prime due metodologie sono utilizzate solo negli studi di laboratorio, la tecnica CBCT è comunemente usata come ausilio diagnostico in endodonzia clinica. Pertanto, in un contesto clinico, quando risultati anomali sono evidenti su film digitali periapicali o variazioni vengono rilevate con ingrandimento, potrebbe essere impossibile valutare efficacemente il sistema del canale radicolare. In queste situazioni, è sensato utilizzare il CBCT per una diagnosi ulteriore. Pertanto, le tecniche CBCT possono ancora fornire informazioni cliniche utili. D'altra parte, nonostante la limitata applicabilità clinica della tecnologia micro-CT, questo metodo si è dimostrato essere l'attuale metodo di riferimento per lo studio ex vivo dell'anatomia del canale radicolare e consente confronti futuri e miglioramenti continui degli scanner CBCT.

Conclusioni

L'accuratezza nell'identificazione della configurazione del canale nella radice mesiale dei primi molari mandibolari è stata fortemente influenzata dal metodo di valutazione e dal tipo di anatomia. La rilevazione della configurazione di tipo I di Vertucci in denti chiarificati è stata significativamente bassa, mentre la configurazione di tipo II poteva essere rilevata da entrambi i metodi. Nelle radici mesiali che mostrano configurazioni anatomiche variabili, né il CBCT né i metodi di chiarificazione sono stati accurati nel rilevare la corretta anatomia del canale.

Autori: 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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