Analisi della microtomografia computerizzata della morfologia del canale radicolare dei canini mandibolari monoradicolati

Abstract

Obiettivo: Indagare l'anatomia dei denti canini mandibolari a radice singola utilizzando la microtomografia computerizzata (μCT).

Metodologia: Cento canini mandibolari umani a radice singola e dritti sono stati selezionati da un pool di denti estratti e valutati utilizzando la μCT. L'anatomia di ciascun dente (lunghezza delle radici, presenza di canali accessori e delta apicale, posizione e diametro maggiore del forame apicale e distanza tra i punti di riferimento anatomici) così come gli aspetti morfologici bidimensionali e tridimensionali del canale (area, perimetro, fattore di forma, rotondità, diametro maggiore e minore, volume, area superficiale e indice di modello strutturale) sono stati valutati. I risultati dell'analisi morfologica in ciascun terzo del canale sono stati confrontati statisticamente utilizzando il test di Friedman (α = 0.05).

Risultati: La lunghezza delle radici variava da 12.53 a 18.08 mm. Trentauno campioni non avevano canali accessori. La posizione del forame apicale variava considerevolmente. La distanza media dall'apice radicolare al forame apicale maggiore era di 0.27 ± 0.25 mm, e il diametro maggiore del forame apicale maggiore variava da 0.16 a 0.72 mm. I diametri maggiori e minori medi del canale a 1 mm dal forame erano rispettivamente 0.43 e 0.31 mm. In generale, l'area media, il perimetro, il fattore di forma, la rotondità, i diametri maggiori e minori, il volume, l'area superficiale e l'indice di modello strutturale (SMI) erano 0.85 ± 0.31 mm², 3.69 ± 0.88 mm, 0.70 ± 0.09, 0.59 ± 0.11, 1.36 ± 0.36 mm  e  0.72 ± 0.14 mm,  13.33 ± 4.98 mm³, 63.5 ± 16.4 mm² e 3.35 ± 0.64, rispettivamente, con una differenza statistica significativa tra i terzi (P < 0.05).

Conclusioni: L'anatomia e la morfologia del canale radicolare dei canini monoradicolati variavano ampiamente a diversi livelli della radice.

Introduzione

Il ruolo principale degli studi di laboratorio è sviluppare condizioni ben controllate che siano in grado di confrontare in modo affidabile determinati fattori. Il principale fattore confondente degli studi ex vivo è l'anatomia del sistema del canale radicolare in fase di indagine. Di conseguenza, i risultati potrebbero dimostrare l'effetto dell'anatomia del canale piuttosto che la variabile di interesse (De-Deus 2012). In generale, il metodo più comune per la selezione dei campioni nella ricerca endodontica è stata la radiografia. Tuttavia, l'accuratezza della radiografia nella valutazione della morfologia del sistema del canale radicolare è ridotta perché fornisce solo un'immagine bidimensionale di una struttura tridimensionale (Pascon et al. 2009). Inoltre, l'anatomia del canale radicolare è stata valutata utilizzando tecniche di chiarificazione, sezioni longitudinali e trasversali e microscopia elettronica a scansione (Vertucci 1984). Tuttavia, questi metodi sono invasivi e, pertanto, non possono riflettere accuratamente la morfologia dell'oggetto in studio (Versiani et al. 2011a).

Negli ultimi anni, la microtomografia computerizzata (μCT) ha acquisito un'importanza crescente nello studio dei tessuti duri in endodonzia poiché offre una tecnica riproducibile che può essere applicata sia quantitativamente che qualitativamente per la valutazione tridimensionale del sistema del canale radicolare (Peters et al. 2001, Versiani et al. 2011a, b, 2012). Di conseguenza, questo metodo potrebbe migliorare l'abbinamento dei denti per aumentare la validità interna degli esperimenti ex vivo .

Nella ricerca endodontica, sono stati utilizzati diversi gruppi di denti. Tra questi, il canino mandibolare monoradicolato è stato ampiamente utilizzato per testare materiali e tecniche (Spångberg 1990). Sebbene la sua morfologia sia stata precedentemente studiata (De-Deus 1975, Vertucci 1984, Pécora et al. 1993), non sono state condotte ricerche per valutare la sua anatomia in dettaglio utilizzando la tomografia computerizzata ad alta risoluzione. Pertanto, considerando che una comprensione approfondita delle variazioni nella morfologia del canale radicolare del canino monoradicolato è essenziale per il suo uso sperimentale nella ricerca endodontica, così come per superare problemi legati alle procedure di modellamento e pulizia, lo scopo di questo studio ex vivo era di investigare l'anatomia del canale radicolare di denti canini mandibolari umani monoradicolati estratti utilizzando la microtomografia computerizzata.

Materiali e metodi

Dopo l'approvazione del comitato etico, sono stati selezionati casualmente cento denti canini mandibolari umani a radice singola, dritti, con apici completamente formati e un singolo canale radicolare da un pool di denti estratti, decoronati e conservati in fiale di plastica individuali etichettate contenenti una soluzione di timolo allo 0,1%. Dopo essere stati lavati in acqua corrente per 24 ore, ogni dente è stato asciugato, montato su un attacco personalizzato e scansionato in un scanner μCT (SkyScan 1174v2; Bruker-microCT, Kontich, Belgio) a una risoluzione isotropica di 19,6 μm.

Le immagini di ciascun campione sono state ricostruite dall'apice fino al livello della giunzione cemento-smalto con software dedicato (NRecon v. 1.6.3; Bruker-microCT), fornendo sezioni trasversali assiali della struttura interna dei campioni. Per ogni dente, è stata eseguita una valutazione per l'intera lunghezza del canale (circa 790 sezioni) per un totale di 79 035 sezioni. Il software Data-Viewer v. 1.4.4 (Bruker-microCT) è stato utilizzato per valutare la lunghezza delle radici, la presenza di canali accessori e delta apicali, la posizione del forame apicale maggiore e la distanza tra vari punti di riferimento anatomici all'apice. È stato misurato anche il diametro maggiore del forame apicale maggiore, così come i diametri buccolinguale e mesio-distale del canale radicolare a 1 mm dal forame apicale. Il software CTAn v. 1.12 (Bruker-microCT) è stato utilizzato per la valutazione bidimensionale (area, perimetro, fattore di forma, rotondità, diametro maggiore e diametro minore) e tridimensionale (volume, area superficiale e indice del modello di struttura) del canale radicolare.

Area e perimetro sono stati calcolati utilizzando l'algoritmo di Pratt (Pratt 1991). L'aspetto della sezione trasversale, di forma rotonda o più simile a un nastro, è stato espresso come rotondità e fattore di forma. La rotondità di un oggetto bidimensionale discreto è definita come 4.A/(p.[d_max]²), dove 'A' è l'area e 'd_max' è il diametro maggiore. Il valore della rotondità varia da 0 a 1, con 1 che indica un cerchio. Il fattore di forma è calcolato dall'equazione (4.p.A)/P², dove 'A' e 'P' sono rispettivamente l'area e il perimetro dell'oggetto. L'allungamento degli oggetti individuali porta a valori più piccoli del fattore di forma. Il diametro maggiore è definito come la distanza tra i due pixel più distanti in quell'oggetto. Il diametro minore è definito come la corda più lunga attraverso l'oggetto che può essere tracciata nella direzione ortogonale a quella del diametro maggiore. Il volume è stato calcolato come il volume degli oggetti binarizzati all'interno del volume di interesse. Per la misurazione della superficie del set di dati multilivello tridimensionale, sono stati utilizzati due componenti per la superficie misurata in un piano bidimensionale; prima i perimetri degli oggetti binarizzati su ciascun livello trasversale e secondo le superfici verticali esposte dalle differenze di pixel tra le sezioni trasversali adiacenti. L'indice del modello strutturale (SMI) implica una misurazione della convessità della superficie in una struttura tridimensionale. L'SMI è derivato come 6.((S’.V)/S²), dove S è l'area superficiale dell'oggetto prima della dilatazione e S’ è la variazione dell'area superficiale causata dalla dilatazione. V è il volume dell'oggetto iniziale, non dilatato. Una piastra ideale, un cilindro e una sfera hanno valori SMI di 0, 3 e 4, rispettivamente (Hildebrand & Ru€egsegger 1997). I software CTVox v. 2.4 e CTVol v. 2.2.1 (Bruker-microCT) sono stati utilizzati per la visualizzazione e la valutazione qualitativa dei campioni.

I risultati delle analisi bidimensionali e tridimensionali di ciascun terzo del canale radicolare sono stati confrontati statisticamente utilizzando il test di Friedman con il livello di significatività impostato al 5%. L'analisi dei dati è stata eseguita con SPSS v. 17.0 per Windows (SPSS Inc, Chicago, IL, USA).

Risultati

La ricostruzione tridimensionale dell'anatomia interna ha rivelato che tutti i campioni avevano solo un canale radicolare principale (Fig. 1). La lunghezza delle radici misurata dall'apice alla giunzione cemento-smalto nel lato buccale della radice variava da 12.53 a 18.08 mm (15.57 ± 1.20 mm). Trentuno campioni non presentavano canali accessori (Fig. 2a), e quattro campioni avevano un canale laterale nel terzo medio (Fig. 2b). Non sono stati osservati canali accessori nel terzo cervicale dei campioni, e delte apicali sono state osservate in sei campioni (Fig. 2c). In 62 canini, il numero di canali accessori nel terzo apicale variava da 1 a 3, per un totale di 112 canali (Fig. 2d).

La posizione del forame apicale maggiore variava considerevolmente, tendendo agli aspetti disto-buccale (26%), distale (24%) e buccale (22%) della radice. In cinque campioni, il forame apicale coincideva con l'apice anatomico, ma la posizione del forame si trovava anche agli aspetti linguale (12%) e disto-linguale (11%) della radice.

Le dimensioni medie e le distanze (± SD) tra i punti di riferimento all'apice sono mostrate nella Fig. 3. La distanza perpendicolare dall'apice della radice al forame apicale maggiore variava da 0 a 1,06 mm (0,27 ± 0,25 mm). Il diametro maggiore del forame apicale maggiore era di 0,42 ± 0,13 mm, variando da 0,16 a 0,72 mm. Il diametro bucco-linguale del canale radicolare a 1 mm dal forame apicale variava da 0,26 a 0,52 mm (media di 0,43 mm) ed era più lungo del suo diametro mesio-distale che variava da 0,19 a 0,41 mm (media di 0,31 mm).

I risultati dell'analisi bidimensionale (area, perimetro, fattore di forma, rotondità e diametro maggiore e minore) e tridimensionale (volume, area superficiale e SMI) sono dettagliati nelle Tabelle 1 e 2, rispettivamente. È stata osservata una differenza statistica significativa tra i terzi cervicale, medio e apicale in tutti i dati analizzati (P < 0.05). Nel terzo apicale, area, perimetro, diametro maggiore, diametro minore, volume e area superficiale erano significativamente inferiori, mentre il fattore di forma, la rotondità e l'SMI erano significativamente superiori rispetto ai terzi medio e cervicale (P < 0.05). La Figura 4 mostra la configurazione bidimensionale del canale radicolare dimostrando che il suo aspetto trasversale variava a diversi livelli della radice nello stesso dente, includendo forme rotonde, ovali, piatte e irregolari.

Discussione

La conoscenza dell'anatomia del canale radicolare e delle sue variazioni è un requisito fondamentale per un trattamento endodontico di successo (Vertucci 2005). L'importanza dell'anatomia del canale è stata sottolineata da studi che dimostrano che le variazioni nella geometria del canale prima della pulizia e della modellazione avevano un effetto maggiore sui cambiamenti che si verificavano durante la preparazione rispetto alle tecniche di strumentazione (Peters et al. 2001). Lo scopo principale di questo studio era valutare i canini mandibolari con un singolo canale radicolare che si estendeva dalla camera pulpare all'apice (tipo I) (Vertucci 1974). È stato riportato che la prevalenza della configurazione del canale radicolare di tipo I nei canini mandibolari variava dal 78% al 98% del campione (Vertucci 1984, Pécora et al. 1993), ma occasionalmente, potrebbe avere due radici e due canali (Versiani et al. 2011a).

Sebbene i canini siano i denti più lunghi della bocca, è stata riportata una notevole variazione nella loro dimensione e forma (Pécora et al. 1993, Woelfel & Scheid 2002). Nel presente studio, la lunghezza delle radici variava da 12,53 a 18,08 mm (15,57 ± 1,20 mm). Questi risultati sono simili a quelli di Woelfel e Scheid (2002) che hanno riportato una lunghezza media di 15,9 mm (9,5–22,2 mm) su 316 canini mandibolari.

Un canale accessorio è stato definito come qualsiasi ramo del canale o della camera pulpare principale che comunica con la superficie esterna della radice, mentre un delta apicale è la presenza di più canali accessori all'apice o nelle sue vicinanze (American Association of Endodontists 2012). Nel presente studio, il 69% del campione aveva canali accessori situati nei terzi medio (n = 4) e apicale (n = 65). I delta apicali sono stati osservati solo nel 6% del campione. De-Deus (1975) ha indagato la frequenza, la posizione e la direzione dei canali accessori in 1140 denti umani utilizzando la tecnica di chiarificazione. Ha scoperto che solo tre su 44 canini mandibolari (6,8%) avevano uno o due canali accessori. Utilizzando lo stesso metodo, Vertucci (1984) ha valutato cento canini mandibolari e ha trovato delta apicali in sei denti e canali accessori nel 30% del campione, situati nei terzi cervicale (n = 1), medio (n = 5) e apicale (n = 24). Tali differenze potrebbero essere spiegate attraverso differenze nell'origine del campione o fattori razziali, così come nei metodi di valutazione. Tuttavia, questi risultati confermano l'evidenza che, nei canini mandibolari, i canali accessori sono più prevalenti nel terzo apicale (Vertucci 1984).

Il concetto classico dell'anatomia della radice apicale si basa su tre punti di riferimento anatomici e istologici: la costrizione apicale, la giunzione cemento-dentinale e il forame apicale (Kuttler 1955). Sebbene, teoricamente, sia desiderabile preparare il canale fino alla costrizione apicale (Ricucci & Langeland 1998), questo punto di riferimento presenta variazioni morfologiche che rendono la sua identificazione imprevedibile (Dummer et al. 1984). Nello studio presente, la tradizionale singola costrizione è stata osservata nel 52% del campione. Questo risultato è supportato da studi precedenti su diversi gruppi di denti, utilizzando la microscopia (Dummer et al. 1984) e micro-CT (Meder-Cowherd et al. 2011), in cui sono stati osservati diversi tipi di costrizione apicale.

Nello studio presente, la distanza dall'apice al forame maggiore variava da 0 a 1,06 mm (0,27 0,25 mm), e il posizionamento eccentrico del forame maggiore è stato riconosciuto in quasi tutti i campioni (95%), spesso situato sull'aspetto buccale della radice, come osservato in precedenza (Kuttler 1955, Chapman 1969, Burch & Hulen 1972, De-Deus 1975, Dummer et al. 1984, Blasković-Subat et al. 1992, Pécora et al. 1993, Vertucci 2005, Martos et al. 2009, 2010). Nella letteratura, la distanza media tra il forame apicale maggiore e l'apice radicolare anatomico nei canini mandibolari è stata riportata essere di 0,35 mm (Green et al. 1956), 0,47 ± 0,35 mm (Dummer et al. 1984), e 0,42 ± 0,32 mm (Martos et al. 2009), che erano superiori ai risultati presenti. Queste dissimilarità sono probabilmente correlate all'origine del campione, a fattori razziali e ai metodi di valutazione. Radiograficamente, un forame apicale situato buccalmente o lingualmente è sovrapposto alla struttura radicolare, rendendo difficile visualizzare il punto di uscita dello strumento (Nekoofar et al. 2006, Martos et al. 2009, 2010). Pertanto, lo spostamento del forame maggiore ha il potenziale di causare una misurazione errata del canale e potrebbe risultare in un'eccessiva strumentazione durante la preparazione del canale radicolare (Kuttler 1955, De-Deus 1975, Dummer et al. 1984, Wu et al. 2000, Nekoofar et al. 2006).

La posizione della giunzione cemento-dentinale varia considerevolmente. In generale, si trova a circa 1 mm dal forame maggiore e potrebbe non coincidere con la costrizione apicale (Nekoofar et al. 2006). Il suo diametro varia anche ampiamente ed è stato determinato essere 298 μm per i canini (Ponce & Vilar Fernandez 2003). Nel presente studio, i diametri bucco-linguali e mesio-distali medi del canale radicolare a 1 mm dal forame apicale erano rispettivamente 0.43 e 0.31 mm. Questi risultati sono in accordo con Wu et al. (2000) che hanno anche indagato i diametri dei canali nella regione apicale dei canini mandibolari e hanno trovato che i diametri bucco-linguali e mesio-distali medi a 1 mm dal forame maggiore erano rispettivamente 0.47 e 0.36 mm. Questi risultati hanno implicazioni definite per le procedure di modellatura e pulizia perché solo il diametro mesio-distale è evidente nelle radiografie. Inoltre, mostra che la dimensione del canale radicolare a 1 mm dal forame maggiore nei canini mandibolari è simile al diametro delle K-files di dimensione 35–45.

Il diametro del forame apicale maggiore è stato ritenuto il fattore più importante che influisce sulle prestazioni dei localizzatori apicali elettronici per misurare la lunghezza di lavoro (Nekoofar et al. 2006). Nello studio attuale, la dimensione media del forame apicale maggiore era simile alla punta di un K-file di dimensione 40 (0.42 0.13 mm), ma variava da 0.16 a 0.72 mm. Green (1956) ha anche studiato l'anatomia dell'apice radicolare di 50 canini mandibolari e ha trovato il diametro apicale simile a un K-file di dimensione 30. Considerando che il campione è stato raccolto in modo casuale, questa variazione potrebbe essere correlata alle condizioni fisiologiche e patologiche dei denti al momento dell'estrazione (Martos et al. 2009, 2010).

In generale, la valutazione qualitativa (Fig. 1) ha mostrato che il canale radicolare dei canini mandibolari era più ampio mesiodistalmente che buccolingualmente. Questa condizione era più evidente nel terzo cervicale rispetto ai terzi medio e apicale. I risultati dell'area, del perimetro, del volume e della superficie riflettevano questa caratteristica morfologica perché erano significativamente più elevati nel cervicale rispetto ai terzi medio e apicale. Sfortunatamente, questi risultati non possono essere confrontati con altri poiché non ci sono informazioni su questo argomento nella letteratura fino ad oggi. Pertanto, la rilevanza clinica di tali risultati deve ancora essere determinata. Tuttavia, questi parametri morfologici dovrebbero essere presi in considerazione quando si seleziona un campione negli studi di laboratorio, poiché le variazioni nella geometria del canale sono state considerate influenzare i risultati di tali studi (Peters et al. 2001).

I canali possono avere forme diverse in sezione trasversale a diversi livelli della radice dello stesso dente (Wu et al. 2000). Le rientranze nei canali di forma piatta, irregolare o ovale potrebbero non essere incluse in una preparazione rotonda creata dalla rotazione degli strumenti e, pertanto, rimangono non preparate (Wu et al. 2000, Vertucci 2005, Versiani et al. 2011b). Nello studio presente, l'aspetto in sezione trasversale è stato valutato utilizzando due parametri morfometrici: fattore di forma e rotondità. In generale, i risultati hanno mostrato che mentre il fattore di forma diminuiva dal terzo apicale al terzo cervicale, la rotondità aumentava. Ciò significa che il canale radicolare nel terzo apicale era più rotondo o leggermente ovale rispetto ai terzi medio e cervicale. È interessante notare che i risultati di questo studio non erano diversi da quelli ottenuti con metodi convenzionali (Wu et al. 2000). Tuttavia, gli algoritmi utilizzati nella valutazione μCT consentono una descrizione della forma del canale radicolare in modo matematico. In questo modo, i dati più importanti riguardanti l'aspetto in sezione trasversale dei canali radicolari erano la sua variazione. I valori minimi e massimi di rotondità e fattore di forma in tutti i terzi erano simili, nonostante la significativa differenza delle medie osservate tra i terzi. Ciò significa che lo stesso canale può avere forme in sezione trasversale diverse lungo la radice.

Lo SMI descrive la geometria simile a una piastra o a un cilindro di un oggetto (Hildebrand & Rüegsegger 1997) ed è stato utilizzato per valutare la geometria dei canali radicolari (Peters et al. 2000, Versiani et al. 2011a,b, 2012). Lo SMI è determinato da un ingrandimento infinitesimale della superficie, mentre il cambiamento di volume è correlato ai cambiamenti dell'area superficiale, cioè alla convessità della struttura. Questi dati tridimensionali sono impossibili da ottenere utilizzando tecniche convenzionali come radiografie o rettifica. Se una piastra perfetta viene ingrandita, l'area superficiale non cambia, producendo un SMI di zero. Tuttavia, se un'asta viene espansa, l'area superficiale aumenta con il volume e lo SMI è normalizzato in modo che le aste perfette ricevano un punteggio SMI di 3 (Peters et al. 2000). In generale, lo SMI medio variava da 2.20 a 2.54, il che indica che i sistemi di canali radicolari avevano una geometria simile a un tronco di cono. Tuttavia, è stata osservata anche una grande discrepanza tra i valori minimi e massimi di SMI in tutti i terzi (0.52–3.61). Se queste dissimilarità dei parametri morfologici in ciascun terzo non venissero prese in considerazione durante la selezione del campione negli studi ex vivo , potrebbero compromettere i risultati.

Ex vivo esperimenti sono stati frequentemente utilizzati per valutare materiali e tecniche in odontoiatria. In endodonzia, una varietà di denti è stata utilizzata in esperimenti di laboratorio, inclusi incisivi centrali mascellari, premolari, molari e canini. La riproduzione della situazione clinica può essere considerata il principale vantaggio dell'uso di denti umani estratti. D'altra parte, la vasta gamma di variazioni nella morfologia tridimensionale dei canali radicolari rende difficile la standardizzazione (Hülsmann et al. 2005). Pertanto, se il bias di selezione non viene preso in considerazione quando viene selezionato il campione, alcune conclusioni tratte potrebbero essere errate. Sulla base dei dati μCT, dovrebbe essere possibile migliorare ulteriormente la selezione del campione utilizzando parametri morfologici consolidati per fornire una base coerente. Poiché lo stato delle attuali conoscenze sull'anatomia dei canali radicolari avanza rapidamente, la chiarificazione degli scopi dei protocolli di selezione del campione può assistere i ricercatori nel campo ad arrivare a conclusioni significative (De-Deus 2012).

Conclusioni

L'anatomia e la morfologia del canale radicolare del canino monoradicolato variavano ampiamente a diversi livelli della radice. In sintesi:

1. La lunghezza media delle radici dei canini mandibolari era di 15.57 ± 1.20 mm;

2. Non sono stati osservati canali accessori nel terzo cervicale, e i delta apicali sono stati osservati solo nel 6% del campione;

3. La posizione del forame apicale maggiore variava considerevolmente, tendendo verso l'aspetto buccale della radice;

4. La distanza media dall'apice radicolare al forame apicale maggiore era di 0.27  0.25 mm;
5. La dimensione media del forame apicale maggiore era di 0.42 ± 0.13 mm;

6. Nel terzo apicale, area, perimetro, diametro maggiore, diametro minore, volume e superficie erano significativamente inferiori, mentre il fattore di forma, la rotondità e l'SMI erano significativamente superiori rispetto ai terzi medio e cervicale.

Autori: M. A. Versiani, J. D. Pécora & M. D. Sousa-Neto

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