利用数字显微镜和光学相干断层成像技术对超声根端处理和封闭裂纹形成和扩展的评估

摘要

客观的本研究旨在通过使用数字显微镜（DM）和光学相干断层扫描（OCT）确定（1）根端切除、超声根端准备和根端填充对裂纹形成和扩展发生率的影响；（2）将OCT与microcomputed tomography（micro-CT）作为参考标准，比较OCT在裂纹检测方面的性能。方法．对30例拔除的下切牙进行根管治疗，并进行根端切除和超声根端腔预备。然后，这些牙齿被分成三组( ，根端腔不填充或填充三氧化二胺(mineral trioxide aggregate, MTA)或超eba。根端切除、超声根端预备、根端充填后，分别用OCT和DM观察切除面，记录不完全裂纹和完全裂纹的频率。2周、1个月、2个月后再次观察，以2个月后micro-CT扫描为金标准。结果．DM结果显示47%的根端切除标本和87%的超声准备标本有牙本质裂纹形成。超声制备后，没有裂纹扩展为完整裂纹，但形成了新的裂纹。MTA和super-EBA对裂纹形成没有影响。OCT与DM的Spearman相关系数为0.186(极弱相关; )．与micro-CT相比，OCT的敏感性和特异性分别为0.50和0.55,DM的敏感性和特异性分别为1.00和0.35。McNemar试验显示OCT和DM之间有显著差异( )．结论．根尖切除和超声预处理可形成牙本质裂纹。OCT和DM对裂纹的检测频率不同，相关性很弱。DM的灵敏度高于OCT。

1.导言

根管治疗的预后取决于几个因素。显微外科手术程序的改进，如使用牙科手术显微镜、微型器械、超声尖和使用更生物相容性的封闭材料，提高了显微外科牙髓学的成功率[1］.然而，牙本质缺损是影响根管显微手术结果的不利因素之一;根据最近一项关于根管显微手术的前瞻性研究，在术后1年和3年的随访中，完整的根比有牙本质缺损的根获得了更好的结果[2］.

在显微外科根管治疗中，牙本质缺陷的原因已经被研究过，重点是超声根端预备的影响[2- - - - - -4].在切除的根端，超声根端处理后的裂纹明显多于单纯根端切除后的裂纹[3.]超声波装置的功率设置对裂纹形成有影响，与低频设置相比，高频设置显示更多裂纹[3.］.与bur空腔制备相比，超声空腔制备显著提高了根端空腔壁裂纹形成的发生率[5］.此外，通过超声根端预备前后的外科手术显微镜检查发现，超声根端预备可使原有牙本质缺陷扩展[4]然而，超声波根端处理与裂纹形成和/或扩展的关联似乎仍有争议，因为一些研究未能检测到超声波设备的使用对切除根端裂纹形成和/或扩展的任何重大影响[6，7］.

光学相干断层扫描(OCT)以前已被证明是一种观察牙釉质裂纹和牙本质裂纹的成功诊断方法[8］.它首先被用于眼科，随后被用于不同的医学和牙科领域[9]。它可以观察地下微结构的横截面图像。横截面图像是通过称为A扫描的回波时间延迟的多个轴向测量生成的。多个A扫描生成B扫描，形成二维横截面图像。通过灰度显示的组织变化根据光学特性而不同组织学[8，10］.在OCT下，由于空气或水与牙本质的折光指数不同，牙本质中的裂纹线应呈现为白线。牙本质的折光指数计算为1.55 [11]空气和水的折射率分别为1.00和1.33[12］.

三氧化三矿集料(MTA)由于其优异的密封能力和生物相容性，已被用作根端充填材料的选择[13，14］.MTA凝结时间较长，约为2 h 45 min，其抗压强度在21 d以上均有提高[15］.在MTA-牙本质干扰处，由于吸水和磷灰石晶体的形成，MTA显示凝结膨胀[7];坐封期间和/或坐封后的膨胀可能产生诱导力，导致裂纹扩展[16]，虽然膨胀可以被认为是其良好密封能力的一种机制[7］.凝结力对牙本质也有一定影响。然而，这些力对根裂纹形成和/或扩展的影响尚未得到解决。

本研究的目的是:(1)利用数字显微镜(DM)和OCT，确定根端切除、超声准备和根端填充对切除的根端裂纹形成和扩展发生率的影响;(2)OCT检测裂纹的准确性。本研究假设根端切除、超声根端空腔预备和根端填充对裂纹的形成和/或扩展没有影响。第二种假设是OCT和DM之间没有关系。

2.材料和方法

2.1.牙齿的选择和准备

在东京医科和牙科大学的根管实验室中，从盛有蒸馏水的容器中随机选择30颗下颌切牙，这些切牙没有龋齿、修复和根管治疗(患者的年龄、性别和种族未知)。本研究由东京医科和牙科大学的机构审查委员会批准。d2014 - 033)。使用数字x线系统(Dentnavi, Yoshida, Tokyo, Japan)拍摄x线片，选择下颌单管门牙。样品保存在磷酸盐缓冲盐水(PBS;Nippon Gene，东京，日本)在37.0°C的水浴(Thermax TM-2A, AS ONE，大阪，日本)中浸泡一周。

样品根部覆盖一层铝箔并嵌入丙烯酸树脂（Unifast III，GC，东京，日本）。之后，去除带有铝箔层的样品，并使用亲水性乙烯基聚硅氧烷印模材料（Exafine regular type，GC）将牙冠置于牙根周围以模拟牙周膜。牙冠分为2个部分使用水冷低速锯（美国伊利诺伊州布勒湖布拉夫IsoMet，Buehler）在近端牙骨质交界处上方mm处进行冠状面检查。

根管预备使用ProTaper NEXT (PTN)旋转器械(Dentsply Sirona, Ballaigues, Switzerland)，由根管运动(X-Smart Plus, Dentsply Sirona)驱动。使用ProTaper SX器械(Dentsply Sirona)进行冠状扩张后，使用ProTaper NEXT X1、X2和X3器械进行根管预备，使用刷牙运动，旋转速度为300pm，转矩为200g /cm。每次更换器械后用2 ml 6% NaOCl (Purelox, Oyalox, Tokyo, Japan)冲洗管。运河收到仪器后,准备最后一个灌溉的序列5毫升的14%乙二胺四乙酸(昭和Yakuhin Kako,东京,日本)使用纸2分钟和干点,然后,闭塞了杜仲胶点(GC)和封口机(啊+,Dentsply Sirona)使用冷侧冷凝技术。

使用牙科手术显微镜(ManiScope, Mani, Tochigi, Japan)，在100 V、130 W的LED灯下，总放大15倍完成根端切除、根端空腔预备、根端充填。根尖切除术是使用#701横切裂刺(Dentsply Sirona)在高速手机(盛田，京都，日本)中使用水冷剂以90度向根长轴方向去除根尖3mm。使用超声装置(盛田，日本京都)和超声后端装置(Solfy Retro Tip R2，盛田)制备逆行腔，深度为3毫米，功率设置为5，水冷却剂。

样本随机分为三组( ，各)，根据材料进行根尖充填;MTA组和EBA组分别填充白色ProRoot MTA (Dentsply Sirona)和超EBA快凝(Harry J. Bosworth, Skokie, IL, USA)，对照组不进行封闭。用空气喷雾干燥空腔后，用MTA和EBA两组填充空腔。用无菌水将MTA按3:1粉剂与水的比例混合，逐渐放入腔内。材料用塞子(Sacred, Sialkot, Pakistan)进行浓缩，然后用球抛光器(Sacred, Sialkot, Pakistan)抛光，以去除多余的部分。将Super-EBA按照制造商的指示以4:1的粉液比混合，直到其达到类似油灰的稠度，并以与MTA组相同的方式递增放置和抛光。样品保存在37.0°C的PBS中。

2.2.显微CT成像作为参考标准

每个样本使用microfocus X射线计算机断层扫描（micro-CT）（日本京都岛津inspeXio SMX-100CT）进行两次扫描：在进行任何排除现有骨折或裂纹的治疗之前和根端切除填充两个月之后。暴露参数设置为80 千伏和130伏 μ体素大小为20的 μm。

2.3.OCT扫描

在根端切除、超声准备和根端填充后，使用扫描源OCT (Santec OCT-2000, Santec Co.， Komaki, Japan)对每个样本进行扫描。随访扫描也分别在两周、一个月和两个月进行。该系统由扫描源HSL(高速激光源)、mach - zehnder型干涉仪、内视OCT成像软件、显微探针和可调工作台组成。光束从探头平行于样品的长轴投影。OCT系统的中心波长为1310 nm，扫描速率为20 kHz。激光功率小于10mw，符合美国国家标准协会的限制。该系统在空气中的轴向分辨率为11μM，等于7μM，折射率约为1.5。每个图像的大小是体素，对应于嗯。

2.4.数字显微镜观察

使用数字显微镜(DM;VH-8000, Keyence，大阪，日本)，40倍放大，外部LED光源(Iris, Iris Ohyama Group, Kakuda，日本)，100 V和14 W。在DM观察前，用微刷(Micro Applicator PICO, B.S.A. Sakurai, Nagoya, Japan)将亚甲基蓝染料(Weldeck, Munster, Germany)涂抹至根尖表面，用生理盐水冲洗(Otsuka Pharmaceutical, Tokushima, Japan)，并用纱布擦干(Hakujuji Medical Product, Tokyo, Japan)。在根尖切除、超声准备、根端填充后立即进行DM观察。DM随访扫描与OCT扫描同时进行。

2．5．牙质的裂缝评价

对于OCT，使用Amira软件(Amira 5.6, FEI Visualization Sciences Group, Burlington, MA, USA)构建根尖部横断面图像，形成动画视频(20秒，600帧)。将根端切除、超声准备、根端填充后的根尖表面OCT视频与DM图像进行比较。将DM图像和OCT视频随机导入Microsoft PowerPoint程序(Microsoft Office 2010;微软公司，西雅图，华盛顿州，美国)的电脑(LG E2250;LG电子、英国)。该评估是由一位有牙医经验的评估者(Y.I.)完成的，他是东京医学和牙科大学牙髓生物和牙髓学系的OCT使用者。在评估前，评估者通过检查OCT动画和DM图像(本研究未包括在内)进行15分钟的培训。

牙本质裂纹分级为(0)完整;(1)牙体局部裂，由管壁延伸至牙本质;(2)当牙本质从管口延伸到牙骨质时，牙本质完全裂开(图)1)．当牙本质部分裂纹扩展为完整裂纹时，对其扩展进行了评估。这个实验是单盲试验;这些图片被B.R.放在PowerPoint中，然后盲目地交给评价者。

2.6。统计分析

采用SPSS统计v 22软件（SPSS，Chicago，IL）进行统计分析。敏感性、特异性、阳性预测值（PPV）和阴性预测值（NPV）确定OCT和DM与micro CT的关系。Spearman相关系数用于比较裂纹形成的频率。McNemar试验用于检查DM和OCT之间裂纹检测的频率是否有显著性。

3.结果

数字2（a）一个和2（b）A显示了有代表性的DM图像，显示了根端切除后的裂纹形成。DM观察分别检测到47%和87%的样本在根端切除和超声根端腔预备后形成裂纹。40%的切除表面在超声预备后出现了新的牙本质裂纹，而只有3%有从局部裂纹扩展到完全裂纹的牙齿裂纹。

(一)

(b)

数字2（a）B和2（b）B展示具有代表性的OCT图像及其相应的DM图像。牙本质对比度的差异在图中清晰可见2（a）B;裂缝线可视为高背散射强度引起的白线，如图所示2（b）B.OCT检测到40%的样品在根端切除后形成裂纹，30%的样品在超声波根端空腔制备后形成裂纹。三组在不同时间间隔进行170次观察后，OCT和DM之间的Spearman相关系数为0.186（非常弱的相关性），与值=0.015。此外，McNemar的测试显示，DM和OCT之间存在显著差异，且存在显著差异值< 0.05。

DM检测裂纹频率的Spearman相关系数在同一时间点的组间比较和同一组内的组间比较中均无显著差异．对照组、MTA组和EBA组超声准备后和两个月后的Spearman相关系数分别为0.61、1.00和0.82。

在显微外科手术两个月后，通过micro-CT观察到三组患者的裂缝形成率为30%。MTA和EBA对裂纹频率没有影响(2个月时分别为20%和30%)，spearman相关系数较强(0.71， )．表格1显示DM和OCT检测牙本质裂纹形成的总体敏感性、特异性、PPV和NPV（得分0与得分1和2）。


	灵敏度	特异性	PPV	净现值

10月	0．50	0．55	0.36	0．69
DM	1．00	0．35	0．43	1．00

4.讨论

在这项研究中，使用两种诊断技术评估了牙髓根端手术期间牙本质裂纹的形成，即使用亚甲蓝染料的DM和OCT。在根端切除后，使用DM可以清楚地观察到裂纹，在超声根端空腔制备后检测到新裂纹的形成，而现有的部分裂纹没有扩展成完整的裂纹。研究结果可能支持超声根端预备导致牙本质裂纹形成和/或扩展的观点，这与使用不同类型显微镜作为检测牙本质裂纹诊断方法的多项研究一致[3.，5].然而，一些研究没有显示超声波后处理后有任何裂纹形成[6，17］.此外，目前的研究结果与之前的一项研究形成了对比，该研究表明超声准备可以扩展现有的裂缝，同时仍然可以安全地用于完整的牙齿。这一发现是通过外科手术显微镜和发光二极管显微镜诊断探针光获得的[4].研究之间的差异可能是由于实验条件的不同，并表明裂纹检测可能具有技术敏感性。

在本研究中，将样品置于37.0°C水浴中的PBS溶液中，以模拟口腔状况，并防止可能导致牙齿裂纹的牙本质干燥。此外，将印模材料作为PDL模拟物放置，通过允许有限的自由移动，将旋转器械引起的裂纹线降至最低[18］.

在DM下，放大以及使用亚甲基蓝染料和外部光线显示出表面银纹状结构，可能包括micro CT未检测到的微裂纹，导致假阳性数量增加，特异性和PPV降低。

MTA和super-EBA是常用的根端填充材料，由于根端填充材料的凝结膨胀力和凝结力可能携带产生导致裂纹形成/扩展的力，因此本研究评估了这两种材料对裂纹形成和/或扩展的影响。本研究中，对照组、MTA组、EBA组在所有随访评价中裂缝形成情况均无显著差异。因此，在目前的实验条件下，根端填充不是导致裂缝形成和/或扩展的因素。

OCT系统是一种无创、无辐射成像技术，用于构建内部生物结构和材料的横截面图像。OCT的诊断能力使眼科医生可以在不直接接触的情况下看到不同层次的视网膜。它也被用作冠状动脉粥样硬化的诊断方法，与一种用作光纤的改良导管[19]OCT的应用逐渐扩展到皮肤科等其他领域[20.),神经学,21),和牙科。在牙科，OCT系统能够诊断咬合、近端和宫颈龋[8]它还用于比较复合修复体下间隙形成中的不同粘合材料[22，23］.珐琅裂纹探测[10，垂直根骨折，[24，以及牙科复合裂缝[25均曾使用OCT诊断。

在本实验条件下，OCT检测牙本质裂纹线的性能总体上低于DM，尤其是灵敏度和NPV均低于DM。据我们所知，此前还没有将DM结果与micro-CT结果进行比较，而micro-CT已在多项研究中作为评价OCT结果的参考标准[26，27］.斯皮尔曼相关性DM和10月低除了低敏感性和特异性的10月McNemar检验法测试显示显著区别DM和10月10月的低性能的原因之一可能是10月的分辨率不够高,导致有些模糊的图像没有明确的界线。使用噪声滤波器(s)可以提高OCT的可靠性，因为最近的一项研究报告，使用边缘增强滤波器，增强裂纹线和背景之间的对比，提高了釉质裂纹形成的检测[28］.

此外，牙本质的光学特性可能影响OCT检测牙本质裂纹的能力。与牙釉质不同，牙本质的光传播不是各向同性的。光主要由小管散射，其方向影响光散射[11］.与小管和管内牙本质相比，小管周围牙本质的折射率高，因此光反射更多发生在其上[29］.根管周围的牙本质与裂纹线之间的低对比度使得局部牙本质裂纹的形成难以识别。

综上所述，第一个假设“无论是立即还是随访，根端切除、超声准备和根端填充材料对裂纹的形成和/或扩展都没有影响”部分被拒绝，因为DM检测到根尖切除和超声根端准备后裂缝形成的发生率增加。第二个假设，OCT和DM之间没有关系被接受。

5.结论

亚甲蓝染色的DM观察表明，超声根端预备诱导裂纹形成，而根端填充材料（MTA或super EBA）的类型在两个月内对牙本质裂纹的形成没有影响。OCT和DM显示不同的裂纹检测频率，相关性很弱。与OCT相比，DM显示出更高的敏感性。

数据可用性

在本研究中使用和/或分析的数据集可从通讯作者在合理要求。

利益冲突

作者声明没有利益冲突。

致谢

本研究由科学研究补助金(B)(批准号:17K17120)。

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