下颌第一前磨牙的形态特征与根管系统解剖的相关性分析

徐青清,王宇萌,李梦圆,张悦蓉,徐 海,江 飞,张光东

根管治疗是治疗牙髓炎和根尖周炎最基本、最有效的方法。临床意义上成功的根管治疗包括去除炎症或坏死的牙髓组织,清洁、成形和充填根管[1]。超过98%的下颌第一前磨牙只有一个牙根[2],然而以往临床数据显示,14%～25%的病例可能存在多个根管[2-3],因下颌第一前磨牙根管形态复杂,难以彻底清洁、成形、有效封闭,可能导致根管内微生物和坏死组织持续存在,使根管治疗有更大的失败风险[4-5]。

在各种分类系统中,Vertucci分类[6]被广泛用于研究各种牙齿的根管形态。近年,锥形束计算机断层扫描(cone-beam computer tomography,CBCT)被引入临床,CBCT可以在不需要准备样本或破坏牙齿的前提下,提供高精度的根管解剖的二维和三维分析图像[7-8]。然而CBCT一次曝光的有效辐射剂量远高于全景片(dental panoramic tomograms, DPTs)[9],根据美国牙体牙髓病协会(AAE)与美国口腔颌面放射学学会(AAOMR)联合声明中关于CBCT在牙髓病学使用中“ALARA”(as low as reasonably achievable)的原则[10],目前CBCT并非根管治疗常规检查手段,临床以根尖片或者全景片为主要辅助检查手段。相关文献指出,根尖1/3影像的变化有助于提醒临床医生多根管的存在[11],然而Robinson等[12]的研究表明,多根管在颊舌面易产生重叠影像,造成根管遗漏,此特征性表现也可能出现在单根管中,这都会干扰临床医生对根管形态的判断。

本研究旨在借助CBCT识别根管系统的解剖形态,同时结合临床参数与全景片影像参数建立模型,判断根管形态发生变异的可能性,为临床治疗提供参考。

1 资料与方法

本研究由南京医科大学伦理委员会批准(批准编号:PJ2017-064-001)。在涉及人类参与者的研究中进行的所有程序都符合机构和/或国家研究委员会的道德标准,并符合1964年《赫尔辛基宣言》及其后来的修正案或类似的道德标准。所有参与者签署知情同意书。

1.1 一般资料

本研究包括2020—2022年在南京医科大学附属口腔医院就诊的因牙科诊断/治疗计划(如囊肿和肿瘤的诊断、种植部位的评估、种植牙的详细检查)等需行CBCT与全景片影像检查的患者。在这项研究中,所有下颌第一前磨牙均符合以下资格标准:患者年龄16～70岁;牙根发育完整,根尖闭合;无牙根吸收、钙化或任何相关的根尖周病变;无纵裂;无龋病、根管治疗、根管充填或修复;影像资料清晰。因正畸治疗或任何其他原因拔除单侧或双侧前磨牙的病例被排除在外。根据以上标准,筛选266例患者,其中男138例,女128例,平均年龄(38.23±14.49)岁,共计收集532例下颌第一前磨牙的影像资料。

1.2 方法

患者基本信息记录:姓名、性别、牙位以及年龄。其中“男性”记为1。年龄取整,以10岁为间隔,分为5个组别,即:16～25岁、26～35岁、36～45岁、46～55岁、>55岁。以上信息纳入临床参数。

1.2.1 CBCT图像采集与分析

CBCT图像采集使用CBCT扫描仪(NewTom 5G, QR SRL, Verona, 意大利)。技术参数:110 kVp,10 mA,体素大小为0.2 mm,曝光时间为3.6～4.8 s,图像层厚度为0.3 mm。通过计算原始体积,得到轴向图像。拍摄工作由1名放射主管技师完成,数据均以DICOM 3.0格式保存。

所有图像以随机顺序提交给2名接受过CBCT评估训练的牙体牙髓科医生,并使用相同数字成像和医学通信查看器和处理软件(Mimics Research 21.0,Materialise公司,比利时),在同一显示器上进行评估,医生被允许使用可用的图像增强选项(密度、对比度和放大率)。2名医生独立审阅图像,并经一致性检验(Kappa=0.902)。有争议的根管形态再请经验丰富的口腔影像科医生进行评估。测量标准与方法主要根据教科书《口腔解剖生理学》内容,具体如下[13-14](图1)。

A:示意图;B:CBCT上实际测量操作图1 下颌第一磨牙CBCT测量长度模式图与操作方法Fig.1 Measurement of the first mandibular premolars′ length pattern diagram and operation method by CBCT

牙根数:根分叉部位在根中与根尖1/3交界之上的为独立牙根, 在根中与根尖1/3交界之下的定义为单根;根管形态:根据Vertucci分类分析根管系统形态(图2),Ⅰ型为单根管,其余为复杂根管。在轴位图自上而下记录近远中径(MDD)与颊舌径(BLD),MDD:牙冠近中面与远中面之间的最大垂直距离;BLD:牙冠颊面最突点与舌面最突点之间的距离。

图2 Vertucci分类8种根管构型Fig.2 Eight root canal configurations of Vertucci classification

Vertucci分类定义如下[6]。Ⅰ型(1-1型):单一根管从髓室底延伸至根尖孔,单根管口、单根尖孔;Ⅱ型(2-1型):2个独立的根管离开髓室底后,在近根尖融合为1个根管,两个根管口,单个根尖孔;Ⅲ型(1-2-1型):1个根管离开髓室后,在根中部分为2个独立的根管,在近根尖处又合成1个根管,开口为一个根管口;Ⅳ型(2-2型):2个独立的根管从髓室底一直到根尖开口于2个根尖孔,2个根管口,2个根尖孔;Ⅴ型(1-2型):1个根管从髓室底离开后向根尖方向延伸,而后分为2个根管,在根尖处形成2个根尖孔;Ⅵ型(2-1-2型):2个根管从髓室底向根尖方向延伸,根中合并为1个根管,再分开为2个根管,于根尖处形成2个根尖孔;Ⅶ型(1-2-1-2型):1个根管离开髓腔后,在根中部分为2个根管,然后再聚合成1个根管,最后在接近根尖处再分为2个独立的根管;Ⅷ型(3-3型):3个独立分开的根管由髓腔发出后分别开口于根尖部分。根据横截面形状对C形根管进行分类。

为了保证研究的可靠性,随机抽取20例CBCT样本,2位医生对样本的根管形态进行评估,由第三位影像科医生诊断作为金标准。盲法测量BLD与MDD,每个牙齿均测量3次,1周后再次测量,测量数值取平均值。

1.2.2 全景片数据测量

全景片图像使用全景机(Orthopantomograph OP200 D, Instrumentarium Dental公司,芬兰)。技术参数:66 kVp,5.0 mA,焦斑0.5 mm,曝光时间7.4 s。拍摄工作由同一放射主管技师完成,数据以DICOM 3.0格式保存。

在全景片下测量记录下颌第一前磨牙的各项长度,测量标准与步骤如下[13-15](图3)。

A:牙齿被分为两部分——牙冠和牙根;B:在水平方向上测量长度; C:记录根管影像消失时位置;D:全景片上实际测量操作图3 全景片测量长度方法示例Fig.3 Examples of length measurement method on DPTs

以釉牙骨质界为分界,将牙体分为牙冠与牙根两部分。牙冠部分横向为近远中径,分为最大近远中径(MMDD):牙冠近中面与远中面之间的最大垂直距离;牙颈部近远中径(CMDD):釉牙骨质界水平的近中面与远中面的距离;纵向为冠长(CL):牙尖至釉牙骨质界垂直距离。

牙根部分测量垂直向根长(RL):牙颈部近远中径至根尖的垂直距离;根管影像消失位点距离根尖的长度(记为DL):沿牙长轴记录根管影像消失的位点至根尖的距离。水平向近远中径分为三等分及二等分,自冠方向根方分别为:根颈1/3、根中1/2以及根尖1/3水平(分别记为2/3、1/2以及1/3)。

将根管的牙髓形态分为两种类型[16]。其一为逐渐狭窄的模式:根管影像向根尖似乎逐渐变窄(图4,例1、2)。其二为突然变化的模式:根管影像从某个位置突然变窄或突然消失(图4,例3、4)。

例1:在全景片上显示向根尖逐渐变窄,在CBCT上显示单个根管;例2:在全景片上显示向根尖逐渐变窄,在CBCT上显示根尖1/3的根管影像分叉;例3:全景片显示根尖1/3处突然变窄(白色箭头),在CBCT显示单个根管;例4:全景片显示根尖1/3处突然变窄(白色箭头),在CBCT上显示根尖1/3的根管影像分叉图4 CBCT、全景片上根管的典型影像学表现Fig.4 Typical radiographic findings of root canals on CBCT and DPTs

在评价全景片时,每个牙齿均测量3次,1周后再次测量,测量数值取平均值。

1.2.3 数据汇总

两位医生记录数据后,计算平均值。考虑到CBCT与全景片测量长度与实际长度的偏差,因此将处理后的部分数据两两相比得到比值,具体如下。

近远中径/颊舌径(MDD/BLD)、颈部近远中径/最大近远中径(CMDD/MMDD)、根颈1/3近远中径与最大近远中径(2/3-MMDD)、根中1/2与最大近远中径(1/2-MMDD)、根尖1/3与最大近远中径(1/3-MMDD)、冠长/最大近远中径(CL/MMDD)、冠根比(RL/CL)、根颈1/3与根尖1/3近远中径比值(2/3-1/3)、根颈1/3与根中1/2近远中径比值(2/3-1/2)、根中1/2与根尖1/3近远中径比值(1/2-1/3)、颈部与根颈1/3近远中径比值(CMDD-2/3)、颈部与根中1/2近远中径比值(CMDD-1/2)、颈部与根尖1/3近远中径比值(CMDD-1/3)、根尖影像比值(DL/RL),根尖影像是否变化,以上为影像参数,进行记录汇总。

1.3 统计学分析

统计分析采用SPSS 21.0、R软件3.6.3和python 3.7完成。单因素分析中,计数资料的比较采用卡方检验;计量资料中服从正态分布采用独立样本t检验,用均数±标准差表示,不服从正态分布采用Mann-WhitneyU检验,用中位数(M)、四分位数间距(Q)表示。P<0.05的单因素纳入多因素检验,用二分类Logistic回归分析筛选独立影响因素,建立回归方程,绘制受试者工作特征(receiver operating characteristic, ROC)曲线并根据曲线下面积(area under curve, AUC)分析计算约登指数、敏感度及特异度,评估模型预测能力。校准曲线评价预测模型的区分力和预测效果。以P<0.05为具有统计学意义。

2 结 果

两位医生评估根管形态Kappa=0.902,具有完全一致性。同一医生前后两次CBCT、全景片测量组内相关系数(ICC)>0.9。

2.1 根管类型

在所有532张图像中,各根管类型检出率分别为Ⅰ型74.44%(n=396)、Ⅴ型15.41%(n=82)、C型5.82%(n=31)、Ⅳ型3.38%(n=18)、Ⅷ型0.56%(n=3)、Ⅲ型0.38%(n=2)。本研究中未观察到其余根管类型。

2.2 单因素分析

在单根管与复杂根管组中,性别、根尖影像是否变化经卡方检验P<0.05,组间差异存在统计学意义(表1)。CMDD-1/2、CMDD-2/3、1/2-MMDD、2/3-MMDD、DL/RL经Mann-WhitneyU检验P<0.05,组间差异存在统计学意义。

表1 单根管和复杂根管相关临床参数和影像参数的单因素分析表Tab.1 Univariate analysis tables of clinical and imaging parameters associated with single and complex root canals

2.3 多因素分析

采用二分类Logistic回归分析(逐步回归:all法)CMDD-1/2、CMDD-2/3、1/2-MMDD、2/3-MMDD、DL/RL对根管类型的影响。根据回归分析结果(表2),性别以及1/2-MMDD、DL/RL、根尖影像是否变化这3个影像参数有统计学意义(P<0.05)。

表2 二分类Logistic回归分析结果Tab.2 Results of binary classification Logistic regression analysis

2.4 模型构建

其中p代表根管类型是复杂根管的概率,根据Odds Ratio(OR值)的大小,1/2-MMDD是保护因素,其他三点是促进因素,表示当DL/RL越大、1/2-MMDD越小,根尖影像发生变化、性别为男性时,根管形态为复杂根管的概率越大。

2.5 模型效果评价

2.5.1 模型区分度评价

为了评估预测模型的准确性,本研究绘制ROC曲线,并计算AUC值(图5A)。ROC曲线是反应敏感性与特异性连续变量的指标,以“1-特异度”作为横坐标,“敏感度”作为纵坐标绘制。AUC表示预测准确率,在0.5～0.7时,准确性较低;在0.7～0.9时,有一定准确性;大于0.9时,准确性较高; AUC 越接近1,诊断效果越好。预测模型的AUC为0.851(95%CI=0.810～0.893),该模型的预测效果较好,具有良好的区分能力。最大约登指数0.611,此时灵敏度0.765,特异度0.846。

A:绘制预测模型的ROC曲线; B:绘制预测模型的校准曲线图5 绘制受试者工作特征曲线及校准曲线Fig.5 Drawing the receiver operating characteristic curve and calibration curve

2.5.2 模型校准度评价

经过1 000次Bootstrap自抽样进行calibration内部校正,显示校准曲线(实线)与斜率等于1的对角虚线(理想预测情况)基本接近,平均绝对误差 =0.015,提示预测模型预测复杂根管发生概率与内部抽样的相关性较好(图5B)。

3 讨 论

既往研究表明,下颌第一颗前磨牙的根管数一般为1～4个, 98%以上的下颌第一前磨牙为单根,14%～25%的牙齿存在多个根管[2-3,17-20]。张亚南等[21]研究发现,根管类型中Ⅰ型最为常见,且女性检出率明显高于男性。在本研究中,74.44%的下颌第一前磨牙为单根管,男性的下颌第一前磨牙是复杂根管的概率高于女性(P<0.05),与前人研究结果一致。

Yoshioka等[11]使用拔除的下颌第一前磨牙根尖片进行体外研究,发现根管突然变窄的现象有助于准确预测多个根管的存在。Robinson的研究团队[12]拍摄了16颗多根管患牙的X线片,报告了下颌第一前磨牙存在多根管的特征之一,即在根管的根尖1/3处密度增加(突然变窄)。他们解释了采用全景片而不是根尖片的原因,其一:研究的原始病理位置位于下颌第一前磨牙以外的区域,不干扰研究对象,并且研究对象无症状;其二:出于对辐射的考虑,不额外拍摄牙片。在这项研究中,存在假阴性的影像,即多根管的牙齿影像表现为单个根管。因为根管倾向于在口腔颊舌面上叠加,实际操作中常常发现根尖影像在根尖片上相互重叠,通过改变根尖片的投照角度可以避免假阴性的发生,然而这会导致拉伸带来的测量长度变化。全景片投照角度相对固定,操作可复性好,减少因投照角度不同带来的偏倚,并且通过控制患者体位可以提高全景片成片质量[22]。Shimada等[16]首次研究了全景片对下颌第一前磨牙多根管诊断准确性,提示根尖1/4影像的缩窄是判断的可靠方法。本研究延续了这个思路,在此基础上增加了病例的个数与测量的数据,分析了266例患者的CBCT和全景成像数据,经单因素与多因素分析,得出结果根尖1/3根管影像变化、根尖影像消失时位置、性别和根中1/2近远中径与最大近远中径比值是影响因素,建立回归模型。在诊断准确性方面,回归模型最大约登指数为0.611,(灵敏度0.765,特异度0.846),提示这是一种较为可靠的预测方法。此外,由于所需的测量数据包括最大近远中径、根中1/2水平近远中径、根长、性别和全景片上根管形态,测量标准统一,因而可以进一步扩展样本量,结合计算机辅助设计预测程序。未来,临床医生根据要求输入数据,他们可以得到下颌第一前磨牙为复杂根管的概率。

另一方面,也存在假阳性的影像,即虽然是单根管,但也存在根管突然变窄或消失的现象[12]。这可能是由于年龄相关的变化导致根管本身的生理性狭窄,以及根管弯曲与根管重叠[13]。

与CBCT相比,全景片的主要优势是二维显示牙齿的平面,从而便于快速和准确评估[23]。无论是全景片还是CBCT,都存在一定的系统测量误差,Moze等[24]和Flores-Mir等[25]均报道全景片会高估牙齿实际测量长度,CBCT会低估实际长度。赵娜等[26]以游标卡尺测量牙齿体外长度为金标准,比较数字化牙片和CBCT测量长度的准确性,发现CBCT实际测量长度更加准确。Yassaei等[27]同样测量了上下颌前磨牙体外长度与全景片上的测量长度,他们得出结论,全景片可用于测量前磨牙长度,通过回归公式可进一步获得实际长度。Raoof等[28]对比研究了成人与儿童在全景片与口腔模型测量的水平长度,发现全景片可用于成人牙齿水平方向的测量。受分辨率低、解剖影像重叠、投照角度等因素的影响,全景图像中固有的失真可能影响测量结果。Nikneshan等[29]研究不同位置拍摄全景片测量长度得出结论,在一定角度内全景片带来的测量误差是可以接受的,标准位置误差最小。因此,本实验统一测量标准测量长度,并使用各长度间的比值,可以尽量减小误差。

本研究也存在以下不足。首先,考虑到年龄变化对根管图像的影响,增龄性变化可能会导致假阳性的发生[15],本研究中虽然对年龄进行分组,然而限于样本量,每个组别样本较少,改进实验可以考虑增大样本量,并提高纳入标准。其次,采集的患者样本均来自中国(华东地区为主),既往研究结果显示,不同国家、地区与民族的下颌第一前磨牙的根管类型和类型可能存在差异[2,3,30]。再次,回归公式虽然可以直接根据测量数据计算复杂根管概率,然而计算过程复杂,需要将其转化为直观简便的形式。最后,本研究目前仅对单根管与复杂根管的形态特征进行探讨,同样出于样本量的限制,对具体分型未作深入研究,进一步研究可以在此基础上增大样本量,以获取普遍规律。

4 结 论

在下颌第一前磨牙的全景图像中,复杂根管在男性中多见,根尖影像消失,消失时位置与根长的比值越大,根中1/2水平近远中径与最大近远中径的比值越小时,复杂根管概率越大。以此为基础构建的预测公式对临床辅助诊断复杂根管具有实用价值,借助公式可直接得出根管形态为复杂根管的概率,为临床诊疗提供参考,提高根管治疗成功率。