Odwzorowanie topografii wewnętrznych przestrzeni zębów ludzkich metodą obrazowania magnetyczno-rezonansowego dla potrzeb protetyki stomatologicznej

Transkrypt

1 PROTET. STOMATOL., 2008, LVIII, 3, Odwzorowanie topografii wewnętrznych przestrzeni zębów ludzkich metodą obrazowania magnetyczno-rezonansowego dla potrzeb protetyki stomatologicznej Magnetic Resonance Imaging in human teeth internal space visualization for the needs of prosthodontics Marta Tanasiewicz 1, Władysław P. Węglarz 2 1 Z Katedry i Zakładu Materiałoznawstwa i Propedeutyki Stomatologii, Śląski Uniwersytet Medyczny w Katowicach Kierownik: dr hab. n. med., dr hab. n. tech. prof. ndzw. R. Orlicki 2 Zakładu Tomografii Magnetyczno-Rezonansowej, Instytut Fizyki Jądrowej PAN im. Niewodniczańskiego w Krakowie p.o.kierownika: dr W. P. Węglarz HASŁA INDEKSOWE: obrazowanie magnetyczno-rezonansowe, technika echa spinowego, nieimpresyjne metody odwzorowania KEY WORDS: Magnetic Resonance Imaging, Spin Echo technique, non-impressional technique of imaging Streszczenie Cel pracy. Celem pracy było sprawdzenie możliwości wykorzystania na poziomie analiz in vitro techniki obrazowania magnetyczno-rezonansowego opartej na sekwencji 3D echa spinowego jako metody odwzorowania topografii przestrzeni wewnętrznych zębów ludzkich dla potrzeb protetyki. Metoda i materiał. Materiał badawczy stanowiły trzonowe zęby ludzkie, opracowane pod umocowania wewnątrzkanałowe. Posłużono się tomografem badawczym o polu 4,7 T z konsolą pomiarową Maran DRX. Wyniki. Uzyskano wizualizację przestrzeni wewnętrznych zębów, odwzorowań negatywowych i kopii gipsowych oraz wartości liczbowe określające odpowiednie objętości. Wnioski. Odwzorowanie przestrzeni wewnętrznych zębów otrzymane metodą obrazowania magnetyczno- -rezonansowego może stanowić w przyszłości podstawę nieimpresyjnej techniki odwzorowywania, przydatnej w realizacji potrzeb protetyki stomatologicznej. Summary Aim of the study. The aim of this work was to verify the possibility of using magnetic resonance imaging (MRI), based on 3D Spin Echo in vitro techniques, in dentistry as dimensional imaging of teeth inner spaces during prosthodontic procedures. Material and methods. Six extracted molar teeth were used after preparation for the inner root canal fixations. Magnetic resonance measurements were taken employing the 4.7 T MRI system with Maran DRX console. Results. The visualization of human teeth internal space was achieved. Conclusion. A numerical model of prepared root canals, obtained using the method of magnetic resonance visualization, may in future provide the basis for a nonimpressional technique of imaging useful in prosthodontics. 178

2 Obrazowanie magnetyczno-rezonansowe zębów Wstęp W stomatologii w trakcie kompleksowego postępowania leczniczego, mającego na celu odtworzenie uszkodzonych zębów, niezmiernie ważne jest prawidłowe zobrazowanie topografii kanałów korzeniowych oraz precyzyjne ich odwzorowanie. W klasycznej metodzie odwzorowania w celu otrzymania dokładnej kopii kanałów korzeniowych wykonuje się negatywowe odwzorowanie polimerowe, a następnie model gipsowy, który może służyć jako matryca do odlania metalowego umocowania wewnątrzkanałowego [1]. Trudnością w uzyskaniu prawidłowego odwzorowania metodami klasycznymi jest występowanie zakrzywień korzeni i ich rozbieżności, szczególnie, w zębach wielokorzeniowych. Pojawiają się również niedoskonałości w czasie wykonywania złożonych prac odtwórczych, związane z niestabilnością parametrów mas wyciskowych [2]. Celem pracy było opracowanie i sprawdzenie możliwości wykorzystania na poziomie analiz in vitro techniki obrazowania magnetyczno-rezonansowego opartej na sekwencji 3D echa spinowego (Spin Echo 3D SE) jako niedestrukcyjnej i niewyciskowej metody odwzorowania topografii przestrzeni wewnętrznych zębów ludzkich dla potrzeb stomatologii odtwórczej i protetyki Metoda i materiał Materiał biologiczny poddany badaniu stanowiło sześć nieuszkodzonych trzonowych zębów ludzkich usuniętych ze wskazań ortodontycznych u pacjentów w wieku 1-18 lat. Zęby uzyskano z Poradni Chirurgii Stomatologicznej Akademickiego Centrum Stomatologii ŚUM w Bytomiu. Po utrwaleniu zębów odcięto korony kliniczne, a następnie komory i kanały korzeniowe opracowano ręcznymi i maszynowymi narzędziami pod umocowania wewnątrzkanałowe. Wykonano negatywowe odwzorowania polimerowe komór i kanałów korzeniowych opracowanych zębów i na ich podstawie sporządzono modele gipsowe stanowiące kopie przestrzeni wewnętrznych opracowanych zębów. Przed pomiarem wszystkie opracowane zęby przechowywano w roztworze soli fizjologicznej, a polimerowe odwzorowania negatywowe i modele gipsowe w roztworze siarczanu miedzi (CuSO 4 ), a także odgazowano dla jednolitego wypełnienia przestrzeni roztworem oraz usunięcia mikropęcherzyków powietrza. Pomiary badawcze przeprowadzono w Pracowni Radiospektroskopii Instytutu Fizyki Jądrowej PAN w Krakowie. Posłużono się tomografem badawczym o polu 4,7 T wyposażonym w konsolę pomiarową Maran DRX, cewki gradientowe oraz głowicę pomiarową wykonaną w pracowni. Doświadczenie obejmowało pomiary zębów po opracowaniu, pomiary negatywowych odwzorowań polimerowych i kopii gipsowych. W celu określenia topografii i objętości wykorzystanych w badaniach obiektów zastosowano programy 3D Segmentation i Image J. Metody statystyczne Przeprowadzono analizę statystyczną. Wyniki badań przedstawiono w formie charakterystyki opisowej w postaci średniej arytmetycznej, odchylenia standardowego oraz wartości skrajnych, tzn. minimum i maksimum. Estymację wartości średnich przedstawiono w postaci 95% przedziałów ufności. Wartości porównano testem ANOVA (jednoczynnikowa analiza wariancji) wykonanym dla modelu z powtarzanymi pomiarami. Statystycznie istotny wynik testu ANOVA pozwolił na porównania post hoc, wykonane testem Newman-Keulsa. Testy wykonano na poziomie istotności α=0,05 z użyciem programu Statistica v,0. Wyniki badań Postępowanie badawcze umożliwiło uzyskanie wizualizacji przestrzennej i wartości liczbowych określających objętość wewnętrzną komór i kanałów korzeniowych po opracowaniu, objętość negatywowych odwzorowań polimerowych, objętość wewnętrzną gipsowych kopii komór i kanałów korzeniowych. Trójwymiarowe rekonstrukcje opracowanego zęba oraz negatywowe odwzorowanie polimerowe i model gipsowy przedstawiają ryciny 1a -1g. Dane liczbowe zawarto w tabeli I. Średnie objętości negatywowych odwzorowań polimerowych i objętości wewnętrzne gipsowych modeli różnią się istotnie statystycznie od średniej arytmetycznej objętości przestrzeni wewnętrznych zębów po opra- PROTETYKA STOMATOLOGICZNA, 2008, LVIII, 3 179

3 M. Tanasiewicz, W. P. Węglarz Ryc. 1. Opracowany ząb, rekonstrukcje 3D kanałów korzeniowych i ich negatywowych odwzorowań polimerowych oraz modelu gipsowego; a zdjęcie opracowanego zęba, b przekrój podłużny zęba w formie rekonstrukcji, c trójwymiarowa rekonstrukcja kanałów opracowanego zęba, d zdjęcie negatywowego odwzorowania polimerowego kanałów korzeniowych zęba, e trójwymiarowa rekonstrukcja polimerowego negatywowego odwzorowania kanałów korzeniowych zęba, f zdjęcie modelu gipsowego zęba, g trójwymiarowa rekonstrukcja kopii kanałów otrzymanych na podstawie modelu gipsowego zęba. T a b e l a I. Objętości przestrzeni wewnętrznych po opracowaniu oraz objętości negatywowych odwzorowań polimerowych i kopii gipsowych (statystyki opisowe) Zmienna Liczba prób Średnia [mm 3 ] Odchylenie standardowe Współczynnik zmienności V [%] Zakres wartości (minimum maksimum) [mm 3 ] 95% przedział ufności -95% +95% Objętość wewnętrzna zęba po opracowaniu 125,4 8,0,85 114,10 135,4 11,43 134,48 Objętość negatywu polimerowego 120,97 11,4 9,47 102,75 130,54 108,94 132,99 Objętość wewnętrzna kopii gipsowej 120,07 9,91 8,2 103,28 130,0 109,4 130, PROTETYKA STOMATOLOGICZNA, 2008, LVIII, 3

4 Obrazowanie magnetyczno-rezonansowe zębów Ryc. 2. Porównanie średnich objętości przestrzeni wewnętrznych po usunięciu miazgi i opracowaniu, polimerowych odwzorowań negatywowych i objętości wewnętrznych modeli gipsowych. P 2 test Newmana-Keulsa. cowaniu (dla negatywu polimerowego p = 0,0259, dla gipsowych modeli p = 0,0255). Różnica między średnimi arytmetycznymi objętości odwzorowań polimerowych a średnimi arytmetycznymi objętości wewnętrznych modeli gipsowych jest nieistotna statystycznie (p = 0,029) (ryc. 2). Rezultaty badań zaprezentowane w opracowaniu ukazują możliwość zastosowania obrazowania magnetyczno-rezonansowego do wizualizacji struktur zębów na poziomie analiz in vitro [3-7]. Postępowanie badawcze umożliwiło porównanie jakości odwzorowań przestrzeni wewnętrznych zęba po opracowaniu wykonanych metodami klasycznymi (ucisk masą polimerową) i nieuciskowymi (odwzorowanie techniką obrazowania magnetyczno-rezonansowego). W wynikach zwraca uwagę rozbieżność parametrów dotyczących objętości. Różnica objętości pomiędzy negatywowym odwzorowaniem polimerowym i kopią gipsową, jest wyraźnie mniejsza (poniżej 3%), niż różnica między objętością przestrzeni wewnętrznych opracowanego zęba a negatywowym odwzorowaniem polimerowym. Sugeruje to, że transpozycja odwzorowania przestrzeni wewnętrznej zęba na negatywowe odwzorowanie polimerowe obciążona jest większym błędem i może decydować o ewentualnej niedoskonałości umocowań wykonanych na tej podstawie metodą klasyczną. W większości przypadków, objętości negatywowych odwzorowań polimerowych i gipsowych kopii są nieco mniejsze niż objętość wewnętrzna zębów opracowanych. Klasyczne materiały wyciskowe (masy polimerowe) podlegają zmianom środowiskowym i trwałość wykonanych dzięki nim odwzorowań zależna jest od czynników zewnętrznych, takich jak: temperatura, wilgotność powietrza, sposób transportu i przechowywania [2]. Niedoskonałości spotykane w złożonych pracach odtwórczych związane są, między innymi, z niestabilnością parametrów mas wyciskowych, które pod wpływem warunków przechowywania i preparacji ulegają zmianom wymiarów liniowych, w zakresie określonym normatywnie na poziomie maksymalnym 1,5% i odkształceniom przy ściskaniu w zakresie od 0,8 do 20% [1]. O trudności uzyskania odwzorowania metodami klasycznymi stanowi również topografia i krzywizna kanałów korzeniowych w zębach wielokorzeniowych. Dzięki opracowanej metodzie wizualizacji magnetyczno-rezonansowej uzyskano model numeryczny przestrzeni wewnętrznej zęba, który w przyszłości można byłby wykorzystać PROTETYKA STOMATOLOGICZNA, 2008, LVIII, 3 181

5 M. Tanasiewicz, W. P. Węglarz również w technice automatycznego modelowania trójwymiarowego z zastosowaniem odpowiedniego programu do projektowania wspomaganego komputerowo (CAD computer aided design) przeznaczonego do precyzyjnego przenoszenia skomplikowanych modeli przestrzennych na prace odtwórcze. Obecnie opisano i wprowadzono już systemy budowania trójwymiarowych modeli odwzorowujących ubytki próchnicowe, dzięki którym, możliwe jest odtwarzanie utraconych fragmentów koron zębów, wkładem o zaplanowanym i precyzyjnie wymodelowanym kształcie. Przestrzenne odwzorowanie ubytku uzyskuje się skanując jego kształt dzięki zastosowaniu przemysłowej tomografii komputerowej (industrial computed tomography). Dane liczbowe zostają przekazane do systemu opracowującego uzupełnienie dentystyczne [8, 9]. W zaplanowanym w przyszłości postępowaniu klinicznym umocowanie wewnątrzkanałowe mogłoby być frezowane z odpowiedniego bloku dowolnego materiału na podstawie wysoce precyzyjnego odwzorowania uzyskanego metodą magnetyczno-rezonansową. Wnioski Odwzorowanie przestrzeni wewnętrznych zębów otrzymane metodą obrazowania magnetyczno-rezonansowego może stanowić w przyszłości podstawę nieuciskowej techniki odwzorowywania, przydatnej w realizacji potrzeb protetyki stomatologicznej. Odwzorowanie przestrzeni wewnętrznych zębów otrzymane metodą obrazowania magnetyczno-rezonansowego może w przyszłości stanowić podstawę automatycznego modelowania trójwymiarowego umocowań wewnątrzkanałowych wspomaganego komputerowo programami do projektowania (CAD computer aided design). Realizacja celu pracy możliwa była dzięki finansowaniu badań w ramach projektu badawczego Ministerstwa Nauki i Informatyzacji nr 2 P05C 0542 pt.: Zastosowanie Mikroskopii Rezonansu Magnetycznego w dentystyce, prowadzonego pod kierownictwem Marty Tanasiewicz, która w tym miejscu składa podziękowania wszystkim wykonawcom tego projektu badawczego. Piśmiennictwo 1. Kupka T. Tanasiewicz M., Tanasiewicz R.: Odbudowa kombinowana typu żywica/stop z zastosowaniem indywidualnego umocowania wewnątrzkanałowego. Inżynieria ortopedyczna i protetyczna 2001, 3, Elastomeric impression materials. Norma Europejska EN ISO Ciesielski B., Kuziemski W.: Obrazowanie metodą magnetycznego rezonansu w medycynie. TUTOR, Toruń, Lloyd C., Scrimgeour S. N., Chudek J. A., Hunter G., MacKay R. L.: Mikroobrazowanie zębów próchnicowych techniką rezonansu magnetycznego. Quintessence 1998, 3, Tanasiewicz M. M., Węglarz W. P., Kupka T. W., Sułek Z., Gibas M., Jasiński A.: Mikroobrazowanie metodą magnetycznego rezonansu jądrowego (MRM) w stomatologii. Stomatol. Współcz., 2002, 5, Tanasiewicz M.: Mikroskopia rezonansu magnetycznego w diagnostyce endodontycznej. Możliwości nieimpresyjnego obrazowania jam zębowych dla potrzeb dentystyki odtwórczej. Mag. Stomatol., 2003, 3, Węglarz W. P, Tanasiewicz M., Kupka T., Skórka T., Sułek Z., Jasiński A.: 3D MR imaging of dental cavities an in vitro study. Solid State Nuclear Magnetic Resonance 2004, 25, Lee M., Yau H. T.: CAD/CAM use in dental laboratory. Dent. Today 200, 9, Wu L., Yan H. X., Yang M.: The reconstruction of geometric models of dentition efects based on 3-dimensional industrial computed tomography image. Shanghai Kou Oiang Yi Xue 200, 15, Zaakceptowano do druku: 14.IV.2008 r. Adres autorów: Bytom, Plac Akademicki 17. Zarząd Główny PTS PROTETYKA STOMATOLOGICZNA, 2008, LVIII, 3