Artykuł metodologiczny

Nieniszcząca 3D ilościowa analiza pozostałości więzadeł okołozębnych na wyciągniętych ludzkich trzonowcach z wykorzystaniem skanowania śródjamowego

DOI:

10.3791/71176

⸱

23 czerwca 2026

 ,  ,  ,  , 
1Department of Cariology and Endodontology, Peking University School and Hospital of Stomatology & National Center for Stomatology & National Clinical Research Center for Oral Diseases & National Engineering Research Center of Oral Biomaterials and Digital Medical Devices, 2Department of General Dentistry, First Clinical Division, Peking University School and Hospital of Stomatology & National Center for Stomatology & National Clinical Research Center for Oral Diseases & National Engineering Research Center of Oral Biomaterials and Digital Medical Devices, 3Department of Oral Medicine, Shanxi Provincial People's Hospital, The Fifth Clinical Medical College of Shanxi Medical University

W tym artykule

Podsumowanie

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Ten protokół opisuje nieniszczącą, ilościową metodę cyfrową 3D do oceny pozostałości więzadła przyzębnego na wyciągniętych zębach. Wykorzystując skanowanie wewnątrzjamowe i oprogramowanie do odwrotnego inżynierii, stworzyliśmy ex vivo proces oceny przyzębia, zapewniając bazę metodologiczną do porównywania technik ekstrakcji w badaniach przedklinicznych.

Streszczenie

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Celowe przeszczepienie zęba jest wartościową metodą leczenia w celu zachowania naturalnych zębów z chorobami tkanki okołozębowej. Sukces tej metody zależy krytycznie od żywotności i integralności strukturalnej pozostałego więzadła okołozębowego (PDL). Tradycyjne metody oceny, takie jak sekcje histologiczne czy dwuwymiarowe fotografowanie, są albo destrukcyjne, albo ograniczone przez błędy projekcji. Aby zapobiec tym ograniczeniom, ten protokół przedstawia niedestrukcyjną, ilościową metodę oceny pozostałego PDL za pomocą precyzyjnego skanowania wewnątrzustnego. Wyjęte zęby zostały wybarwione, aby uwidocznić tkankę PDL i zeskanowano je trzech wymiarach, aby wygenerować wysokiej wierności modele cyfrowe. Dane zostały przeanalizowane za pomocą oprogramowania do inżynierii odwrotnej, gdzie zdefiniowano obszar zainteresowania, a pozostałą pokrywę PDL zmierano za pomocą progowania kolorów. To podejście obliczało prawdziwą 3D powierzchnię pokrycia PDL bez kompromisu dla biologicznej próbki. Aby ocenić wrażliwość i użyteczność tego protokołu, zastosowano go do porównania minimalnie inwazyjnych (MI) ekstrakcji za pomocą periodotome przeciwko konwencjonalnym ekstrakcjom za pomocą kleszczy. Analiza cyfrowa wykazała, że metoda MI zachowała znacznie więcej tkanki PDL (61,99%) niż metoda konwencjonalna (50,46%). Co więcej, kolejny test żywotności komórek potwierdził wyniki cyfrowe, wykazując znacznie wyższą aktywność metaboliczną w grupie MI. Ostatecznie, praca ta ustanawia dowód koncepcji przepływu pracy do ex vivo ilościowej oceny PDL, zapewniając solidne podstawy metodologiczne do porównywania technik ekstrakcji w badaniach przedklinicznych.

Wprowadzenie

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Celowe przeszczepienie zęba jest coraz częściej rozpatrywane jako wykonalna metoda leczenia w ostatniej instancji w celu zachowania zębów naturalnych, które inaczej byłyby uznane za bezradne. Stosuje się ją w przypadku leczenia trwałych zmian ropnych wokół wierzchołka zęba, niedostępnych perforacji kanałów zęba lub rozległych zmian resorpcyjnych, których nie można leczyć zachowawczo1,2. Standardowa procedura obejmuje celowe wyciągnięcie zagrożonego zęba, po czym zewnątrzustne badanie wzrokowe, interwencję terapeutyczną (w tym resekcję końca kanału, przygotowanie i wypełnienie końca kanału) oraz późniejsze ponowne wszczepienie zęba do pierwotnego gniazdka1,2.

Obecność i integralność żywego resztkowego tkanki więzadła okrężnego zęba (PDL) na powierzchni korzenia są najważniejszymi czynnikami prognostycznymi wyznaczającymi przebieg gojenia po przeszczepieniu zęba3,4. Zdrowa, nienaruszona bariera PDL jest niezbędna do odtworzenia fizjologicznej ruchomości zęba i zapobiegania powikłaniom takim jak resorpcja zastępcza (ankyloza) czy zapalna resorpcja zęba. Jednakże wyrwanie zęba z szczeliny dziąsłowej, czy to w wyniku urazu, czy celowego działania, z zasady powoduje zerwanie przyczepów więzadła PDL i odcięcie unerwienia5. W związku z tym, biologiczna rekonstrukcja PDL jest kluczowa dla gojenia przyzębia przeszczepionych zębów3. Rozległe badania wykazały, że maksymalizacja żywotności i objętości resztkowego tkanki PDL podczas zewnątrzustnej procedury klinicznej jest krytycznym czynnikiem prognostycznym, a jego znaczenie dla długotrwałego funkcjonalnego przeżycia przeszczepionych zębów jest dobrze udokumentowane w literaturze6,7.

Ponieważ wyciągnięcie zęba w zasadzie odciąga więzadło PDL, wybór techniki ekstrakcji bezpośrednio wpływa na objętość i żywotność resztkowego tkanki PDL pozostałej na powierzchni korzenia. Konwencjonalne wyciąganie za pomocą kleszczy wymaga sił obrotowych i pociągających, które mogą zgnieść PDL o kość zębodołową lub oderwać go przez tarcie. Aby zminimalizować to urazowanie, opracowano metody wyciągania minimalnie inwazyjne (MI). Poprzednie badania wykazały, że metody MI mogą znacząco zmniejszyć uraz chirurgiczny dla przyzębia zębów objętych zabiegiem8. Opracowano techniki wykorzystujące periodotome do oderwania przyczepów PDL, lub pionowe systemy wyciągania, które unikają sił dźwigni, aby zachować resztkowe PDL na powierzchni korzenia. Na przykład raporty przypadków dokumentują lepsze efekty kliniczne po celowym przeszczepieniu zęba i chirurgicznym wypchnięciu, gdy stosowano MI systemy9,10. Te wyniki sugerują, że minimalizowanie urazów podczas wyciągania może poprawić zachowanie resztkowego tkanki PDL na powierzchni korzenia.

Jednakże, mimo klinicznego konsensusu co do korzyści z bezpośredniego wyciągania, istnieje ograniczona bezpośrednia ewidencja ilości resztkowego tkanki PDL zachowanego podczas stosowania metod MI w porównaniu z technikami konwencjonalnymi. Ta luka w wiedzy wynika głównie z ograniczeń dostępnych metodologii oceny. Obecne badania przede wszystkim wykorzystują subiektywne lub niszczące metody oceny do oceny resztkowego PDL na powierzchni korzenia. Sekcjonowanie histologiczne pozostaje standardem dla analizy komórkowej11, ale jest zasadniczo niszczące, uniemożliwiając dalszą analizę próbki. Alternatywnie, barwienie w połączeniu z dwuwymiarowym (2D) fotografowaniem było używane do charakteryzacji resztkowego PDL12. Jednak te metody nie są odpowiednie do ilościowej oceny resztkowego tkanki PDL całej powierzchni korzenia. Dwuwymiarowa fotografia nie może dokładnie odwzorować powierzchni skomplikowanych, zakrzywionych trójwymiarowych korzeni; nieuniknione wprowadza błędy projekcji i zniekształcenia, prowadząc do niedokładnych ilościowych ocen.

W ostatnich latach, technologia skanowania wewnątrzustnego cyfrowego osiągnęła znaczny postęp, oferując wysoką precyzję i szybkie pozyskiwanie danych. Metoda cyfrowa była wykorzystywana w poprzednich badaniach do pomiaru odpęczeń i zmian tkanek miękkich, lub do oceny zużycia zębów u młodych osób13. Zastosowania nawet rozszerzyły się na złożone analizy objętościowe, takie jak ocena obrzęków twarzy w chirurgii jamy ustnej14. Technologie te umożliwiają stworzenie wysokiej wierności trójwymiarowych (3D) modeli, które można manipulować i mierzyć w oprogramowaniu inżynierii wstecznej, oferując potencjalne rozwiązanie dla nieniszczącej, ilościowej analizy. Jednak do tej pory potencjalne zastosowanie skanowania wewnątrzustnego do oceny resztkowego PDL wyciągniętych zębów nie zostało jeszcze zbadane.

Nad rzędnym celem tego protokołu jest ustanowienie znormalizowanej, nieniszczącej procedury

Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.

Protokół

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Protokół badań przeprowadzono zgodnie z wytycznymi Komitetu Etycznego Szkoły Stomatologicznej Uniwersytetu Pekińskiego (PKUSSIRB-202054022).

1. Selekcja pacjentów i przydział do grup

  1. Wybierz pacjentów wymagających ekstrakcji zębów przedtrzonowych z powodów ortodontycznych. Upewnij się, że zęby przedtrzonowe spełniają kryteria włączenia bez obecności próchnicy lub choroby przyzębia.
  2. Wyklucz pacjentów z nadciśnieniem, cukrzycą, historią palenia lub młodszych niż 16 lat lub starszych niż 45 lat.
  3. Losowo przydziel zęby przedtrzonowe do dwóch grup eksperymentalnych: Grupa Kontrolna (konwencjonalna ekstrakcja) i Grupa Minimalnie Inwazyjna (MI) (ekstrakcja wspomagana perotomem).
  4. Losowo przydziel zęby z każdej grupy do ścieżki analizy skanowania 3D lub ścieżki walidacji biologicznej (CCK-8), upewniając się, że niezależne próbki są używane dla każdej metody oceny.

2. Procedury ekstrakcji zęba

  1. Przeprowadź wszystkie ekstrakcje pod standardową znieczuleniem miejscowym.
  2. Metoda A: Konwencjonalna ekstrakcja (Grupa kontrolna)
    1. Przeprowadź separację dziąseł wokół szyjki zęba.
    2. Umieść kleszcze dentystyczne w okolicy szyjki korony zęba.
    3. Zastosuj siły obrotowe, aż ząb się poluzuje. Usuń ząb z gniazdem zębowym za pomocą kleszczy.
  3. Metoda B: Minimalnie inwazyjna ekstrakcja (Grupa MI)
    1. Przeprowadź separację dziąseł.
      UWAGA: Obsługuj perotom ostrożnie, aby uniknąć uszkodzenia miękkich tkanek lub pęknięcia narzędzia.
    2. Wsuń perotom do przestrzeni PDL tak głęboko, jak to możliwe, osiągając co najmniej dwie trzecie długości korzenia.
    3. Odciąć włókna PDL wokół korzenia za pomocą perotoma. Poluzuj ząb.
    4. Pionowo wyciągnij ząb z gniazdem zębowym za pomocą kleszczy dentystycznych.

3. Przygotowanie próbki i barwienie

  1. Natychmiast po ekstrakcji spłucz zęby sterylnym roztworem soli fizjologicznej przez 10 minut, aby usunąć krew i zanieczyszczenia.
    UWAGA: Niebiesi toludynowa jest substancją chemiczną niebezpieczną. Podczas obsługi należy nosić odpowiednie wyposażenie ochrony osobistej (rękawice, gogle).
  2. Pomarańcz powierzchnię korzenia, zanurzając ząb w 0,1% roztworze niebiesi toludynowej (przygotowanej w buforowanym roztworze fosforanowym, PBS) na 40 minut, aby wizualizować tkankę PDL.
  3. Spłucz solą fizjologiczną przez 10 minut, aby usunąć roztwór barwnika i delikatnie osusz powierzchnię za pomocą trójstronnej strzykawki, aby usunąć nadmiar wilgoci.
    UWAGA: Powierzchnia korzenia powinna wykazywać jednolite niebiesko-fioletowe zabarwienie, podczas gdy narażone cementum powinno pozostać niezabarwione, wyglądając na jasnobeżowe.

4. 3D skanowanie cyfrowe

  1. Skalibruj wewnątrzustny skaner cyfrowy zgodnie z instrukcjami producenta, aby zapewnić dokładność 0,02 mm.
  2. Zabezpiecz koronę zęba za pomocą kleszczy hemostatycznych, aby uniknąć blokowania widoku powierzchni korzenia.
  3. Skanuj całą powierzchnię korzenia w standardowych warunkach skanowania. Wykonaj uzupełniające skanowanie korony, aby ukończyć model 3D.
  4. Użyj własnego oprogramowania skanera, aby eksportować dane skanowania cyfrowego jako plik obiektu 3D o wysokiej rozdzielczości (OBJ) i skojarzonego pakietu danych; obraz tekstury jest zapisywany w formacie JPG.
    UWAGA: Podgląd na żywo musi wyświetlać ciągłą, gęstą siatkę bez żadnych dziur lub artefaktów na powierzchni korzenia. Obraz tekstury powinien wyraźnie odróżniać zabarwione na niebiesko regiony od niezabarwionej powierzchni korzenia.

5. Rekonstrukcja modelu 3D i analiza ilościowa

  1. Przedprocesowanie obrazu
    1. Kalibracja progowa
      1. Importuj mapę tekstury JPG do oprogramowania do edycji obrazów. Przekonwertuj obraz do 8-bitowej skali szarości.
      2. Otwórz narzędzie do ustawienia progu (Obraz > Dostosuj > Próg) i sprawdź histogram, aby odnotować minimalną wartość skali szarości uchwycającą wszystkie zabarwione na niebiesko piksele PDL. Określ minimalną wartość progową skali szarości przy użyciu trzech niezależnych obserwatorów.
    2. Importuj oryginalną mapę tekstury JPG do oprogramowania do edycji obrazów. Przejdź do Wybierz > Zakres kolorów. Wybierz tryb Cienie i ustaw Zakres na 65 i Tolerancja na 20% (skalowane z danych progowych 5.1.1).
      UWAGA: Upewnij się, że wszystkie zabarwione na niebiesko regiony PDL są w pełni zaznaczone i że żadna niezabarwiona powierzch

Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.

Wyniki

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Zastosowany w niniejszym badaniu eksperymentalny przepływ pracy pomyślnie wykazał bezinwazyjny protokół służący do ilościowej oceny pozostałego PDL na wyciągniętych zębach. Zgodnie z opisem projektu eksperymentalnego (Rysunek 1), protokół integrował kliniczne procedury ekstrakcji zębów z cyfrowym pozyskaniem i weryfikacją biologiczną. Zastosowanie skanowania zębowego w jamie ustnej, poprzedzone inżynierią odwrotną 3D, umożliwiło precyzyjne odtworzenie powierzchni korzeni (

Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.

Dyskusja

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Sukces celowej replantacji zależy krytycznie od zachowania żywych komórek WPL na powierzchni korzenia. Chociaż metody ekstrakcji MI zostały klinicznie zalecone w celu zmniejszenia traumatyzmu8,9,10, ilościowa ocena ich biologicznej korzyści dla pozostałego tkanki WPL pozostaje wyzwaniem z powodu braku obiektywnych narzędzi ewaluacji. Niniejsze badanie ustanowiło protokół analizy 3D cyfrowej, nieniszczącej, udowadniającej hipotez...

Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.

Oświadczenia

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Wszyscy autorzy zadeklarowali brak konfliktu interesów.

Podziękowania

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Praca ta była wspierana przez Pekińską Szkołę Stomatologii i Szpital (Grant PKUSSNKP-202107), Kluczowy Program Współpracy w Zakresie Projektów Naukowych i Technicznych Prowincji Shanxi (202204041101041) oraz Fundusz Medyczny Uniwersytetu Pekińskiego na Wzmacnianie Innowacyjności Naukowej i Technicznej Młodych Uczonych (BMU2022PY005). Dziękujemy za materiały obrazowe od Figdraw (www.figdraw.com).

Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.

Materiały

Lista materiałów użytych w tym artykule
NazwaFirmaNumer katalogowyKomentarze
96-well plateServicbioCCP-96HPłytka wielo-wellowa do hodowli komórek i pomiaru absorbancji
Biosafety cabinetThermo Fisher Scientific1300 Series4 A2Kabina bezpieczeństwa biologicznego klasy II do sterylnych procedur
Cell Counting Kit-8 (CCK-8) solutionMedChemExpressHY-K0301Reagent do pomiaru żywotności komórek
CentrifugeUstc Zonkia Zcientific InstrumentsSC-3610Centryfuga laboratoryjna do osadzania komórek
Culture mediumGibcoDMEM 11965Podstawowe medium do transportu i inkubacji komórek
Dental forcepsJinzhong Surgical instrumentsK0F130/K0F100Standardowy narząd do usuwania zębów
Fetal bovine serumAnhui Kangyuan Biotechnology Co., LtdKY-01003SFetalne surowce wołowe jako suplement do medium hodowlanego
Graduated periodontal probeJinzhong Surgical instrumentsK6F040Pomaga w zdrapywaniu więzadła zębodołowego ze środkowej części korzenia
Hemostatic forcepsJinzhong Surgical instrumentsJ31130Narzędzie chirurgiczne używane do zabezpieczenia zęba podczas skanowania
Humidified incubatorThermo Fisher ScientificFormaInkubator do hodowli komórek utrzymywany w temperaturze 37°C z 5% CO2
Image editing softwareAdobe Systems Inc.Adobe Photoshop CC 2018Oprogramowanie do selekcji kolorów
Image editing softwareWayne Rasband, National Institutes of HealthImageJ2 v2.14.0Oprogramowanie do progowania kolorów
Intraoral digital scannerAidite (Qinhuangdao) Technology Co., Ltd.Aidite CameoOptyczny skaner do pozyskiwania 3D cyfrowego modelu
Local anesthesiaProduits Dentaires Pierre RollandPrimacaine ArticaineŚrodek znieczulający w stomatologii (np. Articaine lub Lidocaine)
Microplate readerBiotekElx808Spektrofotometr do pomiaru OD na długości fali 450 nm
Penicillin/StreptomycinGibco15070063Dodatek antybiotyczny do medium hodowlanego
PeriotomeCarl MartinLS529PTMinimalnie inwazyjne narzędzie do usuwania zębów
Reverse engineering softwareGeomagic Inc.Geomagic Studio 2013Oprogramowanie do modelowania 3D do obliczania powierzchni
Sterile centrifuge tubeServicbioEP-1500-JPlastikowa probówka do pobierania i przetwarzania próbek
Sterile phosphate-buffered saline (PBS)Gibco10010Bufor do mycia próbek biologicznych
Sterile scalpel bladeJiayuan Medical DevicesSterile Scalpel BladeOstrza skalpela do zdrapywania tkanki więzadła zębodołowego
Sterile slineServicbioG4702-500MLRoztwór soli fizjologicznej do płukania wyciągniętych zębów
Toluidine blueGeneral laboratory supplierToluidine blue (0.1% solution)Barwnik biologiczny do wizualizacji więzadła zębodołowego
TrypsinGibco25200056Reagent enzymatyczny do trawienia tkanek

Przedruki i uprawnienia

Poproś o pozwolenie na ponowne wykorzystanie tekstu lub ilustracji tego artykułu JoVE

Poproś o pozwolenie

Tagi

Ilo ciowa analiza 3Dreplantacja z bapozosta e PDLanaliza modelu cyfrowegoma oinwazyjna ekstrakcjaekstrakcja periotomemtest ywotno ci kom rekoprogramowanie do in ynierii odwrotnej

Powiązane artykuły