Micro-CT對遺傳性牙本質發育缺陷離體患牙的特征研究

韓安鵬魯方麗陸玉平李強陳棟

1.鄭州大學第一附屬醫院 河南省口腔醫院口腔科，鄭州450052；

2.南寧市柏樂口腔醫院有限公司，南寧530022；

3.鄭州頤和醫院口腔科，鄭州450047；

4.蘭州大學口腔醫院口腔科，蘭州730000

遺傳性牙本質發育缺陷是一類表現為牙本質礦化障礙及結構異常的常染色顯性遺傳病，發病率約為1/100 000～1/6 000[1]。Shields將其分為牙本質發育不全（dentinogenesis imperfecta，DGI）和牙本質發育不良（dentin dysplasia，DD），其中DGI分為DGI-Ⅰ、DGI-Ⅱ、DGI-Ⅲ三型，DD分為DD-Ⅰ、DD-Ⅱ兩型[2]。DGI-Ⅱ亦稱遺傳性乳光牙本質（hereditary opalescent dentin），是臨床較為常見的牙本質發育異常類疾病，患牙呈藍灰色半透明，釉質易剝脫，暴露的牙本質易磨損，影像學顯示牙齒呈球形牙冠，頸部縮窄，髓腔及根管變窄或完全消失。DD-Ⅰ臨床中較為罕見，患牙牙冠基本正常，牙根短小呈錐形或鈍形，根柱或變長，髓腔部分或完全閉塞呈現“新月形”，部分患牙根尖周有不明原因的弧形低密度透射影。本課題組在臨床接診中通過牙齒表型和影像學檢查確診了來自同一地區的DGI-Ⅱ和DD-Ⅰ2個家系，經家系調查明確均為常染色體顯性遺傳（圖1、2）。目前，已發現DGI-Ⅱ的致病基因主要與牙本質涎磷蛋白基因（dentin sialophosphoprotein，DSPP）突變有關[3]，DD-Ⅰ已報道的致病基因有SMOC2[4]、VPS4B[5]和SSHU2[6]。Micro-CT為一種高分辨率、非破壞性的影像學檢查手段，邊界、根管顯影清晰，其分辨率最高可達1μm，能夠直接、準確地反映牙齒內外結構的精細變化，研究礦物密度、體積、礦化模式等[7-8]。目前，大多數研究[9]集中于遺傳性牙本質發育異常的家族和臨床表型分析，很少有關于牙本質發育缺陷患牙的三維結構模型研究報告，由于該疾病的發病率低，也很難在體外獲得患牙。因此，本研究應用Micro-CT技術對收集到的DGI-Ⅱ、DD-Ⅰ家系患者下頜第三磨牙進行掃描和三維重建，對牙體不同硬組織部位進行礦物質密度計算，旨在探索2個家系的患牙硬組織礦化的差異性，進而為遺傳性牙本質發育缺陷的病理特征提供理論基礎。

圖1 DGI-Ⅱ家系圖譜Fig 1 The pedigree of DGI-Ⅱ

圖2 DD-Ⅰ家系圖譜Fig 2 Thepedigree of DD-Ⅰ

1 材料和方法

1.1 標本收集

DGI-Ⅱ家系先證者（Ⅲ-3），女，21歲，患牙呈琥珀色，釉質剝脫，牙齒中度磨耗，X線顯示牙齒呈球形牙冠，頸部縮窄，冠部髓腔變窄甚至閉鎖，根管完全閉鎖（圖3a、c）。DD-Ⅰ家系先證者（Ⅲ-5），男，21歲，上、下前牙部分缺失，牙冠顏色、外形、質地基本正常，X線顯示牙根短小畸形甚至缺如，呈圓錐形，15，16，37，46根尖周見不明原因低密度透射影，17，37髓腔部分閉塞呈“新月形”，其余患牙髓腔及根管閉鎖（圖3b、d）。收集DGI-Ⅱ和DD-Ⅰ兩個家系先證者拔除的下頜第三磨牙，去除周圍牙周膜后放入2.5%戊二醛溶液中固定，4 h后保存于70%乙醇中，標記備用。正常對照牙為門診同齡因正畸需要拔除的下頜第三磨牙，樣本牙齒完好，色澤正常，無齲壞，X線顯示牙根發育正常。研究對象均已簽署知情同意書。

圖3 2個家系先證者口內像及全口曲面體層片Fig 3 Intraoral photographsand radiographsof 2 pedigreeprobands

1.2 樣本掃描

將3份牙齒樣本分次固定于Micro-CT（SCANCO Medical AG，瑞士）配套的操作臺上。通過Micro-CT掃描對樣本進行三維定位，使紅外線光軸與牙齒長軸重合。掃描參數：電壓90 kVp，電流278μA，分辨率12.0μm，掃描時間隔每層

0.62°，旋轉360°。3份樣本各獲得TIF格式的700～800張樣本的二維橫斷面圖像。

1.3 樣本的數據分析

將3份樣本的二維橫斷面圖像導入Mimics 17.0軟件（Materialise，比利時）中，三維重建后觀察3份樣本的三維結構，并截取矢狀面和橫斷面觀察其內部結構。

1.4 牙齒礦物質密度的計算及礦化模式的觀察

在3份樣本截取的二維結構中隨機選擇釉質、冠部牙本質、根部牙本質各8個區域，分別計算各區域的平均灰度值，比較3份牙齒硬組織的礦化密度；成礦模式表示為灰度-距離圖，沿著每顆牙齒的橫截面，劃出通過釉質、牙本質的一條線，計算此線周圍的灰度值，分析此類疾病的礦化模式。

1.5 統計學分析

采用SPSS 21.0軟件分析灰度值相關數據，采用單因素方差分析，數據均用±s表示，P＜0.01為差異有統計學意義。

2 結果

2.1 樣本三維結構重建

成功構建出DGI-Ⅱ、DD-Ⅰ下頜第三磨牙的釉質帽、牙本質核和牙髓腔的三維精細模型。與正常對照牙（圖4）相比：DGI-Ⅱ患牙牙冠外形基本正常，牙根長度基本正常，釉質表面可見有凹陷孔隙，牙本質表面不光滑，牙髓腔稍變小，根管變窄（圖5）；DD-I患牙牙冠外形基本正常，牙根缺如，釉質表面較光滑，牙本質表面稍顯粗糙，根尖處可見凹凸不平的結構，且無根部（圖6）。

圖4 正常牙齒三維結構模型Fig 4 Three-dimensional structural model of normal tooth

圖5 DGI-Ⅱ患牙三維結構模型Fig 5 Three-dimensional structural model of DGI-Ⅱaffected tooth

圖6 DD-Ⅰ患牙三維結構模型Fig 6 Three-dimensional structural model of DD-Ⅰaffected tooth

2.2 矢狀面和橫斷面觀察牙齒結構

分別從矢狀面和橫斷面截取DGI-Ⅱ、DD-Ⅰ患牙影像與正常對照牙（圖7）相比較，結果顯示：DGI-Ⅱ患牙根管內存在不規則的鈣化物，礦物密度比根管周圍牙本質低，而根管髓周牙本質密度較高（圖8）；DD-Ⅰ患牙的牙本質與髓腔異常鈣化物間的界限不清晰，且鈣化物之間可見“月牙形”或“點狀”間隙，牙根缺如（圖9）。

圖7 正常牙齒三維重建結構Fig 7 Normal tooth three-dimensional reconstruction structure

圖8 DGI-Ⅱ患牙三維重建結構Fig 8 DGI-Ⅱaffected tooth three-dimensional reconstruction structure

圖9 DD-Ⅰ患牙三維重建結構Fig 9 DD-Ⅰaffected tooth three-dimensional reconstruction structure

2.3 牙齒各結構灰度值比較

DGI-Ⅱ、DD-Ⅰ患牙和正常對照牙的釉質、冠部牙本質、根部牙本質的灰度值比較見表1。結果顯示：DGI-Ⅱ、DD-Ⅰ患牙釉質、冠部牙本質及根部牙本質灰度值較正常對照組低（F值分別為23 483.52、448.19、757.75，P＜0.01）；DGI-Ⅱ、DD-Ⅰ兩組相比，DD-Ⅰ組根部牙本質的灰度值較低（P＜0.01），釉質、冠部牙本質灰度值差異無統計學意義（P＞0.05）。

表1 3組牙齒釉質、冠部牙本質和根部牙本質的灰度值比較Tab 1 Comparison of grayscale values of enamel，crown dentin and root dentin in three groups of teeth ±s

表1 3組牙齒釉質、冠部牙本質和根部牙本質的灰度值比較Tab 1 Comparison of grayscale values of enamel，crown dentin and root dentin in three groups of teeth ±s

注：*為DGI-Ⅱ組、DD-Ⅰ組與正常對照組相比，差異均有統計學意義（P＜0.01）；#為DGI-Ⅱ組與DD-Ⅰ組相比，差異有統計學意義（P＜0.01）。

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2.4 釉質牙本質的灰度-距離

DGI-Ⅱ、DD-Ⅰ和正常對照牙的礦化模式相似，但DGI-Ⅱ、DD-Ⅰ在一定的距離中，灰度值較正常對照牙低（圖10）。

圖10 釉質牙本質的灰度-距離圖Fig 10 Grayscale-distancemap of the enamel and dentin

3 討論

遺傳性牙本質發育缺陷是一組以牙本質結構異常為主要表現的常染色體顯性遺傳病，分為DGI和DD兩大類。目前針對遺傳性牙本質發育異常疾病患牙的超微結構研究，主要是通過光學顯微鏡、掃描電鏡、透射電鏡等儀器進行觀察[10-11]，但是這些研究方法需要對標本進行破壞性處理，失去了牙齒的完整性。Micro-CT又稱為微型CT，其成像具有高分辨率、高精度、無創和重復性好等優勢，分辨率可達1μm，廣泛應用在各種領域，尤其適于小鼠等活體樣本及骨細微結構和骨密度測量方面的研究[12]。在口腔醫學研究領域，Micro-CT主要應用于牙齒三維數字化模型的重建、測量以及牙根管系統的研究等，通過閾值的調整可將釉質、牙本質、髓室形態清晰地顯現出來，還能準確分析牙齒鈣化的情況[13-14]。近幾年來Micro-CT技術已成為牙齒硬組織無創研究的重要和極有價值的工具，其高分辨率對揭示正常釉質和牙本質以及礦化障礙組織具有重要三維信息[15]。Olejniczak等[16]應用Micro-CT首次提出了牙釉質帽和牙本質核的三維形態概念。也有學者[17]應用Micro-CT成功重建了人下頜第一磨牙及其牙周膜的三維模型。因此，本實驗通過收集DGI-Ⅱ、DD-Ⅰ患者及健康人拔除的下頜第三磨牙，首次采用Micro-CT評估遺傳性牙本質發育缺陷類疾病患者的牙齒礦物結構。

對DGI-Ⅱ患牙的組織學研究中，很多學者發現其牙本質結構異常而釉質剝脫，髓腔變窄甚至閉塞。本實驗中運用Micro-CT重建三維結構顯示DGI-Ⅱ患牙不僅牙本質有異常增生鈣化，而且釉質表面也有凹陷孔隙，提示DGI-Ⅱ患牙的釉質剝脫與異常牙本質和釉質有關。矢狀面和橫斷面發現髓腔變窄，根管不完全鈣化，其原因可能是由于釉質的早期剝脫加劇了反應性牙本質過度沉積，從而導致髓室逐漸喪失，根管部分或完全消失[18]。

DD-Ⅰ患牙的組織學研究中可見牙本質表面不光滑且牙本質礦化能力降低等牙本質結構異常的表現。牙根短小畸形是最主要病變，其中病變發生時期不同，受累牙的牙根形態也各不相同，若發生在牙根發育早期，牙根幾乎缺如；如果發生在牙根發育晚期，可以形成各種短根畸形[19]。本實驗中運用Micro-CT重建三維結構顯示DD-Ⅰ患牙牙根缺如，提示其牙根發育早期便出現缺陷；根尖可見凹凸不平的髓腔鈣化物，牙本質表面不光滑，進一步驗證了此類型牙齒牙本質結構異常的特點；矢狀面和橫斷面顯示牙本質與髓腔鈣化物界限不明顯，可能是因為第三磨牙的變異性多及病變發生在早期有關；髓腔呈現典型的“溪流圍繞圓石”特征，其原因可能是周期性的成熟前期牙本質細胞的死亡，新成牙本質細胞的募集，牙本質的沉積和成牙本質細胞的死亡[20]。

為進一步研究此類疾病牙齒硬組織的礦化情況，本實驗對3組牙齒各結構的灰度值及釉質牙本質的灰度距離圖進行比較，分析結果發現遺傳性牙本質發育缺陷患者牙齒礦化模式與正常對照牙相似，DGI-Ⅱ、DD-Ⅰ患牙的釉質、冠部牙本質及根部牙本質的灰度值均減少，提示DGI-Ⅱ、DD-Ⅰ患牙硬組織的礦物密度降低，礦化能力下降；DD-Ⅰ根部牙本質的灰度值比DGI-Ⅱ低，提示DD-Ⅰ牙本質異常礦化能力較DGI-Ⅱ更嚴重。

Micro-CT以高分辨率、高精確度、無創的優點增加了研究此類疾病牙齒超微結構的方法，且能從三維角度進行觀察硬組織結構，對牙體不同硬組織進行礦物質密度估值。本研究應用Micro-CT初步探索了遺傳性牙本質發育缺陷患牙硬組織礦化的差異性，結果顯示DGI-Ⅱ、DD-Ⅰ患牙的牙本質礦化密度均降低，其中DD-Ⅰ患牙降低更顯著，髓腔內均有異常鈣化物質，根管狹窄甚至閉塞。這些研究結果進一步為遺傳性牙本質發育缺陷疾病的病理特征提供了理論資料。

利益沖突聲明：作者聲明本文無利益沖突。