X線暗視野トモグラフィで歯のひび割れを確認する

X-ray dark-field tomography reveals tooth cracks.

抄録

CTS（Cracked Tooth Syndrome）は歯の臨床所見として一般的であり、毎年成人全体の約5％が罹患する。CTSの所見は、修復物、ブラキシズム、咬合習慣、年齢などのいくつかの危険因子によって好転します。治療法は、重症度に応じて、全く治療しないものから抜歯するものまで様々です。CTSの早期診断は、最適な治療と症状軽減のために非常に重要です。現在、エビデンスに基づく標準的な診断方法はありません。痛みや温度刺激に対する過敏性などの症状が、病気と明確に結びつかないことによって、診断が困難になっているのです。一般的に行われている視診では、深い情報は得られず、人間の目の分解能に限界がある。これは拡大光学系やコントラスト増強剤によって克服することができるが、それでも診断は施術者の経験に強く依存することになる。その他の方法としては、打診による症状の再現、熱的歯髄検査、咬合検査などがあります。歯科用X線撮影やコンピュータ断層撮影では、解像度に限界があるため、クラックを検出することは稀である。そこで我々は，X線暗視野トモグラフィーを用いて歯のマイクロクラックを検出する方法を検討した．XDTは、減衰に加えてX線小角散乱（SAXS）も同時に検出するが、マイクロメートル領域で最も感度が高くなる。SAXSは電子密度の勾配に由来するため、信号は試料の形態に敏感です。マイクロクラックは多様な界面を形成し、それが強いシグナルにつながる。したがって、サブピクセルサイズの構造を直接分解することなく、その構造に由来する構造変化を検出することが可能です。比較的大きなクラックを可視化する補完的な減衰情報とともに、非破壊で歯全体のすべての長さスケールのクラックを検出することができます。したがって、生体外の3本の歯に関するこの原理実証研究は、証拠に基づいて歯のひび割れを検出するためのX線散乱の可能性を示しています。

Cracked tooth syndrome (CTS) is a common clinical finding for teeth, it affects about 5% of all adults each year. The finding of CTS is favored by several risk factors such as restorations, bruxism, occlusion habits, and age. Treatment options range, depending on the severity, from no treatment at all to tooth extraction. Early diagnosis of CTS is crucial for optimal treatment and symptom reduction. There is no standard procedure for an evidence-based diagnosis up to date. The diagnosis is a challenge by the fact that the symptoms, including pain and sensitivity to temperature stimuli, cannot be clearly linked to the disease. Commonly used visual inspection does not provide in-depth information and is limited by the resolution of human eyes. This can be overcome by magnifying optics or contrast enhancers, but the diagnosis will still strongly rely on the practicians experience. Other methods are symptom reproduction with percussions, thermal pulp tests or bite tests. Dental X-ray radiography, as well as computed tomography, rarely detect cracks as they are limited in resolution. Here, we investigate X-ray dark-field tomography (XDT) for the detection of tooth microcracks. XDT simultaneously detects X-ray small-angle scattering (SAXS) in addition to the attenuation, whereas it is most sensitive to the micrometer regime. Since SAXS originates from gradients in electron density, the signal is sensitive to the sample morphology. Microcracks create manifold interfaces which lead to a strong signal. Therefore, it is possible to detect structural changes originating from subpixel-sized structures without directly resolving them. Together with complementary attenuation information, which visualizes comparatively large cracks, cracks are detected on all length-scales for a whole tooth in a non-destructive way. Hence, this proof-of principle study on three ex-vivo teeth shows the potential of X-ray scattering for evidence-based detection of cracked teeth.