Verbesserung der Reproduzierbarkeit der Kariesdiagnostik mittels Widerstandsmessung und elektronischer Abschirmtechnik

Problem definition and objective: Simultaneously with the decreasing caries prevalence, the clinical appearance of the occlusal caries has changed, which brings higher demands on the diagnosis. The occurrence of so-called "hidden caries" (also called occult caries or fluoride syndrome), which is attributed to the topical and systemic application of fluorides shows a visual clinical picture in which the enamel appears healthy, but the dentin is undermined by caries. Previous methods of electrical resistance measurement on the human tooth were particularly subject to the need for a defined drying, on the one hand to avoid electrical shunts in too wet teeth and on the other hand incorrect contacts with too dry teeth. In particular, the lack of reproducibility of the measured values and many false-positive test results prevented establishment of the previous methods. The aim of the present work was the development of a new technique that delivers highly reproducible results with clinically useful sensitivity and specificity independent of the oral cavity moisture level. Material and method: A selection of 75 non-cavitated undamaged extracted molars and premolars were stored in artificial saliva adjusted to the electrical conductivity of natural saliva. For each tooth, three measurement points were selected along the central fissure and / or pits, which were reproducibly retrievable via a coordinate grid of digital photographs. The digital photos also served as visual diagnostic findings according to the ICDAS II procedure. All teeth were positioned in individually molded plastic holders in dappen dishes for measurements and dipped with their roots in the artificial saliva. The electrical resistance measurements were carried out in three methods by two investigators in five series of measurements, which were carried out at intervals of several weeks: - Resistance measurement with an AC ohmmeter - Resistance measurement using an agar-agar insulating gel - Resistance measurement using an agar-agar insulating gel, the use of the new measuring technology and a measuring unit developed for this purpose consisting of a measuring electrode and a shielding electrode surrounding it in a circular manner to avoid electrical shunts caused by the moisture film on the tooth The results were validated by CBCT and histological work-up. For statistical evaluation of the reproducibility, the rank correlation coefficient was determined according to Spearman (rs), scatter plots and Bland-Altman plots were created. As parameters of the diagnostic quality, values for sensitivity, specificity, likelihood quotients, ROC curves with the corresponding AUC values, as well as positive and negative predictive values and accuracy were determined. To compare the diagnostic procedures ICDAS II, electrical resistance measurements, digital volume tomography and histology, cross-tabulations were made. The software programs SPSS 24 and Microsoft Excel 2016 were used to calculate the statistics. Results: For the reproducibility of the new measurement technique, an almost perfect correlation according to Spearman (intra-investigator reproducibility: rs = 0.913- 0.944, inter-examiner reproducibility: rs = 0.939) and corresponding visual representation of the very good reproducibility in the scatter and Bland Altman plots. For the D1 level (enamel and dentine caries) an average sensitivity value of 0.71 and an average specificity value of 0.98 was determined. The corresponding likelihood ratios showed values of LR (+) = 42.87 (excellent diagnostic evidence) and LR (-) = 0.30 (weak / moderate diagnostic evidence). The predictive values for the D1 level showed evident values of PPV = 0.965 and NPV = 0.790; the accuracy value was 87.35. As a result of the ROC analysis, Area Under the ROC Curve (AUC) values were 0.828 - 0.863 (good overall diagnostic accuracy). Caries prevalence here was 47.0 %. At D3 level (dentine caries), mean sensitivity and specificity values of 0.84 and 0.97, respectively, were obtained. The corresponding likelihood ratios for the D3 level showed values of LR (+) = 33.60 and LR (-) = 0.16 (in both cases interpreted as excellent diagnostic evidence). The result of the positive predictive value (PPV) here was 0.949, the negative predictive value (NPV) was 0.871. Accuracy at D3 level returned 92.95. The AUC values here were 0.907 - 0.923 (excellent overall diagnostic accuracy). The caries prevalence here was 37.4 %. Discussion and conclusion: As part of the limitations of an in vitro study, it was shown that it is possible to develop an electronic resistance measurement method for (hidden) occlusal lesions by elimination of the disruptive factor "saliva" as a conductive electrolyte without defined drying of the tooth to be examined. Simultaneously this method provides diagnostic results at a clinically useful level that are highly reproducible. A use of the new technique for approximal lesions seems possible after first preliminary experiments. Further standardized studies on first and second dentition teeth in vitro and in vivo supporting the data collected in this study would be desirable.Problemstellung und Zielsetzung: Zeitgleich mit der sinkenden Kariesprävalenz hat sich das klinische Erscheinungsbild der okklusalen Karies verändert, was höhere Anforderungen an die Diagnostik mit sich bringt. Das Auftreten der sogenannten „Hidden Caries“ (auch okkulte Karies, Fluorid-Syndrom oder versteckte Karies genannt), welche auf die topische und systemische Applikation von Fluoriden zurückgeführt wird zeigt ein visuelles klinisches Bild, bei dem der Zahnschmelz gesund erscheint, das Dentin aber kariös unterminiert ist. Bisherige Verfahren der elektrischen Widerstandsmessung am menschlichen Zahn unterlagen insbesondere der Notwendigkeit einer definierten Trocknung, um einerseits Nebenschlüsse bei zu feuchten Zähnen und andererseits Fehlkontakte bei zu trockenen Zähnen zu vermeiden. Insbesondere die mangelnde Reproduzierbarkeit der Messwerte und viele falsch-positive Testergebnisse verhinderten eine Etablierung der bisherigen Methoden. Das Ziel der vorliegenden Arbeit war die Entwicklung einer neuen Technik, die unabhängig vom Feuchtigkeitsniveau der Mundhöhle hoch reproduzierbare Ergebnisse mit einer klinisch verwendbaren Sensitivität und Spezifität liefert. Material und Methode: Eine Auswahl von 75 nicht kavitierten unbeschädigten extrahierten Molaren und Prämolaren wurden in künstlichem Speichel gelagert, der auf die elektrische Leitfähigkeit von natürlichem Speichel eingestellt wurde. Pro Zahn wurden entlang der zentralen Fissur und/oder Grübchen drei Messpunkte ausgewählt, die über ein Koordinatenraster an digitalen Fotografien reproduzierbar wieder auffindbar waren. Die digitalen Fotos dienten dabei auch zur visuellen Befundung nach dem ICDAS II-Verfahren. Alle Zähne wurden für die Messungen in individuell aus Kunststoff gegossenen Halterungen in Dappenbehältern positioniert und tauchten mit ihren Wurzeln in dem künstlichen Speichel ein. Die elektrischen Widerstandsmessungen fanden nach drei Methoden durch zwei Untersucher in fünf Messreihen statt, die jeweils im Abstand von mehreren Wochen durchgeführt wurden: - Widerstandsmessung mit einem Wechselstrom-Ohmmeter - Widerstandsmessung unter Verwendung eines Isoliergels aus Agar-Agar - Widerstandsmessung unter Verwendung eines Isoliergels aus Agar-Agar und Einsatz der neuen Messtechnik und einer dafür entwickelten Messeinheit bestehend aus einer Messelektrode und einer sie zirkulär umgebenden Kompensationselektrode zur Vermeidung von Nebenschlüssen durch den Feuchtigkeitsfilm auf dem Zahn Die Ergebnisse wurden durch DVT-Untersuchungen und histologische Aufarbeitung validiert. Zur statistischen Auswertung der Reproduzierbarkeit wurde der Rangkorrelationskoeffizient nach Spearman (rs) bestimmt und Streudiagramme (Scatter plots) sowie Bland-Altman-Plots erstellt. Als Parameter der diagnostischen Güte wurden Werte für Sensitivität, Spezifität, Likelihood-Quotienten, ROC-Kurven mit den entsprechenden AUC-Werten, sowie positive und negative Vorhersagewerte und Accuracy bestimmt. Zum Vergleich der diagnostischen Verfahren ICDAS II, elektrische Widerstandsmessungen, digitale Volumentomografie und Histologie wurden Kreuztabellen erstellt. Verwendet wurden die Programme SPSS 24 und Microsoft Excel 2016. Ergebnisse: Für die Reproduzierbarkeit der neuen Messtechnik ergab sich eine fast perfekte Korrelation nach Spearman (Intra-Untersucherreproduzierbarkeit: rs = 0,913 ¬– 0,944; Inter-Untersucherreproduzierbarkeit: rs = 0,939) und entsprechender visueller Darstellung der sehr guten Reproduzierbarkeit in den Scatter- und Bland-Altman-Plots. Für das D1-Niveau (Schmelz- und Dentinkaries) konnte ein mittlerer Sensitivitätswert von 0,71 und ein mittlerer Spezifitätswert von 0,98 ermittelt werden. Die entsprechenden Likelihood-Quotienten zeigten Werte von LR(+) = 42,87 (ausgezeichnete diagnostische Evidenz) und LR(-) = 0,30 (schwache/mäßige diagnostische Evidenz). Die prädiktiven Vorhersagewerte für das D1-Niveau ergaben aussagekräftige Werte von PPV = 0,965 und NPV = 0,790; der Accuracywert betrug 87,35. Als Ergebnis der ROC-Analyse ergaben sich AUC-Werte (Area Under the ROC-Curve) von 0,828 – 0,863 (gute diagnostische Gesamtgenauigkeit). Die Kariesprävalenz betrug hier 47,0 %. Auf D3-Niveau (Dentinkaries) ergaben sich mittlere Sensitivitäts- und Spezifitätswerte von 0,84, bzw. 0,97. Die entsprechenden Likelihood-Quotienten für das D3-Niveau zeigten Werte von LR(+) = 33,60 und LR(-) = 0,16 (jeweils ausgezeichntete diagnostische Evidenz). Das Ergebnis des positiven prädiktiven Wertes (PPV) ergab hier einen Wert von 0,949, der negative prädiktive Wert (NPV) betrug 0,871. Die Accuracy auf D3-Niveau ergab einen Wert von 92,95. Die AUC-Werte waren hier 0,907 – 0,923 (ausgezeichnete diagnostische Gesamtgenauigkeit). Die Kariesprävalenz betrug hier 37,4 %. Diskussion und Schlussfolgerung: Im Rahmen der Limitationen einer In-vitro-Studie konnte gezeigt werden, dass es möglich ist, ein elektronisches Widerstandsmessverfahren für (versteckte) okklusale Läsionen zu entwickeln, dass durch die Eliminierung des Störfaktors „Speichel“ als leitendem Elektrolyten ohne definierte Trockung des zu untersuchenden Zahns diagnostische Ergebnisse auf einem klinisch verwendbaren Niveau liefert, die hoch reproduzierbar sind. Eine Verwendung der neuen Technik für approximale Läsionen erscheint nach ersten Vorversuchen möglich. Weitere standardisierte Studien an Zähnen der ersten und zweiten Dentition in vitro und in vivo, die die hier erhobenen Daten stützen, wären wünschenswert