Вложенные скобки должны, в этом случае, быть «не захватывающим» подшаблоном.
$pattern = "~((?:IX|IV|V?I{0,3}[\.]))~";
Попробуй это. Он скажет компилятору regex, чтобы он не фиксировал результаты этих скобок в массиве.
На самом деле, глядя на ваше регулярное выражение, вам даже не нужны эти скобки. Сделайте свое регулярное выражение так:
$pattern = "~IX|IV|V?I{0,3}[\.]~";
Это тоже должно сработать.