机用镍钛器械切削及成形能力的影响因素

2019-10-8 08:10 ?来源:中国实用bck网址科杂志
作者:赵亚楠 薛明 阅读量:126

??? 应用机械化学预备去除根管内的感染源并为根管充填提供足够的空间是根管治疗成功的关键步骤。而近年来机用镍钛器械又是根管治疗中最受临床医生欢迎的根管预备器械,具有良好的发展前景。1988年,Walia等发明了镍钛锉,镍钛合金首次被应用于牙体牙髓领域。

??? 20世纪90年代研发的机用镍钛器械根管预备系统问世,因其具有良好的成形能力、切削能力、碎屑推出根尖孔少以及弹性模量低、柔韧性好等优势,在根管预备的过程中能更好地沿着根管的解剖形态运动,有效地减少了根管预备过程中出现台阶、根尖偏移、根尖孔敞开等并发症,并且能最大限度地保留牙体组织。但是,目前机用镍钛锉尚无国际统一标准,应用于临床的机用镍钛器械在材质、锥度、横截面形状、运动方式、工作刃以及制作工艺等不断变化,均可影响其切削及成形能力。本文将从镍钛器械的材质、锥度、横截面形态、运动方式等方面,对影响机用镍钛器械切削及成形能力的因素做一介绍。

??? 1.镍钛器械的材质

??? 1.1不同晶体结构之间的转换

??? 20世纪60年代,Buehler教授发现镍钛合金具有其他金属都不具备的多种特性,如形状记忆性(在某一特定的温度下能够自动恢复其原始形态)、超弹性(在外力作用下产生远大于其弹性极限应变量的应变,去除载荷时应变可自动恢复)、抗腐蚀性及生物相容性。正因为这些特性,镍钛合金开始被应用于根管预备器械的研发。

??? 镍钛合金由质量分数约56%的镍和44%的钛组成,镍元素和钛元素在常规条件下主要以3种晶相存在,即奥氏体相(A相)、马氏体相(M相)和R相。A相为立方体结构,形状稳定,比较坚硬;M相则为六边形结构,形状不太稳定,具有延展性,比较柔软;R相为菱形六面体结构,是A相和M相转换的中间相。依赖于温度的变化,3种晶相可相互转换。温度高的相称为A相,具有较高的硬度,其切削能力较强;而温度低的相称为M相,柔韧性较佳,使镍钛器械能沿着根管的原始形态运动,减少根管偏移。因此,镍钛合金中这三种晶相所占比例不同,镍钛器械的切削及成形能力也会随之发生变化。

??? 1.2不同镍钛合金丝的晶体构成

??? 热处理工艺可改变镍钛合金的晶体构成,进而改善镍钛锉的成形能力、切削能力、抗循环疲劳能力及抗腐蚀能力等。目前通过热力学加工得到的镍钛丝主要有M-wire(登士柏,瑞士)、CM-wire(控制记忆丝)(康特,瑞士)和R相(卡瓦思博安,美国)。

??? M-wire在2007年开始被用来制作镍钛锉,M-wire是介于超弹相和M相之间的柔软状态,目前市场上由Mwire制成的镍钛锉主要有ProFileGTX、ProFileVortex、VortexBlue、WaveOne、ProTaperNext(登士柏,瑞士)以及Reciproc(VDW,德国)等。从2010年开始,CM-wire被用来制作镍钛锉,CM-wire是接近于M相的超柔软状态,HyFlex(康特,瑞士)、M3(常州益锐医疗器材有限公司)、S3(成都市萨尼医疗器械有限公司)、I3(长沙得悦科技发展有限公司)、欧罗德卡(济宁德卡医疗器械有限公司)等都是由CM-wire制成的镍钛锉。以HyFlex为例,由CM-wire制作的镍钛器械柔韧性佳但切削能力相对较弱,在预备弯曲根管时遇到过大应力和扭矩时易发生解螺旋;而近来上市的HyFlexEDM(康特,瑞士),由CM-Wire结合去电荷工艺及变锥度设计制造的镍钛锉,通过去电荷技术使其表面形态呈熔蚀孔洞样结构,在保持原有的抗疲劳能力同时提高了切削力。

??? Twisted Files Adaptive(卡瓦思博安,美国)是由R相镍钛丝制成的锉,经扭转的方式形成螺纹而制成。有研究显示,传统镍钛器械完全是A相结构,其硬度相对较大,易发生根管偏移,但切削效率较高;而由M-wire和CM-wire制成的镍钛锉同时含有A相、M相和R相,具有更佳的柔韧性、根管适应性及抗循环疲劳性能,能更好地适应弯曲根管,减少器械在根管内的回弹力,有效减少了根管偏移的发生。如何在此基础上不降低切削力是今后研究的重点。

??? 2.镍钛器械的锥度

??? 2.1锥度的大小

??? 在影响机用镍钛器械切削能力及成形能力的因素中,器械的锥度大小对其影响是不容忽视的,而根尖部位的感染控制是根管治疗成功的关键。因此,如何最大限度地清除根尖部的细菌生物膜一直是国内外专家讨论的热点问题。机用镍钛器械与传统根管预备器械比较,其锥度的增加明显提高了镍钛器械的成形及切削能力,从而提高了根管内感染源的有效清除率。目前机用镍钛根管器械多数均建议预备至0.06锥度,但对于根尖部的彻底清洁是否充分尚证据不足。

??? 在临床工作中若想增加生物膜清除的效果,则可将成形锥度增加至0.08,然而临床医生一直面临着切削和保存两方面的矛盾,若过分切削,必然会造成牙本质的丧失而降低根管治疗后牙体组织的抗折性;若过分保存,则可能会发生预备不足致感染源清除不净而降低根管治疗的成功率。因此,临床工作中要结合患牙的术前评估和感染情况尽可能找到切削和保存的最佳平衡点。

??? 2.2锥度的变化

??? 目前镍钛锉的锥度主要包括恒定锥度、锥度逐渐变大、锥度逐渐变小(注:此段所述锥度变化均指从锉尖向锉末端的变化)3种形式。有研究表明,锥度逐渐变大可增加锉的柔韧性,即锉的抗循环疲劳能力更佳;而锥度逐渐变小会使锉的刚性增强,即锉的切削及成形能力更佳。

??? ProTaper是从锉尖至锉末端锥度逐渐增大的镍钛锉,柔韧性较佳;此外,其刃部有不断变化的螺矩和螺角,有利于牙本质碎屑自根管口排出,排屑能力较好。在ProTaper Universal镍钛锉系统中,S1和S2的锥度是逐渐增大的,而F1和F2的锥度是逐渐变小的,锥度由0.04的S2直接增加到0.07的F1,易导致根尖部的偏移。

??? 而在ProTaper Next镍钛锉系统中,X1和X2在锉尖部的锥度是逐渐增大的,而锉末端的锥度又是逐渐减小的,说明ProTaperNext锉尖部的柔韧性较佳,这也使得ProTaperNext镍钛锉系统在预备重度弯曲根管时,在根尖部造成的中心轴线偏移较小。机用镍钛系统刃部的锥度是多样化、可变的,该设计增加了镍钛器械的切削及成形能力,在预备根管时能更有效地刮除细菌生物膜,并使镍钛器械能更好地保存根尖区的解剖形态,有利于保存更多的牙体组织,亦有利于进行更加严密的根管三维充填。

??? 3.镍钛器械的横截面形态

??? 3.1横截面形状

??? 目前,国内外各厂家生产的镍钛器械的横截面形状有三角形、S形、U形、正方形、长方形、细长矩形等多种不同类型。为了研究不同横截面形状对镍钛器械成形能力及切削能力的影响,Kim等构建了横截面形状分别为三角形、细长矩形和长方形的镍钛锉的三维有限元模型,模拟在45°弯曲根管内进行预备,分析锉的应力分布。结果显示,横截面为三角形的锉更有利于应力分散,其成形能力较好。

??? WaveOne镍钛器械的横截面为凸圆三角形,有3个切割刃,大量研究表明,WaveOne镍钛根管预备系统有较强的切削能力,能较好地维持根管解剖形态。ProTaperUniversal横截面为凸三角形,锋利的刃缘具有较高的切削效率,从锉尖至锉末端采用变锥度设计,螺矩和螺角也不断变化,可提高锉尖到锉中段的弹性,减少根管偏移。Reciproc镍钛器械的横断面为“S”形,有2个切削工作刃,处于切削方向时能向根管内推进并高效切削牙本质,而回旋时则将根管内碎屑向外排出,其排屑能力较强。因此,改变镍钛器械横截面的形状可直接影响其切削及成形能力。

??? 3.2横截面对称性

??? Diemer等比较了3种工作长度均为25mm、锥度为0.06的30号镍钛锉的成形能力,其中HeroShaper(MM,法国)为对称三螺旋型横截面,另外2种是以HeroShaper为设计基础制作的横截面为非对称三螺旋型的镍钛锉,用灵敏度为0.1N的测力计测量这3种镍钛锉预备根管时的应力分布,结果显示,横截面为非对称三螺旋型的镍钛锉减少了轴向的应力分布。ProTaperUniverval和WaveOne的横截面形态均为对称的凸三角形,而ProTaperNext的横截面形态为非同心轴的长方形,且器械与根管壁只有两点接触,从而有较大的空间利于碎屑从根管排出。

??? Ozsu等研究发现,ProTaperNext在根管预备过程中较ProTaperUniverval更少地将碎屑推出根尖口外,排屑能力较强;并且偏离中心的矩形横截面设计可减少施加在器械上的扭应力。此外,独特的蛇形波浪式运动形式及超弹性使得ProTa?perNext对狭窄弯曲的根管切削效率增强,更有利于根管成形。ProTaperNext尖端为半引导尖,使器械既具有一定切削能力,又保证了根管的原始形态,避免根管预备时发生台阶、偏移、穿孔等并发症。

??? 4.镍钛器械的运动方式

??? 改变器械的旋转方式是近年来镍钛根管器械设计方面的又一大突破,除了最原始的单向连续旋转的运动模式外,还设计出了往复运动模式和自适应模式。目前,从器械运动模式方面去比较根管成形能力的研究还较少。单向连续旋转的镍钛器械主要为ProTaper(登士柏,瑞士)、Mtwo(VDW,德国)等,往复运动模式镍钛锉代表主要有Reciproc、ReciprocBlue(VDW,德国)以及WaveOne、WaveOneGold(登士柏,瑞士)等。

??? 往复运动是根据“平衡力”原理研制而成的一种新型机用镍钛器械运动方式:即在切割方向大角度旋转(逆时针150°或170°)实现对牙本质的切削,反向(顺时针30°或50°)小角度旋转使得器械与牙本质脱离接触并继续安全前进。逆时针旋转的角度小于器械的弹性极限。这种运动形式可缓解施加在根管壁上的压力,并释放加载在器械上的扭应力,从而降低根折和器械分离的发生率。

??? 研究表明,与连续旋转运动相比,以往复运动进行根管预备可明显提高镍钛器械的切削性能和抗疲劳性能。Hwang等研究亦表明,Mtwo在做往复运动时其预备弯曲根管的偏移程度要明显小于做连续旋转运动时;也有研究显示,镍钛器械在往复运动模式下对原始根管的中心定位性和切削效率都更好。这说明了往复运动模式较连续旋转运动时成形能力及切削能力更好。自适应模式其实也是一种特殊的往复运动,在普通的往复运动模式的前提下,改变了往复运动的角度,随着外力的变化,顺时针旋转角度在370~600°之间,逆时针旋转角度在0~50°之间。相比30~150°的一般往复运动的角度,自适应运动的切割向旋转角度明显加大,而反向旋转角度增加相对较少。

??? 当根管内无阻力时默认顺畅切削牙本质侧壁,无回旋切削动作;而遇到阻力时会自动根据阻力的大小智能地选择切削及回旋的角度,在根管预备过程中达到安全与效率的最佳平衡。TFAdaptive(卡瓦思博安,美国)是在TF锉的基础上采用自适应运动模式,且TFAdaptive器械是在金属R-phase状态下进行热处理制成,弹性明显优于传统镍钛器械。与Reciproc和WaveOne等往复运动器械相比,TFAdaptive能有效减少根管偏移,更好地遵循根管原有形态走形,说明采用自适应模式的机用镍钛器械有较好的成形能力。

??? 5.结语

??? 除了本文探讨的4个影响机用镍钛器械切削及成形能力的因素外,镍钛器械的制作工艺、工作刃等也影响其切削及成形能力。选择优秀的切削及成形能力、抗循环疲劳能力的镍钛器械对根管治疗的疗效具有重要意义,临床医生应根据不同的病例去选择最合适的镍钛器械。然而镍钛器械柔韧性佳时势必会降低其切削及成形能力,如何在保持原有特性的基础上增加其切削及成形能力必然会成为未来研究的重点。但作为新型器械,仍然需要大量的体外研究、临床实践和定期随访来观察其应用价值和远期疗效。

编辑: 陆美凤

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