控制記憶型根管銼抗疲勞性能的體外研究

發布時間:2016-08-25 瀏覽 2425 次


基金項目:北京市醫管局2013年度臨床醫學發展專項“揚帆”計劃項目(XMLX201201)

作者單位:10050 北京,首都醫科大學附屬北京口腔醫院【潘福琴、侯本祥(潘福琴現在滄州醫學高等專科學校)】;滄州醫學高等專科學校(劉建輝)

通訊作者:侯本祥 E-mail:houbenxiang@gmail.com

【摘要】  目的  通過體外實驗評價控制記憶型(CM Wire)根管銼的抗疲勞性能。方法選取S3(型號25#、0.06錐度)、Hyflex CM(型號25#、0.06錐度)和ProTaperF2新銼各40支,分別在不同彎曲角度和曲率半徑的不銹鋼模擬根管中測試抗疲勞性能。記錄折斷所用時間和折裂片長度,并計算折斷前的旋轉圈數(NCF)。采用雙因素方差分析比較3種銼的NCF值和折裂片長度的差別。結果  兩種CM Wire根管銼的抗循環疲勞性能顯著優于相同條件下的傳統鎳鈦銼。S3抗疲勞性能最好。曲率半徑小、彎曲角度大的根管對器械的疲勞損傷作用較大。結論  CM Wire根管銼在體外抗疲勞性能測試中顯著優于傳統鎳鈦銼,但還需要體內實驗進一步驗證。

【關鍵詞】鎳鈦器械;循環疲勞;控制記憶合金

【中圖號】R781     【文獻標識碼】A   

An in vitro comparative study on cyclic fatigue resistance ofControlled memory NiTi Files  PAN Fuqin1,2,HOU Benxiang1,LIU Jianhui2,SHI Guanzhong2,LIU Mingqing2.  1. Department of Endodontics,Beijing Stomatology Hospital,Capital Medical University,

Beijing 100050,China;2.Cangzhou Medical College,Cangzhou,Hebei 061001,China.

【Abstract】 Objective  To evaluate the cyclic fatigue resistance of controlled memory nickel-titanium(NiTi) files.Methods  Forty instruments each of S3,HyFlex CM file(size 25/.06), and ProTaperF2 (as control) were tested to rotational bending in the curved artificial canals with different angles and radii of curvature. The time to fracture was recorded and the length of the fragment was measured,then the number of cycles to fracture (NCF) was calculated.The data were compared for differences by using two-way analysis of variance.Results  There were significant differences among three tested files in terms of NCF. CM wire files were more resistant to cyclic fatigue than conventional rotary instrument used as control. S3 showed the highest cyclic fatigue resistance,but its performance is not stable. The fatigue life of files were shorter in the canal with greater curvature angle or smaller curve radius. Conclusion  CM Wire files had a significantly higher fatigue resistant than the conventional NiTi instruments in vitro study, but the in vivo experiments is needed to further verify the result of this study.

【Key words】Nickel-titanium instrument  Cyclic fatigue  Controlled memory wire

中圖分類號:R781.05  文獻標識碼:A

鎳鈦根管預備器械因具有彈性好、切割效率高、有形態記憶功能等優點被廣泛應用于臨床。但由于金屬疲勞等[1]原因,鎳鈦銼常發生毫無征兆的折斷,嚴重困擾臨床醫生。為了改善器械的抗疲勞性能,新的合金和新的生產工藝被研發,其中,控制記憶型合金(controlled memory wire,簡稱CM Wire)是一種由特殊熱處理加工的鎳鈦合金,具有極佳的柔韌性能和抗疲勞性能,并成功地應用于根管器械的制造,開發出Hyflex CM、Typhoon CM、Sani S3等產品。其中,S3是最新上市的國產CM Wire根管銼,對其研究甚少,有關其機械性能尤其是抗疲勞性能的信息尚未見報道。因此,本試驗以傳統鎳鈦銼ProTaper F2作對照體外評價CM Wire根管銼Hyflex、S3的抗循環疲勞性能,為CM Wire根管銼在臨床上的安全使用提供理論基礎。

資料和方法

1. 實驗材料

HyFlex CM型號為25#、0.06錐度(Coltene-Whaledent公司, 美國),S3型號為25#、0.06錐度(四川海納聯創醫療器械有限公司,中國),ProTaper F2型號25#、變錐度(Dentsply Maillefer公司,瑞士),長度均為25mm,每種品牌各取40支新銼。

2.疲勞測試裝置制作

根據BulemüK等[2]的實驗設計改良制作測試裝置。采用數控加工方法分別為定錐度器械HyFlex CM和變錐度器械ProTaper F2銑削制作一個銅模,銅模比根管銼的原始尺寸粗0.1mm,然后在不銹鋼板上用這個銅模采用電火花加工工藝制作不同曲率的模擬根管,根管總長16mm,深度為1.4mm,寬度、錐度與銅模尺寸相適應,以使器械在模擬根管內自由旋轉。模擬根管彎曲部分制作要求如圖1所示:彎曲弧線從距根管銼尖端2mm開始彎曲,彎曲半徑分別為8mm和5mm,彎曲角度分別為60°和45°。根據根管的彎曲角度和彎曲半徑,分成45°8mm、60°8mm、45°5mm、60°5mm共4組根管,并依次命名為根管a、b、c、d,如圖2所示。模擬根管的上方覆蓋一鋼化玻璃,以防止銼從根管中溜出并可直視觀察銼在根管中的轉動或折斷情況。制作固定減速手機的支架,并用螺絲將其與模擬不銹鋼根管分別組裝于不銹鋼基座上,如圖3所示。因測試器械S3與HyFlex CM的錐度和尖端直徑相同,故二者所用模擬根管相同。


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圖1模擬根管示意圖    


圖2模擬根管圖

根管a代表彎曲角度45°彎曲半徑8mm;依此類推b、c、d分別代表60°8mm、45°5mm和60°5mm


圖3疲勞測試裝置圖



3.其它主要器械

奧特sz760三目體視顯微鏡(重慶奧特光學儀器有限公司)、GOLD馬達(VDW公司,德國)、Sirona6:1減速手機(VDW公司,德國)

4.實驗分組

體視顯微鏡下檢查根管銼無缺損、無形變,并根據根管的彎曲角度和彎曲半徑分成4組,每組各10支。

5.方法

測試方法:將銼置于減速手機上,調整手機位置使銼尖端與根管頂端對齊,同時調整模擬根管的位置使銼位于根管中心,確保器械的三維空間位置相同,固定手機與模擬根管。按照廠商使用要求設置轉速與扭矩,HyFlex、S3設置轉速為500rpm、扭矩2.5Ncm,ProTaper F2設置轉速為300rpm、扭矩2Ncm。為減少器械與金屬管壁間的摩擦力,將合成機油噴灑在模擬根管內。啟動馬達,同時用0.01秒精度計時器計時,當看到器械折斷停止計時,折斷前的循轉圈數(NCF)由折斷所用時間乘以每分鐘的旋轉數進行核算。測量折斷片長度。

6.數據處理方法

采用SPSS 17.0統計學軟件包進行統計學分析,NCF和折斷片長度數據的統計描述以均數±標準差(±s)表示,組間差異采用雙因素方差分析,用LSD-t檢驗進行組間的兩兩比較,以P<0.05為差別有統計學意義。

結果

1.不同測試器械抗疲勞性能的比較  

各種根管銼在4種彎曲根管中的NCF值及折斷片長度見表1。3種器械之間的抗循環疲勞性能有顯著性差異(F=123.506,P=0.000)。S3的抗疲勞性能最好,其次為HyFlex CM,二者均顯著優于ProTaper F2。

表1  3種根管銼在4種彎曲根管中的NCF值及折斷片長度(mm)



實驗分組

S3

HyFlex

ProTaper

NCF

折斷部

分長度

NCF

折斷部

分長度

NCF

折斷部

分長度

根管a組

3171±1168

4.14±0.48

2860±310

4.18±0.50

454±95

4.55±0.26

根管b組

1950±503

5.25±0.26

1820±409

5.53±0.63

421±92

5.60±0.26

根管c組

2377±813

3.24±0.43

2025±645

3.14±0.40

402±110

3.58±0.36

根管d組

1638±458※

4.56±0.32

1227±233

4.42±0.35

356±52

4.24±0.67



注:※表示在根管d組,S3與HyFlex之間有顯著差異(P=0.005),而在根管a、b、c組則無顯著差異。 


2.根管彎曲度對器械疲勞壽命的影響(圖3)  四種彎曲根管中,

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NCF值最高的是根管a組;最低的是根管d組;根管b組和根管c組之間的NCF值無顯著性差異(P=0.132);根管a組和根管d組均分別與其它類型根管之間有顯著性差異。相同彎曲角度下,曲率半徑小的根管NCF值比曲率半徑大的顯著要低,如根管a組與根管c組、根管b組與根管d組之間。根管的曲率半徑相同時,彎曲角度小的根管NCF值比彎曲角度大的顯著要高,如根管a組與根管b組、根管c組與根管d組之間,其差異均具有顯著性。

3.折斷部分長度分析  器械的折斷部分分別與根管的最大彎曲處及鄰近部位相對應,不同器械之間折斷部分長度無顯著性差異,說明在同一彎曲根管內不同器械所受應力類似。

討論

鎳鈦器械的循環疲勞性能測試多采用體外研究。由于天然牙的根管解剖形態變化較大,不能使實驗條件標準化,因此多采用模擬彎曲根管來評價。常用的測試方法有:彎曲金屬管、三點彎曲裝置、人造金屬斜坡、不銹鋼板開槽裝置等。正如Plottino G等[3]陳述器械與模擬根管的適合性會導致測試器械疲勞壽命有較大差異。本實驗中所用的模擬根管即是為測試器械量身定做的,這種方法可確保器械在根管內的彎曲弧度與模擬根管一致,從而使測試器械在同一彎曲度的根管內所受的應力狀態統一,因此本實驗的研究結果能較真實客觀地反映測試器械的抗循環疲勞性能,是研究根管預備器械抗循環疲勞性能的良好模型。

本實驗的研究結果顯示CM Wire根管銼S3和HyFlex CM的抗疲勞性能比傳統鎳鈦銼ProTaper F2高近3~7倍,這與Shen Y 等[4、5]采用三點彎曲裝置測試CM Wire器械的抗疲勞性能結果相符。CM技術即控制記憶技術是通過特殊的熱處理方法控制材料的記憶,使材料在室溫下無形狀記憶,形狀可隨意改變而無回彈;受熱后又可恢復初始形態并可重復使用[6]。合金的熱處理可以優化晶體結構排列,改變合金中不同晶體結構相的相對比例關系[8]。據Braga LC 等[7]的研究,傳統鎳鈦銼在室溫時顯示為奧氏體相,利用CM Wire技術生產的根管銼除了奧氏體相外還包含馬氏體相和R-相,而馬氏體相柔軟易變形,且抗疲勞性能優于奧氏體相,從而提高了合金的柔韌性能和抗疲勞性能,這也許是CM Wire根管銼S3和HyFlex CM抗疲勞性能顯著優于傳統鎳鈦銼的主要原因。

本實驗中兩種CM Wire器械S3和HyFlex CM之間的抗循環疲勞性能有顯著差異,S3的抗疲勞性能優于HyFlex CM。這可能與二者之間的截面設計、表面處理工藝、熱處理細節等不同因素的混合影響有關。雖然本實驗中S3和HyFlex CM所用的尺寸均相同,但二者的截面設計不同,S3為凸四邊形,HyFlex CM為三角形,有研究報道[4]截面形態為方形結構的CM Wire器械NEYY CM比三角形結構的CM Wire器械TYP CM大大延長了疲勞壽命。另外,二者的表面處理工藝也不同,HyFlex CM經特殊處理后呈紫色外觀,S3表面則有一層藍色的特殊涂層。此外,由于熱處理工藝的細節一般是專利的,是生產廠商秘而不宣的,熱處理工藝的不同參數會對器械的抗疲勞性能產生顯著的影響,也許導致了S3和HyFlex CM器械上應用的熱處理是不等效的。這些因素的混合影響也許是S3和HyFlex CM之間疲勞性能差異的原因。

本實驗顯示S3器械抗循環疲勞性能不夠穩定。這也許是由于鎳鈦合金的機械性能很容易受成分、雜質、熱處理、表面加工、殘余應力等的影響,其中,熱處理工藝又高度受溫度和時間間隔的影響,而且每個小的變動都會產生獨特的生產過程[9],產生不同的熱處理效應。因此,為了器械的性能更加穩定,S3器械還需要進一步精確控制生產環節中的工藝參數,生產出更安全更優質的精品,以供臨床上安全高效地使用。

器械的抗疲勞性能受模擬根管彎曲角度和曲率半徑的影響。在本實驗中,相同彎曲角度下,曲率半徑小的根管對器械的疲勞損傷作用要比曲率半徑大的顯著要大,如根管a與根管c、根管b與根管d之間,這主要是由于曲率半徑越小,根管偏離直線的突變度越大,器械發生彎曲形變的幅度也更大,所受的應力和扭轉力也越大[10],抗疲勞性能就越差;曲率半徑相同時,根管彎曲角度越大,彎曲程度就越嚴重,器械所受的應力水平相應就越高[10],越易疲勞折斷,如根管a與根管b、根管c與根管d之間。這與與早期的報道一致[11、12、13]。另外,對同一種器械而言,彎曲角度越小、彎曲半徑越大的根管如根管a對器械的損傷作用最小,器械的疲勞壽命最長;相反,彎曲角度越大、彎曲半徑越小的根管如根管d對器械的損傷作用最大,器械的疲勞壽命也最短。因而,臨床上預備彎曲根管時應小心謹慎,嚴格控制使用次數,對嚴重彎曲的根管應使用新銼來預備以減少器械折斷的發生。

本項體外研究測試中,CM Wire器械的抗疲勞性能顯著優于傳統鎳鈦銼,S3又顯著優于HyFlex CM,但臨床條件下的機械性能還需要體內實驗進一步來驗證。

參考文獻

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2 Bulem üK,Kececi AD,Guldas HE. Experimental evaluation of cyclic fatigue resistance of four different nickel-titanium instruments after immersion insodium hypochlorite and/or sterilization.J Appl Oral Sci,2013,21(6):505~510.

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7  Braga LC,Faria Silva AC,Buono VT,et al.Impact of heat treatments on the fatigue resistance of different rotary nickel-titanium instruments.J Endod,2014,40(9):1494~1497.

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9  Gambarini G, Grande NM, Plotino G, et al. Fatigue resistance of engine-driven rotary nickel-titanium instruments produced by new manufacturing methods.J Endod,2008,34(8):1003~1005.

10 Pruett JP,Clement DJ,Carves Dl.Cyclic fatigue testing of nickel-titanium endodontic instruments.J Endod,1987,23(2):77~85。

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12袁理,岳林,王嘉德.根管彎曲度對根管銼疲勞壽命的影響.現代口腔醫學雜志,2007,21(6):630~632.

13 Bhagabati N,Yadav S,Talwar S.An in vitro cyclic fatigue analysis of diff-

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