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镍钛根管器械切削性能研究进展

2020-3-4 14:03  来源:中国实用口腔科杂志
编辑:刘丹 于静涛 阅读量:3548

    根管预备是根管治疗过程中的关键步骤之一。根管预备器械的切削能力影响根管内玷污层的去除以及根管成形,因而器械的切削性能是决定根管治疗成功与否的重要因素之一。

    相对于不锈钢根管预备器械,镍钛器械以其独特的形状记忆效应、超弹性已成为现代根管预备的主流。镍钛器械的使用不仅在根管清理和成形方面表现出极大的优势,而且也提高了医生的工作效率。然而,镍钛器械的切削性能受多种因素影响,也有很多不同方法来评估镍钛器械的切削效率,研究镍钛根管器械的切削性能成为临床研究的一大热点。本文将从镍钛根管器械切削性能的自身影响因素、外界影响因素、检测方法及改进措施等几个方面进行综述。

    1.器械自身因素对切削性能的影响

    1.1合金材质

    镍钛合金可以存在两种不同的温度依赖性晶体结构,称为奥氏体相(高温相)和马氏体相(低温相)。用于制造根管器械的镍钛合金可细分为主要含有奥氏体相的器械(传统镍钛合金、M丝、R-相)和主要含有马氏体相的器械(CM丝、Gold热处理和Blue热处理)。研究表明,含有较多马氏体相的镍钛合金有更好的切削性能。Morgental等用两种方法测量几种不同镍钛根管器械的切削效率,发现具有马氏体相的CM丝镍钛器械HyFlexCM的切削效率高于奥氏体相的ProTaper、Profile及BioRaCe。Vasconcelos等的研究结果显示,Gold热处理制造的镍钛根管器械ProTaperGold相比于传统的镍钛合金器械ProTaper Universal有更好的切削性能。

    1.2横断面设计

    镍钛根管器械具有各种不同形状的横断面设计,包括U形(Profile)、不对称三角形(K3)、凸三角形(Hero642、ProTaper和Wave One)、梅花状(ProTaper Universal)、S形(Mtwo和Reciproc)以及偏心矩形(ProTaperNext)等。不同的横断面设计使切削刃与根管壁以不同的接触模式形成不同的切割形式,从而导致不同的切削效率。

    Cecchin等对比了4种镍钛锉的切削性能,其研究结果显示切削性能最大的为不对称设计正向切割角度的K3,而以放射状平面接触根管壁的Profile和Quantec切削能力较差。Sch?fer等研究发现,镍钛器械的横断面设计对切削性能的影响起主要作用,甚至大于表面处理对切削性能的影响。而正向切割角度能有效提高镍钛根管器械的切削效率。

    1.3纵轴设计

    镍钛系统分为恒定锥度和变锥度两种。两种镍钛系统又分别包括大小不同锥度。小锥度镍钛器械对于细小弯曲根管有利于维持根管原始通路。中等锥度和大锥度镍钛器械能快速高效地切削牙本质,成形根管。El-Anwar等提出器械锥度与尖端号数等会影响镍钛器械的硬度与弹性。这表明锥度与号数影响镍钛器械的切削能力、成形能力及使用寿命。Usman等用镍钛器械在离体牙上预备,发现大锥度大号数的器械对根管有更好的切削与清理能力。但镍钛器械锥度与号数的选择应以根管原始走向及初尖锉的大小为依据。此外有研究报道,镍钛器械的切削性能还与镍钛锉螺纹角度、螺距、尖端设计等有关。

    1.4运动方式

    镍钛根管系统的运动方式有连续旋转运动和往复运动,目前临床上多采用前者。研究表明,往复运动的切削性能明显低于连续旋转运动,但其安全性更高。Franco等用同一种镍钛器械FlexMaster分别进行往复运动和连续旋转运动来切削树脂模块,结果发现连续旋转组比往复运动组更多地切削了根尖1/3段,得出结论为连续旋转运动方式有更好的切削效果。但也有少数研究表明两种运动方式对于根管切削并无差异,甚至往复运动更胜一筹。关于镍钛系统运动方式对切削性能的影响仍存在争议。

    1.5表面硬度

    镍钛根管器械的显微硬度为303~362VHN,较不锈钢器械低(522~542VHN),因此镍钛器械更易发生磨损。硬度较低加之表面磨损的缺陷降低了镍钛器械的切削效率。Sch?fer也提出镍钛器械切削刃边缘的硬度与切削能力相关。因此,提高镍钛器械切削性能的有效方法之一是提高器械的表面硬度。

    2.外界因素对切削性能的影响

    2.1消毒

    在根管预备器械循环使用过程中,消毒与灭菌对于避免交叉感染非常重要。然而研究表明,镍钛器械的消毒过程会降低其切削性能。Sch?fer用两种锥度的Profile分别进行消毒和不消毒处理后在树脂模块上进行切削性能的评估,结果发现,消毒后明显降低了镍钛器械的切削性能且小锥度器械更易受影响。其原因可能与反复消毒后器械表面的氧含量增加有关。

    Seago等通过对HyflexCM反复消毒后的研究发现,经过1次消毒其切削性能变化不明显,而经过7次以上消毒其切削性能明显降低。分析其原因可能是经过反复消毒,该镍钛器械的奥氏体相变温度接近临床操作温度,使奥氏体相与马氏体相的微观结构比例发生变化,最终导致其切削性能的改变。

    2.2化学腐蚀

    次氯酸钠具有较强的抗菌性及组织溶解性,是临床上公认的最有效的根管冲洗液之一。然而,Nóvoa等研究发现,高浓度次氯酸钠会腐蚀镍钛根管器械,尤其是镍钛器械的切割刃边缘。O′Hoy等也发现,在浸入稀释的次氯酸钠溶液中一段时间后,镍钛器械经受严重腐蚀。化学腐蚀会影响镍钛器械的表面性状,从而降低其切削性能。因此,有学者提出次氯酸钠对根管壁的长时间充分接触可在镍钛器械预备完成后进行。

    2.3镍钛器械使用次数

    扫描电镜结果显示,在使用过的镍钛器械中,器械边缘、表面缺陷和裂缝的出现比新器械更加频繁,尤其是切削刃部分。切削刃的破坏使切削能力下降。Arantes等研究发现,镍钛根管器械使用5次后其尖端及距尖端5mm处即出现明显缺陷,影响其后续切削能力及使用寿命。因此,临床上要严格记录及控制镍钛器械的使用次数。此外,预备钙化弯曲根管可能会加速镍钛系统的切削刃破坏,进而影响切削性能及抗折性能。对于钙化、重度弯曲及再治疗的根管,建议降低镍钛器械的使用次数。

    3.切削性能的检测方法

    3.1最大切割深度

    Sch?fer等选取带有圆柱形管腔的树脂模块来检测5种不同镍钛根管器械的切削效率,以镍钛器械进入管腔的最大深度作为切削效率的衡量标准。另有一些学者则是用不同镍钛器械侧方切割树脂模块,以切割的最大深度作为评估器械切削性能的指标之一。此种方法简便易行,但不能模拟临床实际应用。

    3.2重量损失分析

    测量根管预备前后的重量损失是衡量镍钛根管器械切削性能最常用的方法。Rapisarda等和Vinothkumar等分别对树脂模拟根管预备80s和240s后检测其重量损失,以此比较不同根管器械的切削效率。而Cecchin等的实验是通过镍钛器械预备到工作长度后停留5s,期间配合冲洗,最终测量出预备前后重量差来对比切削性能。此类方法既能保证样本的一致性,又接近临床实际操作,是经济实用的检测方法。

    3.3micro-CT扫描

    Shen等通过三维分析的方法检测镍钛器械的切削能力,通过micro-CT扫描镍钛器械切削前后的凹槽痕迹后重建出3D模型,并对三维图像进行分析比较不同镍钛器械的切削性能。该方法准确度高但价格昂贵。检测镍钛根管器械切削性能时,常用的切削材料包括人离体牙、牛骨及树脂模块等。

    4.切削性能的改进措施

    镍钛合金器械具有超弹性,因此镍钛根管器械必须经过机械加工而非拧制而成;然而,加工过程中会使器械表面产生缺陷,导致器械的切削性能及抗折性下降。近年来,国内外学者对如何提高镍钛根管器械的切削性能进行了大量研究,主要改进方法包括热处理和表面改性技术。

    4.1热处理

    热处理(如回火、淬火和退火)已成为改善金属部件机械性能的常见工业实践。热处理使得镍钛合金中各原子有足够的能量重新排回到原来的晶格位置,使得金属内部应力释放,形变能量减小而延展性得到较大改善,热处理后可大幅度提高镍钛系统的机械强度。Chi等研究发现,ProTaperUniversal的F2经400℃的热处理后切削及抗折性能明显提高,然而,经600℃的热处理后,虽然F2的抗疲劳折断能力大大提高,但其切削效率明显降低。因此,热处理技术能明显改善镍钛器械的切削性能,但应选择合适的处理温度。

    4.2表面改性

    镍钛器械的表面改性方法包括等离子植入法、深冷处理技术、气相沉积技术和电解抛光法。等离子植入法是将电离后的离子从等离子体加速器中获得较高速度植入到器械表面。Rapisarda等通过将氮离子植入Profile器械表面,发现植入氮离子后器械表面形成一层氮化钛膜使其硬度增加从而提高了其切削性能及成形能力。深冷处理技术的浸没温度能达到-196℃,可显著增加马氏体含量,从而增加了强度。

    Vinothkumar等早年研究表明,深冷处理能显著提高镍钛根管器械的切削效率。而Vinothkumar等的最新研究发现,深冷处理降低了镍钛锉的硬度,增加其耐磨性和抗循环疲劳性,而对切削性能无明显改善。气相沉积技术最常用的是氮离子沉积。Sch?fer的早年研究结果显示,气相沉积法形成的氮化钛膜显著提高了切削效率,缩短了临床操作时间。而近期的研究表明,氮离子沉积技术能显著提高镍钛器械的抗腐蚀性和抗折性,但对切削性能无明显改善。关于气相沉积法镀膜技术对切削性能的影响仍待进一步研究。

    5.结语

    镍钛根管器械以其优越的临床性能被临床医生所青睐。镍钛根管器械的切削性能不仅影响根管清理与成形效果,而且影响医生的工作效率、患者的就诊时间。因此,镍钛器械的切削能力受到临床医生的普遍重视。虽然镍钛根管器械的切削性能受自身及外界因素的影响,但表面处理技术的发展使得镍钛器械的表面性能得到了提高。随着根管预备器械的不断发展创新及处理技术的不断进步,镍钛根管预备系统必将越来越多地应用到临床治疗中。而寻找有效可行的器械表面处理方法,提高器械的切削性能和使用寿命将是大家未来研究的重点和热点。

编辑: 陆美凤

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