Механические испытания, металлургическая характеристика и формообразующая способность ротационных инструментов из никель-титана: многометодическое исследование

Аннотация

Введение: Целью данного исследования было сравнить механические и металлургические свойства и способность формировать различные ротационные системы с использованием многометодического подхода.

Методы: Были протестированы новые ротационные инструменты NeoNiti A1 (Neolix SAS, Châtres-La-Forêt, Франция), HyFlex EDM One File (Coltène/ Whaledent, Альтштеттен, Швейцария), ProTaper Gold F2 (Dentsply Maillefer, Баллаиг) и ProTaper Universal F2 (Dentsply Maillefer) на предмет циклической усталости, сопротивления крутящему моменту, дизайна и морфологических характеристик с использованием сканирующей электронной микроскопии, характеристики металлических сплавов с использованием дифференциальной сканирующей калориметрии и энергодисперсионной рентгеновской спектроскопии. Кроме того, их способность формировать оценивалась на подготовке 48 каналов верхних моляров с использованием технологии микро-компьютерной томографии. Механические и металлургические анализы сравнивались с использованием анализа дисперсии с пост-хок тестами Тьюки, в то время как независимый t-тест Стюдента использовался для сравнения способности формировать системы ProTaper или термомеханически обработанные инструменты. Уровень значимости был установлен на уровне 5%.

Результаты: Наибольшая циклическая усталость была наблюдаема с инструментами NeoNiti и HyFlex EDM (P > .05), в то время как HyFlex EDM имел наибольший угловой поворот до разрушения (P < .05). Анализы с использованием сканирующей электронной микроскопии/энергетической дисперсионной рентгеновской спектроскопии подтвердили сходство в дизайне инструментов и почти эквивалентный состав систем. Дифференциальная сканирующая калориметрия показала, что ProTaper Gold имел более высокие температуры трансформации, чем ProTaper Universal, в то время как аналогичная трансформация была наблюдаема между NeoNiti и HyFlex. Микро-компьютерная томографическая анализ показал, что, несмотря на то, что ни одна из систем не смогла подготовить все стенки корневого канала, статистических различий не было обнаружено ни в системах ProTaper (P > .05), ни в термомеханически обработанных инструментах (P > .05).

Выводы: Помимо различий в механических испытаниях и металлургической характеристике, системы с сопоставимыми размерами инструментов и протоколами подготовки показали аналогичный процент нетронутых поверхностей в подготовке корневого канала верхних моляров. (J Endod 2020;46:1485–1494.)

Введение ротационных инструментов из никель-титанового сплава (NiTi) в эндодонтическую практику принесло множество преимуществ по сравнению с инструментами из нержавеющей стали, включая лучшую режущую эффективность, более быстрое время подготовки и улучшенную способность центрирования канала. Однако их использование представляет риск разрушения из-за крутящего момента или циклической усталости, что может негативно сказаться на результате лечения корневых каналов. Поэтому было предложено несколько методов для улучшения механических свойств инструментов NiTi, включая изменения не только в их поперечном сечении и кинематике, но и термическую обработку никель-титанового сплава. В процессе термической обработки инструмент NiTi проходит сложную процедуру нагрева-охлаждения, которая позволяет контролировать температуры перехода, создавая сплав с эффектом памяти формы.

ProTaper Gold (Dentsply Maillefer, Ballaigues, Швейцария) — это ротационная система NiTi, которая имеет тот же геометрический дизайн, что и ProTaper Universal (Dentsply Maillefer), но благодаря своей запатентованной обработке сплава является более гибкой и более устойчивой к усталости. С другой стороны, высокая прочность и уникальное суперэластичное поведение никель-титанового сплава сделали его механические характеристики довольно сложными. Поэтому была разработана специальная технология производства, известная как электрическая разрядная машина (EDM). Она состоит из искр, возникающих в результате высокоэнергетических и высокочастотных электрических разрядов между металлической заготовкой и электродом, что приводит к местному плавлению и испарению материала заготовки, в результате чего получается готовый продукт желаемой геометрии, который можно использовать для производства инструментов NiTi с острыми режущими кромками, встроенными абразивными свойствами, изменяемыми профилями и высокой гибкостью. Инструменты HyFlex EDM (Coltène/Whaledent, Altstätten, Швейцария) и NeoNiti (Neolix SAS, Châtres-La-Forêt, Франция) являются примерами ротационных систем NiTi, произведенных с использованием этого типа технологии. В предыдущих исследованиях эти инструменты показали более высокую устойчивость к циклической усталости по сравнению с другими, произведенными с использованием традиционных или других мартенситных сплавов NiTi.

Механические свойства ротационных инструментов из NiTi часто оценивались в научных исследованиях для ранжирования различных систем по их безопасности или производительности. Несмотря на то, что параметры, тестируемые в этих исследованиях, могут быть полезны для понимания их гибкости и крутящего момента, клиническая значимость этих механических тестов в изоляции считается низкой, поскольку клиническое использование может зависеть от нескольких других факторов. Следовательно, многометодный подход, объединяющий результаты различных механических тестов и формообразовательные способности различных систем NiTi, был бы полезен для лучшей интерпретации их производительности и, следовательно, более точного переноса предклинических данных для руководства клиническим использованием.

Таким образом, настоящая работа была направлена на сравнение ротационных систем NeoNiti (Neolix SAS, Châtres-La-Forêt, Франция), HyFlex EDM (Coltène/Whaledent, Альтштеттен, Швейцария), ProTaper Gold и ProTaper Universal по их циклической усталости и крутящему моменту, конструкции, металлургическим характеристикам и формообразовательным способностям. Нулевая гипотеза, которую необходимо было проверить, заключалась в том, что между протестированными системами нет различий в отношении их механической производительности, металлургической характеристики и формообразовательной способности.

Материалы и методы

Механические испытания

Новые инструменты NeoNiti A1 (размер 25, 0.08 конусность на первых 4 мм; Neolix SAS), HyFlex EDM One File (размер 25, 0.08 конусность на первых 4 мм; Coltène/Whaledent), ProTaper Gold F2 (размер 25, 0.08 конусность на первых 3 мм; Dentsply Maillefer) и ProTaper Universal F2 (размер 25, 0.08 конусность на первых 3 мм; Dentsply Maillefer) были протестированы на циклическую усталость и крутильное сопротивление. Перед испытанием инструменты были осмотрены на наличие деформаций под стереомикроскопом с увеличением X20 (Stemi 2000-C; Carl Zeiss, Йена, Германия), и ни один инструмент не был отбраковлен. Основываясь на данных предыдущих исследований, был выполнен расчет мощности (G*Power 3.1; Heinrich-Heine-Universität Düsseldorf, Дюссельдорф, Германия), который показал, что размер выборки для каждой группы должен составлять минимум 10 инструментов для обоих тестов.

Циклическая усталость

Тест на циклическую усталость был проведен с использованием специально разработанного устройства, которое позволяло воспроизводимо моделировать инструмент, зажатый в изогнутом канале. Искусственный канал был создан на неконусном трубке из нержавеющей стали длиной 19 мм. Эта трубка имела 3 сегмента. Первый был прямым и имел длину 7 мм. Второй был изогнутым (длина 9 мм, радиус 6 мм и кривизна 86°) с положением максимального напряжения в середине его длины. Последний был прямым сегментом длиной 3 мм. Стальные стенки имели толщину 1.3 мм с внутренним диаметром 1.4 мм. Блок, содержащий искусственный канал, был подключен к основной раме, к которой был прикреплен мобильный держатель для наконечника, чтобы обеспечить точное и воспроизводимое размещение инструментов на одной и той же глубине внутри смоделированного канала. Инструменты каждой тестируемой системы (n = 10 на группу) активировались с помощью редукционного наконечника 6:1 (Sirona Dental Systems GmbH, Бенсхайм, Германия), приводимого в действие мотором с контролем крутящего момента (VDW Silver; VDW GmbH, Мюнхен, Германия) с непрерывным вращением по часовой стрелке на 250 об/мин и крутящим моментом 1.5 Н·см. Все инструменты испытывались непрерывно с использованием смазки при комнатной температуре до момента разрушения. Время до разрушения фиксировалось в секундах с помощью цифрового хронометра и останавливалось, когда визуально и/или слышимо обнаруживалось разрушение файла. Количество циклов до разрушения (NCF) каждого файла рассчитывалось при 250 об/мин по следующей формуле: NCF = количество оборотов в минуту (об/мин) X время (секунды)/60. Размер разрушенных сегментов фиксировался только для экспериментального контроля.

Крутильное Сопротивление

Крутильная нагрузка применялась до разрушения для оценки среднего предельного крутильного напряжения и угла поворота испытанных инструментов (n = 10 на группу) с использованием устройства, изготовленного в соответствии с ISO 3630-1. Каждый инструмент был зажат на расстоянии 3 мм от кончика с помощью патрона, подключенного к датчику крутящего момента. Затем вал инструмента был закреплен в противоположном патроне, который мог вращаться с помощью шагового двигателя. Все инструменты вращались по часовой стрелке со скоростью 2 об/мин до момента разрушения. Крутильная нагрузка (N.cm) и угловое вращение (°) регистрировались непрерывно с помощью торсиометра (ODEME, Лузерна, SC, Бразилия), а предельная крутильная прочность и угол поворота при разрушении были предоставлены специально разработанным вычислительным программным обеспечением (ODEME Analysis TT, ODEME).

Металлургическая Характеристика

Сканирующая Электронная Микроскопия

Сканирующий электронный микроскоп (JSM 5800; JEOL, Токио, Япония) использовался для оценки новых инструментов из каждой испытанной системы по их кончику, режущему краю, канавке, а также промежуточному и поперечному дизайну при увеличении X100, в то время как топографические особенности поверхностей разрушения всех инструментов оценивались после циклических и крутильных испытаний при увеличении X250 и X1000.

Энергетически-дисперсионная спектроскопия Три совершенно новых прибора из каждой тестируемой системы были оценены с точки зрения энергетически-дисперсионного спектроскопического (EDS) анализа с использованием сканирующего электронного микроскопа (Hitachi S-2400; Hitachi High-Tech Corporation, Токио, Япония), оснащенного энергетически-дисперсионным

рентгеновским спектрометром с детектором легких элементов (Bruker Quantax; Bruker Corporation, Биллерика, Массачусетс), подключенным к настольному компьютеру Dell Precision T3500 (Dell Inc, Раунд-Рок, Техас). Настройки рабочих параметров включали ускоряющее напряжение 20 кВ и ток нити 3,1 А на рабочем расстоянии 25 мм. Отбор проб состоял из области 400 X 400 мм приборов, а приобретения проводились с временем жизни 60 секунд с примерно 30% временем простоя. Данные оценивались с использованием программного обеспечения Sigma Scan (Systat Software Inc, Сан-Хосе, Калифорния), а пропорции никеля и титана получались по типичному спектру, созданному программным обеспечением.

Дифференциальная сканирующая калориметрия Дифференциальный сканирующий калориметрический (DSC) анализ проводился в соответствии с рекомендациями Американского общества по испытаниям и материалам. Фрагмент размером 5 мм весом 15–20 мг из корональной активной части каждого тестируемого прибора был помещен в химическую травильную ванну с фтороводородной кислотой, затем с азотной кислотой и завершен дистиллированной водой на протяжении примерно 2 минут. Образцы были взвешены (M-Power Microbalance; Sartorius, Геттинген, Германия) и помещены в алюминиевую чашку. Пустая алюминиевая чашка служила контролем. Испытание проводилось на дифференциальном сканирующем калориметре (DSC 204 F1 Phoenix; Netzsch-Gerätebau GmbH, Зельб, Германия), подключенном к настольному компьютеру Asus (Asus, Тайбэй, Тайвань), откуда получали доступ к программному обеспечению Netzsch Proteus Thermal Analysis (Netzsch-Gerätebau GmbH) и извлекали DSC графики. Эти графики позволяли визуальный анализ температур начала аустенита, окончания аустенита, начала мартенсита и окончания мартенсита.

Продолжительность каждого термического цикла теста составляла примерно 1 час и 40 минут. Он начинался с стабилизации при комнатной температуре в течение 5 минут, после чего происходило нагревание до 150°C с темпом 10°C в минуту. На максимальном уровне температуры выполнялся стабилизационный плато в течение 2 минут, после чего начинался цикл охлаждения, который снижался до -150°C с темпом 10°C в минуту, за которым следовал 5-минутный стабилизационный плато. Новая фаза нагрева была вызвана до 150°C с темпом 10°C еще раз, после чего снова выполнялся 2-минутный стабилизационный плато. В конце температура снижалась до комнатной температуры, и выполнялся финальный 2-минутный стабилизационный плато. Были проведены два теста на 2 разных приборах из одной системы. Второй тест предназначался для подтверждения результата первого. Третий тест проводился, если фазы трансформации 2 предыдущих тестов были несогласованны более чем на 10°C.

Способность к формированию

Выбор образцов и группы

Был выбран тест независимых выборок a priori из семейства t тестов (G*Power 3.1 для Macintosh; Heinrich-Heine-Universität-Du€sseldorf). Размер эффекта (0.91) был определен с использованием данных De-Deus и др., в которых оценивалась способность формования. Другие параметры были установлены следующим образом: уровень ошибки типа альфа 0.05 и мощность бета 0.95. Шестнадцать корневых каналов (n= 8 на группу) были указаны как необходимый размер выборки для наблюдения значительных различий между парой групп. Двенадцать корневых каналов на группу были использованы для предотвращения возможных потерь во время экспериментальных процедур.

Шестнадцать человеческих верхних первых моляров с тремя корнями, с полностью сформированными верхушками и одним корневым каналом в каждом корне (48 корневых каналов) были выбраны из пула удаленных зубов и отсканированы с размером пикселя 19 мм с использованием устройства микро-компьютерной томографии (микро-КТ) (SkyScan 1174v.2; Bruker microCT, Контрих, Бельгия). Параметры сканера были установлены на 50 кВ, 800 мА, 180° вращение вокруг вертикальной оси и шаг вращения 0.6° с использованием алюминиевого фильтра толщиной 1 мм. Проекционные изображения были реконструированы в поперечные срезы с использованием программного обеспечения NRecon v.1.6.9 (Bruker-microCT) с коррекцией затвердевания пучка 15%, сглаживанием 3, коррекцией артефактов кольца 3 и коэффициентом аттенюации в диапазоне от 0.01 до 0.15.

Предоперационные 3-мерные модели корня и корневых каналов были созданы (CTVol v.2.2.1, Bruker-microCT) и качественно оценены с точки зрения конфигурации корневых каналов. Затем 3D параметры корневых каналов (длина, объем, площадь поверхности и индекс модели структуры) были рассчитаны от уровня цементно-эмалевого соединения до апекса с использованием программного обеспечения CTAn v.1.14.4 (Bruker-microCT). Для повышения внутренней валидности эксперимента выбранные образцы были сопоставлены для создания 2 наборов по 8 зубов (n = 24 канала) на основе морфологических аспектов корневых каналов. Затем каждый набор зубов был назначен либо группе ProTaper (ProTaper Universal и ProTaper Gold), либо группе термомеханически обработанных (NeoNiti и HyFlex EDM) и случайным образом разделен на 2 экспериментальные подгруппы (n = 12 каналов) в зависимости от систем подготовки. Анализируемые 3D морфометрические параметры корневых каналов в каждом наборе зубов имели нормальное распределение (тест Шапиро-Уилка) и гомоскедастичность (тест Левена), и степень однородности (базовая линия) подгрупп была статистически подтверждена (P > .05, независимый выборочный t тест).

Подготовка корневого канала

Обычные доступные полости были подготовлены, каналы были открыты, и проходимость была подтверждена с помощью инструмента размером 10 K-file (Dentsply Maillefer). Когда кончик инструмента стал виден через главный форамен, 0,5 мм было вычтено для определения рабочей длины (WL). Затем был достигнут путь скольжения до WL с помощью инструмента размером 15 K-file (Dentsply Maillefer). Все инструменты были доведены до WL в непрерывном вращении по часовой стрелке, создаваемом угловым наконечником 6:1 (Sirona Dental Systems GmbH), работающим от электрического мотора (VDW Silver Motor, VDW GmbH) в соответствии с указаниями производителей. Во время подготовительных процедур, после 3 мягких движений внутрь и наружу в апикальном направлении, инструмент был удален из канала и очищен. Это повторялось до достижения WL, после чего инструмент утилизировался. В группе NeoNiti (n = 12) каналы были расширены до WL с использованием инструментов размером 20/.06 и 25/.08v (A1) в бугровых каналах, в то время как небный канал был расширен до размера 40/.04. В группе HyFlex EDM (n = 12) бугровые каналы были подготовлены с помощью инструментов размером 20/.05 и 25/.08v (One File) до WL, в то время как небный канал был расширен до размера 40/.04. Последовательность инструментов в группах ProTaper Gold (n = 12) и ProTaper Universal (n = 12) была S1, S2, F1 и F2 (25/.08v) до WL в бугровых каналах, в то время как небный канал дополнительно расширялся с помощью инструмента F4 (40/.06v). После каждого этапа каналы промывались 5 мл 2,5% гипохлорита натрия с использованием одноразового шприца, оснащенного иглой 30-G NaviTip (Ultradent, South Jordan, UT), помещенной на 1 мм от WL. Финальное промывание 5 мл 17% EDTA было выполнено с последующим промыванием 5 мл дистиллированной водой. Затем каналы были высушены бумажными точками (Dentsply Maillefer), отсканированы с помощью системы микро-КТ и реконструированы с использованием тех же ранее упомянутых параметров. Один набор инструментов использовался для подготовки 3 каналов, и все подготовительные процедуры выполнялись обученным оператором.

Оценка микро-КТ

Предоперационные и послеоперационные модели каналов были созданы (CTAn v.1.14.4) и совместно зарегистрированы с соответствующими предоперационными наборами данных с использованием модуля жесткой регистрации программного обеспечения 3D Slicer 4.3.1 (доступно по адресу http://www.slicer.org). Качественное сравнение между группами было выполнено с помощью программного обеспечения CTVol v.2.2.1 с использованием моделей корней каналов с цветовой кодировкой (желтый и фиолетовый цвета указывают на пред- и послеоперационные поверхности каналов соответственно). Также были оценены послеоперационные 3D параметры (CTAn v.1.14.4). Пространственно зарегистрированные модели поверхностей корней были затем сравнены по незаготовленной области стенок корневого канала, которая была рассчитана с использованием расстояний между поверхностью корневых каналов до и после подготовки, определенных в каждой точке поверхности. Затем процент оставшейся незаготовленной поверхности был определен с использованием формулы (A_u/A_b)*100, где A_u представляет незаготовленную площадь канала, а A_b — площадь корневого канала до подготовки. Были проведены специфические сравнения между аналогичными системами подготовки с точки зрения размеров и последовательности инструментов (NeoNiti X HyFlex EDM и ProTaper Gold X ProTaper Universal). Все анализы проводил экзаменатор, не знающий протоколов подготовки.

Статистический анализ

Для оценки предположения о нормальности и равенстве дисперсий наборов данных использовались тесты Шапиро-Уилка и Левена.

Учитывая, что результаты распределены нормально (P > .05), они представлены в виде среднего значения, стандартного отклонения и интервала. Для анализа механических и металлургических характеристик результаты были статистически сопоставлены между группами с использованием анализа дисперсии и пост-хок тестов Тьюки. Для оценки способности к формированию NeoNiti X HyFlex EDM и ProTaper Gold X ProTaper Universal были сравнены с использованием независимого t-теста Стьюдента. Уровень значимости был установлен на уровне 5% (SPSS v18.0 для Windows; SPSS Inc., Чикаго, IL).

Результаты

Механические испытания

Результаты NCF, угловой ротации до разрушения (°) и крутящего момента, необходимого для разрушения (N.cm), представлены в Таблице 1. Наивысшие значения NCF были зафиксированы для инструментов NeoNiti A1 (1042 ± 184) и HyFlex EDM One File (999 ± 208) (P > .05), в то время как ProTaper Universal F2 показал наименьшие значения NCF (160 ± 38) (P < .05). HyFlex EDM One File имел более высокую угловую ротацию до разрушения по сравнению с другими инструментами (P < .05), в то время как ProTaper Universal F2 показал наименьшую угловую ротацию до разрушения (P < .05). ProTaper Universal F2 также требовал наибольших значений крутящего момента для разрушения среди протестированных инструментов (P < .05).

Металлургическая характеристика В целом, качество поверхности NeoNiti A1 и HyFlex EDM One File было схожим. Эти инструменты показали изотропную поверхность, характеризующуюся регулярным распределительным кратером, который часто наблюдается в материалах, прошедших процесс электрического разрядного механического обработки. Только небольшое количество дефектов, таких как заусенцы на режущем крае, было замечено. HyFlex EDM One File показал трапециевидное поперечное сечение, в то время как в инструменте NeoNiti A1 было наблюдено прямоугольное поперечное сечение. Более того, инструмент NeoNiti показал легкий закругленный угол перехода на кончике, в то время как HyFlex EDM имел более активную особенность кончика (Рис. 1A и B).

Что касается систем ProTaper, была наблюдена гладкая поверхность, демонстрирующая в целом хорошее качество отделки, с только небольшим количеством дефектов/пористостей, обнаруженных на режущих кромках и канавках. Термальная обработка инструментов ProTaper Gold привела к гладкой и улучшенной отделочной поверхности. Оба инструмента ProTaper Universal и ProTaper Gold имели выпуклое треугольное поперечное сечение и легкий закругленный угол перехода на кончике (Рис. 1C и D).

Сканирующая электронная микроскопия поверхностей разрушения инструментов показала схожие и типичные признаки циклической усталости и крутильного разрушения (Рис. 2). Для обоих тестов поверхности разрушения продемонстрировали характеристики дактильного типа. Однако различия в механизмах разрушения привели к различным аспектам поверхности. Хотя микропустоты были распределены по всей поверхности инструментов, подвергнутых испытанию на циклическую усталость (Рис. 2A–H), поверхности разрушения показали 2 зоны после эксперимента на крутильную прочность: первая с микропустотами, расположенными в центре инструментов (ядро), и вторая, представленная пластической деформацией вокруг микропустот (Рис. 2I–P), из-за сдвиговых напряжений, возникающих во время скручивания. Анализы EDS и DSC показали схожий эквивалентный состав элементов титана и никеля для всех протестированных систем (Таблица 2) и схожие характеристики трансформации инструментов NeoNiti и HyFlex EDM (Рис. 3A), соответственно. С другой стороны, ProTaper Gold показал более высокие температуры трансформации и гораздо более резкие и четко определенные пики трансформации, чем ProTaper Universal в тесте DSC (Рис. 3B).

Способность к формированию

Не было обнаружено статистически значимых различий по всем протестированным 3D параметрам, как до, так и после подготовки, при сравнении способности к формированию систем ProTaper (ProTaper Universal и ProTaper Gold) или термомеханически обработанных систем (NeoNiti и HyFlex EDM) (Таблица 3) (P > .05). Ни один из протоколов подготовки не смог подготовить все стенки корневого канала (Рис. 4), при этом процент неподготовленной поверхности варьировался от 11.1% (NeoNiti) до 27.1% (ProTaper Gold) (Таблица 3).

Обсуждение

Недавно была поставлена под сомнение научная ценность исследований по усталостной стойкости ротационных и возвратно-поступательных инструментов. Было подчеркнуто, что результаты этих исследований бесполезны для читателей, ищущих конкретную систему подготовки NiTi, учитывая, что большая изменчивость протестированных протоколов затруднит и усложнит сравнение между исследованиями. Также было отмечено, что этот тип исследований не отражает реальность, поскольку чистое вращение внутри искусственного канала без какого-либо крутящего момента на инструмент, как в тестах на циклическую усталость, маловероятно в клиническом сценарии. Хотя эти утверждения верны, важно подчеркнуть, что тесты на циклическую усталость и крутильную стойкость позволяют изолировать переменные и тестировать их индивидуально, увеличивая внутреннюю валидность и воспроизводимость исследования, что согласуется с основными концепциями научного метода. Однако, несмотря на то, что эти тесты позволяют адекватно оценить поведение стойкости инструментов NiTi, также верно, что единственная оценка этих результатов может предоставить читателям лишь частичную информацию о протестированных системах подготовки. Поэтому в настоящем исследовании использовался многометодический подход, включая чисто механические тесты с металлургической характеристикой протестированных систем, в сочетании с оценкой их формообразующей способности в экстрагированных зубах с использованием неразрушающей технологии микро-КТ, для лучшего и более полного понимания их характеристик.

В этом исследовании сопротивление циклической усталости инструментов HyFlex EDM One File и NeoNiti A1 было схожим, но выше, чем у инструментов ProTaper F2 (Таблица 1). Инновационный термомеханически обработанный сплав NiTi и EDM-обработка HyFlex EDM и NeoNiti, связанные с большими размерами инструмента ProTaper F2, могут объяснить эту находку. Подобные результаты также были получены Кавалом и др., которые сообщили о превосходном сопротивлении циклической усталости HyFlex EDM по сравнению с инструментами ProTaper Universal и ProTaper Gold. Схожие результаты по сопротивлению усталости между HyFlex EDM и NeoNiti могут быть объяснены тем фактом, что, несмотря на небольшие различия в их поперечном дизайне, эти инструменты имеют не только сопоставимые размеры (кончик и конусность) и качество производства (Рис. 1), но также и схожие металлургические свойства, как было показано в обоих анализах EDS и DSC (Таблица 2 и Рис. 3). В отличие от этого, ProTaper Gold показал замечательное NCF по сравнению с ProTaper Universal. Для этих инструментов влияние дизайна (Рис. 1) или соотношения Ni/Ti (Таблица 2) на результаты можно исключить как переменные факторы, учитывая, что они различаются только по термомеханическому процессу производства. Было продемонстрировано, что мартенситные сплавы NiTi, такие как в инструментах ProTaper Gold, обладают высокой пластичностью и, следовательно, превосходят традиционные аустенитные сплавы NiTi в тестах на сопротивление. Кроме того, ProTaper Universal был полностью аустенитным при комнатной температуре и, следовательно, демонстрировал суперэластичное поведение при комнатной температуре и выше, как подтверждено анализом DSC (Рис. 3). ProTaper Gold показал более высокие температуры превращения из-за наличия R-фазы и гораздо более резких и четко определенных пиков превращения, чем ProTaper Universal (Рис. 3), что указывает на то, что инструменты ProTaper Gold подвергались более высокой температуре и/или более длительному финальному термическому обработке (старению).

Результаты теста на крутильное сопротивление показали, что максимальная крутильная прочность ProTaper Universal (1.64 ± 0.23 N.cm) была значительно выше, чем у всех остальных протестированных инструментов (Таблица 1). Это открытие предполагает, что в клинической ситуации, когда кончик инструмента застревает в канале, инструмент ProTaper Universal потребует большей силы для разрушения. Однако это может быть поставлено под угрозу из-за его наименьшего углового вращения до разрушения (375.1° ± 39.2°), что объясняется его полностью аустенитной структурой при комнатной температуре (Рис. 3). С другой стороны, более высокое угловое вращение до разрушения HyFlex EDM (630.2 ± 50.5°) и NeoNiti (524.4° ± 29.2°) по сравнению с инструментами ProTaper (Таблица 1) может быть полезным на практике как индикатор пластической деформации и неминуемого разрушения.

Кроме того, различия в угловом вращении до разрушения между инструментами HyFlex EDM и NeoNiti можно объяснить лишь незначительными различиями в их поперечном сечении и качестве отделки поверхности (Рис. 1), поскольку оба инструмента показали характеристики трансформации, которые были практически эквивалентны (Рис. 3). Поэтому, учитывая различия, наблюдаемые в механических испытаниях и металлургической характеристике, первые и вторые нулевые гипотезы были отвергнуты.

Несмотря на то, что методы механических испытаний и металлургической характеристики были систематически использованы в нескольких исследованиях, предоставляющих важную и сопоставимую информацию о физических свойствах различных инструментов NiTi, также важно дополнить эти данные, оценивая способность к формированию с использованием современных неразрушающих методик, таких как система микрокомпьютерной томографии, чтобы смоделировать клиническое использование. В настоящем исследовании были предприняты попытки обеспечить сопоставимость групп, создавая однородную и надежную базу на основе 3D количественных данных, полученных путем предварительного сканирования всех образцов, что повысило внутреннюю валидность метода и уменьшило анатомические искажения, которые обычно затрудняют интерпретацию результатов. Способность к формированию оценивалась путем сравнения только инструментов с аналогичными последовательностями и размерами (т.е. системы HyFlex X NeoNiti и ProTaper Universal X ProTaper Gold). Это важный методологический аспект, учитывая, что различия в подготовке корневых каналов были связаны с размерами инструментов. Фактически, настоящие результаты подтвердили эти выводы (Таблица 3). Хотя сравнения проводились между системами с заметными различиями (ProTaper Universal X ProTaper Gold) или сходствами (HyFlex X NeoNiti) в отношении свойств сплава NiTi, различий в результатах формирования не наблюдалось (Таблица 3), и третья нулевая гипотеза была принята. Этот результат можно объяснить схожими размерами инструментов, протоколами подготовки и, что наиболее важно, кинематикой, использованной в соответствующих морфологиях каналов. Разнообразный диапазон результатов, наблюдаемых в группах, можно объяснить незначительными различиями в анатомических неровностях стенок корневых каналов, присущих верхним молярам. Следовательно, как и ожидалось, ни один из протоколов подготовки не смог подготовить все стенки корневых каналов. Также важно отметить, что, несмотря на то, что различий в проведенных сравнениях не наблюдалось, процент неповрежденных стенок в каналах, подготовленных инструментами ProTaper, был выше, чем у термомеханически обработанных систем, что можно объяснить различиями в морфологии корневых каналов до экспериментальных процедур (Таблица 3). В этом исследовании каналы были сопоставлены на основе 3D анатомических параметров, чтобы позволить сравнение систем NiTi с аналогичными последовательностями и размерами. Поэтому это открытие поддерживает предыдущие исследования, демонстрирующие, что вариации в геометрии канала до процедур формирования оказывали большее влияние на изменения, происходящие во время подготовки, чем техники инструментирования. Наконец, не было наблюдено ни разрыва инструмента, ни значительного смещения оригинального пути канала на основе качественной оценки 3D моделей, что соответствует публикациям о подготовке корневых каналов с использованием специальных ротационных инструментов из сплава NiTi, применяемых опытными клиницистами в соответствии с протоколами производителей.

В литературе не редкость наблюдать попытки ранжировать инструменты NiTi, основываясь исключительно на их механических характеристиках. В настоящем исследовании были объединены физические свойства и формообразующая способность инструментов с аналогичными дизайнами и/или сплавами. Было продемонстрировано, что, несмотря на различия, наблюдаемые среди них в отношении устойчивости к усталости и металлургических свойств, различий в их формообразующей способности не было (т.е. основной цели, для которой эти инструменты разрабатывались). Это означает, что, если инструменты с сопоставимыми размерами и/или протоколами подготовки использовались в аналогичных анатомиях каналов, вероятно, они будут вести себя аналогично с точки зрения результата формообразования и безопасности, даже если они демонстрируют статистические различия в своих физических свойствах. Необходимы дальнейшие исследования для проверки этой гипотезы, оценив другие системы в различных анатомических условиях, включая поддельные и аналогичные инструменты, недавно вышедшие на рынок.

Заключение

Помимо различий в механических испытаниях и металлургической характеристике, системы с сопоставимыми размерами инструментов и протоколами подготовки (HyFlex X NeoNiti и ProTaper Universal X ProTaper Gold) показали схожий процент нетронутых поверхностей при подготовке корневых каналов верхних моляров.

Авторы: Эммануэль Дж. Н. Л. Силва, Хорхе Н. Р. Мартинс, Каролина О. Лима, Виктор Т. Л. Виейра, Франсиско М. Браз Фернандес, Густаво Де-Деус, Марко А. Версини

Ссылки:

1. Бишоп К, Даммер ПМ. Сравнение стальных Flexofiles и никель-титановых NiTiFlex файлов при формировании смоделированных каналов. Int Endod J 1997;30:25–34.
2. Петтиет МТ, Мецгер З, Филлипс С, Тропе М. Эндодонтические осложнения лечения корневых каналов, проведенного студентами стоматологии с использованием стальных K-файлов и никель-титановых ручных файлов. J Endod 1999;25:230–4.
3. Парашос П, Мессер ХХ. Поломка ротационных NiTi инструментов и ее последствия. J Endod 2006;32:1031–43.
4. Саттапан Б, Нерво ГД, Паламара ДЖ, Мессер ХХ. Дефекты ротационных никель-титановых файлов после клинического использования. J Endod 2000;26:161–5.
5. МакГуиган МБ, Лоука С, Дункан ХФ. Влияние поломанных эндодонтических инструментов на результаты лечения. Br Dent J 2013;214:285–9.
6. Гавини Г, Сантос МД, Кальдейра СЛ и др. Никель-титановые инструменты в эндодонтии: краткий обзор современного состояния. Braz Oral Res 2018;32:e67.
7. Зупанц Й, Вахдат-Пажух Н, Шафер Е. Новые термомеханически обработанные сплавы NiTi - обзор. Int Endod J 2018;51:1088–103.
8. Плотино Г, Гранде НМ, Меркаде Беллидо М и др. Влияние температуры на циклическую усталостную прочность ротационных файлов ProTaper Gold и ProTaper Universal. J Endod 2017;43:200–2.
9. Силва ЕД, Муниз БЛ, Пирес Ф и др. Сравнение транспортировки канала в смоделированных изогнутых каналах, подготовленных системами ProTaper Universal и ProTaper Gold. Restor Dent Endod 2016;41:1–5.
10. Вейнерт К, Пецольдт В. Обработка никель-титановых сплавов с памятью формы. Mater Sci Eng A Struct Mater 2004;378:180–4.
11. Пфайфер Р, Херцог Д, Хустедт М, Барциковски С. Резка никель-титановых сплавов с памятью формы с помощью импульсного лазера Nd:YAG - влияние параметров процесса. J Mater Process Technol 2010;210:1918–25.
12. Пирани Ч, Иаконо Ф, Дженерали Л и др. HyFlex EDM: поверхностные характеристики, металлургический анализ и усталостная прочность инновационных ротационных инструментов, обработанных электроразрядом. Int Endod J 2016;49:483–93.
13. Педулла Э, Ло Савио Ф, Бонинелли С и др. Устойчивость к кручению и циклической усталости нового никель-титанового инструмента, изготовленного методом электроразрядной обработки. J Endod 2016;42:156–9.
14. Аминсобхани М, Мераджи Н, Садри Э. Сравнение циклической усталостной прочности пяти систем ротационных файлов из никель-титана с различными методами производства. J Dent (Tehran) 2015;12:636–46.
15. Гюндагар М, Öзюрэк Т. Устойчивость к циклической усталости инструментов OneShape, HyFlex EDM, WaveOne Gold и Reciproc Blue из никель-титана. J Endod 2017;43:1192–6.
16. Набавизаде МР, Седиг-Шамс М, Абдолрасулия С. Циклический срок службы усталости двух систем с одним файлом, работающих от двигателя, в смоделированных изогнутых каналах. Iran Endod J 2018;13:61–5.
17. Рубио Х, Зарзоса ХИ, Пальярес А. Сравнительное исследование циклической усталости 10 различных типов эндодонтических инструментов: in vitro исследование. Acta Stomatol Croat 2019;53:28–36.
18. Хюльсманн М. Исследования, которые имеют значение: исследования усталости ротационных и возвратных NiTi инструментов для корневых каналов. Int Endod J 2019;52:1401–2.
19. Родригес КС, Виейра ВТ, Антунес ХС и др. Механические характеристики поддельных инструментов Reciproc: призыв к вниманию. Int Endod J 2018;51:556–63.
20. Силва Е, Жиральдес ЖФ, де Лима О. и др. Влияние термической обработки на крутильную прочность и шероховатость поверхности никель-титановых инструментов. Int Endod J 2019;52:1645–51.
21. Силва Е, Виейра ВТ, Белладонна ФГ и др. Циклическая и крутильная усталостная прочность инструментов XP-endo Shaper и TRUShape. J Endod 2018;44:168–72.
22. Международная организация по стандартизации ISO 3630-1. Инструменты для корневых каналов: часть 1 - файлы, реамеры, зазубренные брошюры, рашпили, носители пасты, исследователи и ватные брошюры. Женева, Швейцария: Международная организация по стандартизации; 1992.
23. ASTM International. ASTM F2004217: Стандартный метод испытания для определения температуры превращения никель-титановых сплавов с помощью термического анализа. Уэст Коншохокен, Пенсильвания: Американское общество по испытаниям и материалам; 2004.
24. У В. Р. Чунг С. И. Дифференциальный сканирующий калориметрический (DSC) анализ ротационного никель-титанового (NiTi) эндодонтического файла (RNEF). J Mater Eng Perform 2012;21:2515–8.
25. Де-Деус Г, Белладонна ФГ, Силва ЕД и др. Оценка микрокомпьютерной томографии неинструментированных областей канала с различными увеличениями, выполненными системами NiTi. Braz Dent J 2015;26:624–9.
26. Гаджиларди Ж, Версини МА, де Соуза-Нето МД и др. Оценка характеристик формирования ProTaper Gold, ProTaper NEXT и ProTaper Universal в изогнутых каналах. J Endod 2015;41:1718–24.
27. Кавал МЕ, Чапар ИД, Эрташ Х. Оценка циклической усталости и крутильной прочности новых ротационных никель-титановых файлов с различными свойствами сплава. J Endod 2016;42:1840–3.
28. Де-Деус Г, Силва ЕД, Виейра ВТ и др. Синяя термомеханическая обработка оптимизирует усталостную прочность и гибкость файлов Reciproc. J Endod 2017;43:462–6.
29. Нинан Е, Берзинс ДВ. Свойства кручения и изгиба ротационных инструментов из никель-титана с памятью формы и суперэластичных. J Endod 2013;39:101–4.
30. Де-Деус Г, Симойнс-Карвальо М, Белладонна ФГ и др. Создание хорошо сбалансированных экспериментальных групп для сравнительных эндодонтических лабораторных исследований: новое предложение на основе микрокомпьютерной томографии и in silico методов. Int Endod J 2020;53:974–85.
31. Петерс ОА, Лайб А, Гоаринг ТН, Барбаков Ф. Изменения в геометрии корневого канала после подготовки, оцененные с помощью высокоразрешающей компьютерной томографии. J Endod 2001;27:1–6.
32. Паке Ф, Ганаль Д, Петерс ОА. Влияние подготовки корневого канала на апикальную геометрию, оцененное с помощью микрокомпьютерной томографии. J Endod 2009;35:1056–9.
33. Белладонна ФГ, Карвальо МС, Кавалканте ДМ и др. Оценка способности формирования нового инструмента Reciproc, обработанного микрокомпьютерной томографией. J Endod 2018;44:1146–50.
34. Де-Деус Г, Белладонна ФГ, Симойнс-Карвальо М и др. Эффективность формирования в зависимости от времени нового инструмента, подвергнутого термической обработке. Int Endod J 2019;52:337–42.
35. Зуоло МЛ, Зайя АА, Белладонна ФГ и др. Оценка микрокомпьютерной томографии способности формирования четырех систем инструментов для корневых каналов в овальных каналах. Int Endod J 2018;51:564–71.