Циклічна втома та крутильний опір чотирьох інструментів з мартенситного Niti для рециркуляції

Анотація

Мета: Оцінити циклічну втомленість та крутильну стійкість інструментів Reciproc Blue R25 (VDW, Мюнхен, Німеччина), WaveOne Gold Primary (Dentsply Maillefer, Баллаїг, Швейцарія), ProDesign R (Easy Equipamentos Odontológicos, Белу-Оризонті, Бразилія) та X1 Blue File (MK Life, Порту-Алегрі, Бразилія) з нікель-титанової (NiTi) мартенситної групи, що використовуються для ротаційних процедур.

Методи: У кожній групі тестували десять інструментів на стійкість до циклічної втомленості за допомогою штучного каналу з нержавіючої сталі (кут кривизни 80° і радіус 3 мм) та десять інструментів на крутильну поломку відповідно до стандарту ISO 3630-1. Поверхня зламаних інструментів була досліджена за допомогою скануючої електронної мікроскопії (SEM) при збільшенні ×250. Результати були статистично порівняні за допомогою одностороннього ANOVA та пост-хок тестів Тьюкі, а рівень помилки альфа був встановлений на 5%.

Результати: Інструменти X1 Blue File та ProDesign R показали найвищий час до зламу в порівнянні з Reciproc Blue та Wave One Gold (P<0.05). Однак між X1 Blue File та ProDesign R різниць не виявлено (P>0.05). Крім того, Reciproc Blue продемонстрував найвищий час до зламу в порівнянні з WaveOne Gold (P<0.05). Найнижча крутильна стійкість (1.0±0.2 N.cm) та кут обертання (412°±46) спостерігалися в групі ProDesign R (P<0.05). Аналізи SEM зламаних поверхонь показали зону ініціації тріщин та зону швидкої поломки від перевантаження після тесту на циклічну втомленість, а також концентричні сліди абразії з мікропорожнинами в центрі обертання після експерименту на крутильну поломку.

Висновок: В цілому, X1 Blue File та ProDesign R показали вищу стійкість до циклічної втоми, ніж інструменти Reciproc Blue та WaveOne Gold, в той час як ProDesign R мав найнижчу стійкість до кручення та значення кутового обертання до руйнування. SEM-аналіз усіх інструментів продемонстрував типові ознаки руйнування як у тестах на циклічну втому, так і в тестах на кручення.

Вступ

Сплави нікель-титан (NiTi) зазвичай м'якші за нержавіючу сталь, мають низький модуль пружності, але вони більш міцні та еластичні, а також демонструють пам'ять форми та супереластичність. Останні дві властивості є основними причинами, чому сплави NiTi успішно використовуються для розробки інструментів з приводом для підготовки кореневих каналів. Однак, незважаючи на ці механічні переваги, інструменти NiTi все ще несуть ризик руйнування, особливо під час лікування вигнутих кореневих каналів, що може знизити ефективність ендодонтичної терапії. Таким чином, було запропоновано кілька модифікацій у їхньому дизайні, кінематиці та методі виготовлення (тип сплаву) з метою покращення механічних властивостей для запобігання руйнуванню. Згідно з деякими авторами, термічна обробка сплаву NiTi змінює розташування його кристалічної структури, покращуючи його гнучкість та вигин.

Звичайний сплав NiTi має майже еквівалентне співвідношення елементів нікелю (~56 мас.%) та титану (~44 мас.%) і існує у двох різних кристалічних структурах, що залежать від температури, які називаються аустенітною та мартенситною фазами. У аустенітній фазі сплав має перевагу у супереластичних властивостях, тоді як у мартенситній фазі він має кращий ефект пам'яті форми. Таким чином, інструменти на основі мартенситу мають підвищену гнучкість і вищу стійкість до циклічної втоми, ніж аустенітні інструменти того ж дизайну. Тому було запропоновано різні термічні обробки сплаву NiTi для виготовлення ендодонтичних інструментів з покращеними механічними властивостями, включаючи Blue Technology (Dentsply Tulsa Dental Specialties, Tulsa, OK, USA), Controlled Memory Wire (CM; Coltène Whaledent, Inc., Cuyahoga Falls, OH, USA) та Gold Technology (Dentsply Tulsa Dental Specialties). Також було заявлено, що використання реверсивного руху підвищує стійкість інструментів NiTi до втоми в порівнянні з безперервним обертанням. Однак, незважаючи на ці зміни, ендодонтичні інструменти NiTi на основі мартенситу все ще можуть ламатися через крутильні збої або навантаження на крутний момент.

У літературі широко тестувалися інструменти зворотного руху на основі мартенситу, такі як Reciproc Blue (VDW, Мюнхен, Німеччина), WaveOne Gold (Dentsply Maillefer, Баллаїг, Швейцарія) та ProDesign R (Easy Equipamentos Odontológicos, Белу-Оризонті, Бразилія) щодо їх механічних властивостей. Нещодавно на ринку з'явився новий інструмент зворотного руху на основі мартенситу, названий X1 Blue File (MK Life, Порту-Алегрі, Бразилія). За словами виробника, цей інструмент має неактивний кінчик (ISO розмір 25) та опуклий трикутний перетин. Досі циклічна втома та крутильна міцність інструментів X1 Blue File ще не були протестовані. Тому метою цього дослідження було порівняти циклічну втому та крутильну стійкість X1 Blue File з інструментами зворотного руху ProDesign R, Reciproc Blue та WaveOne Gold.

Матеріали та методи

Вісімдесят нових інструментів довжиною 25 мм чотирьох систем NiTi зворотного руху (n=20) були обрані для тестів на циклічну втому та крутильну поломку: Reciproc Blue R25 (n=20; розмір 25 на кінчику та конусність 0.08, тоді як після початкових 3 мм конусність була регресивною) (партія #37631), WaveOne Gold Primary (n=20; розмір 25 на кінчику та конусність 0.07, тоді як після початкових 3 мм конусність була регресивною) (партія #1226916), ProDesign R (n=20; розмір 25 на кінчику та постійна конусність 0.06) (партія #170096), та X1 Blue File (n=20; розмір 25 на кінчику та постійна конусність 0.06) (партія #20171010). У кожній групі десять інструментів були протестовані на динамічну циклічну втому, а 10 інструментів на крутильну стійкість. Усі інструменти були попередньо перевірені на видимі дефекти або деформації під ×20 збільшенням під стереомікроскопом (OPTZS; Opticam, Сан-Паулу, Бразилія). Дефектів не виявлено, і обрані інструменти були піддані тестам.

Тест на циклічну втомленість

Тест на циклічну втомленість був проведений за допомогою спеціально виготовленого пристрою з нержавіючої сталі, який дозволяв відтворювати симуляцію інструмента, що знаходиться в вигнутому каналі з кутом і радіусом вигину 80° і 3 мм відповідно, розташованого на відстані 4 мм від його кінчика (кінчик #30, конусність 0.08). Це не ідентичний кінчик і конусність, але близький до розміру та конусності всіх інструментів. Оскільки штучний канал не був ідентичний кінчику та конусності інструментів, жодне крутильне навантаження не застосовувалося до інструмента. Усі тести проводилися в сольовому розчині при 37°C, а інструменти (n=10 на групу) працювали в динамічному режимі, використовуючи ручний інструмент зі зменшенням 6:1 (Sirona Dental Systems GmbH, Bensheim, Germany), що живиться від мотора з контролем крутного моменту (VDW Silver; VDW), відповідно до рекомендацій виробників. Електричний ручний інструмент був закріплений на пристрої, який забезпечував точне та відтворюване розміщення кожного інструмента в спеціально виготовленому штучному каналі. Амплітуда осьового руху становила 3 мм, а швидкість руху була встановлена на 1 цикл (повний рух від найвищої до найнижчої точки) протягом 2 секунд. Час до руйнування фіксувався в секундах за допомогою цифрового хронометра і зупинявся, коли візуально і/або слухово було виявлено руйнування файлу.

Торсійний тест

Торсійне навантаження було застосовано до моменту руйнування для оцінки середньої остаточної торсійної міцності та кута обертання випробуваних інструментів (n=10 на групу) за допомогою спеціально виготовленого пристрою, виробленого відповідно до ISO 3630-1. Тест проводився при 37°C для імітації клінічних умов, і кожен інструмент притискався на 3 мм від кінчика за допомогою патрона, підключеного до датчика моменту. Вал інструмента був закріплений у протилежному патроні, здатному обертатися за допомогою редукторного мотора. Інструменти оберталися в протилежному за годинниковою стрілкою напрямку зі швидкістю 2 об/хв до моменту руйнування інструмента. Момент навантаження (N.cm) та кутове обертання (°) були зафіксовані за допомогою торсіометра (ODEME; Лузерна, SC, Бразилія), а остаточна торсійна міцність та кут обертання при руйнуванні були надані спеціально розробленим комп'ютерним програмним забезпеченням (ODEME Analysis TT; ODEME).

Скануюча електронна мікроскопія

Скануючий електронний мікроскоп (SEM; JSM 5800; JEOL, Токіо, Японія) використовувався для оцінки топографічних характеристик поверхонь руйнування всіх інструментів після циклічних та торсійних тестів при збільшенні ×250.

Статистичний аналіз

Аналіз даних виявив розподіл у формі дзвона (тест Шапіро-Уілка; P>0.05), і статистичний аналіз був проведений між групами за допомогою одностороннього дисперсійного аналізу (ANOVA) та пост-хок тестів Тьюкі з встановленою помилкою типу альфа на рівні 5% (Biostat; Instituto Mamirauá, Тефе, Бразилія).

Результати

Середні значення та стандартні відхилення часу до руйнування (опір циклічній втомі), максимального навантаження на крутний момент та кута обертання до руйнування наведені в таблиці 1. Не було виявлено статистичної різниці між часом до руйнування інструментів X1 blue file (417±36 с) та X1 blue file (417±36 с), а інструменти ProDesign R (397±41 с) показали найбільший час до руйнування в порівнянні з Reciproc Blue (274±42 с) та Wave One Gold (193±17 с) (P<0.05). Однак, різниці між X1 Blue File та ProDesign R не було виявлено (P>0.05). Крім того, Reciproc Blue продемонстрував найбільший час до руйнування в порівнянні з WaveOne Gold (P<0.05). Найнижчий опір крутному моменту (1.0±0.2 N.cm) та кут обертання (412º±46) спостерігався в групі ProDesign R (P<0.05). SEM-аналізи зламаних поверхонь показали зону ініціації тріщини та зону швидкого руйнування під навантаженням після тесту на циклічну втому (Рис. 1), а також концентричні сліди абразії з мікропорожнинами в центрі обертання після експерименту на крутний момент (Рис. 2).

Обговорення

Розділення інструментів неодноразово повідомлялося кількома авторами з моменту появи механічної підготовки з інструментами з сплаву NiTi в ендодонтії і пояснювалося на основі надмірного крутного моменту та циклічної втоми. Циклічна втома виникає внаслідок чергування циклів розтягування і стиснення, яким підлягають інструменти, коли вони вигинаються в області максимального вигину каналу, тоді як крутний стрес виникає, коли зсувні напруги перевищують межу еластичності металу, викликаючи пластичну деформацію і тріщини. Дане дослідження було спроектовано для порівняння циклічної втоми та крутної міцності 4 нових мартенситних інструментів NiTi, названих Reciproc Blue, WaveOne Gold, ProDesign R та X1 Blue File.

В цілому, результати показали, що інструменти X1 Blue File та ProDesign R показали більший час до тріщини, ніж інструменти Reciproc Blue та WaveOne Gold (Таблиця 1). Довший термін циклічної втоми інструментів NiTi залежить від багатьох факторів, включаючи їх діаметр, масу металу сердечника, гнучкість, переріз та тип сплаву NiTi. Виявлено, що великі конічні інструменти, що використовуються в вигнутих каналах, можуть зламатися після лише кількох обертів. Змінний конус і велика площа перерізу інструментів Reciproc Blue та WaveOne Gold у порівнянні з інструментами ProDesign R та X1 Blue File, пов'язані з положенням вигнутої ділянки штучних каналів, використаних у цьому дослідженні (4 мм від кінчика), можуть пояснити їх найнижчі значення в тесті на циклічну втому. Більше того, також можливо, що відмінності в термічній обробці сплаву NiTi в кожній системі вплинули на кінцевий результат. Насправді, нещодавня публікація продемонструвала, що Reciproc Blue має значно вищу стійкість до циклічної втоми, ніж WaveOne Gold та інструменти M-Wire Reciproc, що відповідає нинішнім результатам. Окрім відмінностей у їх термічній обробці та враховуючи, що інструменти NiTi з великою масою металевого сердечника демонструють зменшення терміну циклічної втоми з тріщинами, які в основному ініціюються на їх основному краю, більший переріз і більша кількість ведучих країв інструмента WaveOne Gold можуть пояснити його нижчий час до тріщини в порівнянні з Reciproc Blue. SEM-аналіз інструментів показав подібні дактильні фрактографічні прояви тріщин циклічної втоми з мікропорожнинами. Також були виявлені зони ініціації тріщин і зони швидких тріщин з перевантаженням без морфологічних відмінностей у поверхнях тріщин усіх оцінених інструментів (Рис. 1).

Сьогодні, хоча не було досягнуто жодної специфікації, міжнародного стандарту чи консенсусу щодо використання індивідуально виготовлених штучних каналів для оцінки циклічної стійкості інструментів NiTi, цей метод був раніше валідаційований і широко використовувався в лабораторних дослідженнях, оскільки він дозволяє стандартизувати експериментальні умови, підвищуючи його внутрішню валідність. У даному дослідженні були вжиті заходи для того, щоб розміри штучного каналу були подібні до кінчика та конусності тестованих інструментів, надаючи йому точну траєкторію, як було раніше повідомлено. Більше того, у поточному дослідженні використовувалася динамічна модель, що має на меті краще змоделювати клінічне використання систем NiTi. У порівнянні зі статичними моделями, у динамічному тесті час до руйнування збільшується, оскільки навантаження, що прикладається до інструмента, розподіляється вздовж стержня під зворотно-поступальними рухами. Нарешті, тести проводилися зі штучним каналом, зануреним у сольовий розчин при 37°C, враховуючи, що ця методологічна процедура була пов'язана з більш надійними результатами, оскільки температура тіла, здається, зменшує циклічний вік втоми інструментів NiTi.

Тест на крутильну втомленість показав, що максимальна крутильна міцність (1.0±0.2 N.cm) та кутове обертання до руйнування (412°±46) інструмента ProDesign R були значно нижчими, ніж у інших систем (Таблиця 1). Ці результати свідчать про те, що ProDesign R потребує низького крутного моменту для руйнування при крученні, що означає високу ймовірність зупинки, якщо кінчик інструмента застрягне в просторі кореневого каналу. Це можна пояснити його малим конусом (0.06), перетворювальною формою (S-подібною) та високою гнучкістю його сплаву CM NiTi. З іншого боку, найбільше кутове спотворення інструментів Reciproc Blue та X1 Blue File (Таблиця 1) може бути перевагою в клініках, оскільки пластична деформація може передбачити неминуче руйнування, вказуючи на момент для викидання інструмента. SEM-аналіз інструментів, які піддавалися тесту на крутильну стійкість, продемонстрував типові ознаки крутильного руйнування, тобто концентричні сліди абразії та волокнисті ямки від крутильного центру (Рис. 2).

Висновок

В цілому, X1 Blue File та ProDesign R продемонстрували вищу стійкість до циклічної втоми, ніж інструменти Reciproc Blue та WaveOne Gold, тоді як ProDesign R мав найнижчу стійкість до кручення та значення кутового обертання до руйнування. SEM-аналіз зламаних поверхонь показав зону ініціації тріщин та зону швидкого руйнування від перевантаження після тесту на циклічну втому, а також концентричні сліди абразії з мікропорожнинами в центрі обертання після експерименту на кручення.

Автори: Еммануель Дж.Н.Л. Сілва, Кароліна О. Ліма, Віктор Т.Л. Віейра, Генріке С. Антунес, Едсон Дж.Л. Морейра, Марко А. Версіяні

Посилання:

1. Саттапан Б, Нерво Дж.Й., Паламара Дж.Е., Мессер Г.Г. Дефекти ротаційних нікель-титанових файлів після клінічного використання. J Endod 2000; 26(3):161–5.
2. Крамп М.Ц., Наткін Е. Взаємозв'язок зламаних інструментів кореневих каналів з прогнозом ендодонтичного випадку: клінічне дослідження. J Am Dent Assoc 1970; 80(6):1341–7.
3. Панітивсай П, Парунніт П, Сатхорн Ч, Мессер Г.Г. Вплив утримуваного інструмента на результати лікування: систематичний огляд та мета-аналіз. J Endod 2010; 36(5):775–80.
4. Де-Деус Г, Сілва Е.Й., Віейра В.Т., Белладонна Ф.Г., Еліас Ч.Н., Плотіно Г та ін. Синя термомеханічна обробка оптимізує стійкість до втоми та гнучкість файлів Reciproc. J Endod 2017; 43(3):462–6.
5. Чжоу Х.М., Шен Й., Чжен В., Лі Л., Чжен Й.Ф., Хаапасало М. Механічні властивості контролюваної пам'яті та супереластичних нікель-титанових дротів, що використовуються для виготовлення ротаційних ендодонтичних інструментів. J Endod 2012; 38(11):1535–40.
6. Шен Й., Чжоу Х.М., Чжен Й.Ф., Пень Б., Хаапасало М. Актуальні виклики та концепції термомеханічної обробки нікель-титанових інструментів. J Endod 2013; 39(2):163–72.
7. Сілва Е.Й., Родрігес Ч., Віейра В.Т., Белладонна Ф.Г., Де-Деус Г, Лопес Х.П. Стійкість до вигину та циклічна втома нового термічно обробленого рециркуляційного інструмента. Scanning 2016; 38(6):837–41.
8. Сілва Е.Й.Н.Л., Віейра В.Т.Л., Габіна Т.Т.Г., Антунес Х.Д.С., Лопес Х.П., Де-Деус Г. Вплив використання пневматичного кута на тривалість служби інструментів, оброблених M-Wire та Blue. Clin Oral Investig 2019; 23(2):617–21.
9. Томпсон С.А. Огляд сплавів нікель-титану, що використовуються в стоматології. Int Endod J 2000; 33(4):297–310.
10. Кіфнер П, Бен М, Де-Деус Г. Чи може рециркуляційний рух сам по собі покращити стійкість до циклічної втоми інструментів? Int Endod J 2014; 47(5):430–6.
11. Де-Деус Г, Морейра Е.Й., Лопес Х.П., Еліас Ч.Н. Подовжений термін служби циклічної втоми інструментів F2 ProTaper, що використовуються в рециркуляційному русі. Int Endod J 2010; 43(12):1063–8.
12. Алькальде М.П., Дуарте М.А.Х., Браманте К.М., де Васконселос Б.Ц., Таномауру-Фільо М., Геррейро-Таномауру Ж.М. та ін. Циклічна втома та крутильна міцність трьох різних термічно оброблених рециркуляційних нікель-титанових інструментів. Clin Oral Investig 2018; 22(4):1865–71.
13. Інан У, Кескін Ч, Сівас Йилмаз Ö, Баш Г. Циклічна втома інструментів Reciproc Blue та Reciproc, підданих внутрішньоканальній температурі в умовах імітованого сильного апікального вигину. Clin Oral Investig 2019; 23(5):2077–82.
14. Сілва Е.Й.Н.Л., Віейра В.Т.Л., Хекшер Ф., Дос Сантос Олівейра М.Р.С., Дос Сантос Антунес Х., Морейра Е.Й. Циклічна втома за використання сильно вигнутих каналів та крутильна стійкість термічно оброблених рециркуляційних інструментів. Clin Oral Investig 2018; 22(7):2633–8.
15. Сілва Е.Й.Н.Л., Хекшер Ф., Антунес Х.Д.С., Де-Деус Г, Еліас Ч.Н., Віейра В.Т.Л. Стійкість до крутильної втоми інструментів Reciproc, оброблених Blue. J Endod 2018; 44(6):1038–41.
16. Сілва Е.Й., Вільяріно Л.С., Віейра В.Т., Аккорсі-Мендонса Т., Антунес Х.Д., Де-Деус Г та ін. Стійкість до вигину та термін служби циклічної втоми інструментів Reciproc, Unicone та WaveOne. J Endod 2016; 42(12):1789–93.
17. де Васконселос Р.А., Мерфі С., Карвалью Ч.А., Говінджі Р.Г., Говінджі С., Пітерс О.А. Докази зниження стійкості до втоми сучасних ротаційних інструментів, підданих температурі тіла. J Endod 2016; 42(5):782–7.
18. Де-Деус Г, Леал Віейра В.Т., Ногейра да Сілва Е.Й., Лопес Х., Еліас Ч.Н., Морейра Е.Й. Стійкість до вигину та динамічний і статичний термін служби циклічної втоми великих інструментів Reciproc та WaveOne. J Endod 2014; 40(4):575–9.
19. 3630-1 IOfSI. Інструменти для кореневих каналів: частина 1 - файли, розширювачі, барбовані брошки, рашпілі, пастові носії, експлорери та бавовняні брошки. Міжнародна організація зі стандартизації, Женева: 1992. Доступно за адресою: https://www.iso.org/standard/9066.html. Доступ 22 квітня 2020 року.
20. Спілі П, Парашос П, Мессер Г.Г. Вплив зламу інструмента на результати ендодонтичного лікування. J Endod 2005; 31(12):845–50.
21. Педулла Е., Ло Савіо Ф., Бонінеллі С., Плотіно Г., Гранде Н.М., Ла Роса Г. та ін. Крутильна та циклічна стійкість нового нікель-титановго інструмента, виготовленого електричним розрядом. J Endod 2016; 42(1):156–9.
22. Яо Дж.Х., Шварц С.А., Бісон Т.Дж. Циклічна втома трьох типів ротаційних нікель-титанових файлів у динамічній моделі. J Endod 2006; 32(1):55–7.
23. Кескін Ч, Інан У, Демірал М, Келеш А. Стійкість до циклічної втоми інструментів Reciproc Blue, Reciproc та WaveOne Gold. J Endod 2017; 43(8):1360–3.
24. Плотіно Г, Гранде Н.М., Кордаро М., Тестареллі Л., Гамбаріні Г. Огляд тестування циклічної втоми нікель-титанових ротаційних інструментів. J Endod 2009; 35(11):1469–76.
25. Сілва Е.Й.Н.Л., Віейра В.Т.Л., Белладонна Ф.Г., Зуоло А.С., Антунес Х.Д.С., Кавалканте Д.М. та ін. Циклічна та крутильна стійкість інструментів XP-endo Shaper та TRUShape. J Endod 2018; 44(1):168–72.
26. Аріас А, Хеджлаві С, Мерфі С, де ла Макорра Дж.Ц., Говінджі С., Пітерс О.А. Змінний вплив навколишньої температури на стійкість до втоми термічно оброблених нікель-титанових інструментів. Clin Oral Investig 2019; 23(3):1101–8.
27. Аріас А, Макорра Дж.Ц., Говінджі С., Пітерс О.А. Кореляція між температурно-залежною стійкістю до втоми та аналізом диференційної скануючої калориметрії для 2 сучасних ротаційних інструментів. J Endod 2018; 44(4):630–4.
28. Алькальде М.П., Таномауру-Фільо М., Браманте К.М., Дуарте М.А.Х., Геррейро-Таномауру Ж.М., Каміло-Пінто Дж. та ін. Циклічна та крутильна стійкість рециркуляційних одиночних файлів, виготовлених з різних сплавів нікель-титану. J Endod 2017; 43(7):1186–91.