Механічні випробування, металургійна характеристика та здатність до формування ротаційних інструментів з нікель-титану: багатостороннє дослідження

Анотація

Вступ: Це дослідження мало на меті порівняти механічні та металургійні властивості та здатність до формування різних ротаційних систем, використовуючи багатосторонній підхід.

Методи: Нові ротаційні інструменти NeoNiti A1 (Neolix SAS, Châtres-La-Forêt, Франція), HyFlex EDM One File (Coltène/ Whaledent, Альтштеттен, Швейцарія), ProTaper Gold F2 (Dentsply Maillefer, Баллаїг) та ProTaper Universal F2 (Dentsply Maillefer) були протестовані щодо циклічної втоми, крутильного опору, дизайну та морфологічних характеристик за допомогою скануючої електронної мікроскопії, характеристик металевих сплавів за допомогою диференціальної скануючої калориметрії та енергодисперсійної рентгенівської спектроскопії. Крім того, їх здатність до формування під час підготовки 48 каналів верхніх молярів була оцінена за допомогою технології мікро-комп'ютерної томографії. Механічні та металургійні аналізи порівнювалися за допомогою аналізу дисперсії з тестами Тьюкі, тоді як незалежний t-тест Ст'юдента використовувався для порівняння здатності до формування систем ProTaper або термомеханічно оброблених інструментів. Рівень значущості був встановлений на 5%.

Результати: Найвища циклічна втома спостерігалася з інструментами NeoNiti та HyFlex EDM (P > .05), тоді як HyFlex EDM мав найвищий кутовий оберт до руйнування (P < .05). Аналізи скануючої електронної мікроскопії/енергетично-дисперсійної рентгенівської спектроскопії підтвердили подібності в дизайні інструментів та майже екватомну композицію систем. Диференціальна скануюча калориметрія показала, що ProTaper Gold мав вищі температури трансформації, ніж ProTaper Universal, тоді як подібна трансформація спостерігалася між NeoNiti та HyFlex. Мікро-комп'ютерна томографія виявила, що, незважаючи на те, що жодна з систем не змогла підготувати всі стінки кореневого каналу, статистичних відмінностей не спостерігалося ні в системах ProTaper (P > .05), ні в термомеханічно оброблених інструментах (P > .05).

Висновки: Окрім відмінностей у механічних випробуваннях та металургійній характеристиці, системи з порівнянними розмірами інструментів та протоколами підготовки показали подібний відсоток неторкованих поверхонь у підготовці кореневого каналу верхніх молярів. (J Endod 2020;46:1485–1494.)

Введення ротаційних інструментів з нікель-титанового сплаву (NiTi) в ендодонтичну практику принесло багато переваг у порівнянні з інструментами з нержавіючої сталі, включаючи кращу різальну ефективність, швидший час підготовки та покращену здатність до центрування каналу. Однак їх використання несе ризик перелому через торсійне навантаження або циклічну втомленість, що може негативно вплинути на результати лікування кореневих каналів. Тому було запропоновано кілька методів для покращення механічних властивостей інструментів NiTi, включаючи зміни не лише в їх перетворенні та кінематиці, але й термічну обробку сплаву NiTi. Під час термічної обробки інструмент NiTi проходить складну обробку нагрівання-охолодження, що дозволяє контролювати температури переходу, створюючи сплав з пам'яттю форми.

ProTaper Gold (Dentsply Maillefer, Ballaigues, Швейцарія) є ротаційною системою NiTi, яка має таке ж геометричне оформлення, як ProTaper Universal (Dentsply Maillefer), але завдяки своїй запатентованій обробці сплаву є більш гнучкою та більш стійкою до втоми. З іншого боку, висока міцність та унікальна супереластична поведінка сплаву NiTi ускладнили його обробні характеристики. Тому була розроблена спеціальна технологія виробництва, відома як електрична розрядна машина (EDM). Вона складається з іскр, які виникають внаслідок високочастотних електричних розрядів між металевою заготовкою та електродом, що призводить до локального плавлення та випаровування матеріалу заготовки, в результаті чого отримується готовий продукт бажаної геометрії, який можна використовувати для виробництва інструментів NiTi з гострими ріжучими краями, вбудованими абразивними властивостями, змінними профілями та високою гнучкістю. Інструменти HyFlex EDM (Coltène/Whaledent, Altstätten, Швейцарія) та NeoNiti (Neolix SAS, Châtres-La-Forêt, Франція) є прикладами ротаційних систем NiTi, виготовлених за цією технологією. У попередніх дослідженнях ці інструменти продемонстрували вищу стійкість до циклічної втоми в порівнянні з іншими, виготовленими з традиційних або інших мартенситних сплавів NiTi.

Механічні властивості ротаційних інструментів NiTi часто оцінювалися в наукових дослідженнях для ранжування різних систем щодо їхньої безпеки або продуктивності. Незважаючи на те, що параметри, які тестувалися в цих дослідженнях, можуть бути корисними для розуміння їхньої гнучкості та крутильного опору, клінічна значущість цих механічних тестів у ізоляції вважається низькою, оскільки клінічне використання може бути під впливом кількох інших факторів. Відповідно, багатопараметричний підхід, що поєднує результати різних механічних тестів та формувальну здатність різних систем NiTi, був би корисним для кращої інтерпретації їхньої продуктивності і, відповідно, більш точної трансляції доклінічних висновків для керівництва клінічним використанням.

Отже, метою даного дослідження було порівняти ротаційні системи NeoNiti (Neolix SAS, Châtres-La-Forêt, Франція), HyFlex EDM (Coltène/Whaledent, Altstätten, Швейцарія), ProTaper Gold та ProTaper Universal щодо їхньої циклічної втоми та крутильного опору, конструктивного дизайну, металургійних характеристик та формувальної здатності. Нульові гіпотези, які підлягали перевірці, полягали в тому, що між протестованими системами немає різниць щодо їхньої механічної продуктивності, металургійної характеристики та формувальної здатності.

Матеріали та методи

Механічні випробування

Нові NeoNiti A1 (розмір 25, 0.08 конусність на перші 4 мм; Neolix SAS), HyFlex EDM One File (розмір 25, 0.08 конусність на перші 4 мм; Coltène/Whaledent), ProTaper Gold F2 (розмір 25, 0.08 конусність на перші 3 мм; Dentsply Maillefer) та ProTaper Universal F2 (розмір 25, 0.08 конусність на перші 3 мм; Dentsply Maillefer) ротаційні інструменти були протестовані на циклічну втомлюваність та крутильний опір. Перед випробуваннями інструменти були перевірені на деформації під стереомікроскопом при збільшенні X20 (Stemi 2000-C; Carl Zeiss, Йена, Німеччина), і жоден інструмент не був відкинутий. На основі даних з попередніх досліджень було проведено розрахунок потужності (G*Power 3.1; Heinrich-Heine-Universität Düsseldorf, Дюссельдорф, Німеччина), який показав, що розмір вибірки для кожної групи має бути не менше 10 інструментів для обох випробувань.

Циклічна втомлюваність

Тест на циклічну втомлюваність був проведений за допомогою спеціально розробленого пристрою, який дозволяв відтворювати симуляцію інструмента, що знаходиться в вигнутому каналі. Штучний канал був створений на неконусному 19-мм сталевому трубці. Ця трубка мала 3 сегменти. Перший був прямим і мав довжину 7 мм. Другий був вигнутим (довжина 9 мм, радіус 6 мм та кривизна 86°) з позицією максимального напруження посередині його довжини. Останній був 3-мм прямим сегментом. Сталеві стінки мали товщину 1.3 мм з внутрішнім діаметром 1.4 мм. Блок, що містив штучний канал, був підключений до основного каркасу, до якого був прикріплений мобільний підтримуючий елемент для ручного інструмента, що дозволяло точно та відтворювально розміщувати інструменти на однакову глибину всередині симульованого каналу. Інструменти кожної протестованої системи (n = 10 на групу) активувалися за допомогою ручного інструмента з редукцією 6:1 (Sirona Dental Systems GmbH, Бенсхайм, Німеччина), що живився від мотора з контролем крутного моменту (VDW Silver; VDW GmbH, Мюнхен, Німеччина) з безперервним обертанням за годинниковою стрілкою на 250 об/хв та крутним моментом 1.5 Н·см. Усі інструменти тестувалися безперервно з використанням мастила при кімнатній температурі до моменту руйнування. Час до руйнування фіксувався в секундах за допомогою цифрового хронометра і зупинявся, коли візуально та/або звуково було виявлено руйнування файлу. Кількість циклів до відмови (NCF) кожного файлу розраховувалася на 250 об/хв за допомогою наступної формули: NCF = оберти на хвилину (об/хв) X час (секунди)/60. Розмір зламаних сегментів фіксувався лише для експериментального контролю.

Торсійна стійкість

Торсійне навантаження застосовувалося до моменту руйнування для оцінки середньої остаточної торсійної міцності та кута обертання випробуваних інструментів (n = 10 на групу) за допомогою спеціально виготовленого пристрою, виготовленого відповідно до ISO 3630-1. Кожен інструмент був закріплений на відстані 3 мм від кінчика за допомогою патрона, підключеного до датчика навантаження з моментом. Потім вал інструмента був закріплений у протилежному патроні, який міг обертатися за допомогою крокового двигуна. Усі інструменти оберталися за годинниковою стрілкою зі швидкістю 2 об/хв до моменту руйнування. Торсійне навантаження (N.cm) та кутове обертання (°) записувалися безперервно за допомогою торсіометра (ODEME, Лузерна, SC, Бразилія), а остаточна торсійна міцність та кут обертання при руйнуванні були надані спеціально розробленим обчислювальним програмним забезпеченням (ODEME Analysis TT, ODEME).

Металургійна характеристика

Скануюча електронна мікроскопія

Скануючий електронний мікроскоп (JSM 5800; JEOL, Токіо, Японія) використовувався для оцінки нових інструментів з кожної випробуваної системи щодо його кінчика, ріжучого краю, канавки, а також проміжного та перетинного дизайну при збільшенні X100, тоді як топографічні особливості поверхонь руйнування всіх інструментів оцінювалися після циклічних та торсійних випробувань при збільшеннях X250 та X1000.

Енергодисперсійна спектроскопія Три абсолютно нові прилади з кожної протестованої системи були оцінені щодо енергодисперсійного спектроскопічного (EDS) аналізу за допомогою скануючого електронного мікроскопа (Hitachi S-2400; Hitachi High-Tech Corporation, Токіо, Японія), оснащеного енергодисперсійним

рентгенівським спектрометром з детектором легких елементів (Bruker Quantax; Bruker Corporation, Біллеріка, Массачусетс), підключеним до настільного комп'ютера Dell Precision T3500 (Dell Inc, Раунд-Рок, Техас). Налаштування робочих параметрів включали прискорювальну напругу 20 кВ і струм нитки 3.1 А на робочій відстані 25 мм. Вибірка складалася з області 400 X 400 мм приладів, а придбання проводилися з тривалістю життя 60 секунд з приблизно 30% мертвого часу. Дані оцінювалися за допомогою програмного забезпечення Sigma Scan (Systat Software Inc, Сан-Хосе, Каліфорнія), а пропорції нікелю та титану отримувалися за типовим спектром, створеним програмним забезпеченням.

Диференційна скануюча калориметрія Диференційний скануючий калориметричний (DSC) аналіз проводився відповідно до рекомендацій Американського товариства з випробувань і матеріалів. Фрагмент вагою 15–20 мг розміром 5 мм з корональної активної частини кожного протестованого приладу був поміщений у хімічну травильну ванну з фтороводневою кислотою, після чого оброблявся нітратною кислотою і закінчувався дистильованою водою протягом приблизно 2 хвилин. Зразки зважувалися (M-Power Microbalance; Sartorius, Геттінген, Німеччина) і поміщалися в алюмінієву чашу. Порожня алюмінієва чаша слугувала контролем. Тест проводився на диференційному скануючому калориметрі (DSC 204 F1 Phoenix; Netzsch-Gerätebau GmbH, Зельб, Німеччина), підключеному до настільного комп'ютера Asus (Asus, Тайбей, Тайвань), з якого отримували доступ до програмного забезпечення Netzsch Proteus Thermal Analysis (Netzsch-Gerätebau GmbH) і витягували графіки DSC. Ці графіки дозволяли візуальний аналіз температур початку аустеніту, закінчення аустеніту, початку мартенситу та закінчення мартенситу.

Тривалість кожного термічного циклу становила приблизно 1 годину та 40 хвилин. Він починався з стабілізації кімнатної температури протягом 5 хвилин, після чого температура підвищувалася до 150°C зі швидкістю 10°C за хвилину. На максимальному рівні температури виконувалася стабілізаційна плато протягом 2 хвилин, а потім починався цикл охолодження, який знижувався до -150°C зі швидкістю 10°C за хвилину, після чого виконувалася 5-хвилинна стабілізаційна плато. Нова фаза нагрівання була викликана до 150°C зі швидкістю 10°C ще раз, після чого знову виконувалася 2-хвилинна стабілізаційна плато. Наприкінці температура знижувалася до кімнатної температури, і виконувалася фінальна 2-хвилинна стабілізаційна плато. Було проведено два тести на 2 різних приладах з однієї системи. Другий тест мав на меті підтвердити результат першого. Третій тест проводився, якщо фази трансформації 2 попередніх тестів не збігалися більш ніж на 10°C.

Здатність формування

Вибір зразків та групи

Для дослідження було обрано апріорний тест незалежних вибірок з родини t тестів (G*Power 3.1 для Macintosh; Heinrich-Heine-Universität-Du€sseldorf). Розмір ефекту (0.91) був визначений на основі даних De-Deus та ін., де оцінювалася здатність формування. Інші параметри були використані наступним чином: альфа-типова помилка 0.05 та потужність бета 0.95. Шістнадцять кореневих каналів (n = 8 на групу) були вказані як необхідний розмір вибірки для спостереження значних відмінностей між парою груп. Для запобігання можливим втратам під час експериментальних процедур було використано дванадцять кореневих каналів на групу.

Шістнадцять трьохкореневих людських верхніх перших молярів з повністю сформованими верхівками та одним кореневим каналом у кожному корені (48 кореневих каналів) були обрані з пулу видалених зубів та відскановані з розміром пікселя 19 мм за допомогою мікро-комп'ютерного томографа (мікро-CT) (SkyScan 1174v.2; Bruker microCT, Контіх, Бельгія). Параметри сканера були встановлені на 50 кВ, 800 мА, 180° обертання навколо вертикальної осі та крок обертання 0.6° з використанням алюмінієвого фільтра товщиною 1 мм. Проекційні зображення були реконструйовані в поперечні зрізи за допомогою програмного забезпечення NRecon v.1.6.9 (Bruker-microCT) з корекцією жорсткості променя 15%, згладжуванням 3, корекцією артефактів кільця 3 та коефіцієнтом атенуації в діапазоні від 0.01 до 0.15.

Передопераційні тривимірні моделі кореня та кореневих каналів були створені (CTVol v.2.2.1, Bruker-microCT) та якісно оцінені щодо конфігурації кореневих каналів. Потім 3D параметри кореневих каналів (довжина, об'єм, площа поверхні та індекс моделі структури) були розраховані від рівня цементно-емалевого з'єднання до апексу за допомогою програмного забезпечення CTAn v.1.14.4 (Bruker-microCT). Для підвищення внутрішньої валідності експерименту обрані зразки були співвіднесені для створення 2 наборів з 8 зубів (n = 24 канали) на основі морфологічних аспектів кореневих каналів. Потім кожен набір зубів був призначений або до групи ProTaper (ProTaper Universal та ProTaper Gold), або до термомеханічно оброблених груп (NeoNiti та HyFlex EDM) і випадковим чином поділений на 2 експериментальні підгрупи (n = 12 каналів) відповідно до систем підготовки. Аналізовані 3D морфометричні параметри кореневих каналів у кожному наборі зубів мали нормальний розподіл (тест Шапіро-Уілка) та гомоскедастичність (тест Левена), а ступінь однорідності (базовий рівень) підгруп був статистично підтверджений (P > .05, тест t для незалежних вибірок).

Підготовка кореневого каналу

Звичайні доступні порожнини були підготовлені, канали були відкриті, і прохідність була підтверджена за допомогою K-файлу розміру 10 (Dentsply Maillefer). Коли кінчик інструмента був видимий через основний отвор, було віднято 0,5 мм для визначення робочої довжини (WL). Потім, шлях для ковзання був досягнутий до WL за допомогою K-файлу розміру 15 (Dentsply Maillefer). Усі інструменти були доведені до WL у безперервному обертовому русі за годинниковою стрілкою, що генерувався 6:1 куточковим наконечником (Sirona Dental Systems GmbH), що живиться електричним мотором (VDW Silver Motor, VDW GmbH) відповідно до інструкцій виробників. Під час підготовчих процедур, після 3 м'яких рухів вперед-назад у апікальному напрямку, інструмент був видалений з каналу та очищений. Це повторювалося до досягнення WL, після чого інструмент був викинутий. У групі NeoNiti (n = 12) канали були розширені до WL за допомогою інструментів розміру 20/.06 і 25/.08v (A1) у щічних каналах, тоді як піднебінний канал був розширений до розміру 40/.04. У групі HyFlex EDM (n = 12) щічні канали були підготовлені за допомогою інструментів розміру 20/.05 і 25/.08v (One File) до WL, тоді як піднебінний канал був розширений до розміру 40/.04. Послідовність інструментів у групах ProTaper Gold (n = 12) і ProTaper Universal (n = 12) була S1, S2, F1 та F2 (25/.08v) до WL у щічних каналах, тоді як піднебінний канал додатково розширювався за допомогою інструмента F4 (40/.06v). Після кожного етапу канали були промиті 5 мл 2,5% натрію гіпохлориту за допомогою одноразового шприца з 30-G NaviTip голкою (Ultradent, South Jordan, UT), розміщеною на відстані 1 мм від WL. Остаточне промивання 5 мл 17% EDTA супроводжувалося промиванням 5 мл дистильованою водою. Потім канали були висушені паперовими точками (Dentsply Maillefer), зображені за допомогою мікро-КТ системи та реконструйовані з використанням тих же раніше згаданих параметрів. Один набір інструментів використовувався для підготовки 3 каналів, і всі підготовчі процедури виконувалися підготовленим оператором.

Оцінка мікро-КТ

Попередні та післяопераційні моделі каналів були створені (CTAn v.1.14.4) та кореговані з відповідними попередніми наборами даних за допомогою модуля жорсткої реєстрації програмного забезпечення 3D Slicer 4.3.1 (доступно за http://www.slicer.org). Якісне порівняння між групами було виконано за допомогою програмного забезпечення CTVol v.2.2.1, використовуючи моделі кореневих каналів з кольоровим кодуванням (жовтий та фіолетовий кольори вказують на поверхні каналів до та після операції відповідно). Післяопераційні 3D параметри також були оцінені (CTAn v.1.14.4). Просторово зареєстровані поверхневі моделі коренів були порівняні щодо непідготовленої площі стінок кореневого каналу, яка була розрахована за допомогою відстаней між поверхнею кореневих каналів до та після підготовки, визначених у кожній точці поверхні. Потім відсоток залишкової непідготовленої площі поверхні був визначений за формулою (A_u/A_b)*100, де A_u представляє непідготовлену площу каналу, а A_b - площу кореневого каналу до підготовки. Було виконано специфічні порівняння між подібними системами підготовки з точки зору розмірів та послідовності інструментів (NeoNiti X HyFlex EDM та ProTaper Gold X ProTaper Universal). Всі аналізи виконувала особа, яка не знала протоколів підготовки.

Статистичний аналіз

Для оцінки припущення про нормальність та рівність дисперсії наборів даних були використані тести Шапіро-Уілка та Левена.

Оскільки результати були нормально розподілені (P > .05), вони були представлені у вигляді середнього значення, стандартного відхилення та інтервального діапазону. Для аналізу механічної та металургійної характеристики результати були статистично порівняні між групами за допомогою аналізу дисперсії та пост-хок тестів Тьюкі. Для оцінки формуючої здатності NeoNiti X HyFlex EDM та ProTaper Gold X ProTaper Universal були порівняні за допомогою незалежного t-тесту Ст'юдента. Рівень значущості був встановлений на рівні 5% (SPSS v18.0 для Windows; SPSS Inc., Чикаго, IL).

Результати

Механічні тести

Результати NCF, кутового обертання до руйнування (°) та моменту, необхідного для руйнування (N.cm), представлені в Таблиці 1. Найвищі значення NCF були зафіксовані для інструментів NeoNiti A1 (1042 ± 184) та HyFlex EDM One File (999 ± 208) (P > .05), тоді як ProTaper Universal F2 показав найнижчі значення NCF (160 ± 38) (P < .05). HyFlex EDM One File мав вищий кут обертання до руйнування в порівнянні з іншими інструментами (P < .05), тоді як ProTaper Universal F2 показав найнижчий кут обертання до руйнування (P < .05). ProTaper Universal F2 також вимагав найвищих значень моменту для руйнування серед протестованих інструментів (P < .05).

Металургійна характеристика Загалом, якість поверхні NeoNiti A1 та HyFlex EDM One File була подібною. Ці інструменти показали ізотропну поверхню, що характеризується регулярним розподільним кратером, який часто спостерігається в матеріалах, що пройшли процес електричного розрядного оброблення. Лише невелику кількість дефектів, таких як зазубрини на ріжучому краю, можна було спостерігати. HyFlex EDM One File показав трапецієподібний перетин, тоді як у інструменті NeoNiti A1 спостерігався прямокутний перетин. Більше того, інструмент NeoNiti показав легкий округлений кут переходу на кінчику, тоді як HyFlex EDM мав більш активну особливість кінчика (Рис. 1A та B).

Щодо систем ProTaper, спостерігалася гладка поверхня, що демонструє загалом хорошу якість обробки, з лише невеликою кількістю дефектів/пористостей, виявлених на ріжучих краях та канавках. Термальна обробка інструментів ProTaper Gold призвела до гладкої та покращеної обробної поверхні. Як інструменти ProTaper Universal, так і ProTaper Gold мали опуклий трикутний перетин та легкий округлений кут переходу на кінчику (Рис. 1C та D).

Скануюча електронна мікроскопія поверхонь зламу інструментів показала подібні та типові ознаки циклічної втоми та крутильного зламу (Рис. 2). Для обох тестів поверхні зламу мали характеристики дактильного типу. Однак відмінності в механізмах зламу призвели до різних аспектів поверхні. Хоча мікропорожнини були розподілені по всій поверхні інструментів, які піддавалися тесту на циклічну втому (Рис. 2A–H), поверхні зламу показали 2 зони після експерименту на крутильну міцність: перша з мікропорожнинами, розташованими в центрі інструментів (ядро), а друга представлена пластичною деформацією навколо мікропорожнин (Рис. 2I–P) через зсувні напруги, що виникають під час скручування. Аналізи EDS та DSC виявили подібний еквімолярний склад елементів титану та нікелю для всіх протестованих систем (Таблиця 2) та подібні характеристики перетворення інструментів NeoNiti та HyFlex EDM (Рис. 3A), відповідно. З іншого боку, ProTaper Gold показав вищі температури перетворення та значно гостріші та чітко визначені піки перетворення, ніж ProTaper Universal у тесті DSC (Рис. 3B).

Форма здатності

Не було виявлено статистичних відмінностей щодо всіх протестованих 3D параметрів, до або після підготовки, при порівнянні форми здатності систем ProTaper (ProTaper Universal та ProTaper Gold) або термомеханічно оброблених (NeoNiti та HyFlex EDM) (Таблиця 3) (P > .05). Жоден з протоколів підготовки не зміг підготувати всі стінки кореневого каналу (Рис. 4) з відсотком непідготовленої поверхні, що коливався від 11.1% (NeoNiti) до 27.1% (ProTaper Gold) (Таблиця 3).

Обговорення

Нещодавно наукова цінність досліджень щодо стійкості до втоми ротаційних та реверсивних інструментів була поставлена під сумнів. Було підкреслено, що результати цих досліджень є марними для читачів, які шукають конкретну систему підготовки NiTi, оскільки велика варіативність протестованих протоколів ускладнює і робить проблематичним порівняння між дослідженнями. Також було зазначено, що цей тип досліджень не відображає реальність, оскільки чисте обертання всередині штучного каналу без будь-якого крутного моменту на інструмент, як у тестах на циклічну втому, навряд чи відбудеться в клінічному сценарії. Хоча ці твердження є правдивими, важливо підкреслити, що тести на циклічну втому та крутильну стійкість дозволяють ізолювати змінні та тестувати їх окремо, підвищуючи внутрішню валідність і відтворюваність дослідження, що відповідає основним концепціям наукового методу. Однак, незважаючи на те, що ці тести дозволяють адекватно оцінити поведінку стійкості інструментів NiTi, також є правдою, що лише оцінка цих результатів може надати читачам лише часткову інформацію про протестовані системи підготовки. Тому в даному дослідженні був використаний мультиметодичний підхід, що включає чисто механічні тести з металургійною характеристикою протестованих систем, в поєднанні з оцінкою їх формуючої здатності в видалених зубах за допомогою не руйнівної мікро-КТ технології, для кращого та загального розуміння їхніх характеристик.

У цьому дослідженні опір циклічній втомі інструментів HyFlex EDM One File та NeoNiti A1 був подібним, але вищим, ніж у інструментів ProTaper F2 (Таблиця 1). Інноваційний термомеханічно оброблений сплав NiTi та обробка EDM HyFlex EDM і NeoNiti, пов'язані з найбільшими розмірами інструменту ProTaper F2, можуть пояснити це спостереження. Подібні результати також були зафіксовані Кавалом та ін., які повідомили про вищий опір циклічній втомі HyFlex EDM у порівнянні з інструментами ProTaper Universal та ProTaper Gold. Подібні результати опору втомі між HyFlex EDM та NeoNiti можуть бути пояснені тим, що, незважаючи на невеликі відмінності в їхньому перетині, ці інструменти мають не лише порівнянні розміри (кінчик і конусність) та якість виготовлення (Рис. 1), але й подібні металургійні властивості, як було виявлено в обох аналізах EDS та DSC (Таблиця 2 та Рис. 3). На відміну від цього, ProTaper Gold показав помітний NCF у порівнянні з ProTaper Universal. Для цих інструментів вплив дизайну (Рис. 1) або складу співвідношення Ni/Ti (Таблиця 2) на результати можна виключити як змінні фактори, враховуючи, що вони відрізняються лише за термомеханічним процесом виготовлення. Було продемонстровано, що мартенситні сплави NiTi, такі як у інструментах ProTaper Gold, мають високу пластичність і, відповідно, перевершують звичайні аустенітні сплави NiTi в тестах на опір. Крім того, ProTaper Universal був повністю аустенітним при кімнатній температурі і, отже, має супереластичну поведінку при кімнатній температурі та вище, що підтверджується аналізом DSC (Рис. 3). ProTaper Gold показав вищі температури трансформації через наявність R-фази та значно різкіші і чітко визначені піки трансформації, ніж ProTaper Universal (Рис. 3), що вказує на те, що інструменти ProTaper Gold піддавалися вищій температурі та/або тривалішій остаточній термічній обробці (старінню).

Результати тесту на крутильний опір продемонстрували, що максимальна крутильна міцність ProTaper Universal (1.64 ± 0.23 N.cm) була значно вищою, ніж у всіх інших протестованих інструментів (Таблиця 1). Це відкриття свідчить про те, що в клінічній ситуації, коли кінчик інструмента застряє в каналі, інструмент ProTaper Universal вимагатиме більшої сили для руйнування. Однак це може бути під загрозою через його найнижчий кутовий оберт до руйнування (375.1° ± 39.2°), що пояснюється його повністю аустенітною структурою при кімнатній температурі (Рис. 3). З іншого боку, вищий кутовий оберт до руйнування HyFlex EDM (630.2 ± 50.5°) та NeoNiti (524.4° ± 29.2°) у порівнянні з інструментами ProTaper (Таблиця 1) може бути корисним на практиці як показник пластичної деформації та неминучого руйнування.

Крім того, різницю в кутовій ротації до перелому між інструментами HyFlex EDM та NeoNiti можна пояснити лише незначними відмінностями в їх перетворювальних дизайнах та якості обробки поверхні (Рис. 1), оскільки обидва інструменти продемонстрували характеристики трансформації, які були практично еквівалентними (Рис. 3). Тому, враховуючи різниці, виявлені в механічних випробуваннях та металургійній характеристиці, перші та другі нульові гіпотези були відхилені.

Незважаючи на те, що механічні випробування та методи металургійної характеристики були систематично використані в кількох дослідженнях, які надали важливу та порівнянну інформацію щодо фізичних властивостей різних інструментів NiTi, також важливо доповнити ці дані, оцінюючи здатність до формування, використовуючи сучасні не руйнівні методології, такі як система мікро-CT, щоб змоделювати клінічне використання. У даному дослідженні були зроблені спроби забезпечити порівнянність груп, створивши однорідну та надійну базу відповідно до 3D кількісних даних, отриманих шляхом попереднього сканування всіх зразків, що підвищило внутрішню валідність методу та зменшило анатомічні упередження, які зазвичай спотворюють результати. Здатність до формування оцінювалася шляхом порівняння лише інструментів з подібними послідовностями та розмірами (тобто системи HyFlex X NeoNiti та ProTaper Universal X ProTaper Gold). Це важливий методологічний аспект, враховуючи, що різниці в підготовці кореневих каналів були пов'язані з розмірами інструментів. Насправді, отримані результати підтвердили ці висновки (Таблиця 3). Хоча порівняння проводилися між системами з помітними відмінностями (ProTaper Universal X ProTaper Gold) або схожістю (HyFlex X NeoNiti) щодо властивостей сплаву NiTi, жодних відмінностей у результатах формування не було виявлено (Таблиця 3), і третя нульова гіпотеза була прийнята. Це можна пояснити подібними розмірами інструментів, протоколами підготовки та, що найважливіше, кінематикою, що використовувалася в узгоджених морфологіях каналів. Різноманітний діапазон результатів, спостережуваних у групах, можна пояснити незначними відмінностями в анатомічних нерівностях стінок кореневих каналів, властивих верхнім молярам. Відповідно, як і слід було очікувати, жоден з протоколів підготовки не зміг підготувати всі стінки кореневих каналів. Також важливо підкреслити, що, незважаючи на те, що жодної різниці не було виявлено в проведених порівняннях, відсоток непідготовлених стінок у каналах, підготовлених інструментами ProTaper, був вищим, ніж у термомеханічно оброблених системах, що можна пояснити відмінностями в морфології кореневих каналів до експериментальних процедур (Таблиця 3). У цьому дослідженні канали були парно зіставлені на основі 3D анатомічних параметрів, щоб дозволити порівняння систем NiTi з подібними послідовностями та розмірами. Тому це відкриття підтримує попередні дослідження, які демонструють, що варіації в геометрії каналу до процедур формування мали більший вплив на зміни, що відбувалися під час підготовки, ніж техніки інструментування. Нарешті, жодного розділення інструментів або значної транспортування оригінального каналу на основі якісної оцінки 3D моделей не було виявлено, що відповідає публікаціям про підготовку кореневих каналів за допомогою спеціальних ротаційних інструментів з сплаву NiTi, які використовуються досвідченими клініцистами відповідно до протоколів виробників.

У літературі не є незвичним спостерігати спроби ранжувати інструменти NiTi, базуючись лише на їх механічних характеристиках. У даному дослідженні були поєднані фізичні властивості та здатність формування інструментів зі схожими дизайнами та/або сплавами. Було продемонстровано, що, незважаючи на різниці, які спостерігалися серед них щодо стійкості до втоми та металургійних властивостей, жодної різниці в їх здатності формування не було виявлено (тобто, основна мета, з якої ці інструменти розроблялися). Це означає, що, якщо використовувати інструменти з порівнянними розмірами та/або протоколами підготовки в подібних анатоміях каналів, ймовірно, що вони поведуться подібно з точки зору результату формування та безпеки, навіть якщо вони демонструють статистичні різниці у своїх фізичних властивостях. Потрібні подальші дослідження для перевірки цієї гіпотези, оцінюючи інші системи в різних анатомічних умовах, включаючи підроблені та реплікаторні інструменти, які нещодавно з'явилися на ринку.

Висновок

Окрім відмінностей у механічних випробуваннях та металургійній характеристиці, системи з порівнянними розмірами інструментів та протоколами підготовки (HyFlex X NeoNiti та ProTaper Universal X ProTaper Gold) показали подібний відсоток незайманих поверхонь під час підготовки кореневих каналів верхніх молярів.

Автори: Еммануель Дж. Н. Л. Сілва, Хорхе Н. Р. Мартінс, Кароліна О. Ліма, Віктор Т. Л. Віейра, Франсіско М. Браз Фернандес, Густаво Де-Деус, Марко А. Версіяні

Посилання:

1. Бішоп К, Думмер ПМ. Порівняння сталевих Flexofiles та нікель-титанових NiTiFlex файлів під час формування симульованих каналів. Int Endod J 1997;30:25–34.
2. Петтіетт МТ, Мецгер З, Філліпс С, Тропе М. Ендодонтичні ускладнення терапії кореневих каналів, проведеної студентами-стоматологами з використанням сталевих K-файлів та нікель-титанових ручних файлів. J Endod 1999;25:230–4.
3. Парашос П, Мессер ХГ. Поломка ротаційних NiTi інструментів та її наслідки. J Endod 2006;32:1031–43.
4. Сатапан Б, Нерво ГД, Паламара ЄЖ, Мессер ХГ. Дефекти в ротаційних нікель-титанових файлах після клінічного використання. J Endod 2000;26:161–5.
5. МакГіган МБ, Луца К, Дункан ХФ. Вплив поламаних ендодонтичних інструментів на результати лікування. Br Dent J 2013;214:285–9.
6. Гавіні Г, Сантос МД, Кальдейра КЛ та ін. Нікель-титановые інструменти в ендодонтії: короткий огляд стану справ. Braz Oral Res 2018;32:e67.
7. Зупанц Й, Вахдат-Пажух Н, Шафер Е. Нові термомеханічно оброблені сплави NiTi - огляд. Int Endod J 2018;51:1088–103.
8. Плотіно Г, Гранде НМ, Меркаде Беллідо М та ін. Вплив температури на циклічну втомлювальність ротаційних файлів ProTaper Gold та ProTaper Universal. J Endod 2017;43:200–2.
9. Сілва ЕД, Муніз БЛ, Пірес Ф та ін. Порівняння транспортування каналу в симульованих вигнутих каналах, підготовлених системами ProTaper Universal та ProTaper Gold. Restor Dent Endod 2016;41:1–5.
10. Вейнерт К, Пецольдт В. Обробка сплавів NiTi на основі пам'яті форми. Mater Sci Eng A Struct Mater 2004;378:180–4.
11. Пфайфер Р, Герцог Д, Хустедт М, Барбаковскі С. Пульсуюче лазерне різання NiTi сплавів пам'яті форми - вплив параметрів процесу. J Mater Process Technol 2010;210:1918–25.
12. Піраньі Ч, Іаконо Ф, Дженералі Л та ін. HyFlex EDM: поверхневі характеристики, металургійний аналіз та втомлювальність інноваційних електроразрядних NiTi ротаційних інструментів. Int Endod J 2016;49:483–93.
13. Педулла Е, Ло Савіо Ф, Бонінеллі С та ін. Торсійна та циклічна втомлювальність нового нікель-титанового інструмента, виготовленого електричним розрядом. J Endod 2016;42:156–9.
14. Амінсобхані М, Мераджі Н, Садрі Е. Порівняння циклічної втомлювальності п'яти систем ротаційних файлів з нікелю та титану з різними технологіями виготовлення. J Dent (Тегеран) 2015;12:636–46.
15. Гюндагар М, Öзюреки Т. Циклічна втомлювальність інструментів OneShape, HyFlex EDM, WaveOne Gold та Reciproc Blue з нікелю та титану. J Endod 2017;43:1192–6.
16. Набавізаде МР, Седіх-Шамс М, Абдолрасулнія С. Циклічний термін служби двох систем з одним файлом, що працюють від двигуна, в симульованих вигнутих каналах. Iran Endod J 2018;13:61–5.
17. Рубіо Х, Зарзоса ХІ, Пальярес А. Порівняльне дослідження циклічної втомлювальності 10 різних типів ендодонтичних інструментів: in vitro дослідження. Acta Stomatol Croat 2019;53:28–36.
18. Хюльсманн М. Дослідження, що має значення: дослідження втоми ротаційних та реверсивних NiTi інструментів для кореневих каналів. Int Endod J 2019;52:1401–2.
19. Родрігес КС, Віейра ВТ, Антунес ХС та ін. Механічні характеристики підроблених інструментів Reciproc: заклик до уваги. Int Endod J 2018;51:556–63.
20. Сілва Е, Жиральдес ЙФ, де Ліма КО та ін. Вплив термічної обробки на торсійний опір та шорсткість поверхні нікель-титанового інструменту. Int Endod J 2019;52:1645–51.
21. Сілва Е, Віейра ВТ, Белладонна ФГ та ін. Циклічна та торсійна втомлювальність інструментів XP-endo Shaper та TRUShape. J Endod 2018;44:168–72.
22. Міжнародна організація зі стандартизації ISO 3630-1. Інструменти для кореневих каналів: частина 1 - файли, розширювачі, барбовані брошки, рашпілі, пастові носії, експлорери та брошки з бавовни. Женева, Швейцарія: Міжнародна організація зі стандартизації; 1992.
23. ASTM International. ASTM F2004217: Стандартний метод випробування для температури трансформації нікель-титанового сплаву за допомогою термічного аналізу. Вест Коншохокен, Пенсільванія: Американське товариство випробувань та матеріалів; 2004.
24. У РК, Чунг ЦЙ. Диференційний скануючий калориметричний (DSC) аналіз ротаційного нікель-титанового (NiTi) ендодонтичного файлу (RNEF). J Mater Eng Perform 2012;21:2515–8.
25. Де-Деус Г, Белладонна ФГ, Сілва ЕД та ін. Оцінка мікро-КТ неінструментованих ділянок каналу з різними розширеннями, виконаними системами NiTi. Braz Dent J 2015;26:624–9.
26. Гаджарді Дж, Версіяні МА, де Соуза-Нето МД та ін. Оцінка характеристик формування ProTaper Gold, ProTaper NEXT та ProTaper Universal у вигнутих каналах. J Endod 2015;41:1718–24.
27. Кавал МЕ, Чапар ІД, Ерташ Х. Оцінка циклічної втомлювальності та торсійного опору нових ротаційних файлів з нікелю та титану з різними властивостями сплаву. J Endod 2016;42:1840–3.
28. Де-Деус Г, Сілва ЕД, Віейра ВТ та ін. Синій термомеханічний обробіток оптимізує втомлювальність та гнучкість файлів Reciproc. J Endod 2017;43:462–6.
29. Нінан Е, Берзінс ДВ. Торсійні та вигинальні властивості ротаційних інструментів з пам'яттю форми та супереластичних нікель-титанів. J Endod 2013;39:101–4.
30. Де-Деус Г, Сімоес-Карвальо М, Белладонна ФГ та ін. Створення добре збалансованих експериментальних груп для порівняльних ендодонтичних лабораторних досліджень: нова пропозиція на основі мікро-КТ та in silico методів. Int Endod J 2020;53:974–85.
31. Петерс ОА, Лайб А, Гоаринг ТН, Барбаков Ф. Зміни в геометрії кореневого каналу після підготовки, оцінені за допомогою комп'ютерної томографії високої роздільної здатності. J Endod 2001;27:1–6.
32. Паке Ф, Ганаль Д, Петерс ОА. Впливи підготовки кореневого каналу на апікальну геометрію, оцінені за допомогою мікро-комп'ютерної томографії. J Endod 2009;35:1056–9.
33. Белладонна ФГ, Карвальо МС, Кавалканте ДМ та ін. Оцінка здатності формування нового ротаційного інструмента з блакитним термічним обробленням за допомогою мікро-комп'ютерної томографії. J Endod 2018;44:1146–50.
34. Де-Деус Г, Белладонна ФГ, Сімоес-Карвальо М та ін. Ефективність формування в залежності від часу нового інструмента, обробленого теплом. Int Endod J 2019;52:337–42.
35. Зуоло МЛ, Зая АА, Белладонна ФГ та ін. Оцінка мікро-КТ здатності формування чотирьох систем інструментування кореневих каналів у овальних каналах. Int Endod J 2018;51:564–71.