控制記憶型根管銼抗疲勞性能的體外研究
基金項目：
北京市醫(yī)管局2013年度臨床醫(yī)學(xué)發(fā)展專項“揚(yáng)帆”計劃項目（XMLX201201）
作者單位：
10050 北京，首都醫(yī)科大學(xué)附屬北京口腔醫(yī)院【潘福琴、侯本祥（潘復(fù)琴現(xiàn)在滄州醫(yī)學(xué)高等專科學(xué)校）】；滄州醫(yī)學(xué)高等專科學(xué)校（劉建輝）
通訊作者：侯本祥 E-mail:[email protected]
【摘要】
目的通過體外實驗評價控制記憶型(CM Wire)根管銼的抗疲勞性能。方法選取S3(型號25#、0.06錐度)、Hyflex CM(型號25#、0.06錐度)和ProTaperF2新銼各40支，分別在不同彎曲角度和曲率半徑的不銹鋼模擬根管中測試抗疲勞性能。記錄折斷所用時間和折裂片長度，并計算折斷前的旋轉(zhuǎn)圈數(shù)(NCF)。采用雙因素方差分析比較3種銼的NCF值和折裂片長度的差別。結(jié)果 兩種CM Wire根管銼的抗循環(huán)疲勞性能顯著優(yōu)于相同條件下的傳統(tǒng)鎳鈦銼。S3抗疲勞性能最好。曲率半徑小、彎曲角度大的根管對器械的疲勞損傷作用較大。結(jié)論 CM Wire根管銼在體外抗疲勞性能測試中顯著優(yōu)于傳統(tǒng)鎳鈦銼，但還需要體內(nèi)實驗進(jìn)一步驗證。
【關(guān)鍵詞】鎳鈦器械；循環(huán)疲勞；控制記憶合金
【中圖號】R781 【文獻(xiàn)標(biāo)識碼】A
中文分類號：R781.05 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A
鎳鈦根管預(yù)備器械因具有彈性好、切割效率高、有形態(tài)記憶功能等優(yōu)點被廣泛應(yīng)用于臨床。但由于金屬疲勞等［1］原因，鎳鈦銼常發(fā)生毫無征兆的折斷，嚴(yán)重困擾臨床醫(yī)生。為了改善器械的抗疲勞性能，新的合金和新的生產(chǎn)工藝被研發(fā)，其中，控制記憶型合金（controlled memory wire，簡稱CM Wire）是一種由特殊熱處理加工的鎳鈦合金，具有極佳的柔韌性能和抗疲勞性能，并成功地應(yīng)用于根管器械的制造，開發(fā)出Hyflex CM、Typhoon CM、Sani S3等產(chǎn)品。其中，S3是最新上市的國產(chǎn)CM Wire根管銼，對其研究甚少，有關(guān)其機(jī)械性能尤其是抗疲勞性能的信息尚未見報道。因此，本試驗以傳統(tǒng)鎳鈦銼ProTaper F2作對照體外評價CM Wire根管銼Hyflex、S3的抗循環(huán)疲勞性能，為CM Wire根管銼在臨床上的安全使用提供理論基礎(chǔ)。
資料和方法
1，實驗材料
HyFlex CM型號為25#、0.06錐度(Coltene-Whaledent公司, 美國)，S3型號為25#、0.06錐度（四川海納聯(lián)創(chuàng)醫(yī)療器械有限公司，中國），ProTaper F2型號25#、變錐度(Dentsply Maillefer公司，瑞士)，長度均為25mm，每種品牌各取40支新銼。
2，疲勞測試裝置制作
根據(jù)BulemüK等［2］的實驗設(shè)計改良制作測試裝置。采用數(shù)控加工方法分別為定錐度器械HyFlex CM和變錐度器械ProTaper F2銑削制作一個銅模，銅模比根管銼的原始尺寸粗0.1mm，然后在不銹鋼板上用這個銅模采用電火花加工工藝制作不同曲率的模擬根管，根管總長16mm，深度為1.4mm，寬度、錐度與銅模尺寸相適應(yīng)，以使器械在模擬根管內(nèi)自由旋轉(zhuǎn)。模擬根管彎曲部分制作要求如圖1所示：彎曲弧線從距根管銼尖端2mm開始彎曲，彎曲半徑分別為8mm和5mm，彎曲角度分別為60°和45°。根據(jù)根管的彎曲角度和彎曲半徑，分成45°8mm、60°8mm、45°5mm、60°5mm共4組根管，并依次命名為根管a、b、c、d，如圖2所示。模擬根管的上方覆蓋一鋼化玻璃，以防止銼從根管中溜出并可直視觀察銼在根管中的轉(zhuǎn)動或折斷情況。制作固定減速手機(jī)的支架，并用螺絲將其與模擬不銹鋼根管分別組裝于不銹鋼基座上，如圖3所示。因測試器械S3與HyFlex CM的錐度和尖端直徑相同，故二者所用模擬根管相同。
【圖1模擬根管示意圖】
【圖2模擬根管圖 根管a代表彎曲角度45°彎曲半徑8mm；依此類推b、c、d分別代表60°8mm、45°5mm和60°5mm】
【圖3疲勞測試裝置圖】
3，其它主要器械
奧特sz760三目體視顯微鏡(重慶奧特光學(xué)儀器有限公司)、GOLD馬達(dá)(VDW公司，德國)、Sirona6：1減速手機(jī)(VDW公司，德國)
4，實驗分組
體視顯微鏡下檢查根管銼無缺損、無形變，并根據(jù)根管的彎曲角度和彎曲半徑分成4組，每組各10支。
5，方法
測試方法：將銼置于減速手機(jī)上，調(diào)整手機(jī)位置使銼尖端與根管頂端對齊，同時調(diào)整模擬根管的位置使銼位于根管中心，確保器械的三維空間位置相同，固定手機(jī)與模擬根管。按照廠商使用要求設(shè)置轉(zhuǎn)速與扭矩，HyFlex、S3設(shè)置轉(zhuǎn)速為500rpm、扭矩2.5Ncm，ProTaper F2設(shè)置轉(zhuǎn)速為300rpm、扭矩2Ncm。為減少器械與金屬管壁間的摩擦力，將合成機(jī)油噴灑在模擬根管內(nèi)。啟動馬達(dá)，同時用0.01秒精度計時器計時，當(dāng)看到器械折斷停止計時，折斷前的循轉(zhuǎn)圈數(shù)(NCF)由折斷所用時間乘以每分鐘的旋轉(zhuǎn)數(shù)進(jìn)行核算。測量折斷片長度。
6，數(shù)據(jù)處理方法
采用SPSS 17.0統(tǒng)計學(xué)軟件包進(jìn)行統(tǒng)計學(xué)分析，NCF和折斷片長度數(shù)據(jù)的統(tǒng)計描述以均數(shù)±標(biāo)準(zhǔn)差(±s)表示，組間差異采用雙因素方差分析，用LSD-t檢驗進(jìn)行組間的兩兩比較，以P＜0.05為差別有統(tǒng)計學(xué)意義。
【結(jié)果】
1．不同測試器械抗疲勞性能的比較
各種根管銼在4種彎曲根管中的NCF值及折斷片長度見表1。3種器械之間的抗循環(huán)疲勞性能有顯著性差異(F=123.506，P=0.000)。S3的抗疲勞性能最好，其次為HyFlex CM，二者均顯著優(yōu)于ProTaper F2。
表1 3種根管銼在4種彎曲根管中的NCF值及折斷片長度(mm)
注：※表示在根管d組，S3與HyFlex之間有顯著差異(P=0.005)，而在根管a、b、c組則無顯著差異。
2．折斷部分長度分析：
器械的折斷部分分別與根管的最大彎曲處及鄰近部位相對應(yīng),不同器械之間折斷部分長度無顯著性差異，說明在同一彎曲根管內(nèi)不同器械所受應(yīng)力類似。
3．根管彎曲度對器械疲勞壽命的影響(圖3)：
四種彎曲根管中，NCF值最高的是根管a組；最低的是根管d組；根管b組和根管c組之間的NCF值無顯著性差異(P=0.132)；根管a組和根管d組均分別與其它類型根管之間有顯著性差異。相同彎曲角度下，曲率半徑小的根管NCF值比曲率半徑大的顯著要低，如根管a組與根管c組、根管b組與根管d組之間。根管的曲率半徑相同時，彎曲角度小的根管NCF值比彎曲角度大的顯著要高，如根管a組與根管b組、根管c組與根管d組之間，其差異均具有顯著性。
討論
鎳鈦器械的循環(huán)疲勞性能測試多采用體外研究。由于天然牙的根管解剖形態(tài)變化較大，不能使實驗條件標(biāo)準(zhǔn)化，因此多采用模擬彎曲根管來評價。常用的測試方法有：彎曲金屬管、三點彎曲裝置、人造金屬斜坡、不銹鋼板開槽裝置等。正如Plottino G等［3］陳述器械與模擬根管的適合性會導(dǎo)致測試器械疲勞壽命有較大差異。本實驗中所用的模擬根管即是為測試器械量身定做的，這種方法可確保器械在根管內(nèi)的彎曲弧度與模擬根管一致，從而使測試器械在同一彎曲度的根管內(nèi)所受的應(yīng)力狀態(tài)統(tǒng)一，因此本實驗的研究結(jié)果能較真實客觀地反映測試器械的抗循環(huán)疲勞性能，是研究根管預(yù)備器械抗循環(huán)疲勞性能的良好模型。
本實驗的研究結(jié)果顯示CM Wire根管銼S3和HyFlex CM的抗疲勞性能比傳統(tǒng)鎳鈦銼ProTaper F2高近3～7倍，這與Shen Y 等［4、5］采用三點彎曲裝置測試CM Wire器械的抗疲勞性能結(jié)果相符。CM技術(shù)即控制記憶技術(shù)是通過特殊的熱處理方法控制材料的記憶，使材料在室溫下無形狀記憶，形狀可隨意改變而無回彈；受熱后又可恢復(fù)初始形態(tài)并可重復(fù)使用［6］。合金的熱處理可以優(yōu)化晶體結(jié)構(gòu)排列，改變合金中不同晶體結(jié)構(gòu)相的相對比例關(guān)系［8］。據(jù)BragaLC等［7］的研究，傳統(tǒng)鎳鈦銼在室溫時顯示為奧氏體相，利用CM Wire技術(shù)生產(chǎn)的根管銼除了奧氏體相外還包含馬氏體相和R-相，而馬氏體相柔軟易變形，且抗疲勞性能優(yōu)于奧氏體相，從而提高了合金的柔韌性能和抗疲勞性能，這也許是CM Wire根管銼S3和HyFlex CM抗疲勞性能顯著優(yōu)于傳統(tǒng)鎳鈦銼的主要原因。
【圖3 根管彎曲度對器械疲勞壽命的影】
本實驗中兩種CM Wire器械S3和HyFlexCM之間的抗循環(huán)疲勞性能有顯著差異，S3的抗疲勞性能優(yōu)于HyFlexCM。這可能與二者之間的截面設(shè)計、表面處理工藝、熱處理細(xì)節(jié)等不同因素的混合影響有關(guān)。雖然本實驗中S3和HyFlex CM所用的尺寸均相同，但二者的截面設(shè)計不同，S3為凸四邊形，HyFlex CM為三角形，有研究報道［4］截面形態(tài)為方形結(jié)構(gòu)的CM Wire器械NEYY CM比三角形結(jié)構(gòu)的CM Wire器械TYP CM大大延長了疲勞壽命。另外，二者的表面處理工藝也不同，HyFlex CM經(jīng)特殊處理后呈紫色外觀，S3表面則有一層藍(lán)色的特殊涂層。此外，由于熱處理工藝的細(xì)節(jié)一般是專利的，是生產(chǎn)廠商秘而不宣的，熱處理工藝的不同參數(shù)會對器械的抗疲勞性能產(chǎn)生顯著的影響，也許導(dǎo)致了S3和HyFlex CM器械上應(yīng)用的熱處理是不等效的。這些因素的混合影響也許是S3和HyFlex CM之間疲勞性能差異的原因。
本實驗顯示S3器械抗循環(huán)疲勞性能不夠穩(wěn)定。這也許是由于鎳鈦合金的機(jī)械性能很容易受成分、雜質(zhì)、熱處理、表面加工、殘余應(yīng)力等的影響，其中，熱處理工藝又高度受溫度和時間間隔的影響，而且每個小的變動都會產(chǎn)生獨(dú)特的生產(chǎn)過程［9］，產(chǎn)生不同的熱處理效應(yīng)。因此，為了器械的性能更加穩(wěn)定，S3器械還需要進(jìn)一步精確控制生產(chǎn)環(huán)節(jié)中的工藝參數(shù)，生產(chǎn)出更安全更優(yōu)質(zhì)的精品，以供臨床上安全高效地使用。
器械的抗疲勞性能受模擬根管彎曲角度和曲率半徑的影響。在本實驗中，相同彎曲角度下，曲率半徑小的根管對器械的疲勞損傷作用要比曲率半徑大的顯著要大，如根管a與根管c、根管b與根管d之間，這主要是由于曲率半徑越小，根管偏離直線的突變度越大，器械發(fā)生彎曲形變的幅度也更大，所受的應(yīng)力和扭轉(zhuǎn)力也越大［10］，抗疲勞性能就越差；曲率半徑相同時，根管彎曲角度越大，彎曲程度就越嚴(yán)重,器械所受的應(yīng)力水平相應(yīng)就越高［10］，越易疲勞折斷,如根管a與根管b、根管c與根管d之間。這與與早期的報道一致［11、12、13］。另外，對同一種器械而言，彎曲角度越小、彎曲半徑越大的根管如根管a對器械的損傷作用最小,器械的疲勞壽命最長；相反，彎曲角度越大、彎曲半徑越小的根管如根管d對器械的損傷作用最大，器械的疲勞壽命也最短。因而，臨床上預(yù)備彎曲根管時應(yīng)小心謹(jǐn)慎，嚴(yán)格控制使用次數(shù)，對嚴(yán)重彎曲的根管應(yīng)使用新銼來預(yù)備以減少器械折斷的發(fā)生。
本項體外研究測試中，CM Wire器械的抗疲勞性能顯著優(yōu)于傳統(tǒng)鎳鈦銼，S3又顯著優(yōu)于HyFlex CM，但臨床條件下的機(jī)械性能還需要體內(nèi)實驗進(jìn)一步來驗證。
來源：原創(chuàng) 薩尼醫(yī)療
