超声取分离镍钛锉时发生断裂的实验研究

张平 黎远皋 张雪梅 张晗

（北京大学第三医院 口腔科，北京 100191）

镍钛合金根管器械因具有柔韧性和超弹性，已广泛应用于口腔科根管治疗，尤其是机用镍钛合金根管器械预备根管快速、有效，可明显提高根管治疗效率，因而越来越受到临床操作者的青睐。但是镍钛合金机用器械由于扭曲变形或金属疲劳易发生器械分离[1]。虽然根管内保留分离器械不会显著降低根管治疗的成功率[1-2]，但是对于分离于根管中上段的器械在不能旁路通过时还是应该尽量取出[1]。临床上，绝大部分操作者会采用超声法取根管内分离器械[3]。但是镍钛器械在超声的热作用下可能发生断裂，导致断面在根管的更深层使取出难度增加，甚至失败[4]。本研究旨在利用模型观察超声功率及水对镍钛根管锉断裂的具体影响，以探讨超声法安全取镍钛根管锉的方式。

1 材料和方法

1.1 主要材料和仪器

Hero642镍钛根管锉（Micro-Mega公司，法国），Adper Prompt自酸蚀黏结剂（3M公司，德国），3M FiltekTMZ250树脂（3M公司，美国），P5超声治疗仪、ET40超声工作尖（赛特力公司，法国）。

1.2 分离器械模型的建立

选择40支临床弃用的和10支新的0.02锥度30号Hero642镍钛根管锉，在局部照明下用肉眼观察无分离、无明显螺纹变化，将镍钛根管锉在距尖端4mm处用钢丝钳切断。在1块厚2.5mm的塑料板上用金刚砂车针垂直钻透50个洞。将调和后的自酸蚀黏结剂施压涂于每个洞的洞壁15 s，轻吹洞壁，涂抹第2层黏结剂，无需施压，再轻吹洞壁，光固化灯照射10 s，再将Z250树脂和4mm切断根管锉的尖端2.5mm一起充填入洞内，暴露出断端1.5mm，光固化20 s。

1.3 实验过程、分组及数据记录

将ET40超声工作尖紧贴暴露在外的断端侧方一直振动，避免在器械同一点上反复振动。如果器械在20min内发生断裂，则记录断裂的实际时间；如果在20min时没有发生断裂，则停止振动，记录断裂时间为20min。将40支临床弃用的器械随机平分为4组，分别在6或10两种功率和有水或无水冲洗两种状态下进行实验。4组分别为：P6组（功率为6，无水）；P6W组（功率为6，有水）；P10组（功率为10，无水）；P10W组（功率为10，有水）。10支新器械只在功率为10、无水状态下进行实验，记为P10’组。

1.4 统计分析

采用SPSS10.0软件对4组（P6、P6W、P10和P10W组）发生断裂的时间进行Kruskal-Wallis H检验，对P10组和P10’组发生断裂的时间进行Mann-Whitney U检验。手工对P6、P6W、P10和P10W组发生断裂的时间进行两两比较的秩和检验。

2 结果

分离器械断裂的部位都为距尖端2.5mm处，发生断裂的时间见表1。统计分析表明，P6、P6W、P10和P10W组发生断裂的时间有统计学差异（P＜0.001）。进一步两两比较分析表明，P6组发生断裂时间显著长于P10组（P＜0.001），P6W组发生断裂时间显著长于P10W组（P＜0.001），即在有水或无水冲洗两种状态下，低功率发生断裂的时间都显著长于高功率；P6组发生断裂时间显著短于P6W组（P＜0.001），P10组发生断裂时间显著短于P10W组（P＜0.001），即在6或10两种功率下，有水冲洗状态发生断裂的时间都显著长于无水冲洗状态；P6W组发生断裂时间显著长于P10组（P＜0.001），P6和P10W组发生断裂的时间无统计学差异（P＞0.05）。P10组发生断裂时间显著短于P10’组（P＜0.001），即新的分离器械发生断裂的时间显著长于临床弃用的分离器械。

表1 分离器械发生断裂的时间Tab 1 The time required for fracture of the separated instruments s

3 讨论

Hero642镍钛锉断裂属于韧性断裂[5]。金属学理论分析认为，疲劳过程由断裂源起始，历经裂纹的萌生、发展阶段，最终发生瞬间断裂。根管器械也是如此，器械从没有任何损伤开始，经过外力反复使用，疲劳不断累积，金属的晶格不断发生位错，晶界结合力降低。随着晶格的不断滑移和位错累积，表现为形变发生，开始出现肉眼不可见的细小损伤，甚至出现宏观形变。当外力超过位错晶界的结合力，瞬间发生晶界大面积开裂，即金属断裂。有些微小损伤用肉眼难以分辨，必须在至少放大10倍的放大镜下才能够有效地发现[6]。在肉眼下观察没有分离和螺纹变化的临床弃用镍钛锉，会存在金属疲劳，甚至有可能存在微小损伤，因此P5超声治疗仪在振动镍钛锉时，旧的镍钛锉比新的镍钛锉更容易发生断裂。这一点由本实验得到证实：在功率为10时，临床弃用的镍钛锉发生断裂的时间都短于新的镍钛锉（P＜0.001）。本研究中虽然在超声振动镍钛锉时避免在分离器械同一点上反复振动以减少器械局部金属疲劳，但是已经存在的金属疲劳仍是临床弃用的镍钛锉发生断裂的原因之一。因此镍钛锉发生断裂是超声振动产热和金属疲劳综合作用的结果。

临床上用超声治疗仪取分离的镍钛器械时，镍钛器械发生断裂会导致断面在根管的更深层，使取出难度增加，甚至失败。在付梅等[4]的离体牙研究中，32个镍钛锉样本在用超声取出过程中有8个发生断裂，其中5个最终失败。在本研究中，20min内每组都有器械发生断裂，因此在超声治疗仪取折断的镍钛器械时，镍钛器械发生断裂是无法完全避免的，但是通过合适的方式可以减少断裂的发生。

1～10是P5超声治疗仪根管治疗的范围（由于厂家未给出每档功率的具体值，因此用数字代替功率值），10为根管治疗时允许的最大功率，6是中间功率，也是厂家推荐，是临床上较常用的功率档。本研究选择了6和10这2个功率档。用超声治疗仪取分离的镍钛器械时，功率越大，振动的频率越快，分离器械越易松解，从而越易于取出。因此，临床医生往往喜欢用较大的功率来提高效率。但是，频率加快会导致摩擦产热增加[7]，会导致镍钛器械更易于折断。本研究表明：在无水或有水情况下，高功率都比低功率发生断裂的时间要短，即高功率更易于发生镍钛锉断裂。在功率为10、无水条件下，镍钛锉都在很短时间（3～34 s）发生断裂，因此在临床上，用高功率时不要在无水条件下使用超声治疗仪取分离的镍钛器械。大量的水喷射到超声工作尖上能起到明显的降温作用[7]。本研究中，在功率为10、有水条件下镍钛锉发生断裂的时间范围为16～812 s，显著长于功率为10、无水条件下。因此，在需要加大功率以有助于分离器械松解时，一定要在有水的情况下工作，而且大量的水荡洗也有助于分离器械最终的松解和漂出[8]，但是在振动前要看清分离器械的断端，将工作尖准确放置在断针侧方。

本研究中，在功率为6、有水条件下，70%（7/10）的镍钛锉在20min内没有发生断裂，且发生断裂的时间显著低于其余3组，因此在此条件下，超声治疗仪取镍钛锉是最不易发生断裂的。但是在有水时，水会与牙本质碎屑混合，形成污物，影响工作视线，从而操作者无法进行精准的切削，可能会造成医源性损伤，因此Ruddle[9]认为取出分离器械所用的超声器械应在干燥状态下使用。在功率为6、无水条件下，镍钛锉发生断裂的时间范围为29～531 s，与在功率为10、有水条件下镍钛锉发生断裂的时间无统计学差异（P>0.05）。本研究中超声治疗仪是持续振动直至镍钛锉断裂，因此，在低功率、无水条件下，如果采用间断振动，不断冲洗以降低温度，则镍钛器械发生断裂的时间会延长，也即断裂的发生会减少。

本研究使用的超声工作尖是ET40，材质为不锈钢，表面光滑，末端尖锐，但切削能力较弱。现在有一些新设计的超声工作尖，材质为钛合金，表面有氧化锆涂层，大大增强了超声工作尖的切削能力，可以在较低的功率下使用[9]，减少产热，更加准确安全地取出镍钛器械。

[1]Parashos P,Messer HH.Rotary NiTi instrument fracture and its consequences[J].J Endod,2006,32（11）：1031-1043.

[2]Panitvisai P,Parunnit P,Sathorn C,et al.Impact of a retained instrument on treatment outcome：A systematic review and metaanalysis[J].J Endod,2010,36（5）：775-780.

[3]Madarati AA,Watts DC,Qualtrough AJ.Opinions and attitudes of endodontists and general dental practitioners in the UK towards the intra-canal fracture of endodontic instruments.Part 2[J].Int Endod J,2008,41（12）：1079-1087.

[4]付梅,侯本祥,张志苓.超声法取根管内折断的镍钛和不锈钢根管锉的效果比较[J].北京口腔医学,2009,17（4）：187-189.Fu Mei,Hou Benxiang,Zhang Zhiling.Comparison of removing nickel-titanium and stainless-steel broken files from root canal by ultrasonic technique in vitro[J].Beijing J Stomatol,2009,17（4）：187-189.

[5]袁理,岳林,王嘉德.Hero642镍钛锉断裂损伤的形态研究[J].实用口腔医学杂志,2006,22（5）：604-607.Yuan Li,Yue Lin,Wang Jiade.Morphological characteristics of damaged Hero642 Ni-Ti dental files[J].J Pract Stomatol,2006,22（5）：604-607.

[6]Sattapan B,Nervo GJ,Palamara JE,et al.Defects in rotary nickeltitanium files after clinical use[J].J Endod,2000,26（3）：161-165.

[7]陈君,岳林,王嘉德.超声工作尖切削根管壁时根面温度变化的研究[J].现代口腔医学杂志,2006,20（3）：298-300.Chen Jun,Yue Lin,Wang Jiade.Temperature changes of tooth surfaces under ultrasonic tip working against the wall of root canals：An in vitro study[J].JModern Stomatol,2006,20（3）：298-300.

[8]Ward JR,Parashos P,Messer HH.Evaluation of an ultrasonic technique to remove fractured rotary nickel-titanium endodontic instruments from root canals：Clinical cases[J].J Endod,2003,29（11）：764-767.

[9]Ruddle CJ.Broken instrument removal.The endodontic challenge[J].Dent Today,2002,21（7）：70-76.