新型镍钛器械弯曲根管成形能力的研究进展

封 菲，曹立群，张 旗

根管预备是根管治疗中消除感染源，提供充填空间的重要环节。通过机械预备对根管进行成形，同时也为后续的化学预备提供通路。理想的根管预备成形是在维持根管原有形态的基础上，形成连续锥度的漏斗形状。然而根管系统交错复杂，在解剖形态上存在着扁平、弯曲、峡部等特点。其中弯曲根管十分常见，发生率约为84%[1]，是预备成形中的难点。因此弯曲根管预备成形对预备器械性能有更高的要求。

镍钛器械自1988年以来，因有良好的切削成形能力以及弹性模量低、柔韧性好等优势，现已逐渐替代不锈钢器械，广泛用于临床。Haapasalo等[2]和Ruddle等[3]在2013年提出将镍钛器械分为五代。第一代镍钛器械有：ProFile,FlexMaster等，其特点在于被动切削的辐射状平坦区，需相对多的支数进行预备。第二代镍钛器械包括：ProTaper,K3,Revo-S等。改良点在设计上以主动切割刃替代辐射状平坦区，在预备器械数量上需要的支数相对少。以上两代统称为传统镍钛器械。

自21世纪初，第三代镍钛器械的革新提示着从传统镍钛器械步入了新型镍钛器械的时代。随着新材料、新技术的发展，一类以热机械处理为特点，采用新型镍钛丝制成的镍钛器械问世，称为新型热机械处理镍钛器械[2](简称新型镍钛器械)。从合金组成、制作工艺、器械设计等方面不断改良，使预备器械拥有更佳的机械性能，来完成根管的预备成形，降低并发症的发生。本文将从新型镍钛器械的发展、预备成形的影响因素，及对弯曲根管成形效果3个方面进行综述。

1 新型镍钛器械的发展

第三代镍钛器械包括ProFile GT-X(Dentsply Sirona公司)，Twisted Files(TF; SybronEndo公司)，Hyflex CM(HCM; Coltene公司)等。通过热机械处理后改变镍钛合金中的晶相组成来提升器械性能，这些新型镍钛器械较传统镍钛器械在抗疲劳折断性和柔韧性方面上均有明显改善[4]。

为使预备器械方便操作、提高效率，Yared[5]首次提出用单支锉预备器械的概念。在2011年，Reciproc(VDW)和WaveOne(WO; Dentsply Sirona公司)等第四代镍钛器械上市，此类新型镍钛器械的特点便是采用单支锉成形的理念，结合往复运动的技术，以提高预备成形的效率。

到了第五代镍钛器械，设计重点在于对器械的金属核或旋转采用偏中轴设计，如2013 年上市的ProTaper Next(PTN; Dentsply Sirona公司)，One Shape(New Generation公司)(OS; Micro Mega公司)及2015年上市的XP-endo Shaper(XPS; FKG Dentaire公司)[6]。这样的设计使器械在根管中呈“蛇形”运动，降低器械与根管壁间的压力，增强了该类新型镍钛器械柔韧性和碎屑排出能力[2]。

2 新型镍钛器械预备成形的影响因素

器械的材质、横截面形态、锥度、运动模式、系统组成等方面，均对其预备成形的效果及效率产生影响[7]。目前，新型镍钛器械针对弯曲根管所需特性，经过热机械处理，完善镍钛合金的微结构，增加器械柔韧性；通过调节转化反应，实现控制记忆性，达到器械可预弯；并优化器械设计，产生小锥度器械，以期能更好地适应弯曲根管的形态，提升预备成形的效果。同时运动模式和横截面形态的变化及单根锉系统的出现，增加预备成形的效率。

2.1 镍钛器械的材质

镍钛合金存在着不同的晶体结构相，包括奥氏体相(Austenite phase)、马氏体相(Martensite phase)以及R相(R phase)，在受到温度及机械压力变化时，会相互间发生转化。奥氏体相呈立方体，形状稳定而坚硬，是处于较高温度，或者去除载荷时的状态。而马氏体相呈六边形，较易变形而有延展性，是温度相对较低，或者加载时的状态。介于两者之间的R相为菱方形[4,8]。

2.1.1 M-wire合金 M-wire(M-丝)于2007年研制成功，是一种在复杂温度条件下，经特殊机械处理制成的新型镍钛合金。M-wire合金在组成上以奥氏体相为主，存在着一定量的R相和马氏体相。PTN、WO均为M-wire镍钛器械，R相和马氏体相的加入，使得器械的柔韧性和抗循环疲劳性得到很大的提升[9]。

2.1.2 R-phase合金 在2008年，上市了一种由R-phase(R相)制成的新型镍钛系统，称为TF。由于采用了R-phase热处理技术，扭转成形以及表面涂层等加工，TF的机械性能显著增加，可以安全而高效地预备根管，维持原始根管原有形态的中线方向，可减少弯曲根管预备的偏移程度[10]。

2.1.3 CM wire合金 CM wire(Controlled memory wire，控制记忆丝)在2010年被提出，是首个具有控制记忆性的镍钛合金。经过特殊的热处理后，CM wire合金在组成上以马氏体相为主，包含不同比例的奥氏体相和R相。室温下处于弹性模量较小的马氏体相，使合金具有极佳的柔韧性，在弯曲形变后不回弹，因此方便预弯，尤其适于弯曲根管的预备[8]。其代表HCM在2011年推出。Hyflex EDM(HEDM; Colcene/Whaledent)是一种以电火花工艺表面处理为特点的新型镍钛器械，与HCM光滑的表面不同的是，HEDM以扫描电镜下“弹坑样”不规则形态为特征。HEDM与HCM都采用记忆合金，但HEDM经电火花工艺处理，抗弯曲疲劳性更强[11]。

2012年通过对CM wire合金进行新的热处理加工，通过反复热处理和冷却，在镍钛表面形成蓝色或金色的氧化层[8]，分别称为CM Blue wire和CM Gold wire, 其代表分别有Vortex Blue(VB; Dentsply Sirona), Reciproc Blue(RB; VDW)和ProTaper Gold(PTG; Dentsply Sirona), WaveOne Gold(WOG; Dentsply Sirona)。表面的氧化层可以提高切削效率和耐磨性。CM Blue wire氧化层厚度在60～80 nm，而CM Gold wire厚度在100～140 nm[12]，因此CM Gold wire氧化层更厚，具有相对更好的切削效率，而CM Blue wire柔韧性相对更佳。

2.1.4 Maxwire合金 Maxwire(Martensite-Austenite Electropolish Flex wire，马氏体-奥氏体电解抛光丝)在2015年推出，代表器械为XPS，具有温度控制性。通过加工，降低晶相转化温度，使器械在室温(20 ℃)时处于马氏体相为主，具有CM wire的特性，即较好的延展性、柔韧性，在预备前可以将器械进行预弯。而随着预备产热，温度升到体温(35 ℃)以上时合金组成以奥氏体相为主，兼备较好的切削能力[8]。XPS初始形态锥度为0.01，随着温度的上升，锉会顺应着根管的形态发生膨胀、延展，最终可达到至少0.04锥度的预备[6]。

2.2 横截面形态

Arbab-Chirani等[13]认为器械几何结构设计的改变会影响其机械性能。其中,横截面形状在很大程度上决定了镍钛根管器械的机械性能。大多数器械采用单一横截面设计，如改良三角形(TF)、S形(Reciproc)、偏心矩形(PTN)等，使器械具有刚性或柔韧性。Yum等[14]比较不同横截面形状的器械，其中Mtwo(S形)屈服强度最高，而新型镍钛器械TF(改良三角形)屈服强度最低，到达极限强度时扭转角度最大，提示器械韧性较好。Versluis等[15]提出当大小与锥度相同时，三角形比正方形的横截面形状具有更好的柔韧性。PTN采用偏中心的横截面形态，偏心矩形的设计降低器械对根管壁的应力，并有利于碎屑排出[16]。

Berutti等[17]在研究中认为凸三角形适合于根管颈1/3和中1/3的预备，而U形更适合根尖1/3的成形。基于上述理念，一些新型镍钛器械采用多种横截面结合的设计如单支锉系统WO和OS,以不同的横截面形态来综合调节器械的机械性能。

2.3 锥度

器械的锥度对预备成形效果有着一定影响，针对弯曲根管，特别是细小、重度弯曲根管，一些新型镍钛器械还进行了锥度设计的改良。

镍钛器械在锥度变化上存在三种形式：单锥度、锥度逐渐减小(从根尖到冠方)、锥度逐渐增大。锥度逐渐减小的器械刚性更强，而锥度逐渐增大的器械柔韧性更佳。PTN系统中，X1和X2在器械末端的锥度是逐渐减小的，而器械尖端的锥度逐渐增大[18]，这样变锥度设计使PTN在尖端部柔韧性增加，更好维护根尖部形态，而根管颈部切削能力更强。

在锥度大小方面，中等及大锥度的器械有利于切削牙本质，小锥度的器械能更好维持根尖部形态及原始轴心走向。XPS小锥度的设计可以使器械更好适应根管的形态，适用于不规则和极度弯曲根管的预备[6]。Gundappa等[19]在对镍钛器械中心定位性的Meta分析中认为锥度大小是影响根尖部偏移的主要因素之一。

2.4 运动模式

中心旋转运动由20世纪80年代提出，目前仍为市场上大多数机械预备系统所采用。2008年，基于平衡力法的原理，往复运动模式首次由Yared[5]提出，即镍钛器械以“逆时针旋转150°，后顺时针旋转30°”往复运动的方式进行预备。前者切削牙本质，后者有利于器械与牙本质壁脱离接触，缓解对器械和根管壁的压力，降低器械分离及根折的发生。自调节锉Self-Adjusting File(ReDent-Nova)在2010年推出后，其垂直震颤的运动模式受到关注，以0.4 mm的幅度，3 000～5 000次/min的频率进行往复式震颤，从而采用一种研磨的方式顺应根管形态进行预备[20]。到了2013年，经旋转运动改良，出现一种偏轴心或者不对称的旋转运动方式，其代表有横截面为偏心矩形的PTN和核心大小会随着温度上升而扩大的XPS。这种运动使器械与根管壁保持两点接触，减少对根管壁应力，适应根管不规则的形态，并且有利于碎屑的排出[21]。同年，Twisted File Adaptive(TFA; Axis/SybronEndo)上市，该器械对应的运动模式为自适应模式，是一种将旋转运动和往复运动相结合而产生的新的运动模式[22]。

近年来，许多文献系统性地对不同运动模式进行回顾，其预备效果尚存在争议。Abn等[23]认为对于比较中心旋转和往复运动两种运动模式上，树脂根管实验显示中心旋转偏移更多，而在大部分离体牙实验中结果则相反，提示与中心旋转相比，往复运动产生根管偏移更多。一些研究显示，以TFA为代表的自适应模式，与其他连续旋转器械相比在根管偏移方面没有显著差异[22-25]。而Silva等[26]的研究发现中心旋转模式的TF较自适应模式的TFA在弯曲部分产生的偏移更少。Pedrinha等[27]认为TFA系统比往复系统在预备成形方面产生更好地效果。Gavini等[28]认为许多文献显示中心或往复旋转器械在预备中仍有一定比例的根管壁未能预备到，而偏轴心旋转运动因产生与牙本质接触更平衡的点，有利于充分预备根管壁。Capar等[20]通过文献的回顾，总结：通过不同角度的增加来改变器械应力点是机械预备一项重要的发展；偏轴心运动的优点在于降低对器械轴向的应力以及便于碎屑排出。同时，由于不同运动模式厂商提出的转速和角度不同，会对该运动模式的成形能力产生影响，因此仍需大量实验来作进一步验证。

2.5 系统组成

镍钛系统在组成上可分为多根锉系统和单根锉系统。新型镍钛器械中，单根锉系统的出现使得预备的操作变得省时、便捷。单根锉系统由新型镍钛器械的运动模式可分为两种[29]，往复运动的有Reciproc、WO等，而连续旋转的有 OS、XPS等。Azim等[6]发现单根锉系统XPS较多根锉系统VB预备时间显著减少。Amario等[30]比较OS、Reciproc和WO三款单根锉均能在取得较好预备成形效果的基础上，提高了预备成形的效率。

3 新型镍钛器械对弯曲根管预备成形效果

弯曲根管预备成形的要点包括维持根管形态和形成连续锥度。弯曲根管的预备成形呈现为一个三维的效果。在纵向上，器械良好的中心定位性有利于维护根管原有的弯曲弧度和根尖部的形态。在横向上，对牙本质壁达到一定的切削程度，在感染控制的基础上综合考虑解剖薄弱区域的保存，减少并发症的发生。

3.1 中心定位性

根管偏移及轴中心率均是代表器械在根管预备时维持根管原有中心的能力，由Gambill等[31]最先提出，是评价器械成形效果的重要指标[32]。

Cui等[33]筛选30°～40°S形重度弯曲根管分别采用离体牙及3D打印模型，结果显示在根尖部弯曲处PTN较WO产生偏移更少。Wu等[34]在L形及S形树脂根管中也得到相似的结果，发现PTN与WO、PTU相比，能更好地维持根尖形态，更少地发生偏移。而在离体牙实验中，Yuan等[35]的研究结果表明PTN和WO都能较好地维持根管原有轮廓，在根尖区域PTN的偏移更少。由此可见，新型镍钛器械如M-wire类器械，预备时中心定位性较传统镍钛器械有了显著提升。而另一方面，同为M-wire类器械，PTN较WO在根尖部预备效果更好，可能与其锥度相关。PTN X2在根尖部的锥度为0.06，而WO primary为0.08，锥度的减小提升了器械的柔韧性。江波等[36]分析80例弯曲根管的临床疗效，认为采用PTN与Reciproc进行中度弯曲根管的预备时产生偏移相对较小，但对于重度弯曲根管，则建议联合使用Pathfile以保存根管原有锥度，减少并发症的发生。

经Huang等[37]实验比较，在35°树脂根管中HCM比PTN在距根尖2 mm水平产生偏移更少。Kishore的研究[38]也同样发现在25°～35°离体牙根管中，HCM具有更好的中心定位性，其次是TF，WO最次。而在Marceliano-Alves等的研究[39]中，HCM与TF无显著差异，但较WO，Reciproc偏移更少。Van der Vyver等[40]比较PTN和WOG等的预备成形能力，结果显示WOG联合使用ProGlider在偏移和预备期间去除牙本质体积方面表现出较好的根管成形能力。Gagliardi等[41]研究PTG与PTN根管偏移情况无显著差异，但两者均较传统镍钛器械PTU预备效果更好。Pacheco-Yanes等[42]发现在40°树脂根管中，XPS比Reciproc、RB产生偏移更少。

CM wire类器械包括Gold wire，Blue wire到Maxwire，从控制记忆性到温度记忆性，这些马氏体镍钛器械在室温下组成上以马氏体相为主，受力弯曲后不发生回弹。因此相比具有形状记忆性的奥氏体镍钛器械(如M-wire，R-phase镍钛器械)，能更好实现器械预弯，使器械适应根管形态，提升中心定位性。

3.2 预备切削程度

根管预备后形成光滑、连续的形态，使作用于根管壁上的外力能均匀分布，从而消除应力集中点。若去除的根管壁牙本质量过多，特别是对于弯曲根管，根管壁变薄后应力集中的范围扩大，在弯曲拐点处表现更为突出。因此在弯曲根管预备成形的过程中，除了要形成光滑、连续的根管壁，在控制感染的同时，还应注意根管解剖形态特点，把握预备切削的程度。

在预备的过程中，充分地去除根管壁的感染物质及玷污层，有效地控制感染，是根管预备所需要的。目前认为细菌能渗透到牙本质小管的深度为200 μm及以上[43-44]，即需将根管充分、均匀地扩大至少200 μm。而另一方面过度预备导致根管壁过薄，会增加患牙折断的风险[45]，0.3 mm是较公认的剩余牙本质壁的临界值[46]。因此，平衡上述两者十分重要，在最大限度地降低根管未预备部分的同时，控制去除牙本质的量，避免形成牙本质壁薄弱的危险区。

Venino等[47]比较HEDM和PTN的体积变化，HEDM在根管冠1/3和根尖1/3的变化量较少，而根中1/3则相反。Sousa-neto等[48]认为根管体积的变化与生物机械预备去除牙本质的量有关，通常显示在根管颈和中1/3比根尖1/3体积增加的比例更多，这是由于颈部预备以及器械在颈部区域的锥度更大。尽管颈1/3体积的增加意味着更有利于冲洗液到达根尖1/3，近年来，危险区的概念再次受到关注。此区域常见于下颌磨牙近中根，位于距根分叉1.1～7 mm处[49]，即牙根的颈1/3至中1/3间，由于牙根存在凹陷，该区域的根管壁较薄，预备时若去除牙本质体积较多，易发生带状穿孔。Ceyhanli等[50]发现根管颈部的危险区在预备中最易发生偏离，这与此区域对应器械核心直径相对较大有关。Burklein等[51]研究认为锥度较小的器械(HCM)比锥度较大(WO, Reciproc)的器械能更好维持根管原有弯曲形态。

综上所述，弯曲根管在临床上多发，特别对于重度弯曲根管，其预备成形为一大难点。在临床实际操作中，根据患牙的解剖形态和弯曲情况以及控制根管感染所需预备程度，根管的预备成形应针对性地选择预备器械，以平衡适当成形、尽量清创、最大保存的基本原则。

随着新型镍钛器械的发展，柔韧性的增加、器械可预弯以及锥度设计改良，使器械能更好地维持弯曲根管形态。CM wire和Maxwire合金器械，在室温下不回弹，柔韧性强可根据弯曲弧度进行预弯，适合于重度弯曲根管的预备。然而，马氏体镍钛器械在柔韧性提升的同时，也一定程度上影响了器械的切割效率。因此对于预备宽度有一定要求的感染根管和轻、中度弯曲可以考虑使用M-wire和R-phase合金器械。在未来的研究中，对不同程度的弯曲根管成形效果的比较以及新型镍钛器械对弯曲根管预备成形的远期临床效果的研究仍是我们值得深入探索的方向。

表1 新型镍钛器械类型概览