热处理连续旋转镍钛锉对重度弯曲根管成形能力的比较研究

王宏媛 何露 张茹 郑德强 李红

1.首都医科大学附属北京口腔医院牙体牙髓科 北京100050；2.首都医科大学公共卫生学院 北京100069

根管预备的目标是彻底清理根管内感染物质的同时尽可能维持根管的原始形态[1]。当临床上遇到重度弯曲根管时（比如弯曲度超过30°）[2]，根管预备过程中，镍钛器械由于回弹力可能导致根管台阶、根尖拉开、穿孔或根管偏移等并发症的发生[3]。如何保证镍钛锉在重度弯曲根管预备中良好的成形能力是亟待解决的问题。为了提升镍钛系统的柔韧性能，在其制造中使用了不同的机械热处理工艺，包括M-wire技术、R-相技术、CM-wire技术、Gold-wire技术和Blue-wire技术等，其相应的镍钛锉产品也在临床上广泛使用，如ProTaper Next（Dentsply Maillefer公司，瑞士）、Twisted File（Sybron Endo公司，美国）、Hyflex CM（Coltene Whaledent公司，瑞士）、Waveone GOLD（Densp‐ly Maillefer公司，瑞士）和Reciproc BLUE（VDW公司，德国）等。

镍钛锉的成形能力与器械材质和加工工艺、横截面形态设计、锥度大小、运动模式等因素有关[4]，不同热处理工艺的镍钛锉多具有不同的横截面设计。多数研究[4-7]认为：与传统镍钛合金器械相比，经热处理工艺加工的镍钛器械具有更好的中心定位能力；但是针对不同热处理技术的镍钛器械，其成形能力在不同研究[8-11]的比较结果并不一致。Gu等[8]认为：CM-wire及M-wire材质的镍钛器械较R-相热处理器械具有更好的成形能力；而Gergi等[9]则认为：R-相镍钛器械较M-wire热处理器械具有更好的成形能力；还有部分研究[10-11]显示：R-相镍钛器械与M-wire镍钛器械的成形能力相似。对于连续旋转运动模式的镍钛器械，究竟经过哪种热加工技术处理的镍钛锉对重度弯曲根管具有更好的成形能力，是口腔医生关心的临床问题之一。本文旨在通过预备重度弯曲（弯曲度为45°）的树脂模拟根管，比较不同热处理镍钛器械Twisted File、ProTaper Next、Hyflex CM与传统镍钛器械Mtwo的成形能力，以期为临床预备重度弯曲根管时器械的选择提供实验依据。

1 材料和方法

1.1 样本处理

60个单弯树脂模拟根管（Dentsply Maillefer公司，瑞士），根尖孔直径0.10 mm，锥度0.02，全长16 mm，弯曲度45°（Schneider法[2]），作“十”字标记用以定位。使用ISO 10#K锉（MANI公司，日本）探查疏通根管，记录初始工作长度，手用预备根管至15#，2 mL生理盐水冲洗，清洁模块表面，干燥根管后置于恒温箱中24 h，使用电子天平在超净环境下称重，获取预备前树脂模块质量。在模拟根管内灌注黑色墨水，置于特制固定装置上，使用数码相机（佳能70D型，佳能公司，日本）和镜头（佳能EF-S 18-200 mm f/3.5-5.6 IS，佳能公司，日本）垂直于模拟根管中轴拍照（相机拍摄参数为焦距75 mm，感光度ISO-0），以记录预备前根管的原始形态。将刻度尺固定在树脂根管旁，以便进行比例换算。特制固定装置示意图及实际拍摄影像如图1、2所示。

1.2 根管预备

将疏通后的60个单弯树脂模拟根管随机分成4组（n=15），由同一术者分别使用Twisted File锉（R-相技术，TF组）、ProTaper Next锉（M-wire技术，PTN 组）、Hyflex CM 锉（CM-wire 技 术，HCM组）和Mtwo锉（传统技术，Mtwo组）按照厂家推荐的扭矩和转速（表1）进行根管预备，统一预备至相同的终末直径和锥度（25#/0.06）。预备过程中，用器械蘸取17%乙二胺四乙酸凝胶（Pulpdent公司，美国）进入根管，完成1次预备后，75%乙醇棉球擦拭器械，更换根管锉的过程中使用冲洗器（27#针头）以2 mL蒸馏水冲洗根管，10# K锉回锉，再次拍摄图像，将图像导入ImageJ（Media Cyberntics公司，美国）软件，测量根管内K锉的长度，即预备后工作长度，与根管初始工作长度之差即为工作长度变化值。

图1 树脂模拟根管拍摄固定装置示意图Fig 1 Schematic diagram of the custom platform for resin simulated root canal

图2 树脂模拟根管于定制拍摄模具上的拍摄图像及根管弯曲度示意图Fig 2 The image of resin simulated root canal on the custom plat‐form and schematic diagram of curvature

所有器械预备3个根管后弃用。预备完成后再次清洁模块表面，干燥根管后置于恒温箱中24 h，使用电子天平称重，获取预备后树脂模块质量，计算树脂切削量（失重法）。由另一助手使用秒表记录根管预备时间（包括冲洗及更换器械的时间）。

表1 4种镍钛器械的预备程序Tab 1 The procedures of the four nickel-titanium systems

1.3 图像处理

在预备后的根管内灌注红墨水，以相同的固定装置垂直于根管中轴拍照，相机参数与预备前保持一致，记录预备后的根管形态。根管预备前后的图像使用Adobe Photoshop 2020（Adobe Sys‐tems Inc.公司，美国）重叠，并标记测量点。以根尖孔为D0点开始，每距根尖孔1 mm设置1个观测位点，共计10个（D0—D9）观测位点。D0到D3为弯曲根方，D4到D6为弯曲冠方，D7到D9为根管冠部直线通路。将处理后的图像导入ImageJ软件，计算各个观测位点上的根管内外侧壁树脂去除量，精确到0.01 mm。根管偏移量等于根管外侧壁树脂去除量减去根管内侧壁树脂去除量的差值，其数值为正代表偏移方向为弯曲外侧，数值为负代表偏移方向为弯曲内侧。

1.4 统计分析

使用SPSS 25.0软件（IBM 公司，美国）进行数据正态性及方差齐性检验，数据正态分布且方差齐者采用单因素方差分析（one-way ANOVA）检验，对非正态分布者采用Kruskal-Wallis检验进行分析，采用Bonferroni检验进行组间两两比较，检验水准设置为双侧α=0.05。

2 结果

2.1 工作长度变化值和树脂切削量

4种镍钛器械根管预备后工作长度变化值及采用失重法测量的树脂切削量见表2：4组器械预备后根管工作长度变化值的差异无统计学意义（F=0.160，P>0.05）；Mtwo组的树脂切削量最多，与其他3组相比差异有统计学意义（P<0.05），而其余3组之间的树脂切削量差异无统计学意义（P>0.05）。

2.2 不同观测位点上的根管偏移量

4组器械预备前后的重叠影像见图3，在不同观测位点的偏移量及偏移方向见图4。由图3、4可见：4种器械在根尖孔处（D0）的中心定位能力并无明显差异（P>0.05）；在根方弯曲部分（D1—D2），即距根尖1~2 mm，TF组较其他3组具备更好的中心定位能力（P<0.05）；Mtwo组的偏移量在根尖弯曲部分（D1—D3）及弯曲最凸点冠方（D5—D6）始终较大（P<0.05）；在根管直线段D7—D9，即距根尖7~9 mm部分，4组器械的中心定位能力无明显差异（P>0.05）；HCM及PTN组在除D5点外的其余各观测位点偏移量差异均无统计学意义（P>0.05）。

表2 4 种镍钛器械根管预备后工作长度变化值及树脂切削量Tab 2 Working length and weight changes after preparation of four nickel-titanium systems n=15，± s

表2 4 种镍钛器械根管预备后工作长度变化值及树脂切削量Tab 2 Working length and weight changes after preparation of four nickel-titanium systems n=15，± s

组别TF HCM PTN Mtwo工作长度变化值/mm 0.249±0.181 0.249±0.112 0.227±0.137 0.218±0.158树脂切削量/mg 0.039 3±0.081 9 0.078 6±0.052 2 0.065 0±0.053 7 0.275 0±0.069 3

图3 4种镍钛器械预备树脂模拟弯曲根管前及预备后的重叠影像图Fig 3 Representative images of resin simulated root canal before and after preparation using by four nickel-titanium systems

图4 4种镍钛器械在不同观测位点的根管预备偏移量及偏移方向Fig 4 A line chart demonstrating the direction and amount of canal deviation at the various measurement points of four nickel-tita‐nium systems

2.3 根管预备时间

在根管预备过程中，4组均未观察到器械分离或台阶的发生。TF、PTN、HCM、Mtwo组的预备时间分别为（75.49±11.05）、（88.70±14.55）、（149.62±8.85）、（157.73±10.66）s。TF组预备时间最短，PTN组次之，HCM和Mtwo组预备时间较长。TF、PTN与HCM组和Mtwo组之间差异有统计学意义（P<0.05），HCM与Mtwo组间的差异无统计学意义（P>0.05）。

3 讨论

3.1 研究对象的选择和改良图像采集装置

目前主要通过比较树脂模拟根管或离体牙预备前后的根管形态来评价镍钛根管预备器械成形能力[12-13]。与离体牙相比，树脂模拟根管便于直观地观察根管形态变化，还能够达到标准化比较，即保证根管工作长度、锥度和弯曲半径等参数的一致性，使实验条件便于控制，避免了解剖结构的个体差异对实验结果的影响[14-15]。但是，与天然牙复杂多变的根管系统相比，树脂模拟根管结构较为单一，工作长度较短且固定，比临床实际预备根管的操作难度要小。本实验选择代表严重弯曲根管（45°）的树脂模拟标本用于实验。实验过程中所有根管样本均由同一术者进行操作，避免了操作差异对实验结果的影响。4组镍钛锉严格按照厂家推荐的参数设置，包括转速、扭矩及预备程序，模拟临床实际操作过程，发挥器械真实的预备效率及其成形能力，并保证器械在使用过程中的安全性[16]。

使用单反相机进行图像采集已经在很多研究[13,17-20]中被广泛使用，可以得到准确可靠的图像信息。本实验参考并改进了Goldberg等[19]的实验方法，制作了特定的固定装置（图1、2），在其装置基础上增加了白色背景板，确保根管图像背景颜色的一致性；设置相机卡位、根管卡位，确保数码相机和镜头与根管之间相对距离的恒定与拍摄角度的稳定，以保证根管预备前后图像及不同样本图像的一致性（垂直于牙根管的中心轴），实验用的标尺精度为0.1 mm，拍摄后图片显示的测量尺度为像素，偏移量根据标尺对应的像素长度进行尺度换算，每次换算时采用同一标尺同一格间距末端之间的距离换算成像素值，以保证测量的一致性和准确性。

3.2 中心定位能力分析

本实验通过预备前和预备后各个横截面的根管内外侧树脂去除量差值，即根管轴线位置的偏移，来评估预备器械的中心定位能力。实验中统一了初始和终末预备直径和锥度，排除了镍钛锉锥度大小对成形的影响。除ProTaper Next锉是变锥度设计外，实验中其他3组锉都是恒定锥度设计，其中ProTaper Next锉的X1和X2在锉尖部的锥度是逐渐增大的，锉末端的锥度又是逐渐减小的，这种设计目的是使镍钛器械柔韧性增加，抗循环疲劳能力提升，切削及成形能力更好[21]。笔者推测，这也是ProTaper Next锉在本实验中成形能力表现较好的原因之一。

镍钛锉在预备弯曲根管的过程中，可能过度切割弯曲下段的根管外侧壁和弯曲上段的根管内侧壁，导致根管偏离其原始轴线，进而发生根管偏移；根管弯曲度越大，发生偏移的可能性越大[22]。本实验的4种镍钛锉分别代表了不同的热加工工艺，结果显示：Mtwo组无论是在冠段弯曲部分还是在根尖弯曲部分，偏移量均相对较大，推测是因为传统镍钛合金在室温下呈奥氏体相，柔韧性相对较差；而ProTaper Next（M-wire）中除了奥氏体外还包含少量的R-相及马氏体，Twisted File（R-相）主要包含超弹性奥氏体，Hyflex CM（CM-wire）是以马氏体相为主并包含一定量的奥氏体和R-相，马氏体及超弹性奥氏体的存在都能够提升器械的柔韧性，因此本实验中这3种热处理镍钛器械（Twisted File、ProTaper Next、Hyflex CM）较传统合金器械Mtwo形成的根管偏移量更小，具有更好的中心定位能力。

Kumar 等[23]使用螺旋计算机层析成像技术（Spiral CT）比较Hyflex CM、Twisted File和不锈钢K锉对下颌前磨牙的中心定位能力，结果显示：Twisted File和Hyflex CM的中心定位能力高于不锈钢K锉，在根尖1/3区域，Twisted File锉的中心定位能力更好。Marceliano-Alves等[24]预备了64个下颌磨牙的近中根管，结果显示：与Reciproc和Wa‐veOne（M-wire）相比，Twisted File（R-相）和Hyflex CM（CM-wire）系统能够更好地保持原有的根管解剖结构，产生的根管偏移更小，具有更好的中心定位能力。有学者[25-26]认为，R-相锉的弯曲性能优于M-wire制成的镍钛锉；也有学者[27]认为，M-wire锉和CM-wire锉均能很好地保持根管的原始形状，两者之间没有明显差异。本研究结果与上述研究的结果基本一致，4种器械均可以较好地维持根管的原始形态，其中Twisted File锉在根尖部表现更为出色，提示Twisted File锉在根尖区中心定位能力较好。一方面，由于Twisted File锉应用了R-相热处理技术，提高了其弯曲性能，使其在根管预备过程中保持对根管的顺应性，避免了根管偏移的发生[5,24]；另一方面，与Twisted File镍钛锉本身横截面的设计形态有关[22,28]。目前临床上不同热处理技术的连续旋转的镍钛锉往往采用不同的横截面设计，有的是变横截面设计的镍钛锉，即在同一支器械上的不同部位有不同的横截面设计，还有的在同一系列中不同直径和锥度的横截面设计都不同。本实验中的Twisted File锉横截面为三角形，Hyflex CM锉为四边形或三角形，ProTaper Next锉为矩形，Mtwo锉为“S”形。有研究[18,29]认为：矩形或三角形横截面的成形能力优于“S”形横截面。Kim等[29]采用建立三维有限元模型结合Micro-CT的方法测试了不同横截面设计的镍钛锉模拟预备45°根管的效果，结果显示：三角形横截面设计的器械应力分布分散，成形能力较好。由此推测，本实验中的Twisted File锉的三角形横截面设计与其良好的成形能力有关。

根尖区根管偏移的发生会直接影响根管充填的封闭性，从而影响预后[30-31]。有研究[32]认为：将根管预备的偏移量控制在0.15 mm以内的预备效果是可接受的，当根尖偏移大于0.3 mm时，根管微渗漏将明显增加。本研究中，4组器械在各观测位点的根管偏移量均未超过0.15 mm，说明4组器械都具有较好的临床预备效果。与传统镍钛合金相比，M-wire合金、CM-wire合金及R-相合金的柔韧性更好，回复力小，中心定位能力更好，临床医师在预备重度弯曲根管时应优先选择柔韧性好的热处理镍钛器械，以尽可能减少根管偏移的发生。

3.3 与成形能力有关的其他参数分析

弯曲根管在预备过程中如果被拉直或者出现台阶、侧穿等并发症时，相应的工作长度会发生改变，在预备弯曲根管时，严格维持工作长度具有一定的挑战性[33]。预备过程中，器械在弯曲部分的内侧会产生压应力，而在外侧会产生拉伸应力，两种应力可以使镍钛锉过度切割弯曲下段的根管外侧壁和弯曲上段的根管内侧壁，弯曲根管被拉直进而导致工作长度变化[14,31,33]。本研究将工作长度的改变作为评估根管成形效果的辅助参数之一，结果发现：4组器械预备后，根管工作长度变化值的差异无统计学意义，没有出现明显的工作长度丧失，也没有出现台阶、侧穿等情况，说明4种锉均具有预备弯曲根管的能力。

根管成形是比较耗时的过程，高效率的预备可以缩短操作时间，也可以减少疲劳，是临床医师选择镍钛锉进行弯曲根管预备时需考虑的因素之一。本实验通过对根管预备时间（包括机械预备和根管冲洗的时间）进行比较，以评价4种器械预备弯曲根管的效率，结果发现：TF和PTN组较其他2组的预备时间更短，提示其效率更高。笔者认为，这与其系统组成有关，TF和PTN组都是由2根锉完成预备和成形，Mtwo组的预备时间相对最长，除了需要4根锉完成根管预备外，在更换锉针的同时还需要选择相应的程序。操作时间与镍钛锉的切割力有关，涉及到多种因素之间的相互作用，除了合金材质和表面处理外，还包括器械的直径、横截面设计、排出碎屑的能力及螺纹设计等。

本实验采用失重法，即通过称量预备前后树脂模块质量，计算所得质量差以评估不同器械预备根管的切削量，模拟临床上评价根管锉在根管内壁三维整体上的切削总量，结果发现：Mtwo组的树脂切削量明显高于其他3组热处理器械，这与根管偏移量的结果一致；其原因可能是由于传统镍钛合金在弯曲下段切割了较多的根管外侧壁，以及在弯曲上段切割了较多的根管内侧壁所致。

4 结论

本实验中4种镍钛器械预备弯曲根管时，均未发生根尖堵塞、台阶、侧穿、器械分离和工作长度丧失等并发症，说明这4种器械均具有预备弯曲根管的能力，其中TF镍钛锉在根尖部表现出相对更好的成形能力。笔者认为，对重度弯曲根管，推荐选择柔韧性较好的热处理镍钛器械进行预备，以降低根管偏移等并发症，提高根管治疗的成功率；但本实验使用的模拟根管与相同弯曲度的天然牙相比，根管预备的操作难度相对较小，后期应结合天然牙做更深入的研究，获得更加符合临床条件的数据和结论。

利益冲突声明：作者声明本文无利益冲突。