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扫描电镜评估去除再治疗锉在单次与多次使用后的表面缺陷

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DOI：

10.3791/67329

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2024年10月11日

 ,  , 
1Faculty of Dentistry Department of Endodontics, Marmara University

本文内容

摘要

本文介绍了一种利用扫描电子显微镜评估根管再治疗锉在反复进行再治疗操作后表面特性的实验方案，旨在识别和分析可能存在的表面缺陷。

摘要

本研究旨在通过扫描电子显微镜（SEM）评估Remover旋转镍钛（NiTi）锉在常规根管再治疗过程中单次和多次使用后的表面缺陷。实验使用了80个丙烯酸块，模拟根管内部直径为1.5 mm、弯曲半径为5 mm、弯曲角度为55°的结构。在完成化学机械预备和根管充填后，将24支新的Remover锉（N30，7%，L23）随机分为三组：单次使用组、三次使用组和六次使用组。锉针在每次使用时以600 rpm转速和2.5 Ncm扭矩运行，每次使用后进行清洁和灭菌处理。

在100倍、250倍和500倍放大倍数下进行的扫描电镜分析揭示了表面缺陷，包括尖端变形、微裂纹、断裂、解旋、表面点蚀和刃部破坏。单次使用后，75%的器械出现变形，三次和六次使用后，所有器械均出现变形。单次使用后未观察到微裂纹，但在三次和六次使用后，分别有25%和87.5%的器械出现微裂纹，呈统计学显著增加（p < 0.001）。表面点蚀在各组间也显著增加（p = 0.004）。

所有组均未观察到骨折。最常见的缺陷为尖端变形（91.7%）和表面点蚀（70.8%）。研究结果表明，反复使用镍钛锉会显著增加表面缺陷，从而提高疲劳断裂的风险。因此，建议将Remover锉的重复使用次数限制在最多3次以内。未来还需进一步研究，以明确缺陷类型与解剖因素之间的关联，并评估锉在再治疗情况下的有效性。

引言

根管再治疗是一种针对既往治疗牙齿未能愈合或出现新病变（如持续感染、再感染或遗漏解剖结构）而进行的临床操作。该操作包括去除原有的根管充填材料，对根管系统进行彻底清理和消毒，随后重新进行根管充填1,2。

镍钛（NiTi）器械由于其良好的柔韧性和高切削效率，在改进和简化根管治疗操作方面具有重要意义3,4。NiTi 器械的超弹性使其能更好地适应根管弯曲形态，磨损更少，且具有更高的抗折断能力5,6。然而，NiTi 文件的主要问题之一是其可能在无明显变形的情况下发生折断3。

NiTi旋转器械断裂最常见的原因是循环疲劳7。当器械在弯曲的根管内持续旋转而未发生卡顿时，其相对表面会交替承受拉应力和压应力，从而导致循环疲劳8,9。由于循环疲劳引起的断裂源于金属材料的疲劳破坏10。多种因素会影响循环疲劳所致断裂的发生，包括器械的物理特性11,12、根管解剖形态13、临床重复使用次数以及灭菌过程14,15。因此，为了提高NiTi旋转锉的抗疲劳性能，研究人员已尝试对制造工艺、核心直径、切削刃设计及横截面结构进行多种改进16。Remover锉是一种通过热处理和一种称为C-wire的特殊电化学抛光工艺制成的新一代锉针。据称其设计特点可增强抗疲劳性能。该锉针具有30/100 mm的非切削（无功能）尖端和最小侵入性的核心直径。其横截面为可变的三重螺旋结构，在前3 mm范围内呈对称结构，随后向柄部方向逐渐变为非对称结构。此外，该器械在前10 mm设计为7%的锥度，之后向柄部方向锥度逐渐减小至0%，旨在保护根尖周牙本质17。

镍钛旋转锉的疲劳断裂通常不伴随任何可见的塑性变形18,19,20。因此，此类断裂在临床上无法察觉，必须借助体视显微镜或扫描电子显微镜（SEM）等工具在高倍放大下观察其结构变化21。由于常规开展此类检查并不现实，制造商建议锉针仅使用一次22,23。然而，由于镍钛锉成本较高，许多临床医生选择重复使用24。因此，研究临床重复使用对这些锉针的影响显得尤为重要。一项临床研究表明，旋转器械安全重复使用最多可达4次25。然而，其他研究评估了更高的重复使用次数，目前对于锉针可安全重复使用的次数尚无共识24,26。

在以往评估镍钛器械重复使用的相关研究中，主要关注的是根管扩大和成形操作对器械抗折性能的影响。因此，文献回顾显示，目前仅有1项研究专门评估了再治疗器械系统的重复使用情况27。本研究旨在通过扫描电子显微镜（SEM）评估重复使用对Remover器械表面特征的影响。我们假设，临床使用次数的增加将导致表面缺陷增多，从而提高疲劳断裂的风险。具体目标是分析Remover器械在单次及多次使用后表面缺陷的变化，并探讨这些变化对临床实践的意义。

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方案

1. 样本采集

  1. 获取80个丙烯酸块，其内径为1.5 mm，曲率半径为5 mm，弯曲角度为55°，工作长度为16 mm。

2. 清理与成形步骤

  1. 将根管马达设置为扭矩2.0 Ncm、转速300 rpm。
    1. 将一支10/.04锥度锉针安装至马达上，并以往返运动方式操作，直至达到工作长度（16 mm），确保锉针不卡住。
    2. 用5.25% NaOCl冲洗根管。
    3. 将一支15/.04锥度锉针安装至马达上，并以往返运动方式操作，直至达到工作长度（16 mm），确保锉针不卡住。
    4. 依次使用20/.04、25/.04、30/.04和35/.04锥度锉针，重复步骤2.1.2和2.1.3，在工作长度（16 mm）处依次操作。
    5. 用纸尖干燥根管。

3. 根管充填

  1. 检查牙胶尖与根管的适配性。
  2. 将生物陶瓷根管封闭剂注入根管，并用生物陶瓷封闭剂填充根管。
  3. 将合适的牙胶尖插入已填充封闭剂的根管中。使用加热器械在根管口下方2 mm处切断牙胶尖。
  4. 拍摄根尖周X线片以确认根管填充情况（见图1）。
  5. 将样本置于37 °C、100%湿度的培养箱中保存2周。

4. 再治疗步骤

注意：本研究共使用了24根新的去除锉（23 mm）。将锉随机分为三组，每组八根样本。在确定本研究使用的样本量和锉数量时，采用了配额抽样法，并考虑了预算以及文献中其他研究报告的样本量27。

  1. 根据制造商说明，以 600 rpm 转速和 2.5 Ncm 扭矩操作锉针。使用锉针时采用往返运动，不施加根尖压力，直至距离工作长度 3 mm 处。
  2. 当感到阻力时，将锉针从根管中取出，并用 5.25% NaOCl 溶液进行冲洗。
  3. 重复步骤 4.1 和 4.2，直至达到所需长度。
  4. 在对样本进行成形前，将器械在 134 °C 条件下高压灭菌 18 分钟，以清洁和灭菌。
    注意：第一组中的锉针用于八个弯曲根管的再治疗。第二组中的锉针每根使用 3 次进行再治疗，第三组中的锉针每根使用 6 次进行再治疗。在第二组和第三组中，操作步骤根据使用次数重复进行。

5. 扫描电镜分析

  1. 样品制备与装载
    注意：处理样品时应采取必要措施避免污染（例如佩戴手套）。请勿将样品放入镀金溅射系统中，因其表面为镍钛合金。
    1. 使用导电双面碳胶带将样品固定在扫描电镜（SEM）样品台上。
    2. 将样品台安装到载物台上并拧紧侧边螺丝（见图2）。
  2. 扫描电镜操作
    1. 打开扫描电镜样品室并取出载物台。
    2. 将样品台放置在载物台上并固定稳妥。
    3. 将载物台插入样品室并关闭样品室门。
    4. 启动真空泵，等待系统提示达到真空状态。
    5. 打开扫描电镜软件，并在1 kV 至30 kV之间选择所需的工作电压。
  3. 图像分析
    1. 由经过培训的研究人员对4 mm远端（即活性部分，感兴趣区域）在100x、250x和500x的标准放大倍数下进行成像。使用未使用过的Remover锉作为参考，评估样品的表面特征（见图3）。
    2. 启动自动对焦功能时，在扫描电镜软件中点击钥匙图标。最终获得的清晰对焦图像即为目标结果。
    3. 将放大倍数设置为最低缩放级别，即50x。
    4. 启用快速扫描模式以高效获取图像。
    5. 使用粗调对焦模式调节对焦，直至获得初步清晰图像。
    6. 逐步提高放大倍数以观察目标结构。先使用粗调对焦旋钮实现大致对焦，再使用微调对焦旋钮进行精确对焦。每次提高放大倍数后均重复此步骤。
    7. 持续提高放大倍数直至观察到目标结构。在此放大倍数下，先用粗调对焦旋钮进行大致对焦，然后使用微调对焦旋钮进一步优化，获得清晰图像。每次提高放大倍数后均重复此步骤。
    8. 达到目标放大倍数后，使用微调对焦旋钮进一步优化对焦，以获得最佳清晰度。
    9. 为获得更清晰的图像，可进一步将放大倍数提升至接近最大值，并使用微调对焦旋钮调节对焦。若清晰度仍不足，则调节x轴和y轴的消像散器。持续微调对焦与消像散，直至在更高放大倍数下获得最清晰的图像。
    10. 在获得高质量样品图像后，返回目标放大倍数。按下拍照按钮进行图像采集。可选择慢速拍照模式以获得更高图像质量与分辨率，或选择快速拍照模式以实现更快采集。
    11. 对每个样品重复上述步骤。
    12. 将图像下载至计算机。
    13. 由两名经过校准的评估人员在计算机屏幕上查看所有扫描电镜图像，记录锉针中出现的变形类型与存在情况。变形类型包括尖端变形、微裂纹、断裂、解旋、表面点蚀和刃部破坏（图4、图5、图6、图7和图8）。
    14. 由相同评估人员在间隔1周的时间内对所收集数据进行两次分析。
      注意：若评估人员在解读样品扫描电镜图像时存在分歧，应进行讨论直至达成共识。

6. 统计学分析

  1. 以计数和百分比形式呈现描述性统计结果。
  2. 使用统计分析软件进行分析。采用 Fisher-Freeman-Halton 精确检验评估组间差异。设定Ⅰ类错误率为 0.05（双尾），并将 p < 0.005 视为具有统计学显著性。

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结果

单次使用后，75%的器械出现变形，使用三次和六次后，变形比例均为100%，但各组之间的差异无统计学意义（表1）。各组间变形类型的评估结果见表2。当分别评估变形类型时，单次使用后未观察到微裂纹，使用三次后25%的器械出现微裂纹，使用六次后微裂纹比例达87.5%；该差异具有统计学显著性（p < 0.001）。表面点蚀在单次使用后出现在25%的器械中，三次使用后为87.5%，六次使用后达100%；组间差异具有统计学意义（p = 0.004）。尽管单次使用后未观察到或较少出现解旋、尖端变形和刃部断裂，但各组间的差异无统计学意义。所有组中均未发生断裂。

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讨论

本研究评估了Remover锉在模拟弯曲根管的丙烯酸块中单次、三次和六次使用后，其外表面微观缺陷的存在情况及类型。理想情况下，建议在评估锉针抗折性能的研究中使用人类牙齿，以更好地模拟临床使用情况28。Peters和Barbakow的研究29发现，与使用离体牙根管相比，使用丙烯酸块会导致器械裂纹起始和扩展速率增加，强调了谨慎评估的必要性。然而，为了确保标准化和可重复性，体外研究常采用不锈钢、陶瓷或丙烯酸块30,31,32。此外，有关镍钛旋转锉抗折性能的研究表明，与直根管相比，弯曲根管中器械表面退化和断裂的风险更高33,34。因此，本研究采用了内径为1.5 mm、弯曲半径为5 mm、弯曲角度为55°的丙烯酸块。根管预备完成后，采用...

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披露

作者无任何利益冲突需要披露。

致谢

我们衷心感谢博加兹奇大学为本研究提供了所需的实验室设施和技术支持。同时感谢德米特·塞津·曼苏罗格鲁博士、埃达·卡拉多甘博士和穆斯塔法·埃内斯·奥兹登博士在数据收集与分析过程中提供的宝贵帮助。本研究由作者自筹资金完成，未获得任何外部经费支持。

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材料

本文使用的材料清单
姓名公司目录编号评论
丙烯酸块ArdaDent Medical,Ankara,土耳其用于根管充填
DiaRoot BiosealerDiaDent, 韩国BS23101161用于根管充填
DualMove EndomotorMicroMega, Coltene, 法国52002023用于根管预备
 EndoArt  Smart Gold EndoArt, Inci Dental, 土耳其SGK10114 用于初始预备
 Gutta PerchaEndoArt, Inci Dental, 土耳其GD23080701用于根管充填
Quattro ESEM Thermo Fisher Scientific, 美国用于扫描电镜分析
吸纸尖Dentsply Maillefer, Ballaigues, 瑞士 1I0305用于根管干燥
根管取出锉MicroMega, Besançon, 法国891144/873757/用于再治疗操作
次氯酸钠 Saba Chemical&Medical, 土耳其3010225用于根管冲洗
SPSS v29 IBM SPSS Corp, Armonk, New York, 美国用于统计分析

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