新型鎳鈦器械彎曲根管成形能力的研究進展

封 菲，曹立群，張 旗

根管預備是根管治療中消除感染源，提供充填空間的重要環節。通過機械預備對根管進行成形，同時也為后續的化學預備提供通路。理想的根管預備成形是在維持根管原有形態的基礎上，形成連續錐度的漏斗形狀。然而根管系統交錯復雜，在解剖形態上存在著扁平、彎曲、峽部等特點。其中彎曲根管十分常見，發生率約為84%[1]，是預備成形中的難點。因此彎曲根管預備成形對預備器械性能有更高的要求。

鎳鈦器械自1988年以來，因有良好的切削成形能力以及彈性模量低、柔韌性好等優勢，現已逐漸替代不銹鋼器械，廣泛用于臨床。Haapasalo等[2]和Ruddle等[3]在2013年提出將鎳鈦器械分為五代。第一代鎳鈦器械有：ProFile,FlexMaster等，其特點在于被動切削的輻射狀平坦區，需相對多的支數進行預備。第二代鎳鈦器械包括：ProTaper,K3,Revo-S等。改良點在設計上以主動切割刃替代輻射狀平坦區，在預備器械數量上需要的支數相對少。以上兩代統稱為傳統鎳鈦器械。

自21世紀初，第三代鎳鈦器械的革新提示著從傳統鎳鈦器械步入了新型鎳鈦器械的時代。隨著新材料、新技術的發展，一類以熱機械處理為特點，采用新型鎳鈦絲制成的鎳鈦器械問世，稱為新型熱機械處理鎳鈦器械[2](簡稱新型鎳鈦器械)。從合金組成、制作工藝、器械設計等方面不斷改良，使預備器械擁有更佳的機械性能，來完成根管的預備成形，降低并發癥的發生。本文將從新型鎳鈦器械的發展、預備成形的影響因素，及對彎曲根管成形效果3個方面進行綜述。

1 新型鎳鈦器械的發展

第三代鎳鈦器械包括ProFile GT-X(Dentsply Sirona公司)，Twisted Files(TF; SybronEndo公司)，Hyflex CM(HCM; Coltene公司)等。通過熱機械處理后改變鎳鈦合金中的晶相組成來提升器械性能，這些新型鎳鈦器械較傳統鎳鈦器械在抗疲勞折斷性和柔韌性方面上均有明顯改善[4]。

為使預備器械方便操作、提高效率，Yared[5]首次提出用單支銼預備器械的概念。在2011年，Reciproc(VDW)和WaveOne(WO; Dentsply Sirona公司)等第四代鎳鈦器械上市，此類新型鎳鈦器械的特點便是采用單支銼成形的理念，結合往復運動的技術，以提高預備成形的效率。

到了第五代鎳鈦器械，設計重點在于對器械的金屬核或旋轉采用偏中軸設計，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]。這樣的設計使器械在根管中呈“蛇形”運動，降低器械與根管壁間的壓力，增強了該類新型鎳鈦器械柔韌性和碎屑排出能力[2]。

2 新型鎳鈦器械預備成形的影響因素

器械的材質、橫截面形態、錐度、運動模式、系統組成等方面，均對其預備成形的效果及效率產生影響[7]。目前，新型鎳鈦器械針對彎曲根管所需特性，經過熱機械處理，完善鎳鈦合金的微結構，增加器械柔韌性；通過調節轉化反應，實現控制記憶性，達到器械可預彎；并優化器械設計，產生小錐度器械，以期能更好地適應彎曲根管的形態，提升預備成形的效果。同時運動模式和橫截面形態的變化及單根銼系統的出現，增加預備成形的效率。

2.1 鎳鈦器械的材質

鎳鈦合金存在著不同的晶體結構相，包括奧氏體相(Austenite phase)、馬氏體相(Martensite phase)以及R相(R phase)，在受到溫度及機械壓力變化時，會相互間發生轉化。奧氏體相呈立方體，形狀穩定而堅硬，是處于較高溫度，或者去除載荷時的狀態。而馬氏體相呈六邊形，較易變形而有延展性，是溫度相對較低，或者加載時的狀態。介于兩者之間的R相為菱方形[4,8]。

2.1.1 M-wire合金 M-wire(M-絲)于2007年研制成功，是一種在復雜溫度條件下，經特殊機械處理制成的新型鎳鈦合金。M-wire合金在組成上以奧氏體相為主，存在著一定量的R相和馬氏體相。PTN、WO均為M-wire鎳鈦器械，R相和馬氏體相的加入，使得器械的柔韌性和抗循環疲勞性得到很大的提升[9]。

2.1.2 R-phase合金 在2008年，上市了一種由R-phase(R相)制成的新型鎳鈦系統，稱為TF。由于采用了R-phase熱處理技術，扭轉成形以及表面涂層等加工，TF的機械性能顯著增加，可以安全而高效地預備根管，維持原始根管原有形態的中線方向，可減少彎曲根管預備的偏移程度[10]。

2.1.3 CM wire合金 CM wire(Controlled memory wire，控制記憶絲)在2010年被提出，是首個具有控制記憶性的鎳鈦合金。經過特殊的熱處理后，CM wire合金在組成上以馬氏體相為主，包含不同比例的奧氏體相和R相。室溫下處于彈性模量較小的馬氏體相，使合金具有極佳的柔韌性，在彎曲形變后不回彈，因此方便預彎，尤其適于彎曲根管的預備[8]。其代表HCM在2011年推出。Hyflex EDM(HEDM; Colcene/Whaledent)是一種以電火花工藝表面處理為特點的新型鎳鈦器械，與HCM光滑的表面不同的是，HEDM以掃描電鏡下“彈坑樣”不規則形態為特征。HEDM與HCM都采用記憶合金，但HEDM經電火花工藝處理，抗彎曲疲勞性更強[11]。

2012年通過對CM wire合金進行新的熱處理加工，通過反復熱處理和冷卻，在鎳鈦表面形成藍色或金色的氧化層[8]，分別稱為CM Blue wire和CM Gold wire, 其代表分別有Vortex Blue(VB; Dentsply Sirona), Reciproc Blue(RB; VDW)和ProTaper Gold(PTG; Dentsply Sirona), WaveOne Gold(WOG; Dentsply Sirona)。表面的氧化層可以提高切削效率和耐磨性。CM Blue wire氧化層厚度在60～80 nm，而CM Gold wire厚度在100～140 nm[12]，因此CM Gold wire氧化層更厚，具有相對更好的切削效率，而CM Blue wire柔韌性相對更佳。

2.1.4 Maxwire合金 Maxwire(Martensite-Austenite Electropolish Flex wire，馬氏體-奧氏體電解拋光絲)在2015年推出，代表器械為XPS，具有溫度控制性。通過加工，降低晶相轉化溫度，使器械在室溫(20 ℃)時處于馬氏體相為主，具有CM wire的特性，即較好的延展性、柔韌性，在預備前可以將器械進行預彎。而隨著預備產熱，溫度升到體溫(35 ℃)以上時合金組成以奧氏體相為主，兼備較好的切削能力[8]。XPS初始形態錐度為0.01，隨著溫度的上升，銼會順應著根管的形態發生膨脹、延展，最終可達到至少0.04錐度的預備[6]。

2.2 橫截面形態

Arbab-Chirani等[13]認為器械幾何結構設計的改變會影響其機械性能。其中,橫截面形狀在很大程度上決定了鎳鈦根管器械的機械性能。大多數器械采用單一橫截面設計，如改良三角形(TF)、S形(Reciproc)、偏心矩形(PTN)等，使器械具有剛性或柔韌性。Yum等[14]比較不同橫截面形狀的器械，其中Mtwo(S形)屈服強度最高，而新型鎳鈦器械TF(改良三角形)屈服強度最低，到達極限強度時扭轉角度最大，提示器械韌性較好。Versluis等[15]提出當大小與錐度相同時，三角形比正方形的橫截面形狀具有更好的柔韌性。PTN采用偏中心的橫截面形態，偏心矩形的設計降低器械對根管壁的應力，并有利于碎屑排出[16]。

Berutti等[17]在研究中認為凸三角形適合于根管頸1/3和中1/3的預備，而U形更適合根尖1/3的成形?；谏鲜隼砟?，一些新型鎳鈦器械采用多種橫截面結合的設計如單支銼系統WO和OS,以不同的橫截面形態來綜合調節器械的機械性能。

2.3 錐度

器械的錐度對預備成形效果有著一定影響，針對彎曲根管，特別是細小、重度彎曲根管，一些新型鎳鈦器械還進行了錐度設計的改良。

鎳鈦器械在錐度變化上存在三種形式：單錐度、錐度逐漸減小(從根尖到冠方)、錐度逐漸增大。錐度逐漸減小的器械剛性更強，而錐度逐漸增大的器械柔韌性更佳。PTN系統中，X1和X2在器械末端的錐度是逐漸減小的，而器械尖端的錐度逐漸增大[18]，這樣變錐度設計使PTN在尖端部柔韌性增加，更好維護根尖部形態，而根管頸部切削能力更強。

在錐度大小方面，中等及大錐度的器械有利于切削牙本質，小錐度的器械能更好維持根尖部形態及原始軸心走向。XPS小錐度的設計可以使器械更好適應根管的形態，適用于不規則和極度彎曲根管的預備[6]。Gundappa等[19]在對鎳鈦器械中心定位性的Meta分析中認為錐度大小是影響根尖部偏移的主要因素之一。

2.4 運動模式

中心旋轉運動由20世紀80年代提出，目前仍為市場上大多數機械預備系統所采用。2008年，基于平衡力法的原理，往復運動模式首次由Yared[5]提出，即鎳鈦器械以“逆時針旋轉150°，后順時針旋轉30°”往復運動的方式進行預備。前者切削牙本質，后者有利于器械與牙本質壁脫離接觸，緩解對器械和根管壁的壓力，降低器械分離及根折的發生。自調節銼Self-Adjusting File(ReDent-Nova)在2010年推出后，其垂直震顫的運動模式受到關注，以0.4 mm的幅度，3 000～5 000次/min的頻率進行往復式震顫，從而采用一種研磨的方式順應根管形態進行預備[20]。到了2013年，經旋轉運動改良，出現一種偏軸心或者不對稱的旋轉運動方式，其代表有橫截面為偏心矩形的PTN和核心大小會隨著溫度上升而擴大的XPS。這種運動使器械與根管壁保持兩點接觸，減少對根管壁應力，適應根管不規則的形態，并且有利于碎屑的排出[21]。同年，Twisted File Adaptive(TFA; Axis/SybronEndo)上市，該器械對應的運動模式為自適應模式，是一種將旋轉運動和往復運動相結合而產生的新的運動模式[22]。

近年來，許多文獻系統性地對不同運動模式進行回顧，其預備效果尚存在爭議。Abn等[23]認為對于比較中心旋轉和往復運動兩種運動模式上，樹脂根管實驗顯示中心旋轉偏移更多，而在大部分離體牙實驗中結果則相反，提示與中心旋轉相比，往復運動產生根管偏移更多。一些研究顯示，以TFA為代表的自適應模式，與其他連續旋轉器械相比在根管偏移方面沒有顯著差異[22-25]。而Silva等[26]的研究發現中心旋轉模式的TF較自適應模式的TFA在彎曲部分產生的偏移更少。Pedrinha等[27]認為TFA系統比往復系統在預備成形方面產生更好地效果。Gavini等[28]認為許多文獻顯示中心或往復旋轉器械在預備中仍有一定比例的根管壁未能預備到，而偏軸心旋轉運動因產生與牙本質接觸更平衡的點，有利于充分預備根管壁。Capar等[20]通過文獻的回顧，總結：通過不同角度的增加來改變器械應力點是機械預備一項重要的發展；偏軸心運動的優點在于降低對器械軸向的應力以及便于碎屑排出。同時，由于不同運動模式廠商提出的轉速和角度不同，會對該運動模式的成形能力產生影響，因此仍需大量實驗來作進一步驗證。

2.5 系統組成

鎳鈦系統在組成上可分為多根銼系統和單根銼系統。新型鎳鈦器械中，單根銼系統的出現使得預備的操作變得省時、便捷。單根銼系統由新型鎳鈦器械的運動模式可分為兩種[29]，往復運動的有Reciproc、WO等，而連續旋轉的有 OS、XPS等。Azim等[6]發現單根銼系統XPS較多根銼系統VB預備時間顯著減少。Amario等[30]比較OS、Reciproc和WO三款單根銼均能在取得較好預備成形效果的基礎上，提高了預備成形的效率。

3 新型鎳鈦器械對彎曲根管預備成形效果

彎曲根管預備成形的要點包括維持根管形態和形成連續錐度。彎曲根管的預備成形呈現為一個三維的效果。在縱向上，器械良好的中心定位性有利于維護根管原有的彎曲弧度和根尖部的形態。在橫向上，對牙本質壁達到一定的切削程度，在感染控制的基礎上綜合考慮解剖薄弱區域的保存，減少并發癥的發生。

3.1 中心定位性

根管偏移及軸中心率均是代表器械在根管預備時維持根管原有中心的能力，由Gambill等[31]最先提出，是評價器械成形效果的重要指標[32]。

Cui等[33]篩選30°～40°S形重度彎曲根管分別采用離體牙及3D打印模型，結果顯示在根尖部彎曲處PTN較WO產生偏移更少。Wu等[34]在L形及S形樹脂根管中也得到相似的結果，發現PTN與WO、PTU相比，能更好地維持根尖形態，更少地發生偏移。而在離體牙實驗中，Yuan等[35]的研究結果表明PTN和WO都能較好地維持根管原有輪廓，在根尖區域PTN的偏移更少。由此可見，新型鎳鈦器械如M-wire類器械，預備時中心定位性較傳統鎳鈦器械有了顯著提升。而另一方面，同為M-wire類器械，PTN較WO在根尖部預備效果更好，可能與其錐度相關。PTN X2在根尖部的錐度為0.06，而WO primary為0.08，錐度的減小提升了器械的柔韌性。江波等[36]分析80例彎曲根管的臨床療效，認為采用PTN與Reciproc進行中度彎曲根管的預備時產生偏移相對較小，但對于重度彎曲根管，則建議聯合使用Pathfile以保存根管原有錐度，減少并發癥的發生。

經Huang等[37]實驗比較，在35°樹脂根管中HCM比PTN在距根尖2 mm水平產生偏移更少。Kishore的研究[38]也同樣發現在25°～35°離體牙根管中，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與TF無顯著差異，但較WO，Reciproc偏移更少。Van der Vyver等[40]比較PTN和WOG等的預備成形能力，結果顯示WOG聯合使用ProGlider在偏移和預備期間去除牙本質體積方面表現出較好的根管成形能力。Gagliardi等[41]研究PTG與PTN根管偏移情況無顯著差異，但兩者均較傳統鎳鈦器械PTU預備效果更好。Pacheco-Yanes等[42]發現在40°樹脂根管中，XPS比Reciproc、RB產生偏移更少。

CM wire類器械包括Gold wire，Blue wire到Maxwire，從控制記憶性到溫度記憶性，這些馬氏體鎳鈦器械在室溫下組成上以馬氏體相為主，受力彎曲后不發生回彈。因此相比具有形狀記憶性的奧氏體鎳鈦器械(如M-wire，R-phase鎳鈦器械)，能更好實現器械預彎，使器械適應根管形態，提升中心定位性。

3.2 預備切削程度

根管預備后形成光滑、連續的形態，使作用于根管壁上的外力能均勻分布，從而消除應力集中點。若去除的根管壁牙本質量過多，特別是對于彎曲根管，根管壁變薄后應力集中的范圍擴大，在彎曲拐點處表現更為突出。因此在彎曲根管預備成形的過程中，除了要形成光滑、連續的根管壁，在控制感染的同時，還應注意根管解剖形態特點，把握預備切削的程度。

在預備的過程中，充分地去除根管壁的感染物質及玷污層，有效地控制感染，是根管預備所需要的。目前認為細菌能滲透到牙本質小管的深度為200 μm及以上[43-44]，即需將根管充分、均勻地擴大至少200 μm。而另一方面過度預備導致根管壁過薄，會增加患牙折斷的風險[45]，0.3 mm是較公認的剩余牙本質壁的臨界值[46]。因此，平衡上述兩者十分重要，在最大限度地降低根管未預備部分的同時，控制去除牙本質的量，避免形成牙本質壁薄弱的危險區。

Venino等[47]比較HEDM和PTN的體積變化，HEDM在根管冠1/3和根尖1/3的變化量較少，而根中1/3則相反。Sousa-neto等[48]認為根管體積的變化與生物機械預備去除牙本質的量有關，通常顯示在根管頸和中1/3比根尖1/3體積增加的比例更多，這是由于頸部預備以及器械在頸部區域的錐度更大。盡管頸1/3體積的增加意味著更有利于沖洗液到達根尖1/3，近年來，危險區的概念再次受到關注。此區域常見于下頜磨牙近中根，位于距根分叉1.1～7 mm處[49]，即牙根的頸1/3至中1/3間，由于牙根存在凹陷，該區域的根管壁較薄，預備時若去除牙本質體積較多，易發生帶狀穿孔。Ceyhanli等[50]發現根管頸部的危險區在預備中最易發生偏離，這與此區域對應器械核心直徑相對較大有關。Burklein等[51]研究認為錐度較小的器械(HCM)比錐度較大(WO, Reciproc)的器械能更好維持根管原有彎曲形態。

綜上所述，彎曲根管在臨床上多發，特別對于重度彎曲根管，其預備成形為一大難點。在臨床實際操作中，根據患牙的解剖形態和彎曲情況以及控制根管感染所需預備程度，根管的預備成形應針對性地選擇預備器械，以平衡適當成形、盡量清創、最大保存的基本原則。

隨著新型鎳鈦器械的發展，柔韌性的增加、器械可預彎以及錐度設計改良，使器械能更好地維持彎曲根管形態。CM wire和Maxwire合金器械，在室溫下不回彈，柔韌性強可根據彎曲弧度進行預彎，適合于重度彎曲根管的預備。然而，馬氏體鎳鈦器械在柔韌性提升的同時，也一定程度上影響了器械的切割效率。因此對于預備寬度有一定要求的感染根管和輕、中度彎曲可以考慮使用M-wire和R-phase合金器械。在未來的研究中，對不同程度的彎曲根管成形效果的比較以及新型鎳鈦器械對彎曲根管預備成形的遠期臨床效果的研究仍是我們值得深入探索的方向。

表1 新型鎳鈦器械類型概覽