Charakterisierung des dateispezifischen wärmebehandelten ProTaper Ultimate Rotationssystems

Zusammenfassung

Ziel: Vergleich des Designs, der Metallurgie und der mechanischen Leistung des ProTaper (PT) Ultimate Systems mit Instrumenten ähnlicher Dimensionen aus den ProGlider-, PT Gold- und PT Universal-Systemen.

Methodik: Neue PT Ultimate Instrumente (n = 248) wurden mit Instrumenten ähnlicher Dimensionen aus ProGlider (n = 31), PT Gold (n = 155) und PT Universal (n = 155) Systemen hinsichtlich ihrer Anzahl an Spiralen, helikalen Winkeln, Klingen-Symmetrie, Spitzengeometrie, Oberflächenbearbeitung, Nickel/Titan-Verhältnis, Phasenübergangstemperaturen und mechanischer Leistung verglichen. Eine einseitige ANOVA und nichtparametrische Mood's Median-Tests wurden für den statistischen Vergleich verwendet (α = 5%).

Ergebnisse: Alle Instrumente hatten symmetrische Klingen ohne radiale Flächen oder flache Seiten, ähnliche Oberflächenbearbeitung und ein nahezu äquiatomisches Nickel/Titan-Verhältnis, während die Anzahl der Spiralen, die helikalen Winkel und die Spitzengeometrie unterschiedlich waren. PT Ultimate Instrumente zeigten 3 unterschiedliche Wärmebehandlungen, die mit der Farbe ihres Metalldrahts übereinstimmten. Slider- und ProGlider-Instrumente hatten ähnliche R-Phasen-Start (Rs) und R-Phasen-Ende (Rf) Temperaturen. SX, F1, F2, F3 und Shaper Instrumente zeigten äquivalente Wärmebehandlungen (Rs ~45,6°C und Rf ~28,3°C), die ihren PT Gold-Pendants (Rs ~47,9°C und Rf ~28,2°C) ähnlich waren, aber völlig unterschiedlich zu den PT Universal-Instrumenten (Rs ~16,2°C und Rf ~−18,2°C). Unter den PT Ultimate Instrumenten wurden die niedrigsten maximalen Drehmomente bei den SX (0,44 N cm), Slider (0,45 N cm) und Shaper (0,60 N cm) Instrumenten beobachtet, während das höchste im FXL (4,90 N cm) festgestellt wurde. PT Ultimate Slider und ProGlider hatten ähnliche Torsionskräfte (~0,40 N cm) und Biegekräfte (~145,0 gf) (p = 1.000), während die anderen PT Ultimate Instrumente statistisch signifikant niedrigere maximale Drehmomente, höhere Drehwinkel und niedrigere Biegekräfte (höhere Flexibilität) im Vergleich zu ihren Pendants der PT Universal- und PT Gold-Systeme zeigten.

Fazit: Das PT Ultimate-System umfasst Instrumente mit 3 unterschiedlichen Wärmebehandlungen, die ähnliche Phasenübergangstemperaturen wie ihre wärmebehandelten Analogien aufwiesen. PT Ultimate-Instrumente zeigten eine geringere Torsionsfestigkeit und eine überlegene Flexibilität im Vergleich zu ihren Gegenstücken, während das maximale Drehmoment, der Drehwinkel und die Biegekräfte mit ihren Größen progressiv zunahmen.

Einleitung

Nickel-Titan (NiTi)-Instrumente werden häufig zur mechanischen Erweiterung des Wurzelkanalsystems eingesetzt. Im Laufe der Jahre wurden in diesen Instrumenten sukzessive Verbesserungen eingeführt, einschließlich verschiedener Wärmebehandlungen, die während des Herstellungsprozesses angewendet werden (Rubio et al., 2022; Zupanc et al., 2018). Diese Änderungen können zu unterschiedlichen kristallographischen Anordnungen der NiTi-Legierung bei bestimmten Temperaturen führen, was letztendlich das mechanische Verhalten dieser Instrumente beeinflusst (Martins et al., 2022).

Einige Beispiele für wärmebehandelte Legierungen sind der M-Draht (Dentsply Tulsa Dental), der eine Wärmebehandlung vor der Legierungsproduktion beinhaltet, und die Gold- und Blau-warmebehandelten Drähte (Dentsply Tulsa Dental), die eine Nachbearbeitungswärmebehandlung erhalten (Zupanc et al., 2018). Laut Gao et al. (2012) werden unterschiedliche mechanische Verhaltensweisen erwartet, wenn Instrumente ähnlicher Dimensionen aus austenitischem NiTi, M-Draht oder Blau-warmebehandelten Legierungen betrachtet werden. In solchen Fällen neigen M-Draht-Instrumente dazu, höhere maximale Drehmomente zu haben, während Blau-warmebehandelte Drähte eine geringere Biegefestigkeit (hohe Flexibilität) und eine höhere zyklische Ermüdungsfestigkeit sowie einen höheren Drehgrad unter Torsionsstress aufweisen (De-Deus et al., 2017; Duke et al., 2015). Ebenso weisen Gold-warmebehandelte Instrumente in der Regel eine überlegene zyklische Ermüdungsfestigkeit und Flexibilität auf, jedoch eine geringere Torsionsfestigkeit im Vergleich zu herkömmlichen (austenitischen) NiTi-Legierungsinstrumenten ähnlicher Dimensionen (Elnaghy & Elsaka, 2016; Plotino et al., 2017). Diese Verbesserungen können in einem klinischen Umfeld als relevant angesehen werden, da sie die Lebensdauer der Instrumente verlängern und gleichzeitig den ursprünglichen Verlauf des Hauptwurzelkanals erhalten können (Zupanc et al., 2018). Darüber hinaus gibt die Entwicklung von Instrumenten mit unterschiedlichen Eigenschaften den Klinikern die Möglichkeit, das am besten geeignete für eine spezifische Wurzel- oder Kanalmorphologie auszuwählen.

Rotary NiTi-Instrumente aus der ProTaper (PT)-Familie sind wahrscheinlich die bekanntesten und langlebigsten verfügbaren Systeme auf dem Markt. Im Jahr 2001, als die erste Generation dieses Systems eingeführt wurde, bestanden die Instrumente aus einer konventionellen NiTi-Legierung mit einem innovativen Design, das mehrere ansteigende oder abfallende Prozentsätze von Taper auf einer einzigen Datei nutzte (Ruddle, 2005). Dieses System umfasste ursprünglich 3 Formungsinstrumente (SX [19/.04v], S1 [18/.02v] und S2 [20/.04v]) und 3 Fertigungsinstrumente (F1 [20/.07v], F2 [25/.08v] und F3 [30/.09v]) mit scharfen Schneidkanten und ohne radiale Flächen. Später wurden 2 größere Fertigungsinstrumente (F4 [40/.06v] und F5 [50/.05v]) zu diesem Set hinzugefügt und das System änderte seinen Namen in PT Universal (Dentsply Maillefer). Die nächste Generation wurde 2013 eingeführt, die PT Next (Dentsply Sirona Endodontics), und umfasste 5 Instrumente (Größen 17/.04v, 25/.06v, 30/.07v, 40/.06v und 50/.06v), die aus M-Draht hergestellt wurden und ein versetztes Design hatten, um die Flexibilität zu verbessern und das Engagement zwischen dem Instrument und dem Dentin zu minimieren (Ruddle et al., 2013). Durch die Nutzung technologischer Fortschritte in der Metallurgie entwickelte sich das PT Universal-System 2014 zu PT Gold (Dentsply Sirona Endodontics), einem System, bei dem die Instrumente die gleichen Geometrien aufweisen, aber die Legierung thermomechanisch behandelt wird (Gold Wire), was zu einer verbesserten Flexibilität und Widerstandsfähigkeit gegen zyklische Ermüdung führt (Elnaghy & Elsaka, 2016). Im selben Jahr wurde auch der ProGlider (16/.02v) (Dentsply Sirona Endodontics), ein Hilfsrotationsinstrument, das die M-Wire-Technologie nutzt, zur mechanischen Glidepath-Vorbereitung eingeführt (Ruddle et al., 2014).

Das neuartige PT Ultimate Rotationssystem (Dentsply Sirona Endodontics) ist die neueste Generation der PT-Familie und gehört zu den ersten Systemen, die von spezifischen kristallographischen Anordnungen profitieren, die durch spezielle Wärmebehandlungstechnologie induziert werden, um ein Set von Instrumenten mit unterschiedlichen mechanischen Eigenschaften zu produzieren, das darauf abzielt, ein Gleichgewicht zwischen Flexibilität und Festigkeit zu gewährleisten. Laut dem Hersteller werden die 8 Instrumente, die dieses System ausmachen (Slider [16/.02v], SX [20/.03v], Shaper [20/.04v], F1 [20/.07v], F2 [25/.08v], F3 [30/.09v], FX [35/.12v] und FXL [50/.10v]), aus 3 verschiedenen wärmebehandelten Legierungen hergestellt: M-Draht (Slider), Gold-Draht (SX, Shaper, F1, F2, F3) und blau wärmebehandelter Draht (FX und FXL) (Dentsply Sirona, 2022). Angesichts des Mangels an Wissen über dieses System wurde ein multimethodischer Forschungsansatz durchgeführt, um das Design, die metallurgischen Eigenschaften und die mechanische Leistung des PT Ultimate Systems mit Instrumenten ähnlicher Größen aus den Systemen ProGlider, PT Gold und PT Universal zu vergleichen. Die zu testende Nullhypothese war, dass es keinen Unterschied im mechanischen Verhalten zwischen diesen verschiedenen Instrumenten geben würde.

Material und Methoden

Auswahl der Proben

Insgesamt wurden 248 neu zufällig ausgewählte NiTi-Rotationsinstrumente aus dem neuartigen PT Ultimate (31 Instrumente jeder Größe – Slider, SX, Shaper, F1, F2, F3, FX, FXL – verteilt auf Design-, metallurgische und mechanische Bewertungen) hinsichtlich ihres Designs, ihrer metallurgischen Eigenschaften und ihres mechanischen Verhaltens mit ähnlichen Instrumenten der Systeme ProGlider (n = 31), PT Gold (n = 155; 31 Instrumente jeder Größe – SX, S2, F1, F2, F3) und PT Universal (n = 155; 31 Instrumente jeder Größe – SX, S2, F1, F2, F3) verglichen, nachdem sie zuvor auf größere Deformationen (wie Entwindung oder größere Klingenunterbrechungen) überprüft wurden, die sie von der Studie ausschließen würden. Alle Instrumente waren 25 mm lang, mit Ausnahme des SX (19 mm). Unter dem Operationsmikroskop (×13.6) (OPMI Pico; Carl Zeiss Surgical) wurde bei keinem Instrument eine größere Deformation beobachtet, weshalb keines von ihnen ausgeschlossen wurde.

Design

Die mikroskopische Bewertung des Designs wurde bei einer Vergrößerung von ×13.6 (OPMI Pico) an 6 Instrumenten jeder Größe aus allen getesteten Systemen durchgeführt, bei denen die Anzahl der Klingen und die mittleren Helixwinkel der 6 am weitesten kranialen Spiralen bestimmt wurden (Image J v1.50e; Labor für Optische und Computergestützte Instrumentation). Diese gleichen Instrumente wurden zusätzlich durch Rasterelektronenmikroskopie (REM) (Hitachi S-2400; Hitachi) bewertet, um die Symmetrie der Klingen, das Vorhandensein von radialen Flächen oder flachen Seiten (×20) sowie das Design und den Typ (aktiv oder nicht aktiv) der Spitzen (×40) zu untersuchen. Die Oberflächenbearbeitung wurde ebenfalls bewertet (×150) hinsichtlich des Vorhandenseins von Mikrodeformationen, wie Metallüberrollungen oder Spiralunterbrechungen.

Metallurgie

Die energiedispersive Röntgenspektroskopie (EDS) wurde an 3 Instrumenten jedes getesteten Systems auf einem konventionellen SEM-Gerät (DSM-962 Carl Zeiss Microscopy GmbH) durchgeführt, das mit einem Inca X-act EDS-Detektor (Oxford Instruments NanoAnalysis) ausgestattet ist und auf 20 kV und 3,1 Ampere eingestellt war. Das anfängliche Vakuum wurde 10 Minuten lang erzeugt, und die Datenerfassung erfolgte in einem Bereich von 500 × 400 μm für 1 Minute bei einem Arbeitsabstand von 25 mm. Die Analysen verwendeten die ZAF-Korrektur, und die Anteile der Metallelemente wurden in einer speziellen Software (Microanalysis Suite v.4.14 Software; Oxford Instruments NanoAnalysis) ermittelt. Differentialscanningkalorimetrie (DSC)-Tests (DSC 204 F1 Phoenix; NETZSCH-Gerätebau GmbH) wurden ebenfalls durchgeführt, um die Phasenübergangstemperaturen (ASTM F2004-17, 2004) zu bestimmen, wobei 2 Instrumente jeder Größe aus allen getesteten Systemen verwendet wurden. Ein Fragment von 4–5 mm Länge (Gewicht 5–10 mg) wurde von der aktiven Klinge jedes Instruments entnommen und in ein Ätzbad (45% Salpetersäure, 25% Flusssäure und 30% destilliertes Wasser) für 2 Minuten eingelegt. Danach wurde die Säurelösung mit destilliertem Wasser neutralisiert und jedes Präparat wurde auf einer Aluminiumwanne im DSC-Gerät montiert, wobei eine leere Wanne als Kontrolle diente. Jeder einzelne thermische Zyklus hatte eine Dauer von 1 Stunde und 40 Minuten und lief unter Schutzgasstickstoff (N2). Die Zyklustemperaturen reichten von −150 °C bis 150 °C mit einem Tempo von 10 °C pro Minute. Die DSC-Ergebnisse und -Diagramme wurden mit der NETZSCH Proteus Thermal Analysis Software (NETZSCH-Gerätebau GmbH) erstellt. Ein zweiter Test wurde durchgeführt, um die Ergebnisse des ersten Tests zu bestätigen.

Mechanische Tests

Das mechanische Verhalten der Instrumente wurde durch Tests ihrer Torsions- und Biegefestigkeiten gemäß internationalen Spezifikationen (ANSI/ADA Spezifikation Nr. 28, 2002; ISO 3630-3631, 2008) bewertet. Die Berechnungen der Stichprobengröße für die mechanischen Tests wurden unter Berücksichtigung der größten Unterschiede in den Ergebnissen, die von 2 der bewerteten Instrumente des PT Ultimate-Systems nach 6 anfänglichen Messungen erzielt wurden, durchgeführt. Bei einem Alpha-Fehler von 0,05 und einer Power von 80% wurden die bestimmten Stichprobengrößen für das maximale Drehmoment (Effektgröße: 4,45 ± 2,38; Slider vs. FXL), den Drehwinkel (Effektgröße: 279,88 ± 162,04; Shaper vs. FXL) und die maximale Biebelastung (Effektgröße: 245,42 ± 129,27; Shaper vs. FX) auf 6, 7 und 6 Instrumente festgelegt. Die endgültige Stichprobengröße für jeden Test wurde auf 10 Instrumente für alle Gruppen festgelegt.

Im Torsionstest wurden die Instrumente in einer geraden Position auf einem Torsiometer (TT100; Odeme Dental Research) montiert und an ihren apikalen 3 mm fixiert. Dann wurden sie mit einer konstanten Geschwindigkeit von 2 U/min im Uhrzeigersinn gedreht, bis sie brachen. Das maximale Drehmoment, das vor dem Bruch gehalten wurde (in N cm), und der Drehwinkel (in Grad) wurden mit einer speziellen Software (Odeme Analysis TT100, Odeme Dental Research) bewertet. Im Biegetest wurden die Instrumente im Datei-Halter montiert und in einem Winkel von 45° zur Bodenfläche positioniert, während ihre apikalen 3 mm an einem Draht befestigt waren, der mit einer universellen Prüfmaschine (DL-200 MF; EMIC) verbunden war. Der Test wurde mit einer 20 N-Belastung durchgeführt, die mit einer konstanten Geschwindigkeit von 15 mm/min aufgebracht wurde, bis das Instrument eine Verschiebung von 45° erreichte. Die maximale Last, die erforderlich war, um diese Verschiebung zu verursachen, wurde in Gramm/Kraft (gf) mit der Software Tesc v3.04 (Mattest Automação e Informática) aufgezeichnet.

Statistische Analyse und Berichterstattung

Die Normalverteilung der Daten wurde mit dem Shapiro-Wilk-Test bewertet und als Mittelwert (Standardabweichung) oder Median (Interquartilsbereich) je nach Verteilung dargestellt. Einweg-ANOVA-Post-hoc-Tukey-Tests wurden verwendet, um Unterschiede in den mittleren helikalen Winkeln zu bewerten, während der nichtparametrische Mood'sche Median-Test eingesetzt wurde, um das maximale Drehmoment, den Drehwinkel und die maximale Biegebelastung zwischen den Instrumenten zu vergleichen (SPSS v22.0 für Windows; SPSS Inc.). Das Signifikanzniveau wurde auf 5 % festgelegt. Das vorliegende Manuskript wurde gemäß den Richtlinien für bevorzugte Berichterstattung von Elementen für Laborstudien in der Endodontologie (PRILE) 2021 verfasst (Abbildung 1) (Nagendrababu et al., 2021).

Ergebnisse

Design

Tabelle 1 fasst die Analysen des Designs zusammen, während Abbildung 2 die SEM-Bilder der bewerteten Instrumente zeigt. Alle getesteten Dateien hatten symmetrische Klingen ohne radiale Flächen oder flache Seiten.

Der PT Ultimate Slider war in Bezug auf die Spitzengröße, Oberflächenbearbeitung und den helikalen Winkel dem ProGlider ähnlich, hatte jedoch einen kürzeren aktiven Bereich mit einer geringeren Anzahl von Klingen und einem Parallelogramm-Querschnitt, während der ProGlider einen quadratischen horizontalen Querschnitt hatte. Die Anzahl der Klingen des PT Ultimate Shaper und der Finisher (F1, F2 und F3) nahm (von 18 auf 12) ab, als der Durchmesser zunahm, und war höher als bei ihren Gegenstücken, deren Spiralen ebenfalls von 11 (S2) auf 9 (F3) abnahmen. Insgesamt waren die helikalen Winkel unter den Instrumenten ähnlich, jedoch zeigten PT Ultimate F1 und F2 signifikant niedrigere Winkel als ihre entsprechenden PT Universal und PT Gold Instrumente (Tabelle 1). PT Ultimate Shaper und Finisher hatten einen dezentralen Parallelogramm-Querschnitt, während alle analogen Instrumente eine konvexe dreieckige Querschnittsform hatten, mit Ausnahme der F3-Instrumente, die einen konkaven dreieckigen Querschnitt hatten. PT Ultimate FX und FXL hatten die geringste Anzahl von Klingen und helikalen Winkeln unter den getesteten Systemen, aber ähnliche Querschnitte wie die anderen PT Ultimate Instrumente. Die Spitzen des PT Ultimate Shaper und der Finisher waren ähnlich, aber unterschiedlich zu den Slider, FX und FXL, während in den anderen Systemen die Geometrie der Spitzen sich voneinander unterschied. Keine der Spitzen konnte eindeutig als aktiv identifiziert werden.

Visuelle und mikroskopische Analysen aller Instrumente zeigten keine größeren Deformationen oder Defekte. Im Allgemeinen war die Oberflächenbearbeitung ähnlich mit parallel verlaufenden Markierungen in allen Instrumenten und nur sehr wenigen Mikrodeformationen.

Metallurgie

Energiestreuung-Röntgenspektroskopie-Tests zeigten ein nahezu äquiatomisches Verhältnis von Nickel/Titan-Elementen in allen Instrumenten ohne andere Metall-Elemente. DSC-Analysen der 8 Instrumente des PT Ultimate-Systems offenbarten 3 unterschiedliche Wärmebehandlungen, die mit der Farbe ihrer Metalllegierung übereinstimmten (Abbildung 3). Die Slider- und ProGlider-Instrumente hatten ähnliche R-Phasen-Start (Rs) und R-Phasen-Finish (Rf) Temperaturen. SX, F1, F2, F3 und Shaper-Instrumente zeigten äquivalente Wärmebehandlungen (Rs ~45,6°C und Rf ~28,3°C), die ihren PT Gold-Pendants ähnlich waren (Rs ~47,9°C und Rf ~28,2°C), aber völlig unterschiedlich zu den PT Universal-Instrumenten (Rs ~16,2°C und Rf ~−18,2°C). PT Ultimate FX und FXL Instrumente zeigten ähnliche DSC-Kurven mit Phasenübergangstemperaturen von 29,4°C (Rs) und 19,8°C (Rf) beim Abkühlen sowie 7,7°C (austenitischer Start [As]) und 36,4°C (austenitisches Finish [Af]) beim Erwärmen (Tabelle 2, Abbildung 3).

Mechanische Tests

Unter den PT Ultimate Instrumenten wurden die niedrigsten maximalen Drehmomente bei den SX (0,44 N cm), Slider (0,45 N cm) und Shaper (0,60 N cm) Instrumenten beobachtet, während das höchste beim FXL (4,90 N cm) festgestellt wurde (Tabelle 1). Die niedrigsten und höchsten Drehwinkel wurden bei den Shaper (418°) und FXL (712°) Instrumenten beobachtet. Obwohl der Biegetest eine allgemeine Tendenz der Instrumente zeigte, weniger flexibel zu werden, je größer sie waren, zeigte das größte Instrument dieses Systems (FXL) eine maximalen Last, die signifikant niedriger (294,4 gf) war als die des FX Instruments (410,9 gf), welches das am wenigsten flexible unter den 25-mm Instrumenten war (Tabelle 1, Abbildung 4). PT Ultimate Slider und ProGlider hatten ähnliche torsionale (p = 1,000) und Biebelastung (p = 1,000) Ergebnisse, während im Allgemeinen die anderen PT Ultimate Instrumente statistisch signifikant niedrigere maximale Drehmomente, höhere Drehwinkel und niedrigere Biebelastungen (höhere Flexibilität) als ihre Pendants der PT Universal und PT Gold Systeme zeigten (Tabelle 1, Abbildung 4).

Diskussion 

Die mechanische Leistung der getesteten Instrumente kann teilweise durch die beobachteten Unterschiede in ihrer Geometrie erklärt werden, hauptsächlich weil Änderungen im Design des neuen PT Ultimate-Systems einen direkten Vergleich mit den alten Versionen der ProTaper-Instrumente nicht zulassen, was die Bedeutung einer multimethodischen Analyse zur richtigen Verständnis ihres mechanischen Verhaltens hervorhebt. Die vorliegenden Ergebnisse zeigten, dass PT Ultimate Shaper und Finisher (F1, F2 und F3) eine geringere Torsionsfestigkeit und eine überlegene Flexibilität (höherer Drehwinkel und geringere Biebelastung) im Vergleich zu ihren Gegenstücken aufwiesen (Tabelle 1, Abbildung 4) und die Nullhypothese abgelehnt wurde. Angesichts der Ähnlichkeiten der getesteten Instrumente in Bezug auf das Nickel/Titan-Verhältnis und die Oberflächenbearbeitung können die Ergebnisse dieser PT Ultimate-Instrumente hauptsächlich nicht nur durch ihre unterschiedlichen Designs erklärt werden, wie die hohe Anzahl an Spiralen (McSpadden, 2007) (Tabelle 1) und den off-center Parallelogramm-Querschnitt (Martins et al., 2020) (Abbildung 2), sondern auch durch ihre kristallographische Anordnung im Vergleich zum voll austenitischen PT Universal, da die Legierung des PT Gold-Systems eine ähnliche Wärmebehandlung hat (Abbildung 3, Tabelle 2). Im Vergleich zu den anderen getesteten Instrumenten könnte die reduzierte Flexibilität der SX-Instrumente (Tabelle 1, Abbildung 4) mit ihren kürzeren Längen (19 mm) zusammenhängen, was zu einem exponentiellen Anstieg der Spannung führte, die erforderlich ist, um die Kraft während des standardisierten Biegetests anzuwenden.

NiTi-Legierungen können drei unterschiedliche mikrostrukturelle Phasen aufweisen, die als Austenit, R-Phase und Martensit bezeichnet werden und die mechanischen Eigenschaften von endodontischen Instrumenten direkt beeinflussen können (Elnaghy & Elsaka, 2016; Plotino et al., 2017; Zupanc et al., 2018). Die austenitische Phase der NiTi-Legierung ist relativ steif, hart und hat eine begrenzte Flexibilität. Wenn Stress auf dieses Instrument angewendet wird, kann eine Transformation von der austenitischen zur martensitischen kristallographischen Anordnung in einem Prozess auftreten, der als stressinduzierte martensitische Transformation bezeichnet wird. Diese atomare Umorganisation führt zu einem Merkmal, das als Superelastizität bekannt ist, gekennzeichnet durch eine Formumstellung, die das Instrument in seine ursprüngliche Form zurückspringen lassen kann, ohne dass eine definitive Deformation auftritt, wenn der induzierte Stress gestoppt oder reduziert wird (Shen et al., 2011), was bedeutet, dass sein niedrigerer Elastizitätsmodul im Vergleich zu Instrumenten aus rostfreiem Stahl eine überlegene Flexibilität bietet (Zupanc et al., 2018). Die austenitische Form und ihre Merkmale der Superelastizität kennzeichnen die konventionelle NiTi-Legierung, die in Systemen wie dem ProTaper Universal verwendet wurde, das in dieser Studie getestet wurde.

Die kristallographische Anordnung der NiTi-Legierung, die in einem höheren Temperaturbereich beobachtet wird, wird als austenitische Phase definiert und ist durch ein B2-Gitter (kubische Symmetrie) gekennzeichnet. Wenn die Temperatur der Legierung unter den Transformationsbereich sinkt, erfolgt die martensitische Transformation von der austenitischen Phase zur martensitischen. Diese martensitische Phase zeigt ein monoklines Gitter (B19'-Typ), das durch Erhitzen der Legierung über den Transformationsbereich wieder in das B2-Gitter umgewandelt werden kann (Thompson, 2000). Dieses Phänomen, bei dem sich die physikalischen Eigenschaften ändern, sodass eine deformierte NiTi-Legierung ihre ursprüngliche Form beim Erhitzen zurückgewinnt, ist als Formgedächtnis bekannt (Zupanc et al., 2018). Unternehmen nutzen diese Eigenschaft, um martensitische Instrumente herzustellen, die während ihrer Herstellung wärmebehandelt werden, um ihre Phasentransformationstemperaturen zu erhöhen. Infolgedessen sind diese Instrumente weicher, duktiler und weisen eine überlegene Flexibilität, zyklische Ermüdungsbeständigkeit und eine geringere Festigkeit gegenüber Torsionsbelastungen auf als Instrumente mit austenitischen kristallographischen Anordnungen. Verschiedene Bezeichnungen wurden diesen wärmebehandelten NiTi-Legierungen gegeben, wie M-Draht, CM-Draht, Gold-Draht, Blau-Draht oder MaxWire (Zupanc et al., 2018). Ungeachtet der Tatsache, dass sie alle ähnliche martensitische Eigenschaften teilen, haben sie unterschiedliche kristallographische Anordnungen bei Betriebstemperatur und folglich unterschiedliche mechanische Verhaltensweisen (Zupanc et al., 2018), wie die vorliegenden Ergebnisse zeigen (Tabelle 1, Abbildungen 3 und 4). Eine andere Art der martensitischen Transformation, die zwischen voll austenitischen und voll martensitischen Formen auftritt, ist die R-Phasen-Transformation, die ebenfalls als martensitische Form betrachtet werden kann (Kuhn & Jordan, 2002). Sie besteht aus einer rhomboedrischen atomaren Anordnung mit thermoelastischen martensitischen Eigenschaften und kann ähnlich wie die martensitische Phase durch Stress oder Temperatur induziert werden. Viele Hersteller haben diese R-Phasen-Transformation genutzt, um Instrumente mit gewisser Duktilität, aber verbesserter Flexibilität und zyklischer Ermüdungsfestigkeit im Vergleich zu herkömmlichen NiTi-Instrumenten herzustellen (Zhou et al., 2013; Zupanc et al., 2018).

Eine der Innovationen des PT Ultimate Systems war die dateispezifische Wärmebehandlung basierend auf den Abmessungen der Instrumente mit M-Draht (Slider), Gold (SX, Shaper und Finishers F1, F2 und F3) und Blau (Hilfs-Finishers FX und FXL) wärmebehandelten Drähten, das heißt, Instrumente, die 3 unterschiedliche kristallographische Anordnungen ihrer Metalllegierungen (gemischte austenitische, R-Phase und martensitische Formen, abhängig von der Temperatur des Instruments) im selben System aufweisen, ein Merkmal, das in dieser Studie bestätigt wurde (Abbildung 3). Die Idee hinter diesem Ansatz ist es, die unterschiedlichen kristallographischen Phasen der NiTi-Legierung zu nutzen, um Instrumente mit verbesserten Eigenschaften entsprechend ihren Einsatzanforderungen zu schaffen. Die Slider- und ProGlider-Instrumente zeigten äquivalente DSC-Kurven, die mit M-Draht-Instrumenten übereinstimmten (Martins et al., 2021a; Martins et al., 2021b), aber sich von den anderen Instrumenten des PT Ultimate Systems unterschieden (Tabelle 2, Abbildung 3). Der Slider hat eine austenitische plus R-Phase kristallographische Anordnung sowohl bei Raum- als auch bei Körpertemperatur und daher können geringfügige Änderungen in seinem mechanischen Verhalten in diesem Betriebstemperaturbereich erwartet werden. Die Shaper und Finishers (F1, F2 und F3) des PT Ultimate Systems scheinen bei Raumtemperatur nach der Herstellung eine martensitische kristallographische Anordnung aufzuweisen und neigen dazu, gemischte austenitische plus R-Phase Eigenschaften zu erwerben, wenn sie die Körpertemperatur erreichen, was bedeutet, dass bei höheren Temperaturen die Instrumente einige Eigenschaften der austenitischen Legierung entwickeln können. Diese Instrumente zeigen eine R-Phasen-Transformation beim Abkühlen (zwischen 44,3°C [Rs] und 28,3°C [Rf]) mit einem Übergang zu B19' bei sehr niedrigen Temperaturen (unter −50°C), jedoch mit einer DSC-Doppelkurve von B19' zu R-Phase zu B2 beim Erwärmen in einem proximaleren Temperaturbereich (zwischen 9,4°C und 50,1°C) (Abbildung 3). Diese Transformations Temperaturen waren ähnlich wie die ihrer analogen PT Gold Instrumente, aber unterschiedlich von den PT Universal Instrumenten (Tabelle 2, Abbildung 3) und folgten früheren Berichten über Tests mit Gold-Draht-Instrumenten (Martins et al., 2021b).

Die Hilfsinstrumente FX und FXL des PT Ultimate-Systems zeigten DSC-Kurven und Phasentransformationstemperaturen zwischen 29,4 °C (Rs) und 19,8 °C (Rf) beim Abkühlen sowie 7,7 °C (As) und 36,4 °C (Af) beim Erhitzen (Tabelle 2), was mit früheren Studien zu blauen wärmebehandelten Drahtinstrumenten übereinstimmt (Martins et al., 2021b). Diese 2 Instrumente weisen bei Raumtemperatur eine martensitische kristallographische Anordnung auf, die dazu neigt, sich bei Körpertemperatur in eine austenitische Form zu ändern. Daher wird erwartet, dass die Einbeziehung weiterer austenitischer Eigenschaften in diese Instrumente erfolgt, wenn ihre Temperatur während der Wurzelkanalaufbereitung ansteigt, was ihre Flexibilität (Oh et al., 2020) und ihre Fähigkeit, ein hohes maximales Drehmoment zu halten (Silva et al., 2018), verringert. Diese Ergebnisse werfen jedoch Zweifel an der Entscheidung des Herstellers auf, den blauen wärmebehandelten Draht in den FX- und FXL-Hilfsinstrumenten zu verwenden. Ein mögliches Argument wäre die Absicht, ihre Austenitphase zu erhöhen und damit ihre Widerstandsfähigkeit gegen Torsionskräfte zu verbessern. Aber das macht keinen Sinn, da beide Instrumente nur in anatomisch geraden und großen Kanälen empfohlen werden, die zuvor von anderen Instrumenten erweitert wurden (Ruddle, 2022), einem Zustand, in dem sie nur einer geringen Torsionsbelastung ausgesetzt sind. Daher fehlt eine angemessene Erklärung des Herstellers bezüglich des Vorteils der Verwendung des blauen wärmebehandelten Drahts in diesen Hilfsinstrumenten. Da die PT Gold- und PT Universal-Systeme keine Instrumente mit ähnlichen Abmessungen wie FX und FXL haben, konnten keine Vergleiche mit anderen Instrumenten angestellt werden.

Die Hauptbeschränkungen dieser Studie umfassen die Nichtbewertung von Parametern wie zyklischer Ermüdungsfestigkeit, Schneideeffizienz und Formungsfähigkeit, die in zukünftige Studien einbezogen werden sollten. Außerdem war es auch nicht möglich, den tatsächlichen Einfluss der verschiedenen Querschnitte auf die mechanischen Eigenschaften der getesteten Instrumente zu bestimmen. Auf der anderen Seite bestand die größte Stärke darin, wesentliche Informationen über das Design, die Metallurgie und das mechanische Verhalten des kürzlich eingeführten PT Ultimate bereitzustellen, eines Systems, das Instrumente mit spezifischen Wärmebehandlungen und unterschiedlichen kristallographischen Anordnungen ihrer Metalllegierungen umfasst, durch eine multimethodische Forschung unter Verwendung gut etablierter internationaler Richtlinien (ANSI/ADA-Spezifikation Nr. 28, 2002; ASTM F2004-17, 2004; ISO 3630-3631, 2008). Dieser methodische Ansatz ermöglicht ein umfassenderes Verständnis der Ergebnisse, da er die inhärenten Einschränkungen jedes Tests überwindet. Angesichts der Tatsache, dass das neuartige PT Ultimate-System eine geringere Torsionsfestigkeit und höhere Flexibilität als seine Pendants aufwies, könnten Kliniker von diesem System in klinischen Fällen profitieren, die diese Eigenschaften erfordern, wie z. B. gekrümmte und nicht verengte Wurzelkanäle, anstelle von PT Universal oder PT Gold; jedoch sind, angesichts des Mangels an Informationen über dieses kürzlich eingeführte System, weitere Studien erforderlich, um klinische Empfehlungen zu leiten.

Schlussfolgerungen

Das neuartige PT Ultimate-System umfasst Instrumente mit drei unterschiedlichen Wärmebehandlungen, die ein unterschiedliches Design, aber eine ähnliche Oberflächenbearbeitung, Nickel/Titan-Verhältnisse und Phasenübergangstemperaturen im Vergleich zu ihren wärmebehandelten Analogien aufwiesen. Während Slider und ProGlider ein ähnliches mechanisches Verhalten zeigten, wiesen die anderen PT Ultimate-Instrumente eine geringere Torsionsfestigkeit und eine überlegene Flexibilität im Vergleich zu ihren Gegenstücken auf, während das maximale Drehmoment, der Drehwinkel und die Biegekräfte mit ihren Größen progressiv zunahmen.

Autoren: Jorge N. R. Martins, Emmanuel João Nogueira Leal Silva, Duarte Marques, Natasha Ajuz, Mário Rito Pereira, Rui Pereira da Costa, Francisco Manuel Braz Fernandes, Marco Aurélio Versiani

Referenzen:

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3. De-Deus, G., Silva, E.J., Vieira, V.T., Belladonna, F.G., Elias, C.N., Plotino, G. et al. (2017) Blaue thermomechanische Behandlung optimiert die Ermüdungsbeständigkeit und Flexibilität der Reciproc-Dateien. Journal of Endodontics, 43, 462–466.
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5. Duke, F., Shen, Y., Zhou, H., Ruse, N.D., Wang, Z.J., Hieawy, A. et al. (2015) Zyklische Ermüdung von ProFile Vortex und Vortex Blue Nickel-Titan-Dateien in einfachen und doppelten Krümmungen. Journal of Endodontics, 41, 1686–1690.
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