Mechanische Tests, metallurgische Charakterisierung und Formungsfähigkeit von Nickel-Titan-Drehinstrumenten: Eine multimethodische Forschung

Zusammenfassung

Einleitung: Diese Studie hatte zum Ziel, die mechanischen und metallurgischen Eigenschaften sowie die Formungsfähigkeit verschiedener rotierender Systeme mithilfe eines multimethodischen Ansatzes zu vergleichen.

Methoden: Neue NeoNiti A1 (Neolix SAS, Châtres-La-Forêt, Frankreich), HyFlex EDM One File (Coltène/ Whaledent, Altstätten, Schweiz), ProTaper Gold F2 (Dentsply Maillefer, Ballaigues, Schweiz) und ProTaper Universal F2 (Dentsply Maillefer) rotierende Instrumente wurden hinsichtlich zyklischer Ermüdung, Torsionswiderstand, Design und morphologischen Eigenschaften getestet, wobei Rasterelektronenmikroskopie, Metalllegierungscharakterisierung mittels Differenzkalorimetrie und energiedispersive Röntgenspektroskopie eingesetzt wurden. Darüber hinaus wurde ihre Formungsfähigkeit bei der Präparation von 48 Kanälen von oberen Molaren mithilfe der Mikro-Computertomographie-Technologie bewertet. Mechanische und metallurgische Analysen wurden unter Verwendung von Varianzanalyse mit post hoc Tukey-Tests verglichen, während der unabhängige Student t Test verwendet wurde, um die Formungsfähigkeit der ProTaper-Systeme oder der thermomechanisch behandelten Instrumente zu vergleichen. Das Signifikanzniveau wurde auf 5 % festgelegt.

Ergebnisse: Die höchste zyklische Ermüdung wurde mit den NeoNiti- und HyFlex EDM-Instrumenten beobachtet (P > .05), während HyFlex EDM die höchste Winkelrotation bis zum Bruch hatte (P < .05). Analysen mittels Rasterelektronenmikroskopie/energiedispersiver Röntgenspektroskopie bestätigten Ähnlichkeiten im Design der Instrumente und eine nahezu äquiatomische Zusammensetzung der Systeme. Die differentielle Scanning-Kalorimetrie zeigte, dass ProTaper Gold höhere Umwandlungstemperaturen hatte als ProTaper Universal, während eine ähnliche Umwandlung zwischen NeoNiti und HyFlex beobachtet wurde. Die Mikro-Computertomographie-Analyse ergab, dass, obwohl keines der Systeme in der Lage war, alle Wände des Wurzelkanals vorzubereiten, keine statistischen Unterschiede in den ProTaper-Systemen (P > .05) oder den thermomechanisch behandelten Instrumenten (P > .05) beobachtet wurden.

Schlussfolgerungen: Abgesehen von Unterschieden in den mechanischen Tests und der metallurgischen Charakterisierung zeigten Systeme mit vergleichbaren Instrumentendimensionen und Vorbereitungsprotokollen einen ähnlichen Prozentsatz unberührter Oberflächenbereiche in der Wurzelkanalvorbereitung von oberen Molaren. (J Endod 2020;46:1485–1494.)

Die Einführung von Nickel-Titan (NiTi) rotierenden Instrumenten in der Endodontie hat viele Vorteile im Vergleich zu Instrumenten aus rostfreiem Stahl gebracht, darunter eine bessere Schneideeffizienz, schnellere Vorbereitungszeiten und eine verbesserte Kanalzentrierungsfähigkeit. Ihr Einsatz birgt jedoch das Risiko von Brüchen durch Torsionsstress oder zyklische Ermüdung, was sich negativ auf das Ergebnis der Wurzelkanalbehandlung auswirken könnte. Daher wurden mehrere Methoden vorgeschlagen, um die mechanischen Eigenschaften von NiTi-Instrumenten zu verbessern, einschließlich Änderungen nicht nur in ihrem Querschnittsdesign und ihrer Kinematik, sondern auch der Wärmebehandlung der NiTi-Legierung. Während der Wärmebehandlung durchläuft das NiTi-Instrument eine komplexe Wärme-Kühl-Behandlung, die die Kontrolle der Übergangstemperaturen ermöglicht und eine Formgedächtnislegierung schafft.

ProTaper Gold (Dentsply Maillefer, Ballaigues, Schweiz) ist ein NiTi-Rotationssystem, das das gleiche geometrische Design wie ProTaper Universal (Dentsply Maillefer) aufweist, aber aufgrund seiner proprietären Legierungsbehandlung flexibler und widerstandsfähiger gegen Ermüdung ist. Andererseits haben die hohe Zähigkeit und das einzigartige superelastische Verhalten der NiTi-Legierung dazu geführt, dass ihre Bearbeitungseigenschaften recht kompliziert sind. Daher wurde eine spezielle Fertigungstechnologie entwickelt, die als Funkenerosion (EDM) bekannt ist. Sie besteht aus Funken, die durch hochenergetische und hochfrequente elektrische Entladungen zwischen dem Metallwerkstück und einer Elektrode erzeugt werden, was zu einer lokalen Schmelze und Verdampfung des Werkstückmaterials führt und das fertige Produkt der gewünschten Geometrie ergibt, das verwendet werden kann, um NiTi-Instrumente mit scharfen Schneidkanten, eingebauten abrasiven Eigenschaften, variablen Profilen und hoher Flexibilität herzustellen. HyFlex EDM (Coltène/Whaledent, Altstätten, Schweiz) und NeoNiti (Neolix SAS, Châtres-La-Forêt, Frankreich) sind Beispiele für NiTi-Rotationssysteme, die mit dieser Art von Technologie hergestellt werden. In früheren Studien zeigten diese Instrumente eine höhere zyklische Ermüdungsbeständigkeit im Vergleich zu anderen, die mit konventionellen oder anderen martensitischen NiTi-Legierungen hergestellt wurden.

Die mechanischen Eigenschaften von NiTi-Rotationsinstrumenten wurden in wissenschaftlichen Studien häufig bewertet, um verschiedene Systeme hinsichtlich ihrer Sicherheit oder Leistung zu vergleichen. Trotz der Tatsache, dass die in diesen Studien getesteten Parameter nützlich sein können, um ihre Flexibilität und torsionale Widerstandsfähigkeit zu verstehen, wurde die klinische Relevanz dieser isolierten mechanischen Tests als gering angesehen, da die klinische Anwendung von mehreren anderen Faktoren beeinflusst werden kann. Folglich wäre ein multimethodischer Ansatz, der die Ergebnisse verschiedener mechanischer Tests und die Formungsfähigkeit unterschiedlicher NiTi-Systeme kombiniert, von Vorteil für eine bessere Interpretation ihrer Leistung und damit für eine genauere Übertragung präklinischer Ergebnisse zur Anleitung der klinischen Anwendung.

Das Ziel der vorliegenden Studie war es daher, NeoNiti (Neolix SAS, Châtres-La-Forêt, Frankreich), HyFlex EDM (Coltène/Whaledent, Altstätten, Schweiz), ProTaper Gold und ProTaper Universal Rotationssysteme hinsichtlich ihrer zyklischen Ermüdung und torsionalen Widerstandsfähigkeit, des Herstellungsdesigns, der metallurgischen Eigenschaften und der Formungsfähigkeit zu vergleichen. Die zu testenden Nullhypothesen waren, dass es keine Unterschiede zwischen den getesteten Systemen hinsichtlich ihrer mechanischen Leistung, metallurgischen Charakterisierung und Formungsfähigkeit gab.

Materialien und Methoden

Mechanische Tests

Neue NeoNiti A1 (Größe 25, 0,08 Taper über die ersten 4 mm; Neolix SAS), HyFlex EDM One File (Größe 25, 0,08 Taper über die ersten 4 mm; Coltène/Whaledent), ProTaper Gold F2 (Größe 25, 0,08 Taper über die ersten 3 mm; Dentsply Maillefer) und ProTaper Universal F2 (Größe 25, 0,08 Taper über die ersten 3 mm; Dentsply Maillefer) rotierende Instrumente wurden hinsichtlich zyklischer Ermüdung und torsionaler Widerstandsfähigkeit getestet. Vor den Tests wurden die Instrumente unter einem Stereomikroskop mit 20-facher Vergrößerung (Stemi 2000-C; Carl Zeiss, Jena, Deutschland) auf Deformitäten untersucht, und kein Instrument wurde verworfen. Basierend auf Daten aus früheren Studien wurde eine Power-Analyse durchgeführt (G*Power 3.1; Heinrich-Heine-Universität Düsseldorf, Düsseldorf, Deutschland), die anzeigte, dass die Stichprobengröße für jede Gruppe mindestens 10 Instrumente für beide Tests betragen sollte.

Zyklische Ermüdung

Der Test zur zyklischen Ermüdung wurde mit einem maßgeschneiderten Gerät durchgeführt, das eine reproduzierbare Simulation eines Instruments in einem gekrümmten Kanal ermöglichte. Der künstliche Kanal wurde auf einem nicht konischen 19-mm-Edelstahlrohr erstellt. Dieses Rohr hatte 3 Segmente. Das erste war gerade und hatte eine Länge von 7 mm. Das zweite war gekrümmt (9 mm Länge, 6 mm Radius und 86° Krümmung) mit der Position der maximalen Belastung in der Mitte seiner Länge. Das letzte war ein 3 mm langes gerades Segment. Die Stahlwände waren 1,3 mm dick mit einem Innendurchmesser von 1,4 mm. Der Block mit dem künstlichen Kanal war mit einem Hauptrahmen verbunden, an den eine mobile Halterung für das Handstück angebracht war, um eine präzise und reproduzierbare Platzierung der Instrumente in die gleiche Tiefe im simulierten Kanal zu ermöglichen. Die Instrumente jedes getesteten Systems (n = 10 pro Gruppe) wurden mit einem 6:1-Reduktionshandstück (Sirona Dental Systems GmbH, Bensheim, Deutschland) aktiviert, das von einem drehmomentgesteuerten Motor (VDW Silver; VDW GmbH, München, Deutschland) mit einer kontinuierlichen Drehung im Uhrzeigersinn bei 250 U/min und 1,5-N.cm Drehmoment betrieben wurde. Alle Instrumente wurden kontinuierlich mit einem Schmiermittel bei Raumtemperatur getestet, bis es zu einem Bruch kam. Die Zeit bis zum Bruch wurde in Sekunden mit einem digitalen Chronometer aufgezeichnet und gestoppt, als der Bruch des Instruments visuell und/oder akustisch erkannt wurde. Die Anzahl der Zyklen bis zum Versagen (NCF) jedes Instruments wurde bei 250 U/min mit folgender Formel berechnet: NCF 5 Umdrehungen pro Minute (U/min) X Zeit (Sekunden)/60. Die Größe der gebrochenen Segmente wurde nur für die experimentelle Kontrolle aufgezeichnet.

Torsionswiderstand

Die Torsionsbelastung wurde bis zum Bruch angewendet, um die mittlere endgültige Torsionsfestigkeit und den Drehwinkel der getesteten Instrumente (n = 10 pro Gruppe) mithilfe eines maßgefertigten Geräts, das gemäß ISO 3630-1 hergestellt wurde, zu schätzen. Jedes Instrument wurde in einem Abstand von 3 mm von der Spitze mit einem Spannfutter, das mit einer Drehmomentmesszelle verbunden war, fixiert. Dann wurde der Schaft des Instruments in ein gegenüberliegendes Spannfutter eingespannt, das mit einem Schrittmotor gedreht werden konnte. Alle Instrumente wurden im Uhrzeigersinn mit einer Geschwindigkeit von 2 U/min gedreht, bis ein Bruch auftrat. Die Torsionsbelastung (N.cm) und die Winkelrotation (°) wurden kontinuierlich mit einem Torsiometer (ODEME, Luzerna, SC, Brasilien) aufgezeichnet, und die endgültige Torsionsfestigkeit sowie der Drehwinkel beim Versagen wurden von speziell entwickelter Software (ODEME Analysis TT, ODEME) bereitgestellt.

Metallurgische Charakterisierung

Rasterelektronenmikroskopie

Ein Rasterelektronenmikroskop (JSM 5800; JEOL, Tokio, Japan) wurde verwendet, um neue Instrumente aus jedem getesteten System hinsichtlich ihrer Spitze, Schneidekante, Nut sowie des Zwischen- und Querschnittsdesigns bei einer Vergrößerung von X100 zu bewerten, während die topografischen Merkmale der Bruchflächen aller Instrumente nach zyklischen und torsionalen Tests bei Vergrößerungen von X250 und X1000 bewertet wurden.

Energie-dispersive Spektroskopie Drei brandneue Instrumente aus jedem getesteten System wurden hinsichtlich der energie-dispersiven spektroskopischen (EDS) Analyse mit einem Rasterelektronenmikroskop (Hitachi S-2400; Hitachi High-Tech Corporation, Tokio, Japan) bewertet, das mit einem energie-dispersiven

Röntgenspektrometer mit einem Detektor für leichte Elemente (Bruker Quantax; Bruker Corporation, Billerica, MA) ausgestattet ist, das an einen Dell Precision T3500 (Dell Inc, Round Rock, TX) Desktop-Computer angeschlossen ist. Die betrieblichen Parameter umfassten eine Beschleunigungsspannung von 20 kW und einen Filamentstrom von 3,1 A bei einem Arbeitsabstand von 25 mm. Die Probenahme bestand aus einem Bereich von 400 X 400 mm der Instrumente, und die Aufnahmen wurden mit einer Lebensdauer von 60 Sekunden und einer ungefähr 30%igen Ausfallzeit gemacht. Die Daten wurden mit der Sigma Scan-Software (Systat Software Inc, San Jose, CA) ausgewertet, und die Anteile von Nickel und Titan wurden durch ein typisches Spektrum ermittelt, das von der Software erzeugt wurde.

Differenzielle Scanning-Kalorimetrie Die differenzielle scanning kalorimetrische (DSC) Analyse folgte den Empfehlungen der American Society for Testing and Materials. Ein 5-mm-Fragment mit einem Gewicht von 15–20 mg aus dem koronalen aktiven Teil jedes getesteten Instruments wurde einem chemischen Ätzbad mit Flusssäure unterzogen, gefolgt von Salpetersäure und abschließend mit destilliertem Wasser für ungefähr 2 Minuten. Die Proben wurden gewogen (M-Power-Mikrowaage; Sartorius, Göttingen, Deutschland) und in einer Aluminiumwanne platziert. Eine leere Aluminiumwanne diente als Kontrolle. Der Test wurde an einem differenziellen Scanning-Kalorimeter (DSC 204 F1 Phoenix; Netzsch-Gerätebau GmbH, Selb, Deutschland) durchgeführt, das an einen Asus-Desktop-Computer (Asus, Taipeh, Taiwan) angeschlossen war, von wo aus die Netzsch Proteus Thermal Analysis-Software (Netzsch-Gerätebau GmbH) aufgerufen und DSC-Diagramme extrahiert wurden. Diese Diagramme ermöglichten die visuelle Analyse der Austenit-Start-, Austenit-Finish-, Martensit-Start- und Martensit-Finish-Temperaturen.

Die Dauer jedes thermischen Zyklustests betrug ungefähr 1 Stunde und 40 Minuten. Er begann mit einer Stabilisierung der Raumtemperatur für 5 Minuten, gefolgt von einer Erwärmung auf 150 °C mit einer Geschwindigkeit von 10 °C pro Minute. Auf dem maximalen Temperaturniveau wurde ein Stabilisationsplateau von 2 Minuten durchgeführt, gefolgt von einem Kühlzyklus, der bis auf -150 °C mit einer Geschwindigkeit von 10 °C pro Minute abnahm, gefolgt von einem 5-minütigen Stabilisationsplateau. Eine neue Erwärmungsphase wurde bis auf 150 °C mit einer Geschwindigkeit von 10 °C erneut eingeleitet, gefolgt von einem weiteren 2-minütigen Stabilisationsplateau. Am Ende sank die Temperatur auf Raumtemperatur, und ein finales 2-minütiges Stabilisationsplateau wurde durchgeführt. Zwei Tests an 2 verschiedenen Instrumenten aus demselben System wurden durchgeführt. Der zweite Test sollte das Ergebnis des ersten bestätigen. Ein dritter Test wurde durchgeführt, wenn die Transformationsphasen der 2 vorherigen Tests um mehr als 10 °C nicht übereinstimmten.

Formungsfähigkeit

Auswahl der Proben und Gruppen

Ein a priori unabhängiger Stichproben-Test wurde aus der t Testfamilie ausgewählt (G*Power 3.1 für Macintosh; Heinrich-Heine-Universität Düsseldorf). Die Effektgröße (0,91) wurde anhand von Daten aus De-Deus et al bestimmt, in denen die Formungsfähigkeit bewertet wurde. Andere Parameter wurden wie folgt verwendet: ein Alpha-Fehler von 0,05 und eine Beta-Power von 0,95. Sechzehn Wurzelkanäle (n = 8 pro Gruppe) wurden als die benötigte Stichprobengröße angegeben, um signifikante Unterschiede zwischen einem Paar von Gruppen zu beobachten. Zwölf Wurzelkanäle pro Gruppe wurden verwendet, um mögliche Verluste während der experimentellen Verfahren zu verhindern.

Sechzehn dreirootige menschliche obere erste Molaren mit vollständig ausgebildeten Wurzelspitzen und einem einzelnen Wurzelkanal in jeder Wurzel (48 Wurzelkanäle) wurden aus einem Pool extrahierter Zähne ausgewählt und mit einer Pixelgröße von 19 mm mithilfe eines mikro–computertomographischen (Mikro-CT) Geräts (SkyScan 1174v.2; Bruker microCT, Kontich, Belgien) bildlich erfasst. Die Scannerparameter wurden auf 50 kV, 800 mA, 180° Drehung um die vertikale Achse und einen Drehschritt von 0,6° unter Verwendung eines 1 mm dicken Aluminiumfilters eingestellt. Die Projektionsbilder wurden mit der Software NRecon v.1.6.9 (Bruker-microCT) in Querschnittsschnitte rekonstruiert, mit einer Strahlhärtungskorrektur von 15%, einer Glättung von 3, einer Ringartefaktkorrektur von 3 und einem Dämpfungskoeffizienten von 0,01–0,15.

Präoperative 3-dimensionale Modelle der Wurzel und Wurzelkanäle wurden erstellt (CTVol v.2.2.1, Bruker-microCT) und qualitativ hinsichtlich der Konfiguration der Wurzelkanäle bewertet. Anschließend wurden 3D-Parameter der Wurzelkanäle (Länge, Volumen, Oberfläche und Strukturmodellindex) vom Zement-Schmelz-Grenzbereich bis zur Spitze mit der Software CTAn v.1.14.4 (Bruker-microCT) berechnet. Um die interne Validität des Experiments zu erhöhen, wurden die ausgewählten Proben angepasst, um 2 Sätze von 8 Zähnen (n = 24 Kanäle) basierend auf den morphologischen Aspekten der Wurzelkanäle zu erstellen. Dann wurde jeder Zahnsatz entweder der ProTaper-Gruppe (ProTaper Universal und ProTaper Gold) oder der thermomechanisch behandelten Gruppe (NeoNiti und HyFlex EDM) zugewiesen und zufällig in 2 experimentelle Untergruppen (n = 12 Kanäle) entsprechend den Vorbereitungssystemen unterteilt. Die analysierten 3D-morphometrischen Parameter der Wurzelkanäle in jedem Zahnsatz waren normalverteilt (Shapiro-Wilk-Test) und homoskedastisch (Levene-Test), und der Grad der Homogenität (Basislinie) der Untergruppen wurde statistisch bestätigt (P > .05, unabhängiger Stichproben t -Test).

Wurzelkanalvorbereitung

Konventionelle Zugangskavitäten wurden vorbereitet, die Kanäle wurden zugänglich gemacht und die Durchgängigkeit wurde mit einer Größe 10 K-Datei (Dentsply Maillefer) bestätigt. Als die Spitze des Instruments durch das Hauptforamen sichtbar war, wurden 0,5 mm abgezogen, um die Arbeitslänge (WL) zu bestimmen. Anschließend wurde ein Gleitpfad zur WL mit einer Größe 15 K-Datei (Dentsply Maillefer) erreicht. Alle Instrumente wurden in einer kontinuierlichen im Uhrzeigersinn drehenden Bewegung bis zur WL mit einem 6:1 Winkelhandstück (Sirona Dental Systems GmbH), das von einem Elektromotor (VDW Silver Motor, VDW GmbH) betrieben wurde, gemäß den Anweisungen der Hersteller verwendet. Während der Vorbereitungsverfahren wurde nach 3 sanften Hin- und Herbewegungen in apikal Richtung das Instrument aus dem Kanal entfernt und gereinigt. Dies wurde wiederholt, bis die WL erreicht war, und dann wurde das Instrument entsorgt. In der NeoNiti-Gruppe (n = 12) wurden die Kanäle bis zur WL mit Instrumentengrößen 20/.06 und 25/.08v (A1) in den bukkalen Kanälen erweitert, während der palatinale Kanal bis zu einer Größe von 40/.04 erweitert wurde. In der HyFlex EDM-Gruppe (n = 12) wurden die bukkalen Kanäle mit Instrumentengrößen 20/.05 und 25/.08v (One File) bis zur WL vorbereitet, während der palatinale Kanal bis zu einer Größe von 40/.04 erweitert wurde. Die Instrumentenfolge in den ProTaper Gold (n = 12) und ProTaper Universal (n = 12) Gruppen war S1, S2, F1 und F2 (25/.08v) bis zur WL in den bukkalen Kanälen, während der palatinale Kanal zusätzlich mit dem F4 (40/.06v) Instrument erweitert wurde. Nach jedem Schritt wurden die Kanäle mit 5 mL 2,5% Natriumhypochlorit unter Verwendung einer Einwegspritze mit einer 30-G NaviTip-Nadel (Ultradent, South Jordan, UT) irrigiert, die 1 mm von der WL platziert wurde. Eine abschließende Spülung mit 5 mL 17% EDTA wurde gefolgt von einer 5-mL-Spülung mit destilliertem Wasser. Anschließend wurden die Kanäle mit Papierpunkten (Dentsply Maillefer) getrocknet, mit einem Mikro-CT-System bildlich erfasst und unter Verwendung der zuvor genannten Parameter rekonstruiert. Ein Satz von Instrumenten wurde verwendet, um 3 Kanäle vorzubereiten, und alle Vorbereitungsverfahren wurden von einem geschulten Bediener durchgeführt.

Micro-CT Bewertung

Vor- und postoperative Modelle der Kanäle wurden erstellt (CTAn v.1.14.4) und mit ihren jeweiligen präoperativen Datensätzen unter Verwendung des Moduls zur starren Registrierung der Software 3D Slicer 4.3.1 (verfügbar unter http://www.slicer.org) ko-registeriert. Ein qualitativer Vergleich zwischen den Gruppen wurde mit der Software CTVol v.2.2.1 unter Verwendung farbcodierter Modelle der übereinstimmenden Wurzelkanäle durchgeführt (gelbe und lila Farben zeigen die prä- und postoperative Kanaloberflächen an). Postoperative 3D-Parameter wurden ebenfalls bewertet (CTAn v.1.14.4). Räumlich registrierte Oberflächenmodelle der Wurzeln wurden dann hinsichtlich der unpräparierten Fläche der Wurzelkanalwände verglichen, die berechnet wurde, indem die Abstände zwischen der Oberfläche der Wurzelkanäle vor und nach der Präparation an jedem Oberflächenpunkt bestimmt wurden. Dann wurde der Prozentsatz der verbleibenden unpräparierten Oberfläche mit der Formel (A_u/A_b)*100 bestimmt, wobei A_u die unpräparierte Kanalfläche und A_b die Wurzelkanalfläche vor der Präparation darstellt. Spezifische Vergleiche zwischen ähnlichen Preparationssystemen hinsichtlich der Dimensionen und der Reihenfolge der Instrumente (NeoNiti X HyFlex EDM und ProTaper Gold X ProTaper Universal) wurden durchgeführt. Ein Prüfer, der über die Präparationsprotokolle im Unklaren war, führte alle Analysen durch.

Statistische Analyse

Die Shapiro-Wilk- und Levene-Tests wurden verwendet, um die Annahme der Normalverteilung und die Gleichheit der Varianz der Datensätze zu bewerten.

Da die Ergebnisse normal verteilt waren (P > .05), wurden sie als Mittelwert, Standardabweichung und Intervallbereich dargestellt. Für die mechanischen und metallurgischen Charakterisierungsanalysen wurden die Ergebnisse statistisch zwischen den Gruppen mittels Varianzanalyse und post hoc Tukey-Tests verglichen. Für die Formungsfähigkeit wurden NeoNiti X HyFlex EDM und ProTaper Gold X ProTaper Universal mittels des unabhängigen Student t Tests verglichen. Das Signifikanzniveau wurde auf 5 % festgelegt (SPSS v18.0 für Windows; SPSS Inc., Chicago, IL).

Ergebnisse

Mechanische Tests

Die Ergebnisse des NCF, der Winkelrotation bis zum Bruch (°) und des Drehmoments, das zum Bruch erforderlich ist (N.cm), sind in Tabelle 1 dargestellt. Die höchsten NCF-Werte wurden mit den Instrumenten NeoNiti A1 (1042 ± 184) und HyFlex EDM One File (999 ± 208) beobachtet (P > .05), während ProTaper Universal F2 die niedrigsten NCF-Werte (160 ± 38) zeigte (P < .05). HyFlex EDM One File hatte eine höhere Winkelrotation bis zum Bruch im Vergleich zu den anderen Instrumenten (P < .05), während ProTaper Universal F2 die niedrigste Winkelrotation bis zum Bruch zeigte (P < .05). ProTaper Universal F2 erforderte auch die höchsten Drehmomentwerte zum Bruch unter den getesteten Instrumenten (P < .05).

Metallurgische Charakterisierung Insgesamt war das Oberflächenqualitätsbild von NeoNiti A1 und HyFlex EDM One File ähnlich. Diese Instrumente zeigten eine isotrope Oberfläche, die durch einen regelmäßigen Verteilungs-Krater gekennzeichnet war, der oft in Materialien beobachtet wird, die den elektrischen Entladungsbearbeitungsprozess durchlaufen haben. Nur eine kleine Anzahl von Defekten wie Widerhaken an der Schneide konnte beobachtet werden. HyFlex EDM One File zeigte einen trapezförmigen Querschnitt, während ein rechteckiger Querschnitt im NeoNiti A1 Instrument beobachtet wurde. Darüber hinaus zeigte das NeoNiti-Instrument einen leicht gerundeten Übergangswinkel zur Spitze, während HyFlex EDM ein aktiveres Spitzenmerkmal hatte (Abb. 1A und B).

Bezüglich der ProTaper-Systeme wurde eine glatte Oberfläche beobachtet, die eine insgesamt gute Oberflächenqualität demonstrierte, mit nur einer kleinen Anzahl von Defekten/Porositäten, die an den Schneiden und Rillen festgestellt wurden. Die Wärmebehandlung der ProTaper Gold Instrumente führte zu einer glatten und verbesserten Oberflächenbeschaffenheit. Sowohl die ProTaper Universal als auch die ProTaper Gold Instrumente hatten einen konvexen dreieckigen Querschnitt und einen leicht gerundeten Übergangswinkel zur Spitze (Abb. 1C und D).

Die Rasterelektronenmikroskopie der Bruchflächen der Instrumente zeigte ähnliche und typische Merkmale von zyklischer Ermüdung und torsionalem Versagen (Abb. 2). Bei beiden Tests wiesen die Bruchflächen Merkmale des duktilen Typs auf. Unterschiede in den Bruchmechanismen führten jedoch zu unterschiedlichen Oberflächenaspekten. Obwohl Mikrovakuolen über die gesamte Oberfläche der Instrumente verteilt waren, die dem Test auf zyklische Ermüdung unterzogen wurden (Abb. 2A–H), zeigten die Bruchflächen nach dem Experiment zur torsionalen Festigkeit 2 Zonen: die erste mit Mikrovakuolen, die sich im Zentrum der Instrumente (Kern) befanden, und die zweite, die durch eine plastische Deformation um die Mikrovakuolen (Abb. 2I–P) aufgrund der Scherkräfte, die während des Drehens entstanden, dargestellt wurde. EDS- und DSC-Analysen zeigten eine ähnliche äquiatomare Zusammensetzung von Titan- und Nickel-Elementen für alle getesteten Systeme (Tabelle 2) und ähnliche Umwandlungsmerkmale der NeoNiti- und HyFlex EDM-Instrumente (Abb. 3A), jeweils. Andererseits zeigte ProTaper Gold höhere Umwandlungstemperaturen und viel schärfere und klar definierte Umwandlungspeaks als ProTaper Universal im DSC-Test (Abb. 3B).

Formungsfähigkeit

Es wurden keine statistischen Unterschiede hinsichtlich aller getesteten 3D-Parameter beobachtet, weder vor noch nach der Vorbereitung, beim Vergleich der Formungsfähigkeit von ProTaper (ProTaper Universal und ProTaper Gold) oder thermomechanisch behandelten (NeoNiti und HyFlex EDM) Systemen (Tabelle 3) (P > .05). Keines der Vorbereitungsprotokolle war in der Lage, alle Wände des Wurzelkanals vorzubereiten (Abb. 4), wobei der Prozentsatz der unvorbereiteten Oberflächen von 11,1% (NeoNiti) bis 27,1% (ProTaper Gold) reichte (Tabelle 3).

Diskussion

In letzter Zeit wurde der wissenschaftliche Wert von Studien zur Ermüdungsbeständigkeit von rotierenden und reziproken Instrumenten in Frage gestellt. Es wurde hervorgehoben, dass die Ergebnisse dieser Studien für Leser, die nach einem spezifischen NiTi-Präparationssystem suchen, nutzlos seien, da die große Variabilität der getesteten Protokolle einen Vergleich zwischen den Studien schwierig und problematisch machen würde. Es wurde auch darauf hingewiesen, dass diese Art von Forschung nicht der Realität entspricht, da eine reine Rotation in einem künstlichen Kanal ohne Drehmoment auf das Instrument, wie bei zyklischen Ermüdungstests, in einem klinischen Szenario unwahrscheinlich ist. Obwohl diese Aussagen wahr sind, ist es wichtig zu betonen, dass zyklische Ermüdungs- und Torsionsbeständigkeitstests es ermöglichen, die Variablen zu isolieren und einzeln zu testen, was die interne Validität und Reproduzierbarkeit der Studie erhöht, was mit den grundlegenden Konzepten der wissenschaftlichen Methode übereinstimmt. Es ist jedoch auch wahr, dass die alleinige Bewertung dieser Ergebnisse den Lesern nur teilweise Informationen über die getesteten Präparationssysteme liefern könnte. Daher verwendete die vorliegende Studie einen multimethodischen Forschungsansatz, der rein mechanische Tests mit der metallurgischen Charakterisierung der getesteten Systeme kombiniert, verbunden mit der Bewertung ihrer Formungsfähigkeit in extrahierten Zähnen unter Verwendung von nicht destruktiver Mikro-CT-Technologie, um ein besseres und umfassenderes Verständnis ihrer Leistungen zu ermöglichen.

In dieser Studie war der zyklische Ermüdungswiderstand von HyFlex EDM One File und NeoNiti A1 ähnlich, jedoch höher als der von ProTaper F2 Instrumenten (Tabelle 1). Die innovative thermomechanisch behandelte NiTi-Legierung und die EDM-Behandlung von HyFlex EDM und NeoNiti, verbunden mit den größten Abmessungen des ProTaper F2 Instruments, könnten dieses Ergebnis erklären. Ähnliche Ergebnisse wurden auch von Kaval et al. beobachtet, die einen überlegenen zyklischen Ermüdungswiderstand von HyFlex EDM im Vergleich zu ProTaper Universal und ProTaper Gold Instrumenten berichteten. Die ähnlichen Ermüdungswiderstandsergebnisse zwischen HyFlex EDM und NeoNiti könnten durch die Tatsache erklärt werden, dass diese Instrumente trotz kleiner Unterschiede in ihrem Querschnittsdesign nicht nur vergleichbare Abmessungen (Spitze und Konus) und Fertigungsqualität (Abb. 1) aufweisen, sondern auch ähnliche metallurgische Eigenschaften, wie in beiden EDS- und DSC-Analysen beobachtet (Tabelle 2 und Abb. 3). Im Gegensatz dazu zeigte ProTaper Gold einen bemerkenswerten NCF im Vergleich zu ProTaper Universal. Bei diesen Instrumenten kann der Einfluss des Designs (Abb. 1) oder der Ni/Ti-Verhältniszusammensetzung (Tabelle 2) auf die Ergebnisse als variable Faktoren ausgeschlossen werden, da sie sich nur hinsichtlich des thermomechanischen Herstellungsprozesses unterscheiden. Es wurde nachgewiesen, dass martensitische NiTi-Legierungen, wie sie in ProTaper Gold Instrumenten vorkommen, eine hohe Verformbarkeit aufweisen und folglich konventionelle austenitische NiTi-Legierungen in Widerstandstests übertreffen. Darüber hinaus war ProTaper Universal bei Raumtemperatur vollständig austenitisch und zeigte somit ein superelastisches Verhalten bei und über Raumtemperatur, wie durch die DSC-Analyse bestätigt (Abb. 3). ProTaper Gold zeigte höhere Umwandlungstemperaturen aufgrund der Anwesenheit von R-Phase und viel schärferen und gut definierten Umwandlungsspitzen als ProTaper Universal (Abb. 3), was darauf hinweist, dass ProTaper Gold Instrumente einer höheren Temperatur und/oder einer längeren Dauer der abschließenden Wärmebehandlung (Alterung) ausgesetzt waren.

Die Ergebnisse des Torsionswiderstandstests zeigten, dass die maximale Torsionsfestigkeit von ProTaper Universal (1,64 ± 0,23 N.cm) signifikant höher war als die aller anderen getesteten Instrumente (Tabelle 1). Diese Erkenntnis deutet darauf hin, dass in einer klinischen Situation, in der die Spitze eines Instruments im Kanal klemmt, das ProTaper Universal-Instrument eine höhere Kraft benötigt, um zu brechen. Dies könnte jedoch durch seine niedrigste Winkelrotation bis zum Bruch (375,1° ± 39,2°) gefährdet sein, die durch seine vollständig austenitische Struktur bei Raumtemperatur erklärt wird (Abb. 3). Andererseits könnte die höhere Winkelrotation bis zum Bruch von HyFlex EDM (630,2 ± 50,5°) und NeoNiti (524,4° ± 29,2°) im Vergleich zu den ProTaper-Instrumenten (Tabelle 1) in der Praxis als Indikator für plastische Verformung und bevorstehenden Bruch hilfreich sein.

Zusätzlich konnten die Unterschiede in der Winkelrotation bis zum Bruch zwischen den HyFlex EDM- und NeoNiti-Instrumenten nur durch die geringfügigen Unterschiede in ihren Querschnittsdesigns und der Oberflächenbeschaffenheit erklärt werden (Abb. 1), da beide Instrumente Transformationseigenschaften zeigten, die praktisch äquivalent waren (Abb. 3). Daher wurden die ersten und zweiten Nullhypothesen, die getestet wurden, aufgrund der in den mechanischen Tests und der metallurgischen Charakterisierung beobachteten Unterschiede verworfen.

Trotz der Tatsache, dass mechanische Tests und metallurgische Charakterisierungsmethoden systematisch in mehreren Studien verwendet wurden, die wichtige und vergleichbare Informationen über die physikalischen Eigenschaften verschiedener NiTi-Instrumente liefern, ist es auch wichtig, diese Daten durch die Bewertung der Formungsfähigkeit mit modernen zerstörungsfreien Methoden, wie dem Mikro-CT-Bildgebungssystem, zu ergänzen, um die klinische Anwendung zu simulieren. In der vorliegenden Studie wurden Versuche unternommen, die Vergleichbarkeit der Gruppen zu gewährleisten, indem eine homogene und zuverlässige Basislinie gemäß den 3D-quantitativen Daten geschaffen wurde, die durch das vorherige Scannen aller Proben gewonnen wurden, was die interne Validität der Methode erhöhte und die anatomischen Verzerrungen reduzierte, die normalerweise die Ergebnisse beeinflussen. Die Formungsfähigkeit wurde durchgeführt, indem nur Instrumente mit ähnlichen Sequenzen und Abmessungen (d.h. HyFlex X NeoNiti-Systeme und ProTaper Universal X ProTaper Gold-Systeme) verglichen wurden. Dies ist ein wichtiger methodologischer Aspekt, da Unterschiede in der Wurzelkanalaufbereitung mit den Abmessungen der Instrumente in Verbindung gebracht wurden. Tatsächlich bestätigten die vorliegenden Ergebnisse diese Erkenntnisse (Tabelle 3). Obwohl Vergleiche zwischen Systemen mit bemerkenswerten Unterschieden (ProTaper Universal X ProTaper Gold) oder Ähnlichkeiten (HyFlex X NeoNiti) hinsichtlich der Eigenschaften der NiTi-Legierungen durchgeführt wurden, wurden keine Unterschiede in den Formungsergebnissen beobachtet (Tabelle 3), und die dritte Nullhypothese wurde akzeptiert. Dieses Ergebnis kann durch die ähnlichen Abmessungen der Instrumente, die Aufbereitungsprotokolle und, am wichtigsten, die Kinematik erklärt werden, die in übereinstimmenden KanalMorphologien verwendet wurde. Die unterschiedlichen Ergebnisse, die in den Gruppen beobachtet wurden, können durch die geringfügigen Unterschiede in den anatomischen Unregelmäßigkeiten der Wurzelkanalwände, die den oberen Molaren eigen sind, erklärt werden. Folglich war es zu erwarten, dass keines der Aufbereitungsprotokolle in der Lage war, alle Wurzelkanalwände vorzubereiten. Es ist auch wichtig zu betonen, dass, obwohl in den durchgeführten Vergleichen kein Unterschied beobachtet wurde, der Prozentsatz der unberührten Wände in den mit den ProTaper-Instrumenten vorbereiteten Kanälen höher war als der der thermomechanisch behandelten Systeme, was durch die Unterschiede in der Morphologie der Wurzelkanäle vor den experimentellen Verfahren erklärt werden kann (Tabelle 3). In dieser Studie wurden Kanäle paarweise basierend auf 3D-anatomischen Parametern abgeglichen, um den Vergleich von NiTi-Systemen mit ähnlichen Sequenzen und Abmessungen zu ermöglichen. Daher unterstützt diese Erkenntnis frühere Studien, die zeigen, dass Variationen in der Kanalgeometrie vor den Formungsverfahren einen größeren Einfluss auf die Veränderungen hatten, die während der Vorbereitung auftraten, als die Instrumentierungstechniken. Schließlich wurde keine Instrumententrennung oder signifikante Verlagerung des ursprünglichen Kanalverlaufs basierend auf einer qualitativen Bewertung der 3D-Modelle beobachtet, was mit Veröffentlichungen zur Wurzelkanalaufbereitung mit speziellen rotierenden NiTi-Legierungsinstrumenten übereinstimmt, die von erfahrenen Klinikern gemäß den Protokollen der Hersteller verwendet wurden.

In der Literatur ist es nicht ungewöhnlich, Versuche zu beobachten, NiTi-Instrumente einfach basierend auf ihrer mechanischen Leistung zu bewerten. Die vorliegende Studie kombinierte die physikalischen Eigenschaften und die Formungsfähigkeit von Instrumenten mit ähnlichen Designs und/oder Legierungen. Es wurde gezeigt, dass trotz der beobachteten Unterschiede hinsichtlich der Ermüdungsbeständigkeit und der metallurgischen Eigenschaften keine Unterschiede in ihrer Formungsfähigkeit festgestellt wurden (d.h. dem Hauptzweck, für den diese Instrumente entwickelt wurden). Das bedeutet, dass, wenn Instrumente mit vergleichbaren Abmessungen und/oder Vorbereitungsprotokollen in ähnlichen Kanal-Anatomien verwendet werden, es wahrscheinlich ist, dass sie sich hinsichtlich des Formungsergebnisses und der Sicherheit ähnlich verhalten, selbst wenn sie statistische Unterschiede in ihren physikalischen Eigenschaften aufweisen. Weitere Studien sind erforderlich, um diese Hypothese zu testen, indem andere Systeme unter verschiedenen anatomischen Bedingungen bewertet werden, einschließlich gefälschter und replikaähnlicher Instrumente, die kürzlich auf dem Markt eingeführt wurden.

Fazit

Abgesehen von den Unterschieden in den mechanischen Tests und der metallurgischen Charakterisierung zeigten Systeme mit vergleichbaren Instrumentendimensionen und Vorbereitungsprotokollen (HyFlex X NeoNiti und ProTaper Universal X ProTaper Gold) ähnliche Prozentsätze unberührter Oberflächenbereiche bei der Aufbereitung von Wurzelkanälen von oberen Molaren.

Autoren: Emmanuel J. N. L. Silva, Jorge N. R. Martins, Carolina O. Lima, Victor T. L. Vieira, Francisco M. Braz Fernandes, Gustavo De-Deus, Marco A. Versiani

Referenzen:

1. Bishop K, Dummer PM. Ein Vergleich von Edelstahl-Flexofiles und Nickel-Titan NiTiFlex-Dateien während der Formgebung von simulierten Kanälen. Int Endod J 1997;30:25–34.
2. Pettiette MT, Metzger Z, Phillips C, Trope M. Endodontische Komplikationen der Wurzelkanaltherapie, die von Zahnmedizinstudenten mit Edelstahl-K-Dateien und Nickel-Titan-Handdateien durchgeführt wurden. J Endod 1999;25:230–4.
3. Parashos P, Messer HH. Bruch von rotierenden NiTi-Instrumenten und seine Folgen. J Endod 2006;32:1031–43.
4. Sattapan B, Nervo GJ, Palamara JE, Messer HH. Defekte in rotierenden Nickel-Titan-Dateien nach klinischer Anwendung. J Endod 2000;26:161–5.
5. McGuigan MB, Louca C, Duncan HF. Die Auswirkungen gebrochener endodontischer Instrumente auf das Behandlungsergebnis. Br Dent J 2013;214:285–9.
6. Gavini G, Santos MD, Caldeira CL, et al. Nickel-Titan-Instrumente in der Endodontie: eine kurze Übersicht über den Stand der Technik. Braz Oral Res 2018;32:e67.
7. Zupanc J, Vahdat-Pajouh N, Schafer E. Neue thermomechanisch behandelte NiTi-Legierungen - eine Übersicht. Int Endod J 2018;51:1088–103.
8. Plotino G, Grande NM, Mercade Bellido M, et al. Einfluss der Temperatur auf die zyklische Ermüdungsbeständigkeit von ProTaper Gold und ProTaper Universal rotierenden Dateien. J Endod 2017;43:200–2.
9. Silva EJ, Muniz BL, Pires F, et al. Vergleich des Kanaltransports in simulierten gekrümmten Kanälen, die mit ProTaper Universal und ProTaper Gold-Systemen vorbereitet wurden. Restor Dent Endod 2016;41:1–5.
10. Weinert K, Petzoldt V. Bearbeitung von NiTi-basierten Formgedächtnislegierungen. Mater Sci Eng A Struct Mater 2004;378:180–4.
11. Pfeifer R, Herzog D, Hustedt M, Barcikowski S. Pulsed Nd:YAG-Laser-Schneiden von NiTi-Formgedächtnislegierungen - Einfluss der Prozessparameter. J Mater Process Technol 2010;210:1918–25.
12. Pirani C, Iacono F, Generali L, et al. HyFlex EDM: Oberflächenmerkmale, metallurgische Analyse und Ermüdungsbeständigkeit innovativer elektroentladungsbearbeiteter NiTi-Rotationsinstrumente. Int Endod J 2016;49:483–93.
13. Pedullá E, Lo Savio F, Boninelli S, et al. Torsions- und zyklische Ermüdungsbeständigkeit eines neuen Nickel-Titan-Instruments, das durch Elektroentladungsbearbeitung hergestellt wurde. J Endod 2016;42:156–9.
14. Aminsobhani M, Meraji N, Sadri E. Vergleich der zyklischen Ermüdungsbeständigkeit von fünf Nickel-Titan-Rotationsdateisystemen mit unterschiedlichen Fertigungstechniken. J Dent (Tehran) 2015;12:636–46.
15. Gündoğar M, Özyürek T. Zyklische Ermüdungsbeständigkeit von OneShape, HyFlex EDM, WaveOne Gold und Reciproc Blue Nickel-Titan-Instrumenten. J Endod 2017;43:1192–6.
16. Nabavizadeh MR, Sedigh-Shams M, Abdolrasoulnia S. Zyklische Ermüdungslebensdauer von zwei einzelnen Datei-motorbetriebenen Systemen in simulierten gekrümmten Kanälen. Iran Endod J 2018;13:61–5.
17. Rubio J, Zarzosa JI, Pallares A. Eine vergleichende Studie zur zyklischen Ermüdung von 10 verschiedenen Arten von endodontischen Instrumenten: eine in vitro Studie. Acta Stomatol Croat 2019;53:28–36.
18. Hülsmann M. Forschung, die zählt: Studien zur Ermüdung von rotierenden und reziproken NiTi-Wurzelkanalinstrumenten. Int Endod J 2019;52:1401–2.
19. Rodrigues CS, Vieira VT, Antunes HS, et al. Mechanische Eigenschaften gefälschter Reciproc-Instrumente: ein Aufruf zur Aufmerksamkeit. Int Endod J 2018;51:556–63.
20. Silva E, Giraldes JF, de Lima CO, et al. Einfluss der Wärmebehandlung auf die Torsionsbeständigkeit und Oberflächenrauhigkeit von Nickel-Titan-Instrumenten. Int Endod J 2019;52:1645–51.
21. Silva E, Vieira VT, Belladonna FG, et al. Zyklische und torsionale Ermüdungsbeständigkeit von XP-endo Shaper und TRUShape-Instrumenten. J Endod 2018;44:168–72.
22. International Organization for Standardization ISO 3630-1. Zahnärztliche Wurzelkanalinstrumente: Teil 1 - Dateien, Reamer, gezahnte Broachen, Raspeln, Paste-Träger, Explorer und Baumwollbroachen. Genf, Schweiz: International Organization for Standardization; 1992.
23. ASTM International. ASTM F2004217: Standard-Testmethode für die Umwandlungstemperatur von Nickel-Titan-Legierungen durch thermische Analyse. West Conshohocken, PA: American Society for Testing and Materials; 2004.
24. Wu RC, Chung CY. Differenzielle Scanning-Kalorimetrie (DSC) Analyse von rotierenden Nickel-Titan (NiTi) endodontischen Dateien (RNEF). J Mater Eng Perform 2012;21:2515–8.
25. De-Deus G, Belladonna FG, Silva EJ, et al. Mikro-CT-Bewertung von nicht-instrumentierten Kanalbereichen mit unterschiedlichen Erweiterungen, die von NiTi-Systemen durchgeführt wurden. Braz Dent J 2015;26:624–9.
26. Gagliardi J, Versiani MA, de Sousa-Neto MD, et al. Bewertung der Formgebungsmerkmale von ProTaper Gold, ProTaper NEXT und ProTaper Universal in gekrümmten Kanälen. J Endod 2015;41:1718–24.
27. Kaval ME, Çapar ID, Ertas H. Bewertung der zyklischen Ermüdungs- und Torsionsbeständigkeit neuartiger Nickel-Titan-Rotationsdateien mit verschiedenen Legierungseigenschaften. J Endod 2016;42:1840–3.
28. De-Deus G, Silva EJ, Vieira VT, et al. Blaue thermomechanische Behandlung optimiert die Ermüdungsbeständigkeit und Flexibilität der Reciproc-Dateien. J Endod 2017;43:462–6.
29. Ninan E, Berzins DW. Torsions- und Biege-Eigenschaften von Formgedächtnis- und superelastischen Nickel-Titan-Rotationsinstrumenten. J Endod 2013;39:101–4.
30. De-Deus G, Simoes-Carvalho M, Belladonna FG, et al. Erstellung gut ausgewogener experimenteller Gruppen für vergleichende endodontische Laborstudien: ein neuer Vorschlag basierend auf Mikro-CT und in silico-Methoden. Int Endod J 2020;53:974–85.
31. Peters OA, Laib A, Gohring TN, Barbakow F. Veränderungen in der Wurzelkanalgeometrie nach der Vorbereitung, bewertet durch hochauflösende Computertomographie. J Endod 2001;27:1–6.
32. Paqué F, Ganahl D, Peters OA. Auswirkungen der Wurzelkanalaufbereitung auf die apikale Geometrie, bewertet durch Mikro-Computertomographie. J Endod 2009;35:1056–9.
33. Belladonna FG, Carvalho MS, Cavalcante DM, et al. Mikro-Computertomographie-Bewertung der Formungsfähigkeit des neuen blau thermisch behandelten Reciproc-Instruments. J Endod 2018;44:1146–50.
34. De-Deus G, Belladonna FG, Simoes-Carvalho M, et al. Formeffizienz in Abhängigkeit von der Zeit eines neuen wärmebehandelten Instruments. Int Endod J 2019;52:337–42.
35. Zuolo ML, Zaia AA, Belladonna FG, et al. Mikro-CT-Bewertung der Formungsfähigkeit von vier Wurzelkanalinstrumentierungssystemen in ovalen Kanälen. Int Endod J 2018;51:564–71.