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作者：
Stella Koring 博士（德）
德国格赖夫斯瓦尔德大学附属医院口腔修复科
Christian Schwahn 博士，数学家（德）
德国格赖夫斯瓦尔德大学义齿系
Thomas Kocher 博士（德）
Heike Steffen 博士（德）
德国格赖夫斯瓦尔德大学附属医院口腔修复科
摘要
目的：本研究旨在比较4种多支锉系统和1种单支锉系统对模拟S形根管模型的根管成形能力。
材料和方法：将50个拥有S形根管的树脂块（Endo Training Bloc S-shape，登士柏西诺德，奥地利）平均分为5组(每组n = 10个根管)，分别使用ProTaper Next（登士柏西诺德，瑞士）、HyFlex CM（康特公司，德国）、F6 SkyTaper（Komet公司，德国）、BioRace（FKG Dentaire公司，瑞士）和Mtwo（VDW公司，德国）等根管器械将根管预备至25.06大小。在体视显微镜下比较器械预备前后的根管图像，以评估根管偏移的情况。使用数字化模板和图像分析软件测量材料的去除量。记录器械的变形程度和完成根管预备所需的时间。根据临床相关性和维持S形根管形态的能力，对数据进行统计学分析。
结果：使用HyFlex CM、ProTaper Next和F6 SkyTaper系统预备的根管较使用BioRace和Mtwo系统扩大的根管保持了更好的居中，且BioRace和Mtwo系统从根管弯曲的内侧去除的树脂材料明显更多（P < 0.05）。F6 SkyTaper和BioRace系统的预备速度最快（P < 0.001）。根管预备过程中未发生器械断裂。大约78%的HyFlex CM锉还可以再次使用。
结论：在本研究的实验条件下，五种镍钛器械均可以安全使用。经过热处理的器械（HyFlex CM和ProTaper Next）较传统镍钛器械能够更好地保持根管的原始曲度。从锥度小的锉开始进行根管的序列预备对于系统的定心能力有积极影响。
关键词：CM-wire，M-wire，S形，成形能力，模拟
尽管现代镍钛（NiTi）锉系统在不断地发展和进步，但是目前仍不能对根管进行均匀的预备。根管治疗的目的是对根管进行化学机械处理，顺应根管的解剖结构，从而保持根管原有的几何形状。根管解剖结构越复杂，对器械的抗折性能和效率的要求就越高。
S形根管对临床医生来说是一个特殊的挑战，而且它的存在和外观方面往往被低估。根尖弯曲有很高的穿孔风险，根管锉在此处也会承受很大的应力，导致其更易折断，使用寿命仅是正常情况下的1/6。由于良好的性能，旋转镍钛器械在根管预备时较不锈钢器械更准确、更省时。由于热机械处理工艺，镍钛器械可以改变不同预备阶段的温度变化，从而显著地提高自身的抗折性和柔韧性。
全序列系统的ProTaper Next和HyFlex CM由经过热处理的镍钛丝制成，被称为M-Wire（登士柏西诺德）和CM-Wire（康特）。M-Wire由大约相等比例的预马氏体R相和奥氏体组成。虽然M-Wire的弹性模量比传统的镍钛丝要低得多，但它的弹性模量依然是CM-Wire的两倍。不过由于稳定的M相，CM-Wire抗疲劳性和柔韧性更优。当遇到阻力时，HyFlex CM根管锉会打开螺旋。在灭菌过程中，HyFlex CM通过暂时过渡到奥氏体相而恢复到原来的形状。多支锉系统BioRace和Mtwo以及单支锉系统F6 SkyTaper由传统的镍钛丝组成。F6 SkyTaper比其前身F360具有更有效和更好的根管塑形能力。本研究在使用F6 SkyTaper之前，使用PathGlider（Komet公司）制备根管滑行道，这种操作方法尚未见报导。BioRace锉的电解抛光技术旨在提高其切割效率，而且，交替的切割刃可以防止锉在根管内形成螺旋。由于单位长度的螺旋数较少，Mtwo器械具有更好的抗折性能和切割效率。
本研究旨在评估这些根管器械在模拟S形根管模型中的根管成形效果，并评估其安全性和预备时间。
本研究使用50个S形根管树脂块。根管的锥度2%，根尖直径0.15 mm，长度16 mm。冠端的弯曲为30度，根尖弯曲为20度。随后，对树脂块进行编号并随机分为5组（n = 10）。每组再次从1到10进行编号。使用四个多支锉系统和一个单支锉系统将根尖预备至25.06大小。每个根管都使用新锉进行预备。用3%的NaOCl溶液冲洗根管。五种镍钛根管锉系统的具体使用情况如下：
• ProTaper Next：按照次序使用ProGlider（16.02）、X1（17.04）和X2（25.06）预备根管，转速为300 rpm，扭矩为2 Ncm。
• HyFlex CM：按次序使用15.02、20.04、25.04、20.06和25.06号锉预备根管，转速为500 rpm，扭矩为2.4 Ncm。
• F6 SkyTaper：先使用PathGlider（15.03），扭矩0.6 Ncm 预备根管滑行道，然后使用F6 SkyTaper（25.06）,扭矩2.2 Ncm 预备根管。两支锉的转速都是300 rpm。
• BioRace：依次使用BR1（15.05）、BR2（25.04）和BR3（25.06）号锉预备根管，转速为600 rpm，扭矩为1 Ncm。
• Mtwo：10.04和15.05号锉的扭矩为1.2 Ncm，20.06和25.06号锉的扭矩分别为2.0 Ncm和2.2 Ncm。所有锉的转速均为300 rpm。
所有器械均使用X-Smart根管马达（登士柏西诺德，瑞士）操作。一旦根管锉达到工作长度，就从根管内取出，并用2 ml的3% NaOCl 溶液冲洗根管。用10号K锉检查根管是否被疏通。在器械三进三出后，对器械的螺旋槽进行清洁。每根器械仅用于一个根管，且所有的根管均由同一位经验丰富的操作人员独立进行。在这项研究之前，我们使用五种镍钛合金在模拟的S形根管上预先进行了演练。
在根管预备前后，使用附有相机（Power HAD型，索尼公司，德国）的直接光学显微镜（SZH 10型，奥林巴斯光学公司，日本）对每个标本进行数字化处理，放大倍数为12.5倍。使用数字成像软件Adobe Photoshop CS5（Adobe系统公司，美国）对根管预备前后的图像进行叠加。在沿根管的17个测量水平上分析每个根管中心的偏移情况。所使用的测量模板适应于S形根管的解剖，然后叠加在预备前后的合成图像上。以垂直于根管表面的方式在根管两侧从冠端到根尖选择34个测量点进行测量，每侧17个，两点之间的间隔为0.5 mm。此外，本研究将根管细分为四个部分：根管入口、根管先进弯曲、转折点区域和根管第二弯曲（表1）。在根管内壁的上侧移除的材料表示为Lupper，在下侧移除的材料表示为Llower （图1）。通过 （Lupper − Llower） / 2来评估根管的偏移情况。
表1：将根管分为四个部分。
图1：在器械上叠加测量模板，在模拟的S形根管上选择34个测量点：分为 17个上测量水平（从冠端至根尖分别标记为L1，3，…，33）作为Lupper和17个下测量水平（从冠端至根尖分别标记为L2，4，…，34）作为Llower。
我们记录了不同器械根管预备所需的时间，包括器械在根管内运转、冲洗、更换器械和清洗碎屑的时间。器械折断和阻塞的情况也有记录。
值的可重复性由同一个审查员通过组内相关系数进行评估，结果显示出良好的可靠性（0.99）。使用Stata 14.2（Stata公司，美国）对数据进行统计学分析，本研究符合美国统计协会反对过于看重统计重要性声明的要求。因此，本研究使用95%置信区间（CI）和图表（95%置信区间的表格可在线上相应博士论文的附录中找到）来解释结果的临床相关性。统计学比较以ProTaper Next组的结果作为参照。随后，对各系统进行了总体比较，并比较了使用它们预备根管后根管中心的偏移情况，以及它们保持S形根管形态的能力。同一根管的相关性观察结果采用混合模型进行建模；轻微违反模型假设的情况采用稳住方差进行处理。显著性水平设为P < 0.05。
操作过程中未发生器械断裂或根管堵塞。两个F6 SkyTaper（20%）和33个HyFlex CM（66%）器械在使用后发生变形，其中22个HyFlex CM（67%）可以恢复原状。因此，总共有39个HyFlex CM（78%）器械可重复使用。
在17个测量水平上，HyFlex CM表现很好，总共在11处保持了根管原有的中心水平（表2），主要集中在根管的前三部分（图2）。在这11个测量水平中的6个水平上，HyFlex CM的结果与其他器械的结果有显著性差异（P < 0.05），尤其是在根管的先进弯曲处。其次，ProTaper Next显示了仅次于HyFlex CM的保持根管中心的能力。在根尖孔处，F6 SkyTaper最能保证根管的中心，仅在六个测量水平上有统计学上的显著差异（P < 0.05），总体上显示出与ProTaper Next相似的结果。Mtwo在12个测量水平上都显示出统计学意义上很大的根管中心的偏移，总体上看，是保持根管中心水平能力最差的操作系统（P < 0.05）。在这12个测量水平中的7个水平上，Mtwo在临床相关性上显示出与所有其他系统的差异，主要表现在根管的两个弯曲上。BioRace在保持根管中心水平和临床相关性上仅好于Mtwo操作系统。BioRace和Mtwo分别在14和15个测量水平上偏离了根管中心，且具有临床相关性上的差异。
表2：不同测量水平（ML）下去除的根管内外侧材料之间差异的平均值和标准偏差（μm）。
*其他系统与参考系统（ProTaper Next）相比具有统计学意义（P < 0.05）。
图2：不同测量水平下根管中心的方向和平均偏移值。所使用的五种镍钛合金系统在根管的两个弯曲处都表现出了最差的定心能力，从而导致根管被轻微的拉直。
F6 SkyTaper和BioRace预备模拟的S形根管的速度明显快于其他系统（P < 0.001；表3）。
表3：各系统根管预备时间的平均值和标准差。
本研究的主要发现是：在使用全套镍钛器械预备根管时，整体较高的柔韧性和初支锉的低锥度对镍钛器械的根管定心能力有积极的影响。根管锉的柔韧性越高，在S形根管预备过程中发生的偏移就越小。此外，我们观察到越小的初支锉锥度与更精确的根管预备之间具有相关性。
本研究采用模拟S形根管的树脂块比较了ProTaper Next、HyFlex CM、F6 SkyTaper、BioRace和Mtwo五种全旋转镍钛系统对S形根管的成形能力，并分析了器械冶金性能、锥度以及整套器械对根管预备效果的影响。
每支器械的工作性能都受到S形根管的两个弯曲的影响，其中材料去除的不对称性从冠向一直延续至根尖且方向相反，因此拉直了根管的走向。所以，从根管预备一开始便保证根管的中心是非常重要的，因为一旦偏离了根管中心，就无法补救，并可能导致随后的错误。偏离根管中心300 μm即被认为是危险的，因为这可能阻塞根管、将根管形态复杂化并危及根管治疗的成功。
柔韧性被认为是预备严重弯曲根管的关键因素。由经过热机械处理的镍钛合金组成的HyFlex CM和ProTaper Next具有较高的柔韧性，因此获得了很好的定心结果。此外，小锥度（2%）的先进支锉，也减少了这两个系统在根管预备过程中的偏移。HyFlex EDM 单支锉是本研究中拥有很好根管定心能力的HyFlex CM的增强型产品，证明了当使用CM-Wire技术时，即使仅用一支锉，也可以很好的维持S形根管的中心，这与使用类似于HyFlex CM的多支锉系统预备的根管效果相当。
ProTaper Next锉的偏心横截面确保了其可以更好地顺应根管的走向，可变的锥度、较短的序列和较高的切割效率，使其在根尖区域较HyFlex CM具有更优越的定心能力。像ProTaper Next X1这样冠端锥度较大的器械，可以将根管的先进弯曲变柔和，且能够更容易的处理根尖弯曲，从而实现更好的定心能力。如先前对单弯曲 S形根管的研究所述，使用ProGlider可提高像X1和X2等器械的根管定心能力，这可能要归功于其较高的柔韧性。
在本研究中，F6 SkyTaper优越的根尖定心能力可能是因为所使用的器械最小和PathGlider的应用，其3%的低锥度为后续器械均匀的根管预备奠定了基础。这一观察结果与先前关于S形模拟根管的研究仅部分一致，其中F6 SkyTaper表现明显较差，但先前的研究中没有使用PathGlider预备根管滑行道。导致结果不理想的原因可能是，较大的锥度（6%）、但激进的切割设计和较大的横截面积等降低了器械的柔韧性。因此，我们推测在本研究中，PathGlider的使用消除了F6 SkyTaper大锥度（6%）的劣势，从而提高了其根管定心能力，这与先前在J形模拟根管中的研究结果相吻合。
另外，当使用一组较小的器械时，大锥度的负面影响会增加，因此与相同高级尺寸的其他根管锉相比，像WaveOne（登士柏西诺德）、F6 SkyTaper和RECIPROC（VDW公司）这样的单支锉系统，由于其柔韧性较差而倾向于去除更多的根管内壁组织。这种一支锉便可以完成根管预备的器械通常会拉直严重弯曲的根管，尤其是S形根管。
多支锉系统BioRace和Mtwo，由传统的镍钛合金丝制成，因此锉的刚性和锥度较大，特别是初支锉，锥度分别为5%和4%，由此产生的偏差需要进一步的处理，这被认为是导致根管偏移的主要原因。由于柔韧性低，激进的切割设计对根管定心能力的负面影响会越来越大。BR0锉（25.08）是为在使用BR1-3之前预备根管上段而设计的，但由于实验条件标准化而没有使用。这可以被认为是本研究中BioRace根尖定心能力相对较差的原因（图3a至e）。
图3a至e：（a）使用ProTaper Next预备模拟根管的图像。（b至e）使用HyFlex CM（橙色）、F6 SkyTaper（绿色）、BioRace（浅蓝色）和Mtwo（蓝色）预备后的根管图像与使用ProTaper Next的预备叠加后的图像。
此外，Mtwo的单长度技术允许更多的切割刃同时与根管壁接触，而ProTaper Next除了偏心横截面外，还具有完整的冠向下技术，这使两者之间形成了鲜明的对比。Mtwo的这种设计增加了其在根管内的摩擦力，对其根管定心能力会产生负面影响，从而导致弯曲根管变直。虽然这也适用于BioRace系统，但这种单长度技术对HyFlex CM并不产生这样的负面影响，因为HyFlex CM的初始锉具有更高的柔韧性和更小的锥度。
本研究的结果表明，S形根管的成形得益于镍钛器械的热处理工艺，因为它提高了器械的柔韧性和安全性，这与最近的一些研究结果一致。新出的经过热处理的镍钛系统，如RECIPROC blue和WaveOne Gold具有更好的柔韧性，它们的颜色来自调节相变的氧化钛层。通过大量使用马氏体合金，新的镍钛锉的柔韧性和抗循环疲劳性得到了极大的提高。此外，XP- endo Shaper（FKG Dentaire公司）由MaxWire制成，它甚至可以根据温度调节自身尺寸。据厂家介绍，在室温下15.01号的XP- endo Shaper锉在工作温度下可以变成30.04号。最后，本研究观察到的有关根管成形能力的结果与镍钛合金系统的现代发展趋势相吻合。
根管预备的时间通常取决于根管的弯曲度、锉的设计形式、根管锉的数量和操作者的经验水平，因此与其他研究进行比较通常比较困难。本研究所使用的五种系统，凭借有效的切削刃和较大的切屑空间，都表现出较高的切削效率。F6 SkyTaper和BioRace的根管预备时间最短。单支锉系统可实现更快的根管预备。因为两个系统都由三支锉组成，BioRace较ProTaper Next预备时间更短的原因可能是，两倍的旋转速度和较高的表面硬度提高了BioRace的切割效率。
拥有最长序列的HyFlex CM和Mtwo完成根管预备所需的时间最长。然而，HyFlex CM较高的柔韧性允许其大锥度的根管锉更快地达到工作长度，HyFlex CM锉比Mtwo锉具有更高的切割效率。这与Saber等人的一项研究结果一致，在该研究中，HyFlex CM和Pro Taper Next都使用了三支锉。
HyFlex CM和ProTaper Next因分别使用了CM-Wire和M-Wire技术而具有显著更高的抗折性。BioRace因电抛光技术而比传统的镍钛器械抗折性高124%。
在本研究中，78%的HyFlex CM锉可以再次使用。这个比值低于Alazemi等人的研究在单弯曲根管上获得的89%这一比值，很可能是由于本研究中S形根管解剖结构更为复杂而造成的。高负荷导致HyFlex CM锉发生变形的几率增大，从而减弱其在加热后恢复正常形态的能力。HyFlex CM在断裂前大旋转角的存在表明其发生了塑性变形，这是一种警告标志，因此使器械变得尤为安全。HyFlex EDM由CM-Wire制成，通过电火花加工制造，厂家声称其抗折性达到传统NiTi丝制成器械的700%。
BioRace和Mtwo倾向于形成根尖三角区。两支F6 SkyTaper锉的变形很可能是由器械倾向于拧入模拟根管内引起的，但这与在离体牙上的研究结果相反。
本研究的一个局限是使用了树脂模型。人离体牙具有模拟现实条件的优势，但在根管走向和组织特性方面难以实现标准化。树脂模型可以使实验条件标准化，并在根管预备前后叠加图像，从而定量测量特定位置的材料去除情况。由于较低的硬度，树脂块中产生的根管偏移更明显，这使得研究者们更容易观察根管定心能力。当比较多支锉系统时，必须创建相同的实验条件。在本研究中，以根尖大小预备至25.06作为标准。
最近的一项研究表明，3D打印的树脂牙与真实牙在根管预备前后的结果之间没有统计学差异，这与在人离体牙和模拟根管中的研究结果一致。因此，模拟根管可能是天然牙的有效替代品，尽管本研究的结果依然需要对人类牙齿的进一步研究来支持。
在本研究的条件下，没有一种系统造成大于300 μm的根管偏移，所以五种镍钛合金系统都适用于预备S形根管。HyFlex CM在保持S形根管解剖形态上效果很好。
本研究结果为热处理镍钛合金系统和像F6 SkyTaper（需提前制备根管滑行道）这样的单支锉系统的应用提供了积极有用的信息。总的来说，这些镍钛器械均可以安全地用于解剖形态复杂的根管。
由于在生产过程中进行了精心的热处理，新的镍钛合金系统在柔韧性和安全性方面都有了显著的改善。尽管严重弯曲的根管仍然需要精确规划器械的使用顺序、滑行道的制备和化学消毒等步骤，但是，单支锉系统的使用的确简化了现代根管治疗的程序。
作者声明，本研究无相关利益冲突。
— END—
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