Модель для определения циклической прочности механических эндодонтических инструментов при препарировании корневых каналов зубов

Полезная модель относится к медицине, а именно к стоматологии, и может быть использована при определении циклической усталости вращающихся машинных механических инструментов в условиях, приближенных к реальным, с созданием заданных углов изгиба, имитирующих корневой канал зуба, для исключения риска поломки инструментов и сроков деформации механических эндодонтических инструментов.
Ю.А Винниченко (1987) различает легкодоступные каналы для инструментальной обработки (угол изгиба до 25°), труднодоступные (26-50°) и недоступные корневые каналы (более 50°). Степень доступности канала для его обработки зависит также от градуса его изгиба. Чем выше его изгиб и меньше радиус, тем более высокая трудность прохождения [1].
Традиционно формирование корневых каналов осуществлялось посредством использования ручных файлов из нержавеющей стали. Однако данная техника имеет некоторые недостатки: значительные временные затраты, выведение инфицированных масс за пределы корневого канала, неэффективное использование в зубах со сложным доступом.
Сравнительно новым прорывом в инструментальной обработке корневого канала зуба, было то, что в 1988 году предложено использование никель-титановых вращающихся эндодонтических инструментов. Никель-титановые инструменты имеют многочисленные преимущества перед традиционными файлами из нержавеющей стали. Они гибкие, обладают повышенной режущей эффективностью, значительно сокращают время обработки корневого канала, сохраняют изначальную форму корневого канала, снижают риск транспортации апикального отверстия и выведения инфицированных масс за пределы корневого канала.
Тем не менее, никель-титановые инструменты обладают и некоторыми недостатками - в частности, риском поломки инструмента. Поломка вращающихся эндодонтических механических инструментов, в том числе никель-титановых, представляет большой клинический риск, так как это нарушает план лечения и влечет за собой трудность удаления части сломанного фрагмента инструмента, приложение фото 1, где 6 фрагмент сломанного инструмента «РгоТареr» F2 07L25 025 (Dentsply Maillefer, Ballaiques, Switzerland). Поломка никель-титановых инструментов, которые широко используют при эндодонтическом лечении, происходит по двум причинам: циклическая усталость и торсионная нагрузка [2]. Циклическая усталость возникает, когда металл никель-титанового вращающегося эндодонтического инструмента подвергается повторяющимися циклами растяжения и сжатия, что вызывает разрыв его структуры и поломку. Циклическая усталость чаще возникает в канале с углом изгиба более 25° это и является основной причиной поломки никель-титанового инструмента. Торсионная нагрузка возникает, когда кончик или другая часть инструмента блокируется в канале, а хвостовик при этом продолжает вращение. Перелом кончика инструмента происходит при превышении торком лимита эластичности металла. При переломе инструментов из-за чрезмерной торсионной нагрузки часто определяются признаки пластической деформации. Риск излома коррелирует с частотой использования инструментов [3].
На сегодняшний день имеется широкий спектр вращающихся никель-титановых инструментов. Производители дают лишь примерный ресурс механических инструментов, условно деля их на «многоразовые» и «одноразовые», при этом никак не давая рекомендаций по времени работы в корневом канале, которое может значительно меняться в зависимости от его угла изгиба, так как нагрузка на никель-титановый инструмент, а соответственно прочностной ресурс его будет различен.
Известно приспособление для определения возможной нагрузки, когда используют изогнутые стеклянные трубки, угол изгиба которых подобран так, чтобы инструмент отклонялся от первоначального направления на угол 90° (Е.А. Rzanov, E.S. Belyaeva Fatigue resistance of traditional solid rotational endodontic instruments and a prototype non-solid instrument // International Endodontic Journal, Preprint from 44, 1-46, 2011). В специально подготовленных стеклянных трубочках выявляют циклическую нагрузку. Трубочки изогнуты таким образом, что угол изгиба инструмента достигает 90°, а радиус кривизны изгиба 5 мм. Каждый инструмент фиксируют в контакте с трубочкой. Затем записывают количество циклов вращения.
Недостатком данного устройства является недифференцированный подход к кривизне корневого канала. Определяют лишь максимально возможное искривление корневого канала, которое встречается не так часто. Подавляющее большинство корневых каналов имеет кривизну 45°-60°. Хрупкость стеклянной трубочки, которая может треснуть из-за перегрева во время трения никель-титанового инструмента. Сложность ее фиксации и предотвращения прокручивания, так как кроме поступательного движения вращающегося никель-титанового эндодонтического инструмента сегодня имеются инструменты с так называемым реципрокным движением, которое представляет само по себе возвратно-поступательное, создают трудности в проведении эксперимента и фиксации точных параметров циклической нагрузки. Имеется необходимость изготовления запасных трубочек для случаев растрескивания трубочки во время эксперимента.
Наиболее близким по сущности к заявленному, выбранному в качестве ближайшего аналога, является фантом для исследования циклической усталости, который представляет из себя искусственный канал, который представляет из себя трубочку - направитель из нержавеющей стали с внутренним диаметром 1,04 мм, длиной 20 мм. Дугообразная часть трубы составляла 9,4 мм в длину, прямая часть 10,6 мм, тогда как радиус изгиба был приблизительно 90 градусов к внутренней части трубки. Трубочку из нержавеющей стали фиксируют на столешнице в столярных тисках. Рукоятку эндомотора фиксируют в аппарате, который также изготовлен из нержавеющей стали и представляет собой квадратную основу и вертикальную ось. Вертикальная ось допускает движение рукоятки эндомотора. Каждый инструмент фиксируют в наконечник эндомотора и вводят в канал, пока наконечник не касается щитка, помещенного на тисках. Этот щиток впоследствии удаляют, поскольку он используется для стандартизации длины проникновения инструмента в искусственный канал. Инструменты вращаются свободно в пределах трубочки, которую заполняют глицерином для уменьшения трения и выделения тепла (G. De-Deusl, Moreira E.J.L., Lopes Н.Р. Extended cyclic fatigue life of F2 ProTaper instruments used in reciprocating movement // International Endodontic Journal. - 2010. - P. 1-6).
Недостатком ближайшего аналога является отсутствие визуального контроля за работой инструмента, невозможность контроля критической циклической нагрузки на инструмент, когда происходит его перелом. Существуют сложности при сгибании трубочки с образованием утла. Для этого требуется специальное оборудование, так как возможно заминание внутреннего пространства трубочки. В данном аналоге отсутствуют примеры других углов, часто встречающихся в практической эндодонтии.
Задача: моделирование условий для определения циклической прочности вращающихся механических инструментов, в том числе никель-титановых, максимально приближенных к естественным, при которых вращающийся механический инструмент получает циклическую нагрузку под различным утлом изгиба, с возможностью визуального контроля и с фиксацией времени до поломки инструмента, компактность установки и ее долговечность.
Сущность полезной модели - фантома для определения циклической прочности механических эндодонтических инструментов при препарировании корневых каналов зубов, содержащей направитель механических инструментов, заключается в том, что стоматологический фантом состоит из металлической пластинки из нержавеющей стали размером 38×25 мм и толщиной 4 мм, прикрепленной к деревянному полотну, в которой пропилены 3 желобовидных канала диаметром 2 миллиметра,
имитирующие 45°, 60° и 90° угол изгиба корневого канала зуба, заглубленные на 1,6 мм, таким образом, что 0,4 мм верхней части канала свободно от металла.
Технический результат: полезная модель позволяет определить циклическую прочность механических эндодонтических инструментов, обоснованно выбирать эндодонтические механические инструменты определенного размера и конусности в зависимости от угла изгиба корневого канала зуба, тем самым предупредив возможные риски поломки инструмента при обработке корневого канала зуба во время лечения.
Отличается модель для определения циклической прочности механических эндодонтических инструментов при препарировании корневых каналов зубов от аналога тем, что в металлической пластине пропилены 3 желобовидных канала диаметром 2 миллиметра, имитирующие 45°, 60° и 90° угол изгиба корневого канала зуба, заглубленные на 1,6 мм таким образом, что 0,4 мм верхней части канала свободно от металла.
Вышеперечисленные отличия предлагаемого технического решения от аналога дают основание считать его соответствующим критерию "новизна". Заявителям не известно подобное техническое решение с такой же совокупностью существенных признаков, обеспечивающее подобный эффект.
Для лучшего понимания предлагаемая модель схематично изображена на фиг. 1 - вид спереди в разрезе по продольной оси, фиг. 2 - вид сверху и фото 2 - вид каналов сверху, фото 3 - общий вид в рабочем состоянии с эндодонтическим наконечником, где 1 - каналы, 2 - металлическая пластина - основание для каналов, 3 - деревянное полотно, 4 - эндодонтический наконечник, 5 - шурупы для крепления металлической пластины-основания с каналами и эндодонтического наконечника к деревянному полотну - 3.
2
Для апробации циклической усталости инструментов «ProTaper» F2 07L25 025 (Dentsply Maillefer, Ballaiques, Switzerland) и «Easy Shape» 06L25 025 (Komet/Gebr.Brasseler, Lemgo, Germany) использовали предлагаемую стоматологическую модель - фантом на металлической пластинке из нержавеющей стали размером 38×25 мм и толщиной 4 мм, прикрепленной к деревянному полотну - 3. Все инструменты устанавливали в эндодонтический наконечник - 4 и вводили его на всю длину в канал - 1 модели диаметром 2 мм с углом изгиба 90°. Для обоих вращающихся инструментов применяли эндодонтический наконечник «Endo Touch TS» ("NSK"), неподвижно закрепленный к деревянному полотну двумя шурупами - 5, приложение (фото 3). Вращение инструментов производили с выставленным режимом на эндодонтическом наконечнике «Endo Touch TS» (NSK): скорость 350 об/мин, и с максимальным вращающимся моментом 3 н/м. Эндодонтический мотор, который воспроизводит движение механических инструментов, обеспечивает вращение инструментов до момента их перелома; время от момента включения до момента перелома визуально фиксировали при помощи 1/10-секунды секундомера и отмечали целым числом. Средние значения и стандартные отклонения показателей времени до момента перелома рассчитывали для каждого инструмента в секундах.
Средние значения времени до наступления перелома инструмента для каждой группы, при кривизне корневого канала 90° на стоматологическом фантоме, представлены в табл. 1. Большее время до поломки никель-титанового инструмента связано с высокой резистентностью к циклической усталости. Результаты настоящего исследования показали, что у никель-титанового инструмента системы «Easy Shape» 06L25 025 (Komet/Gebr.Brasseler, Lemgo, Germany) сопротивление к усталостному излому происходит на протяжении длительного времени 102±40 секунды, что указывает на их прочность на изгиб, в то время как у никель-титанового инструмента системы «ProTaper» F2 L25 025 (Dentsply Maillefer, Ballaiques, Switzerland) сопротивление длится значительно меньшее время 27±4 секунд.
Следует отметить, что у обоих инструментов был одинаковый размер кончика 025 по ISO, но разная конусность, 07% у «ProTaper» F2 07L25 025 (Dentsply Maillefer, Ballaiques, Switzerland), 06% у «Easy Shape» 06L25 025 (Komet/Gebr.Brasseler, Lemgo, Germany). Полученные результаты позволяют рекомендовать никель-титановый инструмент «Easy Shape» 06L25 025 (Komet / Gebr.Brasseler, Lemgo, Germany) в труднодоступных корневых каналах с углом изгиба от 60° и выше.
Клинический пример: Пациентка Г., 41 год, амб. карта №1146 обратилась с жалобами на периодическую самопроизвольную боль в области нижней челюсти слева у моляров. Со слов пациентки, 3.7 зуб ранее не лечен.
Объективно: 3.7 зуб, имеется пломба на дистальной поверхности. Перкуссия 3.7 зуба безболезненна, ЭОД=40 мкА, термопроба - болезненная в течение 1-2 минут, на прицельной рентгенограмме зуба 3.7 изменений в периодонте не обнаружено, имеется изгиб передне-щечного канала переднего корня зуба 3.7, который составляет 60°, степень изгиба корневого канала в градусах определяли по методу S. Schneider, на рентгенограмме, с помощью транспортира измеряли угол, образуемый двумя прямыми линиями, первая из которых начиналась от устья канала (А) и проходила через его середину до точки пересечения с наружной границей (В), а вторая соединяла место пересечения с апикальным отверстием (С). Место начала изгиба корневого  канала констатировалась в зависимости от расположения точки пересечения в верхней, средней и нижней трети, приложение, фото 4.
Диагноз: обострение хронического пульпита 3.7 зуба.
Лечение: Перед началом лечения было проведено исследование циклической усталости никель-титановых вращающихся механических инструментов: «One Shape» (Micro-Mega, France) и «F 360» (Komet/Gebr.Brasseler, Lemgo, Germany). Выбор этих инструментов был сделан в связи с тем, что они являются на сегодняшний день достаточно новыми никель-титановыми вращающимися инструментами, представленными на стоматологическом рынке, и современная концепция использования одного никель-титанового вращающегося инструмента для полного препарирования корневого канала интересна, поскольку значительно сокращается время обработки корневого канала, а также использование однократно одного никель-титанового инструмента экономически более эффективно, чем использование в полной последовательности никель-титановых вращающихся инструментов традиционной техники никель-титановых систем в режиме постоянного вращения.
2
Для исследования циклической усталости «One Shape» №025, L25 06% (Micro-Mega, France) и «F 360» №25 L25 04% (Komet/Gebr.Brasseler, Lemgo, Germany) использовали стоматологическую модель - фантом, металлическую пластинку из нержавеющей стали размером 38×25 мм и толщиной 4 мм, прикрепленной к деревянному полотну. Все инструменты устанавливали в эндодонтический наконечник и вводили его на всю длину в канал модели диаметром 2 мм с утлом изгиба 60°. Для обоих вращающихся инструментов применяли эндодонтический наконечник «Endo Touch TS» ("NSK"), неподвижно закрепленный к деревянному полотну. Вращение инструментов производили с выставленным режимом на эндодонтическом наконечнике «Endo Touch TS» (NSK): скорость 350 об/мин, и с максимальным вращающимся моментом 3 н/м. Вращение инструментов производили до момента их перелома; время до момента перелома визуально фиксировали при помощи 1/10-секунды электронного секундомера "Интеграл ЧС-01" следующим целым числом. Средние значения и стандартные отклонения показателей времени до момента перелома рассчитывали для каждого инструмента в секундах. Средние значения показателя времени до наступления перелома инструмента для каждой группы, при кривизне корневого канала 60°  на стоматологическом фантоме представлены в табл. 2. Большее время до поломки никель-титанового инструмента связано с высокой резистентностью к циклической усталости.
Результаты исследования показали, что у никель-титанового инструмента системы «F 360» (Komet / Gebr.Brasseler, Lemgo, Germany) сопротивление к усталостному излому происходит на протяжении длительного времени 601,16±0,98 секунд, что указывает на их прочность на изгиб, в то время как у никель-титанового инструмента системы «Оnе Shape» (Micro-Mega, France) сопротивление длится значительно меньшее время 73,86±1,21 секунд (табл. 2). Следует отметить, что у обоих инструментов был одинаковый размер кончика 025 по ISO, но разная конусность, 04% у «F 360» (Komet/Gebr.Brasseler, Lemgo, Germany), 06% у «Опе Shape» (Micro-Mega, France). Полученные результаты позволяют рекомендовать никель-титановый инструмент системы «F 360» №25 L25 04% (Komet/Gebr.Brasseler, Lemgo, Germany) в труднодоступных корневых каналах с углом изгиба от 60° и выше.
После проведенной апробации была выполнена проводниковая анестезия Sol. "Ultracaini" 4% - 1,7 ml, произведено вскрытие полости 3.7 зуба, механическая обработка корневых каналов, создание "ковровой дорожки", проводили с помощью ручных стальных инструментов K-file (Densply Maillefer, Ballaiques, Switzerland) от 08 до 15 размера по ISO до физиологической верхушки корня зуба 3.7 и проводили медикаментозную обработку корневых каналов зуба 3.7, раствором гипохлорита натрия 5,25%, 17% раствор ЭДТА, стерильной дистиллированной водой. Последующая механическая обработка корневых каналов зуба 3.7 включала использование вращающихся никель-титановых инструментов системы «F 360» №25 L25 04% (Kome t/ Gebr.Brasseler, Lemgo, Germany). После механической и медикаментозной обработки корневого канала зуба проводили обтурацию корневых каналов зуба методом латеральной компакции с использованием гуттаперчевых штифтов "Meta Biomed Co., ltd" и силера AHplus "DENTSPLY DeTrey GmbH", затем осуществляли рентгенологический контроль и анализ качества пломбирования с последующим постоянным пломбированием полости зуба. Как видно на фото 5, в приложении, каналы корня зуба 3.7 запломбированы до верхушки корня, имеют гомогенную наполняемость, сложность анатомической изогнутости, а именно изогнутость передне-щечного канала переднего корня зуба 3.7 составляет 60°, что представляло собой сложность в механической обработке, но проведенные нами исследования на модели-фантоме показали, что сопротивление к усталостному излому у никель-титановых инструментов системы "F 360" (Komet / Gebr.Brasseler, Lemgo, Germany) происходит на протяжении длительного времени 601,16±0,98 секунд (табл. 2), что указывает на их прочность на изгиб, эти данные и измерения угла изгиба канала корня зуба до лечения позволили обоснованно применить необходимый инструмент «F 360» №25 L25 04% (Komet/Gebr.Brasseler, Lemgo, Germany), что позволило предупредить риски поломки инструмента в канале корня зуба при механической обработке канала корня зуба 3.7.
Медико-социальная значимость данной полезной модели основана на необходимости выявления прочностного запаса циклической усталости механических инструментов в зависимости от угла изгиба корневого канала.
Такой способ исследования является простым в осуществлении, определяет порог циклической нагрузки различных механических, в том числе и никель-титановых вращающихся инструментов на стоматологическом фантоме под 45°, 60° или 90° углом изгиба и позволяет провести достоверный анализ и дать рекомендации по применению различных механических инструментов в зависимости от угла изгиба корневого канала при эндодонтическом лечении.
Литература:
1. Боровский, Е.В. Эндодонтическое лечение. Текст. / Е.В. Боровский, У.С.Жохова. 1997. - С. 74.
2. Park S-Y., Cheung G.S.P., Yum J., Hur В., Park J-K., Kim H-C. Dynamic torsional resistance of nickel-titanium rotary instruments // J Endod. - 2010. - №36(7). - P. 1200-1204.
3. Gambarini G, Gerosa R, De Luca M, Garala M, Testarelli L. Mechanical properties of a new and improved nickel-titanium alloy for endodontic use: an evaluation of file flexibility // Oral Surg Oral Med Oral Pathol Oral Radiol Endod. - 2008. - №105 (6). - P. 798-800.