Главная Практика Наука Инновации Образовательные материалы Дипломы Обо мне
июнь 2012 г.

Исследование конструктивных параметров системы ротационных эндодонтических инструментов BioRaCe

Беляева Т.С. аспирант кафедры терапевтической стоматологии и эндодонтии МГМСУ

Ржанов Е.А. кандидат медицинских наук, доцент кафедры терапевтической стоматологии и эндодонтии МГМСУ

Резюме
Особенности конструкции эндодонтического инструмента определяют ряд его важнейших свойств. Знание конструктивных параметров того или иного инструмента позволяет сделать вывод о его свойствах и провести сравнительный анализ инструментов различного дизайна. Цель работы - количественное исследование и анализ основных конструктивных параметров инструментов BioRaCe. В исследование были включены 25 инструментов различного размера и конусности. С помощью СЭМ были получены изображения инструментов и их поперечных сечений и проведено измерение следующих параметров: угла при верхушке, угла нарезки, шага нарезки, глубины нарезки, внутреннего и наружного диаметров, углов режущего лезвия. Анализ конструктивных параметров инструментов BioRaCe позволил выделить их характерные свойства: 1) высокую режущую эффективность; 2) высокую гибкость; 3) высокую устойчивость к циклическим нагрузкам; 4) низкую устойчивость к торсионным нагрузкам; 5) малый эффект вкручивания.

Ключевые слова: препарирование корневых каналов, ротационные никель-титановые инструменты, конструктивные параметры, система BioRaCe.


Design features of the rotary endodontic instruments system BioRaCe

Belyaeva T.S., Rzhanov E.A.

Abstract.
Design features of the endodontic instrument determine its essential properties. Information about these design features carries inference about instrument properties and makes possible a comparative analysis of instruments with different design. The aim of the present work is a quantitative study and analysis of the BioRaCe instruments design features. Twenty five instruments of different size and taper have been included in this study. SEM examination of all instruments and their cross-sections was made to determine the following design parameters: tip angle, fluting angle, pitch length, fluting depth, internal and external diameters and the angles of cutting blade. Design features analysis of the BioRaCe instruments allows pointing out its outstanding characteristics: 1) high cutting ability; 2) high flexibility; 3) high cyclic fatigue resistance; 4) low torsional resistance; 5) low screwing-in effect.

Key words: preparation of the root canal, rotary nickel-titanium instruments, design features, BioRaCe system.

Введение

Для успешного применения на практике вращающиеся инструменты для препарирования корневых каналов зубов должны отвечать ряду требований и обладать определённым набором свойств, таких как гибкость, режущая эффективность, устойчивость к циклическим и/или торсионным нагрузкам и т.д. В зависимости от конкретной клинической ситуации на первый план могут выходить те или иные свойства инструмента.

На сегодняшний день существует несколько десятков различных систем вращающихся никель-титановых инструментов. Изучению тех или иных свойств этих инструментов посвящено множество экспериментальных исследований [1-9]. Большинство этих исследований основано на эмпирическом подходе. При таком подходе методологические отличия в экспериментах затрудняют, а зачастую делают невозможным проведение всеобъемлющего сравнительного анализа свойств различных инструментов и систем [10,11].

Между тем, свойства эндодонтических инструментов определяются материалом, из которого они изготовлены, и их конструкцией. Для изготовления всех современных вращающихся эндодонтических инструментов используется никель-титановый сплав.
Несколько лет назад, при помощи специальной термомеханической обработки традиционного никель-титанового сплава, была получена его новая модификация, получившая название M-wire. В настоящее время M-wire применяется для изготовления нескольких новых систем инструментов. Однако на сегодняшний день количество объективной информации, позволяющей сделать однозначный вывод о преимуществах нового сплава, недостаточно. В некоторых работах для сравнительных исследований использовались специально изготовленные экспериментальные инструменты [12,13], а в других изучаемые инструменты различались не только по материалу изготовления, но и по дизайну. [8,14−18].
То есть, очевидно, что при сходстве сплава, используемого для изготовления инструментов, их основные отличия друг от друга обусловлены особенностями конструкции.

Подавляющее большинство ротационных никель-титановых эндодонтических инструментов представляют собой монолитный конусный стержень со специфической нарезкой рабочей части, что соответствует господствующей сегодня в эндодонтии концепции конусного препарирования корневых каналов [19]. Однако инструменты различных систем отличаются друг от друга по ряду конструктивных параметров.

Основополагающие принципы влияния конструктивных параметров рабочей части на свойства инструмента подробно рассмотрены в опубликованной ранее работе, посвящённой данному вопросу [20].

Располагая достаточно точной информацией о конструктивных параметрах того или иного инструмента, а также современным физикоматематическим аппаратом для её обработки, можно сделать вывод о его свойствах, а также провести объективный сравнительный анализ инструментов различного дизайна. Однако, в доступной литературе данные, касающиеся конструктивных параметров наиболее часто применяемых систем инструментов, весьма ограничены, а информация, публикуемая производителями, носит скорее рекламный характер и не всегда соответствует действительности [21].

Данная статья посвящена исследованию конструктивных параметров инструментов системы BioRaCe (FKG Dentaire, Швейцария), которые появились на рынке в 2009 году и являются модифицированной последовательностью хорошо известных инструментов системы RaCe (FKG Dentaire, Швейцария). Согласно информации производителя, инструменты BioRaCe по материалу изготовления, дизайну и характеру обработки поверхности полностью соответствуют инструментам RaCe, однако несколько отличаются от них размерами, конусностью, последовательностью применения и маркировкой на хвостовике [22].

Базовая последовательность системы BioRaCe (FKG Dentaire, Швейцария) включает следующие инструменты: укороченный формирователь устья BR 0 размера 25 .08; а также инструменты BR 1 (15 .05); BR 2 (25 .04); BR 3 (25 .06); BR 4 (35 .04); BR 5 (40 .04).

Несмотря на немалый срок существования системы RaCe на рынке (более 13 лет), в доступной литературе исследованию некоторых конструктивных параметров этих инструментов посвящено лишь две работы [1, 23], тогда как исследования, касающиеся конструктивных параметров системы BioRaCe, отсутствуют вовсе.

Целью настоящей работы явилось количественное исследование и анализ основных конструктивных параметров инструментов системы BioRaCe.

Материалы и методы

В исследование было включено 25 инструментов системы BioRaCe, то есть по пять инструментов следующих размеров: BR 1 (15 .05); BR 2 (25 .04); BR 3 (25 .06); BR 4 (35 .04); BR 5 (40 .04). Для количественного измерения параметров инструментов были проведены их электронно-микроскопические исследования. С помощью сканирующего электронного микроскопа (СЭМ) были получены микрофотограммы рабочей части инструментов на увеличениях x25, x100 и x120.

Для исследования конфигурации поперечного сечения инструментов были изготовлены их поперечные срезы. Для этого инструменты фиксировали в специальной цилиндрической форме так, чтобы продольная ось инструмента располагалась перпендикулярно дну цилиндра. Затем форму с инструментом заливали низкомодульным композиционным материалом и проводили его полимеризацию. После этого получали срезы инструментов перпендикулярно к их продольной оси на расстояниях 1, 3, 6 и 10 мм от верхушки. Поверхность срезов полировали, очищали и высушивали. Затем на поверхность образцов методом ионного напыления был нанесен тончайший слой золота для снятия заряда и экранирования падающего пучка электронов от накопленного в объеме материала заряда. Сканирующую электронную микроскопию поперечных срезов инструментов проводили на увеличении x150 в поле отраженных вторичных электронов.

Измерения конструктивных параметров инструментов по полученным с помощью СЭМ изображениям проводили в программе Adobe Photoshop CS3 (Adobe Systems, Incorporated, San Jose, California, USA) и «Image J 1.45s» (National Institutes of Health, USA). Было проведено измерение следующих конструктивных параметров инструментов (Рис.1):

  1. угла при верхушке
  2. угла нарезки
  3. шага нарезки
  4. глубины нарезки
  5. внутреннего и наружного диаметров
  6. переднего угла режущего лезвия
  7. заднего угла режущего лезвия
  8. угла заострения режущего лезвия

Полученные количественные величины были обработаны статистически с помощью программы Statistica для Windows (StatSoft Inc. USA), а затем графически представлены с помощью программы Microsoft Excel (Microsoft, USA).
Рис.1.
Конструктивные параметры инструмента. На примере вращающегося эндодонтического инструмента FlexMaster 25 .04 [31]. α – задний угол; β – угол заострения; γ – передний угол; Dв – внутренний диаметр; Dн – наружный диаметр.

Результаты

Результаты электронно-микроскопического исследования инструментов системы BioRaCe представлены на рисунках 2 — 6. На больших увеличениях (x120) видно, что все инструменты имеют гладкую поверхность режущей части без значительных дефектов, что является характерной чертой инструментов, подвергнутых химической полировке.
Рис.2.
Результаты электронно-микроскопического исследования инструмента BioRaCe 1 (15 .05)
Рис.3.
. Результаты электронно-микроскопического исследования инструмента BioRaCe 2 (25 .04)
Рис.4.
Результаты электронно-микроскопического исследования инструмента BioRaCe 3 (25 .06)
Рис.5.
. Результаты электронно-микроскопического исследования инструмента BioRaCe 4 (35 .04)
Рис.6.
Результаты электронно-микроскопического исследования инструмента BioRaCe 5 (40 .04)
Шаг нарезки
Рис. 7
Шаг нарезки инструментов BioRaCe

Динамика изменения шага нарезки инструментов BioRaCe различается в зависимости от конусности. У инструментов .04 конусности (BR 2, BR 4 и BR 5) шаг нарезки неравномерно изменяется по всей длине режущей части: возрастание шага нарезки поочередно сменяется его уменьшением. При этом примерно до середины режущей части инструмента средние значения шага нарезки сохраняются. От середины инструмента к хвостовику средние значения шага нарезки увеличиваются.

У инструмента .05 конусности (BR 1) динамика изменения шага нарезки в целом имеет сходный характер, однако график более сглаженный, а увеличение шага нарезки от верхушки к хвостовику более выражено.

У инструмента .06 конусности (BR 3) динамика изменения шага нарезки отличается от предыдущих инструментов: шаг нарезки равномерно увеличивается от верхушки к хвостовику. При этом количество витков нарезки у этого инструмента наименьшее. В целом все инструменты BioRaCe имеют достаточно большой шаг нарезки.
Угол нарезки
Рис. 8
Угол нарезки инструментов BioRaCe
Угол нарезки всех исследованных инструментов BioRaCe неравномерно изменяются по всей длине режущей части: увеличение угла нарезки чередуется с его уменьшением. При этом амплитуда изменений значений углов примерно одинакова. Средние значения угла нарезки остаются примерно одинаковыми по всей длине режущей части инструмента. У инструментов с небольшой конусностью (BR 2, BR 4 и BR 5) переменный угол нарезки ведет к тому, что шаг нарезки также изменяется неравномерно. При увеличении конусности за счет более резкого возрастания внешнего диаметра инструмента эта зависимость постепенно ослабевает (BR 1 и BR 3). Все инструменты BioRaCe имеют переменный угол нарезки, что значительно снижает его средние значения по длине режущей части. Малые средние значения угла нарезки в сочетании с большим шагом уменьшают нежелательный эффект вкручивания, который может вести к потере контроля над инструментом, его заклиниванию и поломке в корневом канале[20].
Глубина нарезки
Рис.9.
Глубина нарезки инструментов BioRaCe
Глубина нарезки инструментов BioRaCe относительно равномерно нарастает по всей длине режущей части. В целом значения глубины нарезки возрастают при увеличении размера и конусности инструмента. При постоянном соотношении Dв /Dн глубина нарезки нарастает вдоль оси инструмента пропорционально нарастанию его наружного диаметра только с меньшей скоростью. Поэтому у инструментов большей конусности нарастание глубины нарезки происходит более резко, так как более резко увеличивается наружный диаметр. При увеличении размера инструментов по ISO значения глубины нарезки также возрастают, хотя и не столь значительно. Большая глубина нарезки инструментов BioRaCe позволяет им срезать большое количество субстрата и глубже погружаться в канал за один цикл обработки.
Соотношение внутреннего и наружного диаметров.
Рис.10.
Отношение Dв/Dн инструментов BioRaCe
Отношение Dв /Dн у инструментов BioRaCe на исследованном отрезке от 1 до 10 мм остается практически неизменным. Статистически значимые отличия между значениями Dв /Dн у инструментов различных размеров и различной конусности отсутствуют. В целом инструменты BioRaCe имеют низкое значение Dв /Dн (около 0,54), что свидетельствует об их высокой гибкости и устойчивости к циклическим нагрузкам. Высокая гибкость и хорошая устойчивость этих инструментов к циклическим нагрузкам отмечалась также во многих экспериментальных исследованиях [1,3,9,24]. В то же время низкий показатель Dв /Dн указывает на относительно невысокую устойчивость этих инструментов к торсионным нагрузкам, что также было подтверждено рядом экспериментов [4,7,25]. По-видимому, невысокая торсионная прочность определяет столь низкие предельные значения вращающего момента (0,5 — 1,5 H∙см), рекомендованные производителем для этих инструментов [22]
Угол верхушки и углы режущего лезвия
Инструмент Угол верхушки Задний угол α Передний угол γ Угол заострения β
BioRace1 15 .05 60° 54° -30° 66°
BioRace1 25 .04 60° 55° -30° 65°
BioRace1 25 .06 59° 56° -30° 64°
BioRace4 35 .04 60° 55° -30° 65°
BioRace5 40 .04 57° 55° -30° 65°
Таблица. 1
Средние значения угла при верхушке и углов режущего лезвия инструментов BioRaCe.
Среднее значение угла при верхушке у инструментов системы BioRaCe составило 59,3°. Данные СЭМ демонстрируют, что верхушка инструмента имеет скругленную форму и очень плавно переходит в режущие грани без образования острых углов или ребер. Такая конструкция снижает риск нарушения исходной анатомии корневого канала и возникновения ятрогенных осложнений, таких как образование уступов и т. д.

Передний угол инструментов BioRaCe имеет малые отрицательные значения (в среднем -30°), обеспечивающие высокую режущую эффективность и высокую скорость обработки каналов. Значения переднего угла по ходу режущей части меняются незначительно. Статистически значимые различия между значениями передних углов у инструментов различных размеров и различной конусности отсутствуют. Задний угол инструментов BioRace имеет большую величину (в среднем 65°). Это позволяет лезвию легко погружаться в субстрат на достаточную глубину, что свидетельствует о высокой режущей эффективности данных инструментов. Значения заднего угла по ходу режущей части остаются неизменными. Различия между значениями задних углов у инструментов различных размеров и различной конусности отсутствуют.

Средние значения угла заострения инструментов BioRaCe составляют 55°, что обеспечивает достаточную прочность и стабильность режущего лезвия в процессе препарирования. Статистически значимые различия между значениями углов заострения у инструментов различных размеров и различной конусности отсутствуют.

В целом, треугольная форма режущего лезвия инструментов BioRaCe обеспечивает высокую режущую эффективность за счет малого переднего угла, большого заднего угла и наличия большого пространства для дентинных опилок. Высокая режущая эффективность и высокая скорость обработки канала данными инструментами подтверждается результатами экспериментальных исследований [26,27]. Однако следует отметить, что эти свойства инструментов BioRaCe свидетельствуют также об агрессивном характере препарирования. Результаты лабораторных исследований других авторов на акриловых блоках и удаленных зубах показали, что в процессе препарирования искривленных корневых каналов инструментами RaCe и BioRaCe транспортации возникали чаще, чем при использовании менее агрессивных инструментов [28−30].
Характеристика инструментов системы BioRaCe
Анализ основных конструктивных параметров инструментов позволил выделить их характерные свойства:

  1. Высокую режущую эффективность.
  2. Высокую гибкость
  3. Высокую устойчивость к циклическим нагрузкам.
  4. Низкую устойчивость к торсионным нагрузкам.
  5. Малый эффект вкручивания.
Используемая литература:
  1. Schäfer E., Dzepina A., Danesh G. Bending properties of rotary nickel-titanium instruments. Oral Surg Oral Med Oral Pathol Oral Radiol Endod, 2003;96(6):757- 63.
  2. Yao J.H., Schwartz S.A., Beeson T.J. Cyclic fatigue of three types of rotary nickeltitanium files in a dynamic model. J Endod, 2006;32:55–7.
  3. Tripi T.R., Bonaccorso A., Condorelli G.G. Cyclic fatigue of different nickeltitanium endodontic rotary instruments. Oral Surg Oral Med Oral Pathol Oral Radiol Endod, 2006;102:106–14.
  4. Yum J., Cheung G.S., Park J.K., Hur B., Kim H.C. Torsional strength and toughness of nickel-titanium rotary files. J Endod, 2011;37(3):382-6
  5. Schäfer E., Oitzinger M. Cutting efficiency of five different types of rotary nickeltitanium instruments. J Endod, 2008;34(2):198-200.
  6. Testarelli L., Grande N.M., Plotino G., Lendini M., Pongione G., De Paolis G., Rizzo F., Milana V., Gambarini G. Cyclic Fatigue of Different Nickel-Titanium Rotary Instruments: A Comparative Study. Open Dent J, 2009;3:55-58.
  7. Park S-Y., Cheung G.S.P., Yum J., Hur B., Park J-K., Kim H-C. Dynamic Torsional Resistance of Nickel-Titanium Rotary Instruments. J Endod, 2010;36(7):1200-1204.
  8. Kell T., Azarpazhooh A., Peters O.A., El-Mowafy O., Tompson B., Basrani B. Torsional Profiles of New and Used 20/.06 GT Series X and GT Rotary Endodontic Instruments. J Endod, 2009; 35(9): 1278-1281.
  9. Oh S.R., Chang S.W., Lee Y., Gu Y., Son W.J., Lee W., Baek S.H., Bae K.S., Choi G.W, Lim S.M., Kum K.Y. A comparison of nickel-titanium rotary instruments manufactured using different methods and cross-sectional areas: ability to resist cyclic fatigue. Oral Surg Oral Med Oral Pathol Oral Radiol Endod, 2010;109(4):622-8.
  10. Plotino G., Grande N.M., Cordaro M., Testarelli L., Gambarini G. A Review of Cyclic Fatigue Testing of Nickel-Titanium Rotary Instruments. J Endod, 2009; 35(11): 1469-1476.
  11. Plotino G., Grande N.M., Cordaro M., Testarelli L., Gambarini G. Influence of the shape of artificial canals on the fatigue resistance of NiTi rotary instruments. Int Endod J, 2010; 43: 69–75.
  12. Johnson E., Lloyd A., Kuttler S., Namerow K. Comparison between a Novel Nickel-Titanium Alloy and 508 Nitinol on the Cyclic Fatigue Life of ProFile 25/.04 Rotary Instruments. J Endod, 2008; 34(11): 1406-1409.
  13. Gao Y., Shotton V., Wilkinson K., Phillips G., Johnson W.B. Effects of Raw Material and Rotational Speed on the Cyclic Fatigue of ProFile Vortex Rotary Instruments. J Endod, 2010; 36(7):1205-1209.
  14. Kramkowski T.R, Bahcall J. An in vitro comparison of torsional stress and cyclic fatigue resistance of profile GT and profile GT series X rotary nickel-titanium files. J Endod, 2009; 35: 404–407.
  15. Larsen C.M, Watanabe I., Glickman G.N., He J. Cyclic fatigue analysis of a new generation of nickel titanium rotary instruments. J Endod, 2009; 35: 401–403.
  16. Al-Hadlaq S.M.S., AlJarbou F.A., AlThumairy R.I. Evaluation of Cyclic Flexural Fatigue of M-Wire Nickel-Titanium Rotary Instruments. J Endod, 2010; 36(2): 305-307.
  17. da Cunha Peixoto I.F., Pereira E.S.J., da Silva J.G. et al. Flexural fatigue and torsional resistance of ProFile GT and ProFile GT series X instruments. J Endod, 2010; 36: 741–744.
  18. Iqbal M.K., Floratos S., Hsu Y.K., Karabucak B. An in vitro comparison of ProFile GT and GTX nickel-titanium rotary instruments in apical transportation and length control in mandibular molar. J Endod, 2010; 36: 302–304.
  19. Schilder H. Cleaning and shaping the root canal. Dent Clin North Am, 1974; 18: 269–296.
  20. Беляева Т.С., Ржанов Е.А. Конструктивные особенности вращаемых (ротационных) эндодонтических инструментов. Эндодонтия, 2010; 4(3-4): 3-12.
  21. Chow D.Y., Stover S.E., Bahcall J.K., Jaunberzins A., Toth J.M. An in vitro comparison of the rake angles between K3 and ProFile endodontic file systems. Journal of Endodontics, 2005; 31(3): 180-182.
  22. http://www.biorace.ch
  23. Sonntag D. Schneidengeometrie und Effizienz voll-rotierender Nickel-TitanFeilen. Endodontie 2003; 12: 229-241.
  24. Kim H-C., Yum J., Hur B., Cheung G.S.P. Cyclic Fatigue and Fracture Characteristics of Ground and Twisted Nickel-Titanium Rotary Files. J Endod, 2010; 36(1): 147-152.
  25. Anderson ME, Price JWH, Parashos P. Fracture resistance of electropolished rotary nickel-titanium endodontic instruments. J Endod 2007;33:1212–6.
  26. Merrett S.J., Bryant S.T., Dummer P.M. Comparison of the shaping ability of RaCe and FlexMaster rotary nickel-titanium systems in simulated canals. J Endod, 2006;32(10):960-2.
  27. Rangel S., Cremonese R., Bryant S., Dummer P. Shaping ability of RaCe rotary nickel-titanium instruments in simulated root canals. J Endod, 2005;31(6):460-3.
  28. Al-Sudani D., Al-Shahrani S. A comparison of the canal centering ability of ProFile, K3, and RaCe Nickel Titanium rotary systems. J Endod, 2006;32(12):1198-201.
  29. Ozgur Uyanik M., Cehreli Z.C., Ozgen Mocan B., Tasman Dagli F. Comparative evaluation of three nickel-titanium instrumentation systems in human teeth using computed tomography. J Endod, 2006;32(7):668-71.
  30. Bonaccorso A., Cantatore G., Condorelli G.G., Schäfer E., Tripi T.R. Shaping ability of four nickel-titanium rotary instruments in simulated S-shaped canals. J Endod, 2009;35(6):883-6.
  31. Беляева Т.С., Ржанов Е.А. Исследование конструктивных параметров системы ротационных эндодонтических инструментов FlexMaster. Эндодонтия today, 2012; 1: С.16-25.