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

Исследование конструктивных параметров системы ротационных эндодонтических инструментов FlexMaster

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

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

Для препарирования корневых каналов разработано множество систем ротационных никель-титановых инструментов, отличающихся друг от друга по ряду конструктивных параметров. Понимание физического смысла и знание различий этих параметров необходимо для сравнительной оценки свойств конкретных инструментов и формирования эффективных интегральных алгоритмов их применения в клинической практике. Данная статья является первой из цикла работ, посвященных исследованию конструктивных параметров наиболее распространенных систем ротационных эндодонтических инструментов.

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

Design features of the rotary endodontic instrument system FlexMaster

Belyaeva T.S., Rzhanov E.A.

Abstract.
The numerous systems of rotary nickel-titanium instruments have been designed for the preparation of the root canal. These instruments differ from each other by the number of design features. The detailed understanding the physics of instrument functioning and difference in the basic design features is essential for the comparative evaluation of instrument properties and formation of the effective integrated clinical protocols. The present paper opens a series of articles dedicated to the design features investigation of the most commonly encountered endodontic rotary systems.


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

Введение

Для успешного применения в 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 множество различных систем вращающихся 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 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]. В других, инструменты различались не только по материалу изготовления, но и по дизайну. [6,14−18].
То есть, очевидно, что при сходстве сплава, используемого для изготовления инструментов, их основные отличия друг от друга обусловлены особенностями их 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].

Основополагающие принципы влияния конструктивных параметров рабочей части на свойства инструмента подробно рассмотрены в нашей ранее опубликованной 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 однозначный 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 FlexMaster (VDW, Munich, Germany), которые появились на рынке в 2000 году и с тех пор довольно широко применяются в практике. Тем не менее, в литературе исследованию некоторых конструктивных параметров инструментов этой системы посвящена лишь одна работа [22].

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

Материалы и методы

В исследование были включены 30 инструментов FlexMaster (VDW, Munich, Germany) следующих размеров: 20 .04, 25 .04, 30 .04, 20 .06, 25 .06 и 30 .06 (по пять инструментов каждого размера). 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 ×25, ×100 и ×120.

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 полимеризовали. После этого получали срезы инструментов перпендикулярно к их продольной оси на расстояниях 1, 3, 6 и 10мм от верхушки. Поверхность срезов аккуратно полировали, очищали и высушивали. Затем на поверхность образцов методом ионного напыления наносили 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 ×150 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). 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, а затем графически представлены с помощью программы Microsoft Excel 2010 (Microsoft, Redmond, Washington, USA)
Рис.1.
. Конструктивные параметры инструмента. На примере FlexMaster 25 .04. α – задний угол; β – угол заострения; γ – передний угол; Dв – внутренний диаметр; Dн – наружный диаметр

Результаты

FlexMaster 20 .04

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 FlexMaster 20.04
Шаг нарезки
Рис.3.
Шаг нарезки инструмента FlexMaster 20 .04 увеличивается в направлении от верхушки к хвостовику
Угол нарезки
Рис.4.
Угол нарезки инструмента FlexMaster 20 .04 также в целом равномерно увеличивается в направлении от верхушки к хвостовику.
Глубина нарезки
Рис.5.
Глубина нарезки инструмента FlexMaster 20 .04 равномерно возрастает по всей длине
режущей части инструмента от верхушки к хвостовику
Угол верхушки и углы режущего лезвия
Таблица. 1
Средние значения и стандартные отклонения для углов при верхушке и углов
режущего лезвия инструмента FlexMaster 20 .04.
Соотношение внутреннего и наружного диаметра
Рис.6.
Отношение Dв /Dн у инструментов FlexMaster 20 .04 остается практически неизменным на исследованном отрезке от 1 до 10 мм, то есть увеличение внутреннего и наружного диаметров происходит пропорционально.

FlexMaster 25 .04

Рис. 7.
Результаты электронно-микроскопического исследования FlexMaster 25 .04
Шаг нарезки
Рис. 8.
Шаг нарезки инструмента FlexMaster 25 .04 увеличивается в направлении от верхушки к хвостовику.
Угол нарезки
Рис. 9.
Угол нарезки инструмента FlexMaster 25 .04 также в целом равномерно увеличивается от верхушки к хвостовику.
Глубина нарезки
Рис.10.
Глубина нарезки инструмента FlexMaster 25 .04 равномерно нарастает по всей длине
режущей части инструмента от верхушки к хвостовику
Угол верхушки и углы режущего лезвия
Таблица. 2
Средние значения и стандартные отклонения для углов при верхушке и углов
режущего лезвия инструмента FlexMaster 25 .04.
Соотношение внутреннего и наружного диаметра
Рис.11.
Отношение Dв /Dн у инструментов FlexMaster 25 .04 остается практически неизменным на отрезке от 1мм до 3мм, а затем незначительно снижается на отрезке от 3мм до 10 мм, то есть увеличение внутреннего и наружного диаметров происходит
не вполне пропорционально.

FlexMaster 30 .04

Рис.12.
Результаты электронно-микроскопического исследования FlexMaster 30 .04.
Шаг нарезки
Рис.13.
Шаг нарезки инструмента FlexMaster 30 .04 увеличивается в направлении от верхушки к хвостовику.
Угол нарезки
Рис.14.
Угол нарезки инструмента FlexMaster 30 .04 в целом достаточно равномерно увеличивается от верхушки к хвостовику
Глубина нарезки
Рис.15.
Глубина нарезки инструмента FlexMaster 30 .04 постепенно возрастает по всей длине режущей части инструмента
от верхушки к хвостовику.
Угол верхушки и углы режущего лезвия.
Таблица 3.
Средние значения и стандартные отклонения углов при верхушке и углов режущего лезвия инструмента FlexMaster 30 .04.
Соотношение внутреннего и наружного диаметра
Рис.16
Отношение Dв /Dн у инструментов FlexMaster 30 .04 имеет незначительную тенденцию к постепенному снижению на исследованном отрезке от 1 до 10 мм, то есть увеличение внутреннего и наружного диаметров происходит
не вполне пропорционально

FlexMaster 20 .06

Рис.17.
Результаты электронно-микроскопического исследования FlexMaster 20. 06.
Шаг нарезки
Рис.18.
Значение шага нарезки инструмента FlexMaster 20 .06 остается практически постоянным примерно до середины
режущей части инструмента. Затем происходит довольно резкое увеличение шага нарезки.
Угол нарезки
Рис.19.
Значения угла нарезки инструмента FlexMaster 20 .06 быстро увеличиваются примерно до середины режущей части.
Затем наблюдается медленное незначительное увеличение угла нарезки.
Глубина нарезки
Рис.20.
Глубина нарезки инструмента FlexMaster 20 .06 медленно увеличивается примерно до середины режущей части инструмента, последующее увеличение глубины нарезки происходит значительно более резко.
Угол верхушки и углы режущего лезвия
Таблица 4.
Средние значения и стандартные отклонения углов при верхушке и углов режущего лезвия инструмента FlexMaster 20 .06
Соотношение внутреннего и наружного диаметра
Рис.21.
Отношение Dв /Dн у инструментов FlexMaster 20 .06 незначительно возрастает на отрезке от 1мм до 3 мм, затем между
3мм и 6мм остается практически неизменным, а к 10 мм снова несколько уменьшается. Это свидетельствует о том, что динамика увеличения внутреннего диаметра инструментов не вполне соответствует нарастанию внешнего диаметра.

FlexMaster 25 .06

Рис.22.
Результаты электронно-микроскопического исследования FlexMaster 25 .06.
Шаг нарезки
Рис.23.
Значение шага нарезки инструмента FlexMaster 25 .06 практически неизменно на расстоянии от верхушки
до середины режущей части инструмента. В последующем значения шага нарезки резко возрастают.
Угол нарезки
Рис.24.
Значения угла нарезки инструмента FlexMaster 25 .06 быстро увеличиваются примерно до середины режущей части. Последующее увеличение угла нарезки происходит значительно менее резко.
Глубина нарезки
Рис.25.
Глубина нарезки инструмента FlexMaster 25 .06 медленно увеличивается примерно до середины режущей части инструмента, последующее увеличение глубины нарезки происходит несколько более резко.
Угол верхушки и углы режущего лезвия
Таблица 5.
Средние значения и стандартные отклонения углов при верхушке и углов режущего лезвия инструмента FlexMaster 25 .06.
Соотношение внутреннего и наружного диаметра
Рис.26.
Отношение Dв /Dн у инструментов FlexMaster 25 .06 незначительно возрастает на отрезке от 1мм до 3 мм, затем между
3мм и 6мм остается практически неизменным, а к 10 мм снова несколько уменьшается. Это свидетельствует о том, что динамика увеличения внутреннего диаметра инструментов не вполне соответствует нарастанию внешнего диаметра.

FlexMaster 25 .06

Рис.27.
Результаты электронно-микроскопического исследования FlexMaster 30 .06.
Шаг нарезки
Рис.28.
Значение шага нарезки инструмента FlexMaster 30 .06 практически неизменно на расстоянии от верхушки
до середины режущей части инструмента. В последующем значение шага нарезки резко нарастает
Угол нарезки
Рис.29.
Значения угла нарезки инструмента FlexMaster 30 .06 быстро увеличиваются примерно до середины режущей части. Последующее увеличение угла нарезки происходит менее резко.
Глубина нарезки
Рис.30.
Глубина нарезки инструмента FlexMaster 30 .06 медленно увеличивается примерно до середины режущей части инструмента, последующее увеличение глубины нарезки происходит несколько более резко.
Угол верхушки и углы режущего лезвия
Таблица 6.
Средние значения и стандартные отклонения углов при верхушке и углов режущего лезвия инструмента FlexMaster 30 .06.
Соотношение внутреннего и наружного диаметра
Рис.31.
Отношение Dв /Dн у инструментов FlexMaster 30 .06 незначительно возрастает на отрезке от 1мм до 3 мм, затем между 3мм и 6мм остается практически неизменным, а к 10 мм снова несколько уменьшается. Это свидетельствует о том, что динамика увеличения внутреннего диаметра инструментов не вполне соответствует нарастанию внешнего диаметра.

Обсуждение результатов

Шаг нарезки
Шаг нарезки инструментов FlexMaster 04 конусности относительно равномерно увеличивается по направлению от верхушки к хвостовику. У инструментов 06 конусности шаг нарезки остается практически неизменным примерно до середины режущей части, затем наблюдается более резкое увеличение шага нарезки. Различий в значениях шага нарезки (а значит и количестве витков) у инструментов разных размеров по ISO не наблюдается. В целом инструменты системы FlexMaster имеют достаточно частую нарезку и большое количество витков на рабочей части. При этом у инструментов 06 конусности шаг нарезки несколько больше, чем у инструментов 04 конусности, а, следовательно, они имеют меньшее количество витков на режущей части инструмента.
Угол нарезки
Значения угла нарезки инструментов FlexMaster увеличиваются от верхушки к хвостовику. Однако если у инструментов 04 конусности это увеличение относительно равномерное, то у инструментов 06 конусности угол нарезки довольно быстро нарастают примерно до середины режущей части инструмента, затем увеличение угла нарезки происходит менее резко. Данная тенденция согласуется с динамикой изменения шага нарезки, так как эти параметры имеют обратную зависимость. С увеличением размера инструмента по ISO значения угла нарезки также несколько увеличиваются.

Небольшой шаг нарезки в сочетании с достаточно большими значениями угла нарезки инструментов FlexMaster делают их подверженными эффекту вкручивания, который затрудняет контроль над инструментом в процессе работы и может вести к его поломке внутри корневого канала [20]. 26 Инструменты большей конусности ввиду наличия большего угла нарезки подвержены этому эффекту в большей степени.
Глубина нарезки
Глубина нарезки равномерно нарастает по всей длине режущей части у инструментов 04 конусности. У инструментов 06 конусности глубина нарезки медленно увеличивается примерно до середины режущей части инструмента, а последующее увеличение глубины нарезки происходит более резко. В целом значения глубины нарезки у инструментов 06 конусности больше, чем у инструментов 04 конусности, причем в первой половине режущей части (ближе к верхушке) эти различия не столь значительны, как во второй. При увеличении размера инструмента по ISO глубина нарезки также несколько возрастает.

Глубина нарезки наряду с некоторыми другими параметрами определяет объем нарезки, который в свою очередь характеризует режущую эффективность инструмента [20]. Большая глубина нарезки способствует высокой режущей эффективности инструментов. Инструменты FlexMaster 06 конусности способны срезать большее количество субстрата, в особенности в области второй половины режущей части
Угол верхушки и углы режущего лезвия
Среднее значение угла при верхушке у инструментов системы FlexMaster составило 58,1°. Данные инструменты имеют достаточно острую верхушку, поэтому при работе с ними в искривлённых корневых каналах следует соблюдать осторожность, так как имеется риск образование «ступенек».

Передний угол лезвия инструментов FlexMaster имеет выраженные отрицательные значения, в целом оптимальные для процесса препарирования [20]. Значения переднего угла по ходу режущей части меняются незначительно. Также отсутствуют выраженные различия между значениями передних углов у инструментов различных размеров и конусности.

Задний угол инструментов FlexMaster имеет относительно большую величину, что позволяет лезвию легко погружаться в субстрат на достаточную глубину. Значения заднего угла остаются практически неизменными на различных уровнях режущей части инструментов.

Угол заострения инструментов FlexMaster имеет достаточно большие значения, что свидетельствует о прочности и стабильности режущего лезвия в процессе обработки канала. Таким образом, форма режущего лезвия обеспечивает высокую режущую эффективность и в сочетании с имеющейся глубиной нарезки, позволяет охарактеризовать инструменты FlexMaster как агрессивные.
Отношение Dв/Dн
Изменение отношения Dв /Dн у инструментов FlexMaster 04 конусности не имеет выраженной тенденции. Отношение Dв /Dн у инструментов 06 конусности незначительно возрастает на отрезке режущей части от 1мм до 3 мм, затем между 3мм и 6мм остается практически неизменным, а к 10 мм снова несколько уменьшается. Таким образом, динамика увеличения внутреннего диаметра инструментов не вполне соответствует нарастанию внешнего диаметра. Инструменты FlexMaster имеют высокое значение Dв /Dн (около 0,8), что свидетельствует об их низкой гибкости или ригидности. В то же время данный показатель указывает на хорошую устойчивость этих инструментов к торсионным нагрузкам. Инструменты с таким высоким показателем Dв /Dн в сочетании с довольно острой конфигурацией верхушки не рекомендуется использовать для обработки сильно искривленных корневых каналов во избежание существенного нарушения исходной анатомии канала. Однако, следует отметить преимущества инструментов FlexMaster при обработке прямых, но узких и облитерированных каналов
Выводы
Анализ основных конструктивных параметров инструментов FlexMaster позволил выделить их характерные свойства:

  1. Агрессивность верхушки.
  2. Высокую режущую эффективность.
  3. Устойчивость к торсионным нагрузкам.
  4. Низкую гибкость.
  5. Плохую контролируемость процесса препарирования за счет выраженного эффекта вкручивания.
Данные инструменты не рекомендуется применять в сильно искривленных корневых каналах.
Используемая литература:
  1. Yared G., Kulkarni G.K., Ghossayn F. An in vitro study of the torsional properties of new and used K3 instruments. Int Endod J, 2003; 36: 764-769.
  2. Ray J.J., Kirkpatrick T.C., Rutledge R.E. Cyclic Fatigue of EndoSequence and K3 Rotary Files in a Dynamic Model. J Endod, 2007; 33(12): 1469- 1472.
  3. Bahia M.G.A., Melo M.C.C., Buono V.T.L. Influence of cyclic torsional loading on the fatigue resistance of K3 instruments. Int Endod J, 2008; 41: 883–891.
  4. Gambarini G., Grande N.M., Plotino G., Somma F., Garala M., De Luca M., Testarelli L. Fatigue Resistance of Engine-driven Rotary NickelTitanium Instruments Produced by New Manufacturing Methods. J Endod, 2008; 34(8): 1003-1005. 29
  5. Melo M.C.C., Pereira E.S.J., Viana A.C.D., Fonseca A.M.A., Buono V.T.L., Bahia M.G.A. Dimensional characterization and mechanical behaviour of K3 rotary instruments. Int Endod J, 2008; 41: 329–338.
  6. 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.
  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. Testarelli L., Grande N.M., Plotino G., Lendini M., Pongione G., De Paolis G., Rizzo F., Milana V., Gambarini G. Cyclic Fatigue of Different NickelTitanium Rotary Instruments: A Comparative Study. The Open Dentistry Journal, 2009; 3: 55-58.
  9. 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.
  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. 30
  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. Sonntag D. Schneidengeometrie und Effizienz voll-rotierender NickelTitan-Feilen. Endodontie 2003; 12: 229-241.