Caratterizzazione del sistema rotante ProTaper Ultimate trattato termicamente specifico per file

Abstract

Obiettivo: Confrontare il design, la metallurgia e le prestazioni meccaniche del sistema ProTaper (PT) Ultimate con strumenti di dimensioni simili dei sistemi ProGlider, PT Gold e PT Universal.

Metodologia: I nuovi strumenti PT Ultimate (n = 248) sono stati confrontati con strumenti di dimensioni simili dei sistemi ProGlider (n = 31), PT Gold (n = 155) e PT Universal (n = 155) riguardo al numero di spirali, angolo elicoidale, simmetria della lama, geometria della punta, finitura superficiale, rapporto nichel/titanio, temperature di trasformazione di fase e prestazioni meccaniche. Sono stati utilizzati test anova unidirezionali e test della mediana non parametrica di Mood per il confronto statistico (α = 5%).

Risultati: Tutti gli strumenti avevano lame simmetriche senza superfici radiali o lati piatti, finitura superficiale simile e un rapporto nichel/titanio quasi equiatomico, mentre il numero di spirali, angoli elicoidali e la geometria della punta erano diversi. Gli strumenti PT Ultimate hanno mostrato 3 trattamenti termici distinti che corrispondevano al colore del loro filo metallico. Gli strumenti Slider e ProGlider avevano temperature di inizio della fase R (Rs) e di fine della fase R (Rf) simili. Gli strumenti SX, F1, F2, F3 e Shaper hanno mostrato trattamenti termici equivalenti (Rs ~45.6°C e Rf ~28.3°C) simili ai loro omologhi PT Gold (Rs ~47.9°C e Rf ~28.2°C), ma completamente distinti da quelli del PT Universal (Rs ~16.2°C e Rf ~−18.2°C). Tra gli strumenti PT Ultimate, i torques massimi più bassi sono stati osservati negli strumenti SX (0.44 N cm), Slider (0.45 N cm) e Shaper (0.60 N cm), mentre il più alto è stato notato nell'FXL (4.90 N cm). Gli strumenti PT Ultimate Slider e ProGlider avevano carichi torsionali simili (~0.40 N cm) e carichi di flessione (~145.0 gf) (p = 1.000), mentre gli altri strumenti PT Ultimate mostrano un torque massimo significativamente più basso, un angolo di rotazione più alto e un carico di flessione più basso (maggiore flessibilità) rispetto ai loro omologhi dei sistemi PT Universal e PT Gold.

Conclusioni: Il sistema PT Ultimate comprende strumenti con 3 trattamenti termici distinti che hanno mostrato temperature di trasformazione di fase simili ai loro analoghi trattati termicamente. Gli strumenti PT Ultimate presentano una resistenza torsionale inferiore e una flessibilità superiore rispetto ai loro omologhi, mentre la coppia massima, l'angolo di rotazione e i carichi di flessione aumentano progressivamente con le loro dimensioni.

Introduzione

Gli strumenti in nichel-titanio (NiTi) sono stati ampiamente utilizzati per eseguire l'ingrandimento meccanico del sistema canalare. Nel corso degli anni, sono stati introdotti miglioramenti successivi in questi strumenti, inclusi diversi trattamenti termici impiegati durante il processo di produzione (Rubio et al., 2022; Zupanc et al., 2018). Questi cambiamenti possono portare a disposizioni cristallografiche distinte della lega NiTi a temperature specifiche, influenzando infine il comportamento meccanico di questi strumenti (Martins et al., 2022).

Alcuni esempi di leghe trattate termicamente sono il M-wire (Dentsply Tulsa Dental), che incorpora un trattamento termico prima della produzione della lega, e i fili Gold e Blue trattati termicamente (Dentsply Tulsa Dental) che ricevono un trattamento termico post-macinazione (Zupanc et al., 2018). Secondo Gao et al. (2012), ci si aspetta comportamenti meccanici diversi quando si considerano strumenti di dimensioni simili realizzati in leghe di NiTi austenitico, M-wire o leghe trattate termicamente Blue. In tali casi, gli strumenti M-wire tendono ad avere coppie massime più elevate, mentre i fili trattati termicamente Blue presentano una resistenza alla flessione inferiore (alta flessibilità) e una maggiore resistenza alla fatica ciclica e grado di rotazione sotto stress torsionale (De-Deus et al., 2017; Duke et al., 2015). Allo stesso modo, gli strumenti trattati termicamente Gold presentano solitamente una resistenza alla fatica ciclica e flessibilità superiori, ma una resistenza torsionale inferiore rispetto agli strumenti in lega NiTi convenzionali (austenitici) di dimensioni simili (Elnaghy & Elsaka, 2016; Plotino et al., 2017). Questi miglioramenti possono essere considerati rilevanti in un contesto clinico poiché possono estendere la vita utile degli strumenti, preservando al contempo il percorso originale del principale canale radicolare (Zupanc et al., 2018). Inoltre, lo sviluppo di strumenti con caratteristiche diverse offre ai clinici l'opportunità di scegliere il più appropriato per una specifica morfologia radicolare o canalare.

Gli strumenti rotanti in NiTi della famiglia ProTaper (PT) sono probabilmente i sistemi più conosciuti e duraturi attualmente disponibili sul mercato. Nel 2001, quando fu lanciata la prima generazione di questo sistema, gli strumenti erano realizzati in lega di NiTi convenzionale con un design innovativo che utilizzava coni di percentuale crescente o decrescente su un singolo file (Ruddle, 2005). Questo sistema comprendeva originariamente 3 strumenti di modellatura (SX [19/.04v], S1 [18/.02v] e S2 [20/.04v]) e 3 strumenti di finitura (F1 [20/.07v], F2 [25/.08v] e F3 [30/.09v]) con bordi di taglio affilati e senza superfici radiali. Successivamente, furono aggiunti 2 strumenti di finitura più grandi (F4 [40/.06v] e F5 [50/.05v]) a questo set e il sistema cambiò nome in PT Universal (Dentsply Maillefer). La generazione successiva fu lanciata nel 2013, il PT Next (Dentsply Sirona Endodontics), e comprendeva 5 strumenti (dimensioni 17/.04v, 25/.06v, 30/.07v, 40/.06v e 50/.06v) realizzati in M-wire e progettati per avere un design offset per migliorare la flessibilità e minimizzare l'ingaggio tra lo strumento e la dentina (Ruddle et al., 2013). Sfruttando i progressi tecnologici nella metallurgia, il sistema PT Universal si è evoluto in PT Gold (Dentsply Sirona Endodontics) nel 2014, un sistema in cui gli strumenti hanno le stesse geometrie, ma la lega è trattata termomeccanicamente (Gold Wire), risultando in una maggiore flessibilità e resistenza alla fatica ciclica (Elnaghy & Elsaka, 2016). Nello stesso anno, è stato introdotto anche il ProGlider (16/.02v) (Dentsply Sirona Endodontics), uno strumento rotante ausiliario che utilizza la tecnologia M-Wire, per la preparazione meccanica del percorso di scorrimento (Ruddle et al., 2014).

Il nuovo sistema rotativo PT Ultimate (Dentsply Sirona Endodontics) è l'ultima generazione della famiglia PT ed è uno dei primi sistemi a sfruttare disposizioni cristallografiche distinte indotte da una tecnologia di trattamento termico specifico per produrre un insieme di strumenti con comportamenti meccanici diversi, mirando a garantire un equilibrio tra flessibilità e resistenza. Secondo il produttore, gli 8 strumenti che compongono questo sistema (Slider [16/.02v], SX [20/.03v], Shaper [20/.04v], F1 [20/.07v], F2 [25/.08v], F3 [30/.09v], FX [35/.12v] e FXL [50/.10v]) sono realizzati utilizzando 3 leghe trattate termicamente diverse: M-wire (Slider), Gold-wire (SX, Shaper, F1, F2, F3) e Blue heat-treated wire (FX e FXL) (Dentsply Sirona, 2022). Considerando la mancanza di conoscenze riguardo a questo sistema, è stato condotto un approccio di ricerca multimodale per confrontare il design, le caratteristiche metallurgiche e le prestazioni meccaniche del sistema PT Ultimate con strumenti di dimensioni simili dei sistemi ProGlider, PT Gold e PT Universal. L'ipotesi nulla da testare era che non ci fosse differenza nel comportamento meccanico tra questi diversi strumenti.

Materiali e metodi

Selezione del campione

Un totale di 248 nuovi strumenti rotativi NiTi selezionati casualmente dal nuovo PT Ultimate (31 strumenti di ciascuna dimensione – Slider, SX, Shaper, F1, F2, F3, FX, FXL – distribuiti tra valutazioni di design, metallurgiche e meccaniche) sono stati confrontati riguardo al loro design, caratteristiche metallurgiche e comportamento meccanico con strumenti simili dei sistemi ProGlider (n = 31), PT Gold (n = 155; 31 strumenti di ciascuna dimensione – SX, S2, F1, F2, F3) e PT Universal (n = 155; 31 strumenti di ciascuna dimensione – SX, S2, F1, F2, F3) dopo essere stati precedentemente controllati per deformazioni maggiori (come srotolamenti o interruzioni significative della lama) che li avrebbero esclusi dallo studio. Tutti gli strumenti erano lunghi 25 mm, tranne lo SX (19 mm). Non sono state osservate deformazioni maggiori sotto il microscopio operativo (×13.6) (OPMI Pico; Carl Zeiss Surgical) in nessuno strumento e quindi nessuno di essi è stato escluso.

Design

La valutazione microscopica del design è stata condotta a un ingrandimento di ×13.6 (OPMI Pico) in 6 strumenti di ciascuna dimensione di tutti i sistemi testati in cui sono stati determinati il numero di lame e gli angoli elicoidali medi delle 6 spirali più coronali (Image J v1.50e; Laboratorio per Strumentazione Ottica e Computazionale). Questi stessi strumenti sono stati inoltre valutati mediante microscopia elettronica a scansione (SEM) (Hitachi S-2400; Hitachi) per indagare la simmetria delle lame, la presenza di superfici radiali o lati piatti (×20), e il design e il tipo (attivo o non attivo) delle punte (×40). Anche la finitura superficiale è stata valutata (×150) riguardo all'esistenza di microdifetti, come rollover di metallo o interruzioni spiraliformi.

Metalurgia

La spettroscopia a raggi X a dispersione di energia (EDS) è stata condotta in 3 strumenti di ciascun sistema testato su un'unità SEM convenzionale (DSM-962 Carl Zeiss Microscopy GmbH) dotata di un rivelatore EDS Inca X-act (Oxford Instruments NanoAnalysis) e impostata a 20 kV e 3,1 ampere. Il vuoto iniziale è stato effettuato per 10 minuti e l'acquisizione dei dati è stata completata in un'area di 500 × 400 μm per 1 minuto a una distanza di lavoro di 25 mm. Le analisi hanno utilizzato la correzione ZAF e le proporzioni degli elementi metallici sono state ottenute in un software dedicato (Microanalysis Suite v.4.14 software; Oxford Instruments NanoAnalysis). Sono stati condotti anche test di calorimetria a scansione differenziale (DSC) (DSC 204 F1 Phoenix; NETZSCH-Gerätebau GmbH) per determinare le temperature di trasformazione di fase (ASTM F2004-17, 2004) utilizzando 2 strumenti di ciascuna dimensione di tutti i sistemi testati. Un frammento di 4–5 mm di lunghezza (peso 5–10 mg) è stato ottenuto dalla lama attiva di ciascun strumento e sottoposto a un bagno di incisione (45% di acido nitrico, 25% di acido fluoridrico e 30% di acqua distillata) per 2 minuti. Dopo di che, la soluzione acida è stata neutralizzata con acqua distillata e ciascun campione è stato montato su una padella di alluminio all'interno del dispositivo DSC, avendo una padella vuota come controllo. Ogni ciclo termico individuale ha avuto una durata di 1 ora e 40 minuti e si è svolto sotto protezione di azoto gassoso (N2). Le temperature del ciclo variavano da −150°C a 150°C con un ritmo di 10°C al minuto. I risultati e i grafici DSC sono stati ottenuti utilizzando il software NETZSCH Proteus Thermal Analysis (NETZSCH-Gerätebau GmbH). Un secondo test è stato condotto per confermare i risultati del primo test.

Test meccanici

Il comportamento meccanico degli strumenti è stato valutato testando le loro resistenze torsionali e di flessione secondo le specifiche internazionali (ANSI/ADA Specification No. 28, 2002; ISO 3630-3631, 2008). I calcoli delle dimensioni del campione per i test meccanici sono stati determinati tenendo conto delle maggiori differenze nei risultati ottenuti da 2 degli strumenti valutati del sistema PT Ultimate dopo 6 misurazioni iniziali. Considerando un errore di tipo alfa di 0,05 e una potenza dell'80%, le dimensioni del campione determinate per la coppia massima (dimensione dell'effetto: 4,45 ± 2,38; Slider vs. FXL), angolo di rotazione (dimensione dell'effetto: 279,88 ± 162,04; Shaper vs. FXL) e carico massimo di flessione (dimensione dell'effetto: 245,42 ± 129,27; Shaper vs. FX) erano rispettivamente 6, 7 e 6 strumenti. La dimensione finale del campione per ciascun test è stata fissata a 10 strumenti per tutti i gruppi.

Nel test torsionale, gli strumenti sono stati montati in posizione rettilinea su un torsiometro (TT100; Odeme Dental Research) e bloccati a 3 mm apicali. Successivamente, sono stati ruotati a un ritmo costante di 2 rpm in senso orario fino alla rottura. La coppia massima sostenuta prima della rottura (in N cm) e l'angolo di rotazione (in gradi) sono stati valutati con un software dedicato (Odeme Analysis TT100, Odeme Dental Research). Nel test di flessione, gli strumenti sono stati montati nel supporto per strumenti e posizionati a 45° rispetto al pavimento, mentre i loro 3 mm apicali erano attaccati a un filo collegato a una macchina di prova universale (DL-200 MF; EMIC). Il test è stato condotto utilizzando un carico di 20 N applicato a un ritmo costante di 15 mm/min fino a quando lo strumento ha raggiunto uno spostamento di 45°. Il carico massimo richiesto per indurre questo spostamento è stato registrato in grammi/forza (gf) utilizzando il software Tesc v3.04 (Mattest Automação e Informática).

Analisi statistica e reportistica

La normalità dei dati è stata valutata utilizzando il test di Shapiro-Wilk e presentata come media (deviazione standard) o mediana (intervallo interquartile) a seconda della loro distribuzione. Sono stati utilizzati test post hoc Tukey ANOVA unidirezionali per valutare le differenze negli angoli elicoidali medi, mentre il test della mediana di Mood non parametrico è stato impiegato per confrontare la coppia massima, l'angolo di rotazione e il carico di flessione massimo tra gli strumenti (SPSS v22.0 per Windows; SPSS Inc.). Il livello di significatività è stato fissato al 5%. Il presente manoscritto è stato redatto secondo le linee guida Preferred Reporting Items for Laboratory studies in Endodontology (PRILE) 2021 (Figura 1) (Nagendrababu et al., 2021).

Risultati 

Design

La Tabella 1 riassume le analisi del design, mentre la Figura 2 mostra le immagini SEM degli strumenti valutati. Tutti i file testati avevano lame simmetriche senza superfici radiali o lati piatti.

Il PT Ultimate Slider era simile al ProGlider in termini di dimensione della punta, finitura superficiale e angolo elicoidale, ma aveva un'area attiva più corta con un numero minore di lame e una sezione trasversale a parallelogramma, mentre il ProGlider aveva una sezione trasversale orizzontale quadrata. Il numero di lame del PT Ultimate Shaper e dei Finishers (F1, F2 e F3) diminuiva (da 18 a 12), man mano che il diametro aumentava, ed era superiore rispetto ai loro omologhi, le cui spirali diminuivano anch'esse da 11 (S2) a 9 (F3). In generale, gli angoli elicoidali erano simili tra gli strumenti, tuttavia il PT Ultimate F1 e F2 mostrava angoli significativamente più bassi rispetto ai loro equivalenti PT Universal e PT Gold (Tabella 1). Il PT Ultimate Shaper e i Finishers avevano una sezione trasversale a parallelogramma decentrata, mentre tutti gli strumenti analoghi avevano una forma triangolare convessa in sezione trasversale, tranne per gli strumenti F3 che avevano una sezione trasversale triangolare concava. Il PT Ultimate FX e FXL avevano il numero minore di lame e angoli elicoidali tra i sistemi testati, ma sezioni trasversali simili agli altri strumenti PT Ultimate. Le punte del PT Ultimate Shaper e dei Finishers erano simili, ma diverse dallo Slider, FX e FXL, mentre negli altri sistemi, la geometria delle punte era distinta l'una dall'altra. Nessuna delle punte poteva essere chiaramente identificata come attiva.

Le analisi visive e microscopiche di tutti gli strumenti non hanno rivelato deformazioni o difetti significativi. In generale, la finitura superficiale era simile con segni di fabbricazione paralleli in tutti gli strumenti e solo molto pochi micro difetti.

Metallurgia

I test di spettroscopia a raggi X a dispersione di energia hanno mostrato un rapporto degli elementi nichel/titanio quasi equiatomico in tutti gli strumenti senza altri elementi metallici. Le analisi DSC degli 8 strumenti del sistema PT Ultimate hanno rivelato 3 trattamenti termici distinti che corrispondevano al colore della loro lega metallica (Figura 3). Gli strumenti Slider e ProGlider avevano temperature di inizio della fase R (Rs) e di fine della fase R (Rf) simili. Gli strumenti SX, F1, F2, F3 e Shaper hanno mostrato trattamenti termici equivalenti (Rs ~45.6°C e Rf ~28.3°C) che erano simili ai loro omologhi PT Gold (Rs ~47.9°C e Rf ~28.2°C), ma completamente distinti da quelli PT Universal (Rs ~16.2°C e Rf ~−18.2°C). Gli strumenti PT Ultimate FX e FXL hanno mostrato curve DSC simili con temperature di trasformazione di fase che variavano da 29.4°C (Rs) e 19.8°C (Rf) durante il raffreddamento, e 7.7°C (inizio austenitico [As]) e 36.4°C (fine austenitica [Af]) durante il riscaldamento (Tabella 2, Figura 3).

Test meccanici

Tra gli strumenti PT Ultimate, i valori massimi di coppia più bassi sono stati osservati negli strumenti SX (0,44 N cm), Slider (0,45 N cm) e Shaper (0,60 N cm), mentre il valore più alto è stato notato nell'FXL (4,90 N cm) (Tabella 1). Gli angoli di rotazione più bassi e più alti sono stati osservati negli strumenti Shaper (418°) e FXL (712°), rispettivamente. Sebbene il test di flessione abbia rivelato una tendenza generale degli strumenti a diventare meno flessibili man mano che aumentavano di dimensione, il più grande strumento di questo sistema (FXL) ha mostrato un carico massimo significativamente inferiore (294,4 gf) rispetto allo strumento FX (410,9 gf), che era il meno flessibile tra gli strumenti da 25 mm (Tabella 1, Figura 4). PT Ultimate Slider e ProGlider hanno mostrato risultati simili in termini di carico torsionale (p = 1,000) e carico di flessione (p = 1,000), mentre, in generale, gli altri strumenti PT Ultimate hanno mostrato una coppia massima statisticamente significativamente inferiore, un angolo di rotazione più alto e un carico di flessione più basso (maggiore flessibilità) rispetto ai loro omologhi dei sistemi PT Universal e PT Gold (Tabella 1, Figura 4).

Discussione 

Questo studio presenta dati originali riguardanti il sistema rotante specifico per file PT Ultimate, recentemente lanciato, utilizzando il concetto di ricerca multimodale, un approccio che fornisce più informazioni, una migliore comprensione e una validazione interna ed esterna superiore rispetto a una valutazione con metodo singolo o doppio (Martins et al., 2021c). In generale, il concetto del sistema PT Ultimate sembra combinare diverse caratteristiche di strumenti precedenti sviluppati dalla stessa azienda, inclusi il cono variabile (ProTaper), il cosiddetto concetto di ‘Deep Shape’ o aumento del cono apicale (ProTaper), la sezione trasversale a parallelogramma decentrata (PT Next, TruNatomy), lo strumento ausiliario a grande cono FXL (ProFile GT) e l'uso di leghe metalliche trattate termicamente in M-Wire (ProGlider, PT Next), filo d'oro (PT Gold, WaveOne Gold) e filo blu (Vortex Blue, Reciproc Blue). Tra gli strumenti PT Ultimate, è stato osservato che la coppia massima sostenibile prima della rottura e i carichi di flessione massimi aumentavano con la dimensione degli strumenti (Tabella 1, Figura 4), un risultato atteso considerando studi precedenti su sistemi multi-file che riportano coppie più elevate e meno flessibilità negli strumenti più grandi (Kramkowski & Bahcall, 2009; Ninan & Berzins, 2013; Pedulla et al., 2018; Viana et al., 2010; Wycoff & Berzins, 2012). Al contrario, non è stato possibile dimostrare un modello nell'angolo di rotazione in base alla dimensione degli strumenti, ma risultati misti in questo parametro meccanico sono stati riportati anche da diversi autori (Kramkowski & Bahcall, 2009; Ninan & Berzins, 2013; Pedulla et al., 2018; Wycoff & Berzins, 2012). Tuttavia, i diversi arrangiamenti cristallografici degli strumenti PT Ultimate non sembravano influenzare il loro comportamento meccanico poiché questi risultati potrebbero essere spiegati principalmente da differenze nelle dimensioni degli strumenti. Un'eccezione è stata osservata nel più grande strumento del sistema PT Ultimate, l'FXL (50/.10v), che era più flessibile dell'FX (35/.12v), uno strumento realizzato con la stessa lega trattata termicamente, ma con dimensioni più piccole (Tabella 1, Figura 3). Questo apparente risultato contraddittorio può essere spiegato considerando che la parte attiva dell'FXL ha solo 7 mm di lunghezza e, pertanto, il risultato del test di flessione rifletteva il diametro della sezione trasversale della sua porzione non attiva, che è più piccola (1 mm) rispetto allo strumento FX (1.2 mm a D16).

Le prestazioni meccaniche degli strumenti testati possono essere parzialmente spiegate dalle dissimilarità osservate nella loro geometria, principalmente perché le modifiche nel design del nuovo sistema PT Ultimate non consentono di fare un confronto diretto con le vecchie versioni degli strumenti ProTaper, evidenziando l'importanza di un'analisi multimodale per comprendere correttamente il loro comportamento meccanico. I risultati presenti hanno dimostrato che il PT Ultimate Shaper e i Finishers (F1, F2 e F3) avevano una resistenza torsionale inferiore e una flessibilità superiore (maggiore angolo di rotazione e minore carico di flessione) rispetto ai loro omologhi (Tabella 1, Figura 4) e l'ipotesi nulla è stata respinta. Considerando le somiglianze degli strumenti testati in termini di rapporto nichel/titanio e finitura superficiale, i risultati di questi strumenti PT Ultimate possono essere spiegati principalmente non solo dai loro design differenti, come l'alto numero di spirali (McSpadden, 2007) (Tabella 1) e la sezione trasversale a parallelogramma decentrata (Martins et al., 2020) (Figura 2), ma anche dal loro arrangiamento cristallografico rispetto al PT Universal completamente austenitico, poiché la lega del sistema PT Gold ha un trattamento termico simile (Figura 3, Tabella 2). Rispetto agli altri strumenti testati, la ridotta flessibilità degli strumenti SX (Tabella 1, Figura 4) può essere correlata alle loro lunghezze più corte (19 mm), che hanno portato a un aumento esponenziale dello stress necessario per applicare la forza durante il test di flessione standardizzato.

Le leghe NiTi possono avere tre fasi microstrutturali distinte chiamate austenite, fase R e martensite, che possono influenzare direttamente il comportamento meccanico degli strumenti endodontici (Elnaghy & Elsaka, 2016; Plotino et al., 2017; Zupanc et al., 2018). La fase austenitica della lega NiTi è relativamente rigida, dura e ha una flessibilità limitata. Quando viene applicato stress a questo tipo di strumento, può verificarsi una trasformazione dalla disposizione cristallografica austenitica a quella martensitica in un processo chiamato trasformazione martensitica indotta dallo stress. Questa riorganizzazione atomica porta a una caratteristica nota come superelasticità, caratterizzata da un riordino della forma che può riportare lo strumento alla sua forma originale senza alcuna deformazione definitiva quando lo stress indotto viene interrotto o ridotto (Shen et al., 2011), il che significa che il suo modulo elastico inferiore, rispetto agli strumenti in acciaio inossidabile, fornisce una flessibilità superiore (Zupanc et al., 2018). La forma austenitica e le sue caratteristiche di superelasticità caratterizzano la lega convenzionale NiTi che è stata utilizzata in sistemi come il ProTaper Universal testato in questo studio.

La disposizione cristallografica della lega NiTi osservata in un intervallo di temperature più elevato è definita come fase austenitica ed è caratterizzata da una rete di tipo B2 (simmetria cubica). Quando la temperatura della lega scende al di sotto dell'intervallo di temperatura di trasformazione, si verifica la trasformazione martensitica dalla fase austenitica a quella martensitica. Questa fase martensitica presenta una rete monoclinica (di tipo B19') che può essere riportata alla rete di tipo B2 riscaldando la lega al di sopra dell'intervallo di temperatura di trasformazione (Thompson, 2000). Questo fenomeno di cambiamento delle proprietà fisiche che consente a una lega NiTi deformata di recuperare la sua forma originale quando riscaldata è noto come memoria di forma (Zupanc et al., 2018). Le aziende sfruttano questa proprietà per produrre strumenti martensitici che vengono trattati termicamente durante la loro fabbricazione per aumentare le loro temperature di trasformazione di fase. Di conseguenza, questi strumenti sono più morbidi, più duttili e hanno una flessibilità superiore, resistenza alla fatica ciclica e una minore resistenza allo stress torsionale rispetto agli strumenti con disposizioni cristallografiche austenitiche. Diverse designazioni sono state date a queste leghe NiTi trattate termicamente, come M-wire, CM wire, Gold wire, Blue wire o MaxWire (Zupanc et al., 2018). Nonostante il fatto che tutte condividano caratteristiche martensitiche simili, presentano disposizioni cristallografiche distinte a temperatura di servizio e, di conseguenza, comportamenti meccanici diversi (Zupanc et al., 2018), come illustrato dai risultati presenti (Tabella 1, Figure 3 e 4). Un altro tipo di trasformazione martensitica, che si verifica tra forme completamente austenitiche e completamente martensitiche, è la trasformazione di fase R, che può essere considerata anch'essa una forma martensitica (Kuhn & Jordan, 2002). Essa consiste in una disposizione atomica romboedrica con caratteristiche martensitiche termoelastiche e, similmente alla fase martensitica, può essere indotta da stress o temperatura. Molti produttori hanno utilizzato questa trasformazione di fase R per produrre strumenti con una certa duttilità, ma con flessibilità migliorata e resistenza alla fatica ciclica, rispetto agli strumenti NiTi convenzionali (Zhou et al., 2013; Zupanc et al., 2018).

Una delle innovazioni del sistema PT Ultimate è stata il trattamento termico specifico per file basato sulle dimensioni degli strumenti che presentano fili trattati termicamente in M-wire (Slider), Gold (SX, Shaper e Finishers F1, F2 e F3) e Blue (Auxiliary Finishers FX e FXL), cioè strumenti che presentano 3 distinti arrangiamenti cristallografici delle loro leghe metalliche (forme austenitiche miste, fase R e forme martensitiche a seconda della temperatura dello strumento) nello stesso sistema, una caratteristica confermata in questo studio (Figura 3). L'idea alla base di questo approccio è sfruttare le diverse fasi cristallografiche della lega NiTi per creare strumenti con proprietà migliorate in base ai requisiti di utilizzo. Gli strumenti Slider e ProGlider hanno mostrato curve DSC equivalenti che erano coerenti con gli strumenti in M-wire (Martins et al., 2021a; Martins et al., 2021b), ma distinti dagli altri strumenti del sistema PT Ultimate (Tabella 2, Figura 3). Lo Slider ha un arrangiamento cristallografico austenitico più fase R sia a temperatura ambiente che a temperatura corporea e, pertanto, ci si può aspettare minori cambiamenti nel suo comportamento meccanico in quel range di temperatura di servizio. Gli Shaper e i Finishers (F1, F2 e F3) del sistema PT Ultimate sembrano presentare un arrangiamento cristallografico martensitico a temperatura ambiente dopo la produzione e tendono ad acquisire caratteristiche miste austenitiche più fase R quando raggiungono la temperatura corporea, il che significa che, a temperature più elevate, gli strumenti possono sviluppare alcune caratteristiche della lega austenitica. Questi strumenti presentano una trasformazione di fase R durante il raffreddamento (tra 44,3°C [Rs] e 28,3°C [Rf]) con una transizione a B19' a una temperatura molto bassa (sotto −50°C) ma con una curva DSC doppia da B19' a fase R a B2 durante il riscaldamento in un intervallo di temperatura più prossimale (tra 9,4°C e 50,1°C) (Figura 3). Queste temperature di trasformazione erano simili a quelle dei loro strumenti analoghi PT Gold, ma distinti da quelli PT Universal (Tabella 2, Figura 3), e seguivano rapporti precedenti che testavano strumenti in filo d'oro (Martins et al., 2021b).

Gli strumenti ausiliari FX e FXL del sistema PT Ultimate hanno mostrato curve DSC e temperature di trasformazione di fase tra 29.4°C (Rs) e 19.8°C (Rf) durante il raffreddamento e 7.7°C (As) e 36.4°C (Af) durante il riscaldamento (Tabella 2), corroborando studi precedenti che testavano strumenti in filo trattato termicamente Blue (Martins et al., 2021b). Questi 2 strumenti presentano un arrangiamento cristallografico martensitico a temperatura ambiente, che tende a cambiare in una forma austenitica a temperatura corporea. Pertanto, ci si aspetta che l'incorporazione di più caratteristiche austenitiche in questi strumenti avvenga se la loro temperatura aumenta durante le procedure di preparazione del canale radicolare, diminuendo la loro flessibilità (Oh et al., 2020) e la loro capacità di sostenere un alto massimo torque (Silva et al., 2018). Tuttavia, questi risultati sollevano dubbi riguardo alla decisione del produttore di utilizzare il filo trattato termicamente Blue negli strumenti ausiliari FX e FXL. Un possibile argomento potrebbe essere l'intenzione di aumentare la loro fase austenitica, migliorando di conseguenza la loro resistenza alla torsione. Ma questo non ha senso poiché entrambi gli strumenti sono raccomandati per essere utilizzati solo in canali anatomici dritti e grandi che sono stati precedentemente allargati da altri strumenti (Ruddle, 2022), una condizione in cui sono sottoposti solo a una bassa tensione torsionale. Pertanto, manca ancora una spiegazione adeguata da parte del produttore riguardo al vantaggio di utilizzare il filo trattato termicamente Blue in questi strumenti ausiliari. Considerando che i sistemi PT Gold e PT Universal non hanno strumenti con dimensioni simili a FX e FXL, non è stato possibile effettuare confronti con altri strumenti.

Le principali limitazioni di questo studio includono il non valutare parametri come la resistenza alla fatica ciclica, l'efficienza di taglio e la capacità di modellamento, che dovrebbero essere inclusi negli studi futuri. Inoltre, non è stato possibile determinare l'influenza reale delle diverse sezioni trasversali sulle proprietà meccaniche degli strumenti testati. D'altra parte, i principali punti di forza sono stati fornire informazioni essenziali sul design, la metallurgia e il comportamento meccanico del recentemente lanciato PT Ultimate, un sistema che comprende strumenti con trattamenti termici specifici e disposizioni cristallografiche distinte delle loro leghe metalliche, attraverso una ricerca multimodale utilizzando linee guida internazionali ben consolidate (ANSI/ADA Specification No. 28, 2002; ASTM F2004-17, 2004; ISO 3630-3631, 2008). Questo approccio metodologico consente una comprensione più completa dei risultati poiché supera le limitazioni intrinseche di ciascun test. Considerando che il nuovo sistema PT Ultimate ha mostrato una resistenza torsionale inferiore e una maggiore flessibilità rispetto ai loro omologhi, i clinici possono beneficiare di questo sistema in casi clinici che richiedono queste caratteristiche, come canali radicolari curvi e non ristretti, invece di PT Universal o PT Gold; tuttavia, considerando la mancanza di informazioni su questo sistema recentemente lanciato, sono ancora necessari ulteriori studi per guidare le raccomandazioni cliniche.

Conclusioni

Il nuovo sistema PT Ultimate comprende strumenti con tre trattamenti termici distinti che mostrano un design diverso, ma una finitura superficiale simile, rapporti nichel/titanio e temperature di trasformazione di fase simili ai loro analoghi trattati termicamente. Mentre Slider e ProGlider avevano un comportamento meccanico simile, gli altri strumenti PT Ultimate mostrano una resistenza torsionale inferiore e una flessibilità superiore rispetto ai loro omologhi, mentre la coppia massima, l'angolo di rotazione e i carichi di flessione aumentano progressivamente con le loro dimensioni.

Autori: Jorge N. R. Martins, Emmanuel João Nogueira Leal Silva, Duarte Marques, Natasha Ajuz, Mário Rito Pereira, Rui Pereira da Costa, Francisco Manuel Braz Fernandes, Marco Aurélio Versiani

Riferimenti:

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