Capacità di modellatura dei sistemi Reciproc e TF Adaptive in canali gravemente curvi di repliche di molari prototipate con microCT rapido

Abstract

Obiettivo: Valutare la capacità di modellatura dei sistemi Reciproc e Twisted-File Adaptive in repliche di prototipazione rapida.

Materiali e Metodi: Due molari mandibolari con curvature a forma di S e di 62 gradi nella radice mesiale sono stati scansionati utilizzando un sistema di microtomografia computerizzata (μCT). I dati sono stati esportati nel formato stereolitografico e 20 campioni di ciascun molare sono stati stampati con una risoluzione di 16 µm. I canali mesiali di 10 repliche di ciascun campione sono stati preparati con ciascun sistema. Il trasporto è stato misurato sovrapponendo radiografie scattate prima e dopo la preparazione e lo spessore della resina dopo l'istrumentazione è stato misurato tramite μCT.

Risultati: Entrambi i sistemi hanno mantenuto la forma originale del terzo apicale in entrambe le anatomie (P>0.05). Complessivamente, considerando lo spessore della resina nelle repliche di 62 gradi, non è stata trovata alcuna differenza statistica tra i sistemi (P>0.05). Nella replica con curvatura a forma di S, Reciproc ha significativamente ridotto lo spessore delle pareti di resina rispetto a TF Adaptive.

Conclusioni: I sistemi valutati sono stati in grado di mantenere la forma originale nel terzo apicale dei canali mesiali severamente curvati delle repliche molari.

Introduzione

La preparazione del sistema canalare radicolare include sia l'ingrandimento che la modellazione dello spazio endodontico complesso insieme alla sua disinfezione. Per soddisfare questi requisiti, sono stati sviluppati una varietà di strumenti manuali, rotativi e reciprocanti. Nella letteratura, sono stati proposti diversi modelli per la valutazione laboratoristica della preparazione del canale radicolare post-operatoria; tuttavia, le indagini sono state solitamente condotte con denti estratti. Il principale vantaggio dell'uso dei denti è la riproduzione della situazione clinica, ma la vasta gamma di variazioni nella morfologia tridimensionale del canale radicolare rende difficile la standardizzazione del campione. Di conseguenza, i risultati potrebbero dimostrare l'effetto dell'anatomia del canale piuttosto che la variabile di interesse. Inoltre, le preoccupazioni bioetiche e il potenziale di infezione incrociata originato da campioni contaminati rappresentano una minaccia attuale per tale pratica in alcune istituzioni. Considerando che il ruolo principale degli studi basati in laboratorio è sviluppare condizioni ben controllate che consentano di confrontare in modo affidabile determinati fattori, Weine et al. (1975) hanno precedentemente proposto l'uso di canali radicolari simulati in resina di colata trasparente, che potrebbero essere creati con qualsiasi diametro, forma o curvatura predeterminati, per la valutazione della preparazione del canale radicolare. Questo modello garantisce un alto grado di riproducibilità e standardizzazione del design sperimentale ed è stato utilizzato in diverse indagini. Tuttavia, i blocchi di plastica presentano alcuni svantaggi come l'assenza di curvature multiplanari, irregolarità anatomiche o convessità, generalmente presenti nei denti.

Un nuovo insieme di tecnologie di produzione è stato introdotto nell'ultimo decennio per offrire supporto a compiti di ricerca che richiedono prototipi. Queste nuove tecniche sono tipicamente denominate tecnologie di prototipazione rapida e consentono di produrre prototipi in un'ampia gamma di materiali con notevole precisione. Queste tecnologie recenti offrono una precisione ottimizzata di pochi micrometri o addirittura centinaia di nanometri. A causa di questa precisione, queste tecnologie sono specificamente applicabili all'ingegneria biomedica. In odontoiatria, modelli ad alta definizione in resina possono essere prodotti utilizzando stampanti 3D, su processi di produzione automatici, additivi, strato per strato, con una risoluzione che varia da 16 a 32 µm per strato, a partire da modelli di progettazione assistita da computer (CAD) dell'oggetto in linguaggio di tessellazione standard (.stl) generati da scansioni di tomografia computerizzata micro (micro-CT).

La riproduzione di denti naturali in repliche trasparenti di prototipazione rapida è molto promettente e ha il potenziale di essere inclusa nella specialità per scopi educativi e formazione endodontica. Inoltre, consente una completa standardizzazione del campione durante la valutazione dell'istruzione del canale radicolare in studi di laboratorio. Ad oggi, la letteratura manca di studi che utilizzano repliche di denti in prototipazione rapida sulla preparazione del canale post-operatorio con diversi strumenti e tecniche. Pertanto, l'obiettivo di questo studio era valutare la capacità di modellatura dei sistemi Reciproc e Twisted-File Adaptive nei canali mesiali curvi delle repliche di molari mandibolari in prototipazione rapida, utilizzando tecnologia di stampa tridimensionale basata su dati di immagini micro-CT.

Materiali e metodi

I dati digitali di due molari mandibolari umani estratti con apici completamente formati, presentanti radici separate e mostrando curvature a vari gradi nella radice mesiale, sono stati selezionati da una banca immagini di microtomografia computerizzata. I dati digitali dei denti sono stati selezionati in base all'angolo di curvatura, come precedentemente descritto. Uno dei campioni presentava una curvatura continua di 62 gradi della radice mesiale (Figura 1A), mentre l'altro aveva una radice mesiale a forma di S con 21 e 32 gradi nelle curvature primaria (livello apicale) e secondaria (livello medio), rispettivamente (Figura 1B).

Scansione Micro-CT

Originariamente, ogni dente veniva leggermente asciugato, montato su un attacco personalizzato e scansionato in uno scanner micro-CT (SkyScan 1174v2; Bruker-microCT, Kontich, Belgio) a una risoluzione isotropica di 18 µm. Il tubo a raggi X era operato a 50 kV e 800 mA, e la scansione veniva eseguita con una rotazione di 180° attorno all'asse verticale con un passo di rotazione di 1.0, utilizzando un filtro in alluminio spesso 1.0 mm. Le immagini di ciascun campione sono state ricostruite con software dedicato (NRecon v.1.6.3; Bruker-microCT, Kontich, Belgio), fornendo sezioni trasversali assiali della struttura interna dei campioni. Modelli tridimensionali dei denti in formato stereolitografico (.stl) regolati a una risoluzione di 600.000 triangoli, dall'apice a 1 mm sopra il livello della camera pulpare, sono stati generati dal processo di binarizzazione utilizzando il software CTAn v.1.12 (Brucker-microCT, Kontich, Belgio). Un'analisi dell'anatomia interna dei denti ha rivelato una configurazione di Tipo I di Vertucci in entrambe le radici mesiali con un canale a forma di nastro nel terzo cervicale e medio della radice (Figure 1A e 1B).

Stampa 3D di repliche di molari prototipali

I modelli tridimensionali di ciascun dente, in .stl formato, sono stati esportati a una macchina stampante 3D Projet HD3500 (3D system, Rock Hill, SC, USA), che ha depositato strati successivi di resina trasparente con una risoluzione di 16 µm (Visijet Crystal, 3D system, Rock Hill, SC, USA) per costruire una replica reale dei campioni (Figure 1C e 1D). Sono stati stampati venti prototipi di ciascun dente.

Preparazione iniziale del campione

Le preparazioni dei canali sono state eseguite nella radice mesiale delle repliche. L'operatore era un endodontista con esperienza in tecniche rotatorie e reciprocanti, e dopo un periodo di formazione utilizzando molari prototipali a base di resina. Dopo un'irrigazione iniziale con NaOCl al 1%, è stata introdotta una K-file #10 nel sistema canalare mesiale utilizzando una tecnica di forza bilanciata fino a raggiungere il forame apicale. Successivamente, sono state scattate immagini radiografiche digitali buccolinguali (Gnatus XR6010, Ribeirão Preto, SP, Brasile) per ciascun prototipo utilizzando la tecnica parallela e un dispositivo personalizzato (Krystal-X easy, Owandy RadioVision, Gragny, Francia) in modo che il dente potesse essere posizionato nella stessa posizione prima e dopo la preparazione, come descritto in precedenza. Tutte le immagini digitali sono state catturate e archiviate.

Preparazione e irrigazione del canale

Il percorso di scorrimento è stato ottenuto con PathFile 1, 2 e 3 (Dentsply Maillefer, Ballaigues, Svizzera) a 1,0 mm dal forame apicale. Successivamente, le repliche dei molari di ciascun campione (n=20) sono state distribuite casualmente in 2 gruppi (n=10), in base al sistema di tecnica di strumentazione utilizzato per preparare il canale mesiale: tecnica a file singolo Reciproc e Twisted-File Adaptive (TF Adaptive).

Nella tecnica Reciproc, lo strumento R25 (VDW GmbH, Monaco, Germania) è stato introdotto nel canale fino a quando non si è sentita resistenza e poi attivato in movimento reciproco generato da un manipolo a angolo contro 6:1 (Sirona, Bensheim, Germania) alimentato da un motore elettrico (VDW Silver; VDW GmbH, Monaco, Germania). Lo strumento TF Adaptive di dimensione 25.06 seguito da uno strumento 30.06 è stato introdotto con attenzione nel canale fino a raggiungere la lunghezza di lavoro, utilizzando un motore Sybron Elements (SybronEndo, Glendora, CA, USA) selezionato in movimento adattivo. Ogni strumento nella tecnica Reciproc e TF adaptive è stato spostato in direzione apicale utilizzando un movimento di picchiettamento in entrata e uscita di circa 3 mm di ampiezza con una leggera pressione apicale. Dopo tre movimenti di picchiettamento, lo strumento è stato rimosso dal canale e pulito.

Un'irrigazione copiosa con NaOCl al 1% è stata eseguita durante l'istruzione del canale radicolare e un risciacquo finale con 10 mL di alcol al 70% è stato utilizzato per eliminare i detriti di resina, al fine di migliorare la trasparenza delle repliche, utilizzando una siringa con un ago da 29 gauge (Endo Eze; Ultradent Products Inc., South Jordan, UT, USA). Per ciascun gruppo sperimentale, sono stati utilizzati cinque set di strumenti.

Valutazione del trasporto del canale

Dopo la procedura di modellamento, è stata ottenuta una radiografia digitale standardizzata del canale mesiale con lo strumento finale posizionato alla lunghezza di lavoro, seguendo i parametri sopra menzionati. Le immagini digitali scattate prima e dopo la preparazione del canale sono state sovrapposte utilizzando il software Adobe Photoshop (Adobe Systems, San Jose, CA, USA), e il software Image Tool (UTHSC, San Antonio, Texas, USA) è stato utilizzato per misurare l'angolo della curvatura prima e dopo l'istruzione (Figura 2A). La differenza tra di esse è stata considerata come la quantità di trasporto. Nelle repliche che presentano una configurazione a forma di S della radice mesiale, sono stati misurati gli angoli delle curvature primarie (livello apicale) o secondarie (terzo medio) (Figura 2B).

Valutazione dello spessore residuo della resina

I molari prototipo preparati sono stati sottoposti a scansione micro-CT e ricostruzione seguendo i parametri sopra menzionati. Utilizzando il software Dataviewer v.1.4.4 (Bruker-microCT, Kontich, Belgio), le repliche sono state correttamente allineate e lo spessore residuo minimo della resina, nelle pareti distale e mesiale dei canali radicolari strumentati, a intervalli di 1 mm dalla lunghezza di lavoro al livello di furcazione della radice mesiale, è stato misurato in mm utilizzando il software Dataviewer (Bruker-microCT, Kontich, Belgio). Considerando la dimensione della radice mesiale in ciascun tipo di replica, è stato possibile valutare 10 mm della radice nei prototipi con curvatura di 62 gradi e 8 mm nei prototipi con curvatura a S.

Analisi statistica

Considerando che i dati sul trasporto del canale e lo spessore residuo della resina erano distribuiti normalmente (test di Shapiro-Wilk; P>0.05), sono stati presentati come medie e deviazioni standard e confrontati statisticamente utilizzando il test t di Student non appaiato. L'analisi statistica è stata eseguita utilizzando Graphpad Prisma (SPSS Inc., Chicago, IL, USA) con un livello di significatività fissato al 5%.

Risultati

Nessun ledge, frattura, perforazione o stripping sono stati osservati in tutti i campioni.

Trasporto del canale

Le radiografie digitali sovrapposte effettuate prima e dopo la preparazione del canale hanno mostrato che entrambi i sistemi hanno mantenuto la forma originale dei canali curvi in entrambi i tipi di repliche, specialmente nel terzo apicale (Figura 2). Non è stata osservata alcuna differenza statistica tra i sistemi Reciproc e TF Adaptive nel grado di trasporto nelle repliche con 62 gradi di curvatura (P>0.05), che era inferiore a 1° in tutti i campioni. Nella curvatura primaria (livello apicale) delle repliche a forma di S, i sistemi Reciproc e TF Adaptive hanno mostrato un grado medio di trasporto di 2.3°± 0.7 e 1.6°± 0.9, rispettivamente, senza differenza statistica tra di loro (P>0.05). D'altra parte, la curvatura secondaria (livello medio) delle repliche a forma di S ha mostrato un trasporto significativamente più elevato dopo l'uso dello strumento Reciproc (18.4°± 1.2) rispetto al sistema TF Adaptive (1.3°± 1.2) (P<0.05).

Spessore residuo della resina

La Tabella 1 mostra la media (± deviazione standard) dello spessore residuo della resina alle pareti mesiale e distale della radice mesiale dei prototipi dopo la preparazione del canale con i sistemi Reciproc e TF Adaptive.

Considerando le repliche a 62 gradi, non è stata trovata alcuna differenza statistica tra i sistemi nelle pareti mesiali e distali a tutti i livelli (P>0.05), tranne che a 2 e 3 mm dall'apice, in cui Reciproc ha mostrato uno spessore residuo di resina significativamente inferiore rispetto a TF Adaptive (P<.05). Nella replica del molare con curvatura a S, non è stata osservata alcuna differenza tra i sistemi a livello di furcazione (livello 8) sia nelle pareti mesiali che distali (P>0.05). Tuttavia, nel complesso, Reciproc riduce significativamente lo spessore delle pareti di resina rispetto a TF Adaptive (P<0.05).

Discussione

Gli studenti di odontoiatria possono migliorare la loro formazione pratica sulle abilità manuali dentali da diverse fonti. Di solito praticano su denti estratti o su pazienti sotto la supervisione di esperti dentali. Tuttavia, durante la formazione possono sorgere alcune complicazioni, come: la difficoltà nel trovare denti umani per la formazione preclinica e la mancanza di casi reali impegnativi.

Con i recenti progressi nella tecnologia di prototipazione rapida, è stata introdotta la fabbricazione di modelli tridimensionali reali di organi umani per la chirurgia medica e dentale. La prototipazione rapida è un'espressione che rappresenta una tecnologia basata sulla costruzione di strutture fisiche tridimensionali a partire dai rispettivi modelli virtuali, ed è stata utilizzata nella terapia dentale, principalmente per la pianificazione chirurgica in implantologia e protesi maxillofacciali. La micro-CT è una tecnica non distruttiva che può essere utilizzata per ottenere informazioni digitali sulle geometrie 3-D di oggetti solidi e da cui possono essere derivati parametri strutturali (file stl) per produrre modelli di prototipi rapidi, come nello studio attuale. Il file STL contiene una descrizione delle superfici di confine del modello che è sufficiente per essere utilizzata come input a un sistema di prototipazione rapida attraverso la polimerizzazione strato per strato di una resina fotosensibile.

Nonostante i vantaggi sopra menzionati, in endodonzia, i prototipi realizzati in resina presentano una limitazione critica considerando l'evidente differenza tra la durezza della dentina e quella della resina. In rapporti precedenti, i principali svantaggi dell'uso di strumenti rotanti in blocchi di resina erano il calore generato, che può ammorbidire il materiale della resina, e la separazione degli strumenti, a causa dell'aderenza delle lame di taglio. Nel presente studio, nessuno di questi svantaggi è stato osservato, probabilmente a causa delle differenze di composizione tra i blocchi di resina e i prototipi realizzati in resina. Il primo passo verso l'aumento del livello di sicurezza del paziente nel trattamento endodontico è che tutti i clinici acquisiscano conoscenze e competenze nella fase iniziale della formazione. Il trattamento endodontico, come altre discipline dell'odontoiatria, può essere associato a errori procedurali indesiderati o imprevisti. In questo modo, la formazione pratica endodontica preclinica con denti di prototipazione rapida offre una nuova opportunità che è difficile realizzare altrimenti: eseguire trattamenti endodontici con modelli tridimensionali realistici di denti che presentano qualsiasi tipo di configurazione canalare esistente nei denti naturali. A un certo punto nella formazione preclinica, diverse configurazioni del canale radicolare possono essere presentate agli studenti aggiungendo difficoltà progressive. Un altro vantaggio di questi prototipi è che le complessità del canale radicolare possono essere replicate più volte, consentendo ai clinici di esercitarsi nelle procedure quante più volte vogliono, utilizzando protocolli diversi. Allo stesso modo, nel campo della ricerca, la standardizzazione della morfologia tridimensionale del canale radicolare del campione è una questione importante. Grazie all'accuratezza della procedura di stampa (~0,025 mm per pollice), è possibile confrontare gruppi sperimentali in condizioni anatomiche simili.

Nello studio attuale, sono stati utilizzati modelli di prototipazione rapida di molari mandibolari con curvature complesse della radice mesiale per valutare due sistemi di preparazione recentemente lanciati: Reciproc e TF Adaptive. Lo strumento Reciproc è stato progettato specificamente per l'uso in reciprocazione anziché nel metodo convenzionale di rotazione continua. Il movimento di reciprocazione mira a ridurre il rischio di rottura dello strumento causato dallo stress torsionale poiché l'angolo di rotazione antioraria (direzione di taglio) è stato progettato per essere inferiore al limite elastico dello strumento. D'altra parte, il sistema TF Adaptive, quando utilizzato con il motore Elements con tecnologia Adaptive Motion, ruota in senso orario e, a seconda del carico sul file, si adatta e inverte in senso antiorario scivolando in un movimento di reciprocazione.

I risultati attuali hanno mostrato che l'allineamento del canale nel terzo apicale era simile per entrambi gli strumenti, il che conferma i risultati precedenti ottenuti con denti umani. È stato anche osservato che la minore quantità di spessore della resina dopo l'istruzione del canale si trovava nella parete distale del terzo cervicale. Secondo Stern et al.20 (2012), la modellazione del canale radicolare con strumenti rotanti in nichel-titanio tende a spostare la preparazione verso l'aspetto furcale della radice nel terzo cervicale, probabilmente a causa dell'aumento del volume del canale fino a tre volte in questo punto. Le differenze osservate tra gli strumenti riguardo allo spessore della resina a livello coronale nell'anatomia a forma di S e nel terzo apicale del prototipo a 62 gradi possono essere correlate alla maggiore massa metallica di Reciproc rispetto a TF Adaptive. Nel prototipo a curvatura a forma di S, la tendenza di Reciproc a lasciare meno dentina nelle pareti mesiale o distale può essere associata alle proprietà fisiche della resina, che è più morbida della dentina, e al maggiore affusolamento e rigidità di Reciproc rispetto a TF Adaptive. Nonostante ciò, entrambi i sistemi hanno rispettato bene la curvatura originale del canale radicolare, specialmente a livello apicale, e non hanno causato eventi iatrogeni come zip, perforazioni a striscia o ledging.

Questo studio mirava a studiare la capacità di modellazione di due sistemi endodontici in denti in resina a prototipazione rapida; ulteriori studi sul comportamento di questi sistemi in denti con diverse configurazioni anatomiche devono ancora essere condotti. Inoltre, l'uso di denti in resina a prototipazione rapida basati su microCT è promettente per scopi educativi, formazione endodontica e ricerca.

Conclusione

I dati attuali suggeriscono che i denti in resina a prototipazione rapida basati su microCT possono essere un valido complemento alla formazione endodontica. I sistemi Reciproc e TF Adaptive sono stati in grado di mantenere la forma originale nel terzo apicale di canali mesiali gravemente curvati di repliche di molari.

Autori: Ronald Ordinola-Zapata, Clovis Monteiro Bramante, Marco Antonio Húngaro Duarte, Bruno Cavalini Cavenago, David Jaramillo, Marco Aurélio Versiani

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