Progettazione, metallurgia, proprietà meccaniche e capacità di modellatura di 3 sistemi a ricircolo trattati termicamente: un'indagine multimodale

Abstract

Obiettivo Questo studio mirava a confrontare 3 sistemi reciprocanti riguardo al design, alla metallurgia, alle proprietà meccaniche e alla capacità di modellatura.

Materiali e metodi Gli strumenti New Reciproc Blue R25, WaveOne Gold Primary e REX 25 (n=41 per gruppo) sono stati analizzati riguardo al design, alla metallurgia e alle prestazioni meccaniche, mentre la capacità di modellatura (pareti del canale non toccate, volume di dentina rimossa e detriti di tessuto duro) è stata testata in 36 canali radicolari anatomici abbinati di molari mandibolari. I risultati sono stati confrontati utilizzando l'ANOVA unidirezionale post hoc di Tukey e i test di Kruskal-Wallis con un livello di significatività fissato al 5%.

Risultati Tutti gli strumenti hanno mostrato sezioni trasversali simmetriche con lame asimmetriche, nessuna superficie radiale, nessun difetto maggiore e un rapporto quasi equiatomico di nichel e titanio. Le temperature di avvio della fase R più elevate sono state osservate con WaveOne Gold (46.1°C) e REX (44.8°C), mentre Reciproc Blue ha avuto le temperature di avvio (34.5°C) e di fine (20°C) della fase R più basse. WaveOne Gold ha avuto il tempo più basso per la rottura (169 s) e il carico massimo più alto (301.6 gf) (P <0.05). Il massimo torque di Reciproc Blue (2.2 N.cm) e WaveOne Gold (2.1 N.cm) erano simili (P >0.05), ma inferiori a REX (2.6 N.cm) (P <0.05). Non sono state osservate differenze statistiche tra gli strumenti nell'angolo di rotazione (P >0.05) e nella capacità di modellatura sia nei canali mesiali che distali (P >0.05).

Conclusione Anche se il design complessivo, le fasi di transizione della temperatura e i parametri di comportamento meccanico erano diversi tra gli strumenti testati, erano simili in termini di capacità di modellamento.

Rilevanza clinica Tutti i sistemi reciprocanti in NiTi trattati termicamente testati hanno mostrato una capacità di modellamento simile, senza errori clinicamente significativi.

Introduzione

Negli ultimi anni, gli sforzi per ridurre l'occorrenza di fratture degli strumenti in NiTi hanno portato a due importanti avanzamenti tecnologici: la cinematica oscillatoria asimmetrica — comunemente nota come movimento reciprocante — e il trattamento termico della lega di NiTi. Il movimento reciprocante allevia lo stress sull'istrumento mediante una speciale rotazione in senso antiorario per tagliare la dentina e una breve rotazione in senso orario per alleviare l'istrumento. Rispetto alla rotazione continua, questa cinematica estende la vita utile dell'istrumento aumentando la sua resistenza alla fatica e riducendo l'occorrenza di deformazione plastica. Il trattamento termico, a sua volta, ha permesso lo sviluppo di strumenti in NiTi con una struttura cristallina in fasi intermedie tra le fasi austenitiche e martensitiche, ma con una fase martensitica sostanzialmente stabile a temperatura corporea. La modifica nella microstruttura cristallina della lega di NiTi ha un'influenza significativa sulle sue proprietà meccaniche poiché la fase martensitica ha una maggiore elasticità e può raggiungere deformazioni più elevate con uno stress relativamente basso rispetto a quella austenitica.

Reciproc Blue (VDW, Monaco, Germania) e WaveOne

Gold (Dentsply Sirona Endodontics, Baillagues, Svizzera) sono esempi di strumenti reciprocanti composti da quantità sostanziali di martensite ottenute tramite trattamenti termici proprietari della lega NiTi. Diversi studi di ricerca hanno confermato l'aumentata resistenza alla fatica e flessibilità di questi sistemi trattati termicamente rispetto agli strumenti NiTi convenzionali. Recentemente, il sistema reciprocante REX (Medidenta, Las Vegas, NV, USA) è stato lanciato sul mercato con la proposta di avere strumenti NiTi realizzati con diversi trattamenti termici, rendendo flessibilità e resistenza costantemente bilanciate a seconda della massa metallica di ciascun strumento nella serie (https://bit.ly/3ZcKeEK). Questo sistema include strumenti per il percorso meccanico [REX Glide Path (17/.05v)], con la lega di colore purpureo, e strumenti che presentano diverse tonalità giallastre per la modellazione [REX 25 (25/.08v) e REX 40 (40/.06v)]. Ad oggi, non ci sono evidenze scientifiche a supporto dell'efficacia o della sicurezza di questi nuovi strumenti. Pertanto, questo studio mirava a utilizzare un approccio multimodale per confrontare le caratteristiche di design, le caratteristiche metallurgiche, le prestazioni meccaniche e la capacità di modellazione degli strumenti REX con i noti sistemi Reciproc Blue e WaveOne Gold. L'ipotesi nulla testata era che non ci sarebbero state differenze tra gli strumenti testati riguardo alle proprietà valutate.

Materiali e metodi

Un totale di 123 nuovi strumenti NiTi da 25 mm (41 per gruppo) provenienti da 3 sistemi reciprocanti [Reciproc Blue R25 (25/.08v), WaveOne Gold Primary (25/.07v) e REX 25 (25/.08v)] sono stati analizzati riguardo al design, alle caratteristiche metallurgiche e alle prestazioni meccaniche. Inoltre, ventiquattro strumenti (8 per gruppo) sono stati utilizzati per testare la capacità di modellamento di Reciproc Blue [4 R25 e 4 R40 (40/.06v)], WaveOne Gold [4 Primary e 4 Large (45/.06v)] e REX [4 REX 25 e 4 REX 40 (40/.06v)] nei canali radicolari di molari mandibolari estratti. Prima del loro utilizzo, gli strumenti selezionati sono stati esaminati sotto un stereomicroscopio (×13.6 ingrandimento; Opmi Pico, Carl Zeiss Surgical, Germania) alla ricerca di difetti che li avrebbero esclusi dai test, ma nessuno è stato escluso.

Design degli strumenti

Il numero di lame attive (in unità) e gli angoli elicoidali (in gradi) nelle 6 flauti più coronali di 6 strumenti selezionati casualmente da ciascun sistema sono stati valutati sotto un stereomicroscopio (×13.6 ingrandimento; Opmi Pico) utilizzando il software ImageJ v1.50e (Laboratorio per Strumentazione Ottica e Computazionale, Madison, WI, USA). Questi stessi strumenti sono stati ulteriormente valutati mediante microscopia elettronica a scansione (SEM) a ingrandimenti di ×100 e ×500 (Hitachi S-2400, Hitachi, Tokyo, Giappone) riguardo al loro design delle lame attive (superfici radiali e simmetria), forma della sezione trasversale, geometria della punta (attiva o non attiva), finitura superficiale, deformazioni e difetti.

Caratterizzazione Metallurgica

L'analisi elementare semi-quantitativa di 3 strumenti per ciascun sistema testato è stata effettuata per valutare le proporzioni di nichel, titanio o di qualsiasi altro elemento rilevante, utilizzando un microscopio elettronico a scansione (S-2400; Hitachi) dotato di spettroscopia a raggi X a dispersione di energia (EDS) (Bruker Quantax; Bruker Corporation, Billerica, MA, USA) impostato a 20 kV e 3,1 A. L'analisi è stata eseguita a una distanza di 25 mm dalla superficie (400 μm²) di ciascun strumento utilizzando un software dedicato con correzione ZAF (Systat Software Inc., San Jose, CA, USA). È stato utilizzato il metodo della calorimetria a scansione differenziale (DSC) (DSC 204 F1 Phoenix; Netzsch-Gerätebau GmbH, Selb, Germania) per determinare le temperature di transizione di fase delle leghe degli strumenti seguendo le linee guida della American Society for Testing and Materials e un protocollo precedentemente documentato. Le temperature di trasformazione di fase sono state analizzate dal software di Analisi Termica Netzsch Proteus (Netzsch-Gerätebau GmbH). In ciascun gruppo, il test DSC è stato eseguito due volte per confermare i risultati. Gli strumenti testati includono Reciproc Blue R25, WaveOne Gold Primary, REX Glide Path, REX 25 e REX 40. A differenza dei sistemi Reciproc Blue e WaveOne Gold, tutti gli strumenti REX sono stati testati a causa delle differenze nel loro trattamento termico, come dichiarato dal produttore (https://bit.ly/3ZcKeEK).

Test Meccanici

Le prestazioni meccaniche dei sistemi selezionati sono state valutate attraverso test di fatica ciclica, resistenza torsionale e flessione. Il calcolo della dimensione del campione si è basato sulla differenza massima di 2 dei sistemi testati dopo 6 misurazioni iniziali considerando un errore di tipo alpha di 0,05 e una potenza dell'80%. Per il tempo di rottura, la coppia massima e l'angolo di rotazione (WaveOne Gold vs. REX), le dimensioni finali del campione di 6, 10 e 70 strumenti sono state determinate in base a dimensioni dell'effetto di 111,8 (± 62,2), 0,6 (± 0,5) e 31,3 (± 47,2), rispettivamente, mentre, per il carico massimo nel test di flessione (WaveOne Gold vs. Reciproc Blue), una dimensione dell'effetto di 59,6 (± 36,7) ha portato a una dimensione finale del campione di 8 strumenti. Sebbene il calcolo della dimensione del campione abbia determinato che sarebbero stati necessari 70 strumenti per valutare l'angolo di rotazione, questo valore elevato può essere considerato di bassa rilevanza clinica e quindi la dimensione del campione è stata fissata a 10 per tutti i parametri.

Il test di fatica ciclica è stato condotto su un apparecchio a tubo curvo in acciaio inossidabile non conico (raggio di 6 mm e angolo di 86°) secondo una metodologia precedentemente riportata, utilizzando glicerina come lubrificante. Gli strumenti testati sono stati adattati a un manipolo a riduzione 6:1 (Sirona Dental Systems GmbH, Bensheim, Germania) alimentato da un motore controllato da coppia (VDW Silver; VDW GmbH) impostato in modalità RECIPROC ALL (Reciproc Blue e REX) o WAVEONE ALL (WaveOne Gold) e attivato in una posizione statica. Il test è stato eseguito a temperatura ambiente (20 °C) seguendo le linee guida della American Society for Testing and Materials applicate ai materiali NiTi superelastici. La rottura è stata rilevata mediante ispezione visiva e auditiva. Il tempo di rottura (in secondi) è stato registrato utilizzando un cronometro digitale, e la dimensione del frammento (in mm) è stata misurata con un calibro digitale per il controllo sperimentale.

I test di resistenza torsionale e di flessione sono stati eseguiti secondo gli standard internazionali. Nel test torsionale, gli strumenti sono stati bloccati a 3 mm apicali e ruotati in senso antiorario a un ritmo costante di 2 rotazioni al minuto per valutare la coppia massima (in N.cm) e l'angolo di rotazione (in gradi) prima della frattura. Nel test di flessione, ciascun strumento è stato montato nel supporto per file del motore e posizionato a 45° rispetto al pavimento, mentre i suoi 3 mm apicali erano attaccati a un filo collegato a una macchina di prova universale (Instron 3400; Instron Corporation, Canton, MA, USA). Il carico massimo necessario per uno spostamento di 45° dello strumento, utilizzando un carico di 20 N e 15 mm/min di velocità costante, è stato registrato in grammi/forza (gf).

Capacità di modellatura

Dopo l'approvazione del Comitato Etico locale (Protocollo CE-FMDUL 13/10/20), novantaquattro molari mandibolari a due radici con apici completamente formati sono stati selezionati casualmente da un pool di denti estratti e scansionati a una dimensione di pixel di 11,93 μm in un dispositivo di tomografia computerizzata micro (micro-CT) (SkyScan 1173; Bruker-microCT, Kontich, Belgio) impostato a 70 kV, 114 mA, rotazione di 360° con passi di 0,7°, utilizzando un filtro in alluminio spesso 1 mm. Le proiezioni acquisite sono state ricostruite in sezioni trasversali assiali utilizzando parametri standardizzati di levigatura (1), coefficiente di attenuazione (0,05–0,007), indurimento del fascio (20%) e correzioni per artefatti ad anello (5) (NRecon v.1.6.9; Bruker-microCT). È stato creato un modello tridimensionale (3D) dell'anatomia interna di ciascun dente (CTAn v.1.14.4; Bruker-microCT) e valutato qualitativamente (CTVol v.2.2.1; Bruker-microCT) riguardo alla configurazione del canale radicolare. Successivamente, il volume e l'area superficiale dei canali mesiali e distali sono stati calcolati dalla giunzione cemento-smalto all'apice. Sulla base di questi parametri, i campioni sono stati abbinati anatomici per creare 3 gruppi di 4 denti (n = 12 canali). Poi, ciascun set di denti è stato assegnato casualmente a un gruppo sperimentale in base al sistema di preparazione: Reciproc Blue, WaveOne Gold e REX.

Dopo la preparazione convenzionale della cavità d'accesso, è stata confermata la patenza apicale utilizzando un K-file di dimensione 10 (Dentsply Sirona Endodontics). È stata quindi eseguita la preparazione del percorso con un K-file di dimensione 15 (Dentsply Sirona Endodontics) fino alla lunghezza di lavoro (WL), stabilita a 1 mm dal forame apicale. Tutti i canali sono stati inizialmente preparati con strumenti di dimensione 25, secondo ciascun gruppo (Reciproc Blue R25, WaveOne Gold Primary e REX 25) e poi i canali distali sono stati ulteriormente ingranditi con strumenti di dimensione 40 (Reciproc Blue R40 e REX 40) o di dimensione 45 (WaveOne Gold Large). Gli strumenti sono stati attivati in movimento reciprocante alimentato da un motore elettrico (VDW Silver; VDW) impostato in modalità “RECIPROC ALL” (Reciproc Blue e REX) o “WAVEONE ALL” (WaveOne Gold). Ogni strumento è stato spostato in direzione apicale utilizzando un movimento di picchiettamento lento in entrata e uscita di circa 3 mm di ampiezza con leggera pressione. Dopo 3 movimenti di picchiettamento, lo strumento è stato rimosso dal canale e pulito. La WL è stata raggiunta dopo 3 onde di strumentazione. Ogni strumento è stato utilizzato su un dente e scartato. L'irrigazione è stata eseguita con un totale di 15 mL di NaOCl al 2,5% per canale, seguita da un risciacquo finale con 5 mL di EDTA al 17% (3 min) e 5 mL di acqua distillata utilizzando una siringa dotata di un ago NaviTip da 30-G (Ultradent, South Jordan, UT, USA) posizionato a 2 mm dalla WL. Tutte le procedure sono state eseguite da un operatore con grande esperienza nell'uso di sistemi reciprocanti.

Dopo aver leggermente asciugato i canali radicolari con punti di carta (VDW), è stata eseguita una scansione finale e una ricostruzione utilizzando i parametri precedentemente menzionati, seguita dalla co-registrazione dei dataset acquisiti prima e dopo la preparazione (software 3D Slicer 4.3.1; http://www.slicer.org). La capacità di modellatura è stata valutata misurando 3 parametri: (i) il volume (in mm³) di dentina rimossa dopo la preparazione, (ii) il volume (in mm³) di detriti di tessuto duro creati dai protocolli di preparazione, e (iii) la percentuale di pareti del canale non preparate, secondo le metodologie pubblicate in studi precedenti. Tutte le analisi sono state effettuate da un esaminatore ignaro dei protocolli di modellatura. Le interconnessioni dei canali e le anatomie accessorie sono state escluse dalle analisi.

Analisi Statistica

I test di Shapiro-Wilk e Lilliefors sono stati utilizzati per verificare la normalità dei dati. È stata eseguita un'ANOVA a una via e test post hoc di Tukey per confrontare l'angolo elicoidale, il tempo fino alla frattura, l'angolo di rotazione, il carico massimo di flessione, il volume e l'area superficiale del canale radicolare, il volume di dentina rimossa, i detriti di tessuto duro nei canali mesiali e le pareti del canale non toccate, mentre il test di Kruskal-Wallis è stato utilizzato per valutare la coppia massima fino alla frattura e il volume di detriti di tessuto duro nei canali distali, con un livello di significatività fissato al 5% (SPSS v25.0 per Windows; SPSS Inc., Chicago, IL, USA). A seconda della distribuzione dei dati, i risultati sono stati riassunti come valori medi (deviazione standard) o mediani (intervallo interquartile).

Risultati

Progettazione degli Strumenti

La valutazione stereomicroscopica ha rivelato un numero simile di lame e angoli elicoidali negli strumenti REX e WaveOne Gold (Tabella 1). L'analisi SEM (Fig. 1) ha mostrato che tutti gli strumenti avevano sezioni trasversali simmetriche con lame asimmetriche e senza superfici radiali. Lo strumento WaveOne Gold aveva una sezione trasversale a parallelogramma sfalsato, mentre REX e Reciproc Blue avevano un profilo a S invertita. Nessuna delle punte poteva essere identificata come attiva, e la geometria complessiva e gli angoli di transizione alla lama variavano tra gli strumenti. Mentre la punta di Reciproc Blue e WaveOne Gold era piatta alla sua estremità, mostrava una forma simile a un proiettile nello strumento REX. Con ingrandimenti maggiori, tutti gli strumenti mostravano una finitura superficiale simile con un motivo di segni orizzontali paralleli creati dal processo di produzione per rettifica. Negli strumenti REX, era anche possibile osservare alcune deformazioni metalliche sulle lame.

Caratteristiche Metallurgiche

L'analisi EDS/SEM ha rivelato una composizione quasi equiatomica degli elementi nichel e titanio in tutti gli strumenti (Rapporto Ni/Ti 1.016, 1.032 e 1.028 per gli strumenti Reciproc Blue, WaveOne Gold e REX, rispettivamente), senza alcun altro elemento metallico rintracciabile. Le curve di raffreddamento e riscaldamento degli strumenti testati ottenute dalle analisi DCS sono rappresentate nella Fig. 2. Il confronto tra i sistemi (Fig. 2a) ha mostrato curve di temperatura di trasformazione distinte che suggeriscono la presenza della fase R in tutti loro alla temperatura di prova (20 °C). Le temperature di inizio della fase R più alte sono state osservate negli strumenti WaveOne Gold Primary (46.1 °C) e REX 25 (44.8 °C). Il Reciproc Blue R25 ha avuto la temperatura di inizio della fase R più bassa (34.5 °C) e le temperature di fine della fase R (20 °C) (Figura 2a). Le temperature di inizio e fine austenitiche più basse (8.5 °C) e più alte (51.3 °C) sono state osservate nello strumento WaveOne Gold Primary. Il test DSC degli strumenti REX (Fig. 2b) ha dimostrato un trattamento termico simile tra REX Glide Path e REX 25 con lievi differenze nelle temperature di trasformazione della fase R, nella trasformazione di raffreddamento della martensite B19’ e nella trasformazione austenitica durante le curve di riscaldamento. D'altra parte, il REX 40 ha mostrato differenze maggiori soprattutto nel raffreddamento (trasformazione della fase R in martensite B19’) e nel riscaldamento, con trasformazioni della martensite B19’ e della fase R in austenite-B2 quasi perfettamente sovrapposte (Fig. 2b).

Prestazioni Meccaniche

WaveOne Gold ha avuto il tempo di frattura più basso e il carico massimo più alto (P < 0.05), mentre non sono state osservate differenze statistiche in questi parametri tra gli strumenti Reciproc Blue e REX (P > 0.05). I valori massimi di coppia di Reciproc Blue e WaveOne Gold erano simili (P > 0.05), ma inferiori rispetto all'istrumento REX (P < 0.05). Non è stata osservata alcuna differenza tra gli strumenti nell'angolo di rotazione (P > 0.05) (Tabella 1).

Capacità di Formazione

È stata confermata l'omogeneità dei gruppi riguardo ai parametri morfometrici di volume e superficie nelle radici mesiali e distali (P > 0.05) (Tabella 2). Non sono state osservate differenze statistiche tra i sistemi testati riguardo al volume di detriti di tessuto duro (P > 0.05), la dentina rimossa dopo la preparazione (P > 0.05) e la percentuale di pareti del canale non toccate sia nei canali mesiali che in quelli distali (P > 0.05). Nessuno dei protocolli di preparazione è stato in grado di preparare tutte le superfici del canale radicolare (Fig. 3) o di rendere i canali radicolari privi di detriti di tessuto duro (Tabella 2). Le percentuali medie di pareti del canale non preparate erano del 21.8% (Reciproc Blue), 17.4% (REX) e 21.5% (WaveOne Gold) nei canali mesiali (Tabella 2), e del 16.8% (Reciproc Blue), 13.6% (REX) e 17.0% (WaveOne Gold) nei canali distali (Tabella 2).

Discussione

L'indagine attuale fornisce risposte a una serie di domande sul comportamento meccanico di 3 sistemi reciprocanti attraverso l'uso di un'analisi di ricerca multimodale. Il principale vantaggio di questo approccio è la possibilità di compensare le debolezze di ciascun test fornendo più informazioni, una migliore comprensione e una superior validazione interna ed esterna. Inoltre, questo approccio evita il fenomeno della "compartimentazione della conoscenza", cioè la conoscenza su un dominio specifico composta da diverse parti separate, non intrecciate, solitamente ottenute in metodi di valutazione singoli o doppi. In questo studio, sono stati valutati il design complessivo, la qualità di fabbricazione, la composizione elementare e le temperature di trasformazione di fase dei sistemi reciprocanti NiTi Reciproc Blue, WaveOne Gold e REX al fine di ottenere una migliore comprensione dei risultati ottenuti nei test di fatica ciclica, resistenza torsionale, carico di flessione e capacità di modellazione. Nonostante le somiglianze riguardo agli angoli elicoidali (Tabella 1), costituzione elementare e capacità di modellazione (Tabella 2, Fig. 3), sono state osservate differenze significative nel design complessivo (Fig. 1), nelle proprietà meccaniche (Tabella 1) e nelle fasi di transizione di temperatura (Fig. 2), e l'ipotesi nulla è stata parzialmente respinta.

L'analisi delle prestazioni meccaniche dei sistemi di preparazione NiTi deve essere effettuata tenendo conto di diversi fattori. Poiché le leghe degli strumenti testati in questo studio erano simili in termini di costituzione elementare, le informazioni riguardanti le loro temperature di trasformazione di fase (disposizioni cristallografiche austenitiche e martensitiche) e il design sono di fondamentale importanza per spiegare il loro comportamento meccanico. Considerando le differenze nelle dimensioni degli strumenti disponibili in ciascun sistema testato, la prima analisi DSC è stata eseguita solo sugli strumenti con una dimensione della punta 25 e ha rivelato la presenza della lega in fase R in tutti loro alla temperatura di prova (20 °C) (Fig. 2a). La lega in fase R è caratterizzata come una fase cristallina intermedia che si verifica lungo un intervallo di temperatura molto ristretto sulla curva di riscaldamento o raffreddamento tra le forme martensitiche e austenitiche. Questo cambiamento di fase nella struttura cristallina della lega comporta una minore resistenza alla deformazione elastica (alta flessibilità e bassa rigidità), aumentando la sua resistenza alla fatica ciclica, mentre riduce la sua resistenza torsionale rispetto alle leghe austenitiche convenzionali. La fase intermedia R ha temperature specifiche per la sua formazione rappresentate da Rs, per l'inizio della formazione di fase, e Rf per la fine. Nel presente studio, REX ha avuto la temperatura Rf più alta (34,2 °C), seguita da WaveOne Gold (28,8 °C) e Reciproc Blue (20 °C) (Fig. 2a). Considerando che i test meccanici sono stati condotti in conformità a uno standard internazionale per il test della temperatura di trasformazione delle leghe di nichel-titanio a temperatura ambiente (20 °C), ci si aspetterebbe che tutti gli strumenti avessero caratteristiche martensitiche durante il test. Al contrario, a temperatura corporea (36°C), lo strumento che si avvicinerebbe più rapidamente alla disposizione cristallografica austenitica sarebbe il Reciproc Blue. Pertanto, a seconda della temperatura di prova, gli strumenti possono presentare cambiamenti nel loro comportamento. Poiché questo è il primo studio che valuta il sistema REX, la seconda analisi DSC è stata effettuata nel suo insieme di strumenti (Fig. 2b) e ha confermato l'affermazione del produttore che questi strumenti sono realizzati con diversi trattamenti termici personalizzati. Tuttavia, i risultati DSC suggeriscono solo lievi differenze nelle temperature di trasformazione della fase R e martensitica B19’ sia durante il raffreddamento che il riscaldamento.

Nonostante l'analisi DSC abbia rivelato che lo strumento REX avesse una composizione martensitica più alta rispetto a Reciproc Blue a temperatura ambiente (20 °C) (Fig. 2a), non sono state osservate differenze tra di essi nei test di fatica ciclica, angolo di rotazione (test torsionale) e resistenza alla flessione (Tabella 1), risultati che possono essere spiegati dal nucleo metallico più grande (Fig. 1) e dal numero maggiore di lame (Tabella 1) degli strumenti REX. Le differenze nel design aiutano anche a spiegare il massimo torque di frattura più alto osservato durante il test di resistenza torsionale degli strumenti REX (Tabella 1). D'altra parte, anche se WaveOne Gold aveva anch'esso una composizione martensitica alta (Fig. 2a), ha mostrato un tempo di frattura inferiore (fatica ciclica) e flessibilità (resistenza alla flessione) rispetto a REX e Reciproc Blue (Tabella 1). Ancora una volta, il design di WaveOne Gold con il suo ampio design a sezione trasversale e conico (Fig. 1) può spiegare i risultati. Sebbene siano state osservate solo lievi differenze nei trattamenti termici degli strumenti REX (Fig. 2b), potrebbero influenzare il loro comportamento clinico. Ad esempio, alla temperatura di prova (20° C), il valore di As più basso di REX Glide Path indica una composizione più austenitica rispetto ad altri strumenti, il che può tradursi in una migliore resistenza alla torsione. A sua volta, REX 40 aveva il valore di As più alto tra gli strumenti REX. Ciò significa che questo strumento trattato termicamente con grande conicità potrebbe presentare un'alta resistenza al torque e flessibilità durante le procedure di modellatura, un aspetto importante che può prevenire la frattura da stress torsionale.

Negli ultimi anni, sembra esserci una tendenza dell'industria a sviluppare trattamenti termici proprietari della lega NiTi al fine di creare strumenti ultraflessibili con una superiore quantità di disposizione cristallografica martensitica a temperature superiori a 30°C e/o cambiando il design con un numero aumentato di spirali e un nucleo metallico ridotto. In laboratorio, queste modifiche di solito migliorano alcune proprietà meccaniche dello strumento, inclusa la resistenza alla fatica ciclica, l'angolo di rotazione e la flessibilità (bassa resistenza al carico di flessione), ma, d'altra parte, possono compromettere la sua resistenza torsionale. Inoltre, nell'ambito clinico, gli strumenti ultra flessibili di solito necessitano di applicare una maggiore pressione apicale per raggiungere la lunghezza di lavoro, il che può portare a una precoce deformazione plastica o frattura. Pertanto, considerando l'impossibilità di creare un singolo strumento che combini tutte le migliori caratteristiche metallurgiche e meccaniche con la tecnologia disponibile, le ultime generazioni di sistemi rotanti stanno includendo, nello stesso set, strumenti con design e disposizioni cristallografiche diverse. In teoria, ciò consente di personalizzare uno strumento al fine di migliorare la sua resistenza alla frattura e/o flessibilità a seconda della morfologia del canale o della fase di trattamento. Questa è, ad esempio, la proposta di alcuni sistemi recentemente lanciati, tra cui l'EdgeSequel Sapphire (EdgeEndo, Albuquerque, NM), il ProTaper Ultimate (Dentsply Sirona Endodontics, Baillagues, Svizzera), il Genius Proflex (Medidenta, Las Vegas, NV), il One Endo File (NanoEndo LCC, Chattanooga, TN) e il sistema REX valutato in questo studio. Sebbene l'analisi DSC abbia dimostrato differenze nel trattamento termico tra gli strumenti REX, ciò non si è tradotto in una migliore performance di modellamento nei denti estratti rispetto agli altri sistemi testati (Tabella 2). La ricerca multimodale applicata a questo studio ha incluso non solo la valutazione delle proprietà metallurgiche e meccaniche degli strumenti, ma anche la valutazione di diversi parametri di capacità di modellamento ottenuti dalla preparazione del canale radicolare di molari estratti utilizzando l'imaging micro-CT, uno strumento analitico che consente il tracciamento longitudinale di un campione in diversi momenti. Sono stati fatti sforzi preliminari per garantire la corrispondenza anatomica dei campioni in ciascun gruppo secondo alcuni parametri morfometrici al fine di creare una base affidabile e migliorare la validità interna dello studio. Sebbene siano state osservate differenze nel design complessivo degli strumenti (Fig. 1) e nel loro comportamento meccanico (Tabella 1), non sono state osservate differenze significative tra di essi riguardo al volume di detriti di tessuto duro, la dentina rimossa dopo la preparazione e la percentuale di pareti del canale non toccate sia nei canali mesiali che distali (Tabella 2). Inoltre, non è stata osservata alcuna frattura dello strumento o deviazione significativa del canale originale. Questi risultati possono essere spiegati dall'uso di strumenti con dimensioni simili, protocolli di preparazione e cinematica in campioni anatomici bilanciati, corroborando studi recenti con micro-CT. Nessuno dei protocolli di preparazione è stato in grado di preparare tutte le superfici del canale radicolare o rendere i canali radicolari privi di detriti di tessuto duro, il che è anche in accordo con pubblicazioni precedenti. Inoltre, questo risultato concorda con altri studi che hanno mostrato anch'essi nessuna differenza nella percentuale di aree del canale non toccate nei denti estratti dopo l'uso di Reciproc Blue e WaveOne Gold. Non è stato possibile fare un confronto con il sistema REX poiché questo è il primo studio che ha valutato la sua capacità di modellamento.

I punti di forza del presente studio si basano sulla valutazione multimodale di diversi strumenti reciprocanti utilizzando metodologie validate da standard internazionali o metodi precedentemente con alta validità interna, che hanno permesso una comprensione robusta e affidabile delle loro prestazioni meccaniche. Le limitazioni includono la mancanza di altri test come l'efficienza di taglio, la microdurezza, la resistenza al buckling e le misurazioni delle dimensioni degli strumenti. Pertanto, studi futuri dovrebbero includere metodologie aggiuntive per valutare altri sistemi NiTi rotanti o reciprocanti con diversi design e disposizioni cristallografiche.

Conclusioni

Sotto le condizioni di questo studio multimodale, i sistemi reciprocanti Reciproc Blue, WaveOne Gold e REX erano simili riguardo alla composizione elementare e alla capacità di modellatura, ma mostrano differenze significative nel loro design complessivo, nelle fasi di transizione della temperatura e nel comportamento meccanico.

Autori: Emmanuel J. N. L. Silva, Jorge N. R. Martins, Natasha C. Ajuz, Henrique dos Santos Antunes, Victor Talarico Leal Vieira, Francisco Manuel Braz‑Fernandes, Felipe Gonçalves Belladonna, Marco Aurélio Versiani

Riferimenti:

1. Parashos P, Messer HH (2006) Frattura degli strumenti rotanti in NiTi e le sue conseguenze. J Endod 32:1031–1043. https://doi.org/10. 1016/j.joen.2006.06.008
2. Sattapan B, Nervo GJ, Palamara JE et al (2000) Difetti nei file rotanti in nichel-titanio dopo l'uso clinico. J Endod 26:161–165. https://doi.org/10.1097/00004770-200003000-00008
3. Yared G (2008) Preparazione del canale utilizzando solo uno strumento rotante in Ni-Ti: osservazioni preliminari. Int Endod J 41:339–344. https://doi.org/10.1111/j.1365-2591.2007.01351.x
4. De-Deus G, Moreira EJ, Lopes HP et al (2010) Vita di fatica ciclica estesa degli strumenti F2 ProTaper utilizzati in movimento reciprocante. Int Endod J 43:1063–1068. https://doi.org/10.1111/j.1365-2591.2010.01756.x
5. Caballero-Flores H, Nabeshima CK, Binotto E et al (2019) Incidenza di frattura degli strumenti di un sistema a file singola in movimento reciprocante da parte di studenti in un programma di laurea in endodonzia: uno studio retrospettivo trasversale. Int Endod J 52:13–18. https://doi. org/10.1111/iej.12982
6. De-Deus G, Cardoso ML, Simões-Carvalho M et al (2021) Percorso di scorrimento con strumento di ricerca a movimento reciprocante: prestazioni e tasso di frattura. J Endod 47:100–104. https://doi.org/10. 1016/j.joen.2020.09.015
7. Ruivo LM, Rios MA, Villela AM et al (2021) Incidenza di frattura degli strumenti Reciproc durante il ritratamento del canale radicolare eseguito da studenti post-laurea: uno studio clinico retrospettivo trasversale. Restor Dent Endod 46:e49. https://doi.org/10.5395/rde.2021.46.e49
8. Gavini G, Santos MD, Caldeira CL et al (2018) Strumenti in nichel-titanio in endodonzia: una revisione concisa dello stato dell'arte. Braz Oral Res 18:e67. https://doi.org/10.1590/1807-3107bor-2018.vol32.0067
9. Zupanc J, Vahdat-Pajouh N, Schafer E (2018) Nuove leghe di NiTi trattate termomeccanicamente - una revisione. Int Endod J 51:1088–1103. https://doi.org/10.1111/iej.12924
10. Zhou H, Peng B, Zheng Y (2013) Una panoramica delle proprietà meccaniche degli strumenti endodontici in nichel-titanio. Endod Topics 29:42–54. https://doi.org/10.1111/etp.12045
11. Kaval ME, Capar ID, Ertas H (2016) Valutazione della fatica ciclica e della resistenza torsionale di nuovi file rotanti in nichel-titanio con varie proprietà delle leghe. J Endod 42:1840–1843. https://doi.org/10.1016/j.joen.2016.07.015
12. Plotino G, Grande NM, Mercade Bellido M et al (2017) Influenza della temperatura sulla resistenza alla fatica ciclica dei file rotanti ProTaper Gold e ProTaper Universal. J Endod 43:200–202. org/10.1016/j.joen.2016.10.014
13. Silva EJ, Martins JNR, Lima CO et al (2020) Test meccanici, caratterizzazione metallurgica e capacità di modellatura degli strumenti rotanti in NiTi: una ricerca multimodale. J Endod 46:1485–1494. https://doi.org/10.1016/j.joen.2020.07.016
14. Martins JNR, Silva EJNL, Marques D et al (2022) Confronto di cinque sistemi rotanti riguardo design, metallurgia, prestazioni meccaniche e preparazione del canale: una ricerca multimodale. Clin Oral Investig 26:3299–3310. https://doi.org/10.1007/ s00784-021-04311-x
15. Martins JNR, Silva EJNL, Marques D et al (2022) (2022) Design, caratteristiche metallurgiche e comportamento meccanico degli strumenti endodontici in NiTi di cinque diversi sistemi rotanti trattati termicamente. Materials (Basel). 15:1009. https://doi.org/10.3390/ma15031009
16. ASTM International. ASTM:F2004-7—metodo di prova standard per la temperatura di trasformazione delle leghe di nichel-titanio mediante analisi termica, 2004.
17. Martins JNR, Silva EJ, Marques D et al (2021) Design, caratteristiche metallurgiche, prestazioni meccaniche e preparazione del canale di sei strumenti reciprocanti. Int Endod J 54:1623–1637. org/10.1111/iej.13529
18. ASTM International. ASTM:F2516-07—metodi di prova standard per il test di trazione dei materiali superelastici in nichel-titanio, 2007.
19. ANSI/ADA Specifica N° 28-2002. File e reamers per canali radicolari, tipo K per uso manuale. 2002.
20. ISO 3630-3631:2008. Odontoiatria - strumenti per canali radicolari - parte 1: requisiti generali e metodi di prova. 2008.
21. Paqué F, Laib A, Gautschi H et al (2009) Analisi dell'accumulo di detriti di tessuto duro mediante scansioni di tomografia computerizzata ad alta risoluzione. J Endod 35:1044–1047. https://doi.org/10.1016/j.joen.2009.04.026
22. De-Deus G, Belladonna FG, Silva EJ et al (2015) Valutazione micro-CT delle aree del canale non strumentate con diverse ingrandimenti eseguiti da sistemi NiTi. Braz Dent J 26:624–629. org/10.1590/0103-6440201300116
23. Hunter A, Brewer JD (2015) Progettare ricerche multimodali. In: Hesse-Biber S, Johnson RB (eds) The Oxford handbook of multimethod and mixed methods research inquiry. Oxford University Press
24. Schoenfeld A (1986) Avere e utilizzare conoscenze geometriche. In: Hiebert J (ed) Conoscenza concettuale e procedurale: il caso della matematica, 1a ed. Lawrence Erlbaum Associates, Hillsdale, NJ
25. Lopes HP, Gambarra-Soares T, Elias CN et al (2013) Confronto delle proprietà meccaniche degli strumenti rotanti realizzati in filo di nichel-titanio convenzionale, M-wire, o lega di nichel-titanio in fase R. J Endod 39:516–520. https://doi.org/10.1016/j.joen.2012.12.006
26. Shen Y, Zhou HM, Zheng YF et al (2013) Sfide attuali e concetti del trattamento termomeccanico degli strumenti in nichel-titanio. J Endod 39:163–172. https://doi.org/10.1016/j.joen.2012.11.005
27. Versiani MA, Leoni GB, Steier L et al (2013) Studio di micro-tomografia computerizzata di canali ovali preparati con il file auto-regolante, Reciproc, WaveOne e sistemi ProTaper universali. J Endod 39:1060–1066. https://doi.org/10.1016/j.joen.2013.04.009
28. Martins JNR, Silva EJNL, Marques D et al (2021) Confronto di design, metallurgia, prestazioni meccaniche e capacità di modellatura di strumenti simili a repliche e contraffatti del sistema ProTaper Next. Int Endod J 54:780–792. https://doi.org/10.1111/iej.13463
29. Belladonna FG, Carvalho MS, Cavalcante DM et al (2018) Valutazione della capacità di modellatura tramite micro-tomografia computerizzata del nuovo strumento Reciproc trattato termicamente blu. J Endod 44:1146–1150. https://doi.org/10.1016/j.joen.2018.03.008
30. Gagliardi J, Versiani MA, de Sousa-Neto MD et al (2015) Valutazione delle caratteristiche di modellatura di ProTaper Gold, ProTaper NEXT e ProTaper Universal in canali curvi. J Endod 41:1718–1724. https://doi.org/10.1016/j.joen.2015.07.009
31. Martins JNR, Silva EJNL, Marques D et al (2020) Prestazioni meccaniche e caratteristiche metallurgiche di ProTaper Universal e 6 sistemi simili a repliche. J Endod 46:1884–1893. https://doi.org/10.1016/j.joen.2020.08.021
32. Zuolo ML, Zaia AA, Belladonna FG et al (2018) Valutazione micro-CT della capacità di modellatura di quattro sistemi di strumentazione per canali radicolari in canali ovali. Int Endod J 51:564–571. https://doi.org/10.1111/iej.12810
33. De-Deus G, Marins J, Silva EJ et al (2021) Detriti di tessuto duro accumulati prodotti durante la preparazione del canale in nichel-titanio a movimento reciprocante e rotante. J Endod 41:676–681. https://doi.org/10.1016/j.joen.2014.11.028
34. Pérez Morales MLN, González Sánchez JA, Olivieri JG et al (2021) Valutazione tomografica micro-computazionale e studio comparativo della capacità di modellatura di 6 file in nichel-titanio: uno studio in vitro. J Endod 47:812–819. https://doi.org/10.1016/j.joen.2020.12.021