Test meccanici, caratterizzazione metallurgica e capacità di modellatura degli strumenti rotanti in nichel-titanio: una ricerca multimodale

Abstract

Introduzione: Questo studio mirava a confrontare le proprietà meccaniche e metallurgiche e la capacità di modellatura di diversi sistemi rotanti utilizzando un approccio multimodale.

Metodi: Sono stati testati nuovi strumenti rotanti NeoNiti A1 (Neolix SAS, Châtres-La-Forêt, Francia), HyFlex EDM One File (Coltène/ Whaledent, Altstätten, Svizzera), ProTaper Gold F2 (Dentsply Maillefer, Ballaigues, Svizzera) e ProTaper Universal F2 (Dentsply Maillefer) riguardo alla fatica ciclica, alla resistenza torsionale, al design e alle caratteristiche morfologiche utilizzando la microscopia elettronica a scansione, la caratterizzazione delle leghe metalliche mediante calorimetria a scansione differenziale e la spettroscopia a raggi X a dispersione di energia. Inoltre, è stata valutata la loro capacità di modellatura nella preparazione di 48 canali di molari mascellari utilizzando la tecnologia di tomografia computerizzata micro–computata. Le analisi meccaniche e metallurgiche sono state confrontate utilizzando analisi della varianza con test post hoc di Tukey, mentre il test t di Student indipendente è stato utilizzato per confrontare la capacità di modellatura dei sistemi ProTaper o degli strumenti trattati termomeccanicamente. Il livello di significatività è stato fissato al 5%.

Risultati: La massima fatica ciclica è stata osservata con gli strumenti NeoNiti e HyFlex EDM (P > .05), mentre HyFlex EDM ha mostrato la massima rotazione angolare fino alla frattura (P < .05). Le analisi mediante microscopia elettronica a scansione/spettroscopia a raggi X a dispersione di energia hanno confermato somiglianze nel design degli strumenti e una composizione quasi equiatomica dei sistemi. La calorimetria a scansione differenziale ha mostrato che ProTaper Gold aveva temperature di trasformazione più elevate rispetto a ProTaper Universal, mentre una trasformazione simile è stata osservata tra NeoNiti e HyFlex. L'analisi micro-tomografica ha rivelato che, nonostante nessuno dei sistemi fosse in grado di preparare tutte le pareti del canale radicolare, non sono state osservate differenze statistiche né nei sistemi ProTaper (P > .05) né negli strumenti trattati termomeccanicamente (P > .05).

Conclusioni: A parte le differenze nei test meccanici e nella caratterizzazione metallurgica, i sistemi con dimensioni degli strumenti e protocolli di preparazione comparabili hanno mostrato una percentuale simile di aree superficiali non toccate nella preparazione del canale radicolare dei molari mascellari. (J Endod 2020;46:1485–1494.)

L'introduzione di strumenti rotanti in nichel-titanio (NiTi) nella pratica endodontica ha portato molti vantaggi rispetto agli strumenti in acciaio inossidabile, tra cui una migliore efficienza di taglio, tempi di preparazione più rapidi e una migliore capacità di centratura del canale. Tuttavia, il loro utilizzo presenta il rischio di frattura per stress torsionale o fatica ciclica, che potrebbe contribuire negativamente all'esito del trattamento canalare. Pertanto, sono stati proposti diversi metodi per migliorare le proprietà meccaniche degli strumenti NiTi, inclusi cambiamenti non solo nel loro design della sezione trasversale e nella cinematica, ma anche nel trattamento termico della lega NiTi. Durante il trattamento termico, lo strumento NiTi subisce un complesso trattamento di riscaldamento-raffreddamento che consente il controllo delle temperature di transizione, creando una lega a memoria di forma.

ProTaper Gold (Dentsply Maillefer, Ballaigues, Svizzera) è un sistema rotante in NiTi che presenta lo stesso design geometrico di ProTaper Universal (Dentsply Maillefer) ma, grazie al suo trattamento di lega proprietario, è più flessibile e più resistente alla fatica. D'altra parte, l'alta tenacità e il comportamento superelastico unico della lega NiTi hanno reso le sue caratteristiche di lavorazione piuttosto complicate. Pertanto, è stata sviluppata una tecnologia di produzione speciale nota come macchina a scarica elettrica (EDM). Essa consiste in scintille prodotte da scariche elettriche ad alta energia e alta frequenza tra il pezzo metallico e un elettrodo che porta alla fusione e all'evaporazione del materiale del pezzo localmente, risultando nel prodotto finito della geometria desiderata, che può essere utilizzato per produrre strumenti NiTi con bordi di taglio affilati, proprietà abrasive integrate, profili variabili e alta flessibilità. Gli strumenti HyFlex EDM (Coltène/Whaledent, Altstätten, Svizzera) e NeoNiti (Neolix SAS, Châtres-La-Forêt, Francia) sono esempi di sistemi rotanti in NiTi prodotti con questo tipo di tecnologia. In studi precedenti, questi strumenti hanno mostrato una maggiore resistenza alla fatica ciclica rispetto ad altri prodotti con leghe NiTi martensitiche convenzionali o di altro tipo.

Le proprietà meccaniche degli strumenti rotanti in NiTi sono state spesso valutate in studi scientifici per classificare i diversi sistemi riguardo alla loro sicurezza o prestazione. Nonostante il fatto che i parametri testati in questi studi possano essere utili per comprendere la loro flessibilità e resistenza torsionale, la rilevanza clinica di questi test meccanici isolati è stata considerata bassa perché l'uso clinico può essere influenzato da diversi altri fattori. Di conseguenza, un approccio multimodale che combini i risultati di diversi test meccanici e la capacità di modellatura di diversi sistemi in NiTi sarebbe utile per una migliore interpretazione delle loro prestazioni e, di conseguenza, una traduzione più precisa dei risultati preclinici per guidare l'uso clinico.

Pertanto, il presente studio mirava a confrontare i sistemi rotanti NeoNiti (Neolix SAS, Châtres-La-Forêt, Francia), HyFlex EDM (Coltène/Whaledent, Altstätten, Svizzera), ProTaper Gold e ProTaper Universal riguardo alla loro fatica ciclica e resistenza torsionale, design di fabbricazione, caratteristiche metallurgiche e capacità di modellatura. Le ipotesi nulle da testare erano che non ci fossero differenze tra i sistemi testati riguardo alle loro prestazioni meccaniche, caratterizzazione metallurgica e capacità di modellatura.

Materiali e Metodi

Test Meccanici

Nuovi NeoNiti A1 (dimensione 25, 0.08 conico sui primi 4 mm; Neolix SAS), HyFlex EDM One File (dimensione 25, 0.08 conico sui primi 4 mm; Coltène/Whaledent), ProTaper Gold F2 (dimensione 25, 0.08 conico sui primi 3 mm; Dentsply Maillefer) e ProTaper Universal F2 (dimensione 25, 0.08 conico sui primi 3 mm; Dentsply Maillefer) strumenti rotanti sono stati testati riguardo alla fatica ciclica e alla resistenza torsionale. Prima dei test, gli strumenti sono stati esaminati per deformità sotto un stereomicroscopio con ingrandimento X20 (Stemi 2000-C; Carl Zeiss, Jena, Germania), e nessuno strumento è stato scartato. Basandosi su dati di studi precedenti, è stata eseguita una calcolo della potenza (G*Power 3.1; Heinrich-Heine-Universität Düsseldorf, Düsseldorf, Germania) che ha indicato che la dimensione del campione per ciascun gruppo dovrebbe essere un minimo di 10 strumenti per entrambi i test.

Fatica Ciclica

Il test di fatica ciclica è stato eseguito utilizzando un dispositivo realizzato su misura che consentiva una simulazione riproducibile di uno strumento confinato in un canale curvo. Il canale artificiale è stato creato su un tubo in acciaio inossidabile di 19 mm non conico. Questo tubo aveva 3 segmenti. Il primo era dritto e aveva una lunghezza di 7 mm. Il secondo era curvo (lunghezza di 9 mm, raggio di 6 mm e curvatura di 86°) con la posizione di massima tensione nel mezzo della sua lunghezza. L'ultimo era un segmento dritto di 3 mm. Le pareti in acciaio erano spesse 1.3 mm con un diametro interno di 1.4 mm. Il blocco contenente il canale artificiale era collegato a un telaio principale al quale era attaccato un supporto mobile per l'handpiece per consentire un posizionamento preciso e riproducibile degli strumenti alla stessa profondità all'interno del canale simulato. Gli strumenti di ciascun sistema testato (n = 10 per gruppo) sono stati attivati con un handpiece a riduzione 6:1 (Sirona Dental Systems GmbH, Bensheim, Germania) alimentato da un motore controllato da coppia (VDW Silver; VDW GmbH, Monaco, Germania) con una rotazione continua in senso orario a 250 rpm e 1.5-N.cm di coppia. Tutti gli strumenti sono stati testati continuamente utilizzando un lubrificante a temperatura ambiente fino al verificarsi della rottura. Il tempo fino alla frattura è stato registrato in secondi con un cronometro digitale e fermato quando la frattura del file è stata rilevata visivamente e/o acusticamente. Il numero di cicli fino al fallimento (NCF) di ciascun file è stato calcolato a 250 rpm utilizzando la seguente formula: NCF 5 giri al minuto (rpm) X tempo (secondi)/60. La dimensione dei segmenti fratturati è stata registrata solo per il controllo sperimentale.

Resistenza Torsionale

Il carico torsionale è stato applicato fino alla frattura per stimare la resistenza torsionale ultima media e l'angolo di rotazione degli strumenti testati (n = 10 per gruppo) utilizzando un dispositivo realizzato su misura secondo la norma ISO 3630-1. Ogni strumento è stato bloccato a una distanza di 3 mm dalla punta utilizzando un mandrino collegato a una cella di carico sensibile al torque. Successivamente, l'albero dello strumento è stato fissato in un mandrino opposto in grado di ruotare con un motore passo-passo. Tutti gli strumenti sono stati ruotati in senso orario a una velocità di 2 rpm fino a quando non si è verificata la frattura. Il carico torsionale (N.cm) e la rotazione angolare (°) sono stati registrati continuamente utilizzando un torsiometro (ODEME, Luzerna, SC, Brasile), e la resistenza torsionale ultima e l'angolo di rotazione al momento della frattura sono stati forniti da un software computazionale appositamente progettato (ODEME Analysis TT, ODEME).

Caratterizzazione Metallurgica

Microscopia Elettronica a Scansione

Un microscopio elettronico a scansione (JSM 5800; JEOL, Tokyo, Giappone) è stato utilizzato per valutare i nuovi strumenti di ciascun sistema testato riguardo alla punta, al bordo di taglio, alla scanalatura e al design intermedio e sezione trasversale a ingrandimento X100, mentre le caratteristiche topografiche delle superfici di frattura di tutti gli strumenti sono state valutate dopo test ciclici e torsionali a ingrandimenti X250 e X1000.

Spectroscopia a dispersione di energia Tre strumenti completamente nuovi di ciascun sistema testato sono stati valutati riguardo all'analisi spettroscopica a dispersione di energia (EDS) utilizzando un microscopio elettronico a scansione (Hitachi S-2400; Hitachi High-Tech Corporation, Tokyo, Giappone) dotato di uno spettrometro a raggi X a dispersione di energia con un rivelatore di elementi leggeri (Bruker Quantax; Bruker Corporation, Billerica, MA), collegato a un computer desktop Dell Precision T3500 (Dell Inc, Round Rock, TX). Le impostazioni dei parametri operativi includevano una tensione di accelerazione di 20 kW e una corrente del filamento di 3,1 A a una distanza di lavoro di 25 mm. Il campionamento consisteva in un'area di 400 X 400 mm degli strumenti, e le acquisizioni sono state effettuate con un tempo di vita di 60 secondi con un tempo morto di circa il 30%. I dati sono stati valutati utilizzando il software Sigma Scan (Systat Software Inc, San Jose, CA), e le proporzioni di nichel e titanio sono state ottenute da uno spettro tipico prodotto dal software.

Calorimetria a scansione differenziale L'analisi calorimetrica a scansione differenziale (DSC) ha seguito le raccomandazioni della American Society for Testing and Materials. Un frammento di 5 mm del peso di 15–20 mg della porzione attiva coronale di ciascun strumento testato è stato sottoposto a un bagno di incisione chimica con acido fluoridrico seguito da acido nitrico e terminando con acqua distillata per circa 2 minuti. I campioni sono stati pesati (M-Power Microbalance; Sartorius, Göttingen, Germania) e posti in una padella di alluminio. Una padella di alluminio vuota ha servito come controllo. Il test è stato condotto su un calorimetro a scansione differenziale (DSC 204 F1 Phoenix; Netzsch-Gerätebau GmbH, Selb, Germania) collegato a un computer desktop Asus (Asus, Taipei, Taiwan) da cui è stato accesso il software di analisi termica Netzsch Proteus (Netzsch-Gerätebau GmbH) e estratti i grafici DSC. Questi grafici hanno consentito l'analisi visiva delle temperature di inizio austenitico, fine austenitico, inizio martensitico e fine martensitico.

La durata di ciascun test del ciclo termico è stata di circa 1 ora e 40 minuti. È iniziato con una stabilizzazione a temperatura ambiente per 5 minuti, seguita da un riscaldamento fino a 150°C con un ritmo di 10°C al minuto. Al livello di temperatura massima, è stato eseguito un plateau di stabilizzazione di 2 minuti e poi è iniziato un ciclo di raffreddamento, che è sceso fino a -150°C con un ritmo di 10°C al minuto, seguito da un plateau di stabilizzazione di 5 minuti. È stata indotta una nuova fase di riscaldamento fino a 150°C con un ritmo di 10°C ancora una volta, seguita nuovamente da un plateau di stabilizzazione di 2 minuti. Alla fine, la temperatura è scesa a temperatura ambiente e è stato eseguito un plateau di stabilizzazione finale di 2 minuti. Sono stati condotti due test su 2 strumenti diversi dello stesso sistema. Il secondo test intendeva confermare il risultato del primo. Un terzo test è stato eseguito se le fasi di trasformazione dei 2 test precedenti non erano concordanti in più di 10°C.

Capacità di Formazione

Selezione dei campioni e gruppi

È stato selezionato un test a campioni indipendenti a priori dalla famiglia del t test (G*Power 3.1 per Macintosh; Heinrich-Heine-Universität-Du€sseldorf). La dimensione dell'effetto (0.91) è stata determinata utilizzando i dati di De-Deus et al in cui è stata valutata la capacità di modellatura. Altri parametri sono stati utilizzati come segue: un errore di tipo alfa di 0.05 e una potenza beta di 0.95. Sedici canali radicolari (n= 8 per gruppo) sono stati indicati come la dimensione del campione necessaria per osservare differenze significative tra una coppia di gruppi. Dodici canali radicolari per gruppo sono stati utilizzati per prevenire possibili perdite durante le procedure sperimentali.

Sei molari superiori umani a tre radici con apici completamente formati e un singolo canale radicolare in ciascuna radice (48 canali radicolari) sono stati selezionati da un pool di denti estratti e immagini a una dimensione di pixel di 19 mm utilizzando un dispositivo di tomografia computerizzata micro (micro-CT) (SkyScan 1174v.2; Bruker microCT, Kontich, Belgio). I parametri dello scanner sono stati impostati a 50 kV, 800 mA, rotazione di 180° attorno all'asse verticale e un passo di rotazione di 0.6° utilizzando un filtro in alluminio spesso 1 mm. Le immagini di proiezione sono state ricostruite in sezioni trasversali utilizzando il software NRecon v.1.6.9 (Bruker-microCT) con una correzione dell'indurimento del fascio del 15%, una levigatura di 3, una correzione dell'artefatto ad anello di 3 e un coefficiente di attenuazione che varia da 0.01 a 0.15.

I modelli tridimensionali preoperatori delle radici e dei canali radicolari sono stati resi (CTVol v.2.2.1, Bruker-microCT) e valutati qualitativamente riguardo alla configurazione dei canali radicolari. Successivamente, i parametri 3D dei canali radicolari (lunghezza, volume, area superficiale e indice del modello di struttura) sono stati calcolati dal livello della giunzione cemento-smalto fino all'apice utilizzando il software CTAn v.1.14.4 (Bruker-microCT). Per migliorare la validità interna dell'esperimento, i campioni selezionati sono stati abbinati per creare 2 set di 8 denti (n = 24 canali) basati sugli aspetti morfologici dei canali radicolari. Successivamente, ciascun set di denti è stato assegnato ai gruppi ProTaper (ProTaper Universal e ProTaper Gold) o trattati termomeccanicamente (NeoNiti e HyFlex EDM) e suddivisi casualmente in 2 sottogruppi sperimentali (n = 12 canali) in base ai sistemi di preparazione. I parametri morfometrici 3D analizzati dei canali radicolari in ciascun set di denti erano distribuiti normalmente (test di Shapiro-Wilk) e omoscedastici (test di Levene), e il grado di omogeneità (baseline) dei sottogruppi è stato statisticamente confermato (P > .05, test t per campioni indipendenti).

Preparazione del Canale Radicolare

Le cavità di accesso convenzionali sono state preparate, i canali sono stati accessibili e la pervietà è stata confermata con un K-file di dimensione 10 (Dentsply Maillefer). Quando la punta dello strumento era visibile attraverso il forame principale, sono stati sottratti 0,5 mm per determinare la lunghezza di lavoro (WL). Successivamente, è stato raggiunto un percorso di scorrimento fino alla WL con un K-file di dimensione 15 (Dentsply Maillefer). Tutti gli strumenti sono stati portati alla WL in una rotazione continua in senso orario generata da un manipolo angolare 6:1 (Sirona Dental Systems GmbH) alimentato da un motore elettrico (VDW Silver Motor, VDW GmbH) secondo le indicazioni dei produttori. Durante le procedure di preparazione, dopo 3 colpi delicati di movimento in entrata e uscita in direzione apicale, lo strumento è stato rimosso dal canale e pulito. Questo è stato ripetuto fino a raggiungere la WL, e poi lo strumento è stato scartato. Nel gruppo NeoNiti (n = 12), i canali sono stati ampliati fino alla WL utilizzando strumenti di dimensione 20/.06 e 25/.08v (A1) nei canali buccali, mentre il canale palatale è stato ampliato fino a una dimensione 40/.04. Nel gruppo HyFlex EDM (n = 12), i canali buccali sono stati preparati con strumenti di dimensione 20/.05 e 25/.08v (One File) fino alla WL, mentre il canale palatale è stato ampliato fino a una dimensione 40/.04. La sequenza degli strumenti nei gruppi ProTaper Gold (n = 12) e ProTaper Universal (n = 12) è stata S1, S2, F1 e F2 (25/.08v) fino alla WL nei canali buccali, mentre il canale palatale è stato ulteriormente ampliato con lo strumento F4 (40/.06v). Dopo ogni passaggio, i canali sono stati irrigati con 5 mL di ipoclorito di sodio al 2,5% utilizzando una siringa monouso dotata di un ago NaviTip da 30-G (Ultradent, South Jordan, UT) posizionato a 1 mm dalla WL. Un risciacquo finale con 5 mL di EDTA al 17% è stato seguito da un risciacquo di 5 mL con acqua distillata. Successivamente, i canali sono stati asciugati con punti di carta (Dentsply Maillefer), immaginati con un sistema micro-CT e ricostruiti utilizzando gli stessi parametri precedentemente menzionati. Un set di strumenti è stato utilizzato per preparare 3 canali, e tutte le procedure di preparazione sono state eseguite da un operatore formato.

Valutazione Micro-CT

I modelli pre- e post-operatori dei canali sono stati resi (CTAn v.1.14.4) e coregistrati con i rispettivi set di dati preoperatori utilizzando il modulo di registrazione rigida del software 3D Slicer 4.3.1 (disponibile su http://www.slicer.org). È stata effettuata una comparazione qualitativa tra i gruppi utilizzando il software CTVol v.2.2.1 con modelli codificati a colori dei canali radicolari abbinati (i colori giallo e viola indicano le superfici dei canali pre- e post-operatori, rispettivamente). I parametri 3D post-operatori sono stati anche valutati (CTAn v.1.14.4). I modelli di superficie registrati spazialmente delle radici sono stati quindi confrontati riguardo all'area non preparata delle pareti del canale radicolare, calcolata utilizzando le distanze tra la superficie dei canali radicolari prima e dopo la preparazione determinata in ogni punto della superficie. Successivamente, è stata determinata la percentuale dell'area di superficie non preparata rimanente utilizzando la formula (A_u/A_b)*100, dove A_u rappresenta l'area del canale non preparato e A_b l'area del canale radicolare prima della preparazione. Sono state effettuate comparazioni specifiche tra sistemi di preparazione simili in termini di dimensioni e sequenza degli strumenti (NeoNiti X HyFlex EDM e ProTaper Gold X ProTaper Universal). Un esaminatore cieco rispetto ai protocolli di preparazione ha eseguito tutte le analisi.

Analisi Statistica

I test di Shapiro-Wilk e Levene sono stati utilizzati per valutare l'assunzione di normalità e l'uguaglianza della varianza dei set di dati.

Considerando che i risultati erano distribuiti normalmente (P > .05), sono stati presentati come media, deviazione standard e intervallo. Per le analisi di caratterizzazione meccanica e metallurgica, i risultati sono stati confrontati statisticamente tra i gruppi utilizzando l'analisi della varianza e i test post hoc di Tukey. Per la capacità di modellatura, NeoNiti X HyFlex EDM e ProTaper Gold X ProTaper Universal sono stati confrontati utilizzando il test t di Student indipendente. Il livello di significatività è stato fissato al 5% (SPSS v18.0 per Windows; SPSS Inc., Chicago, IL).

Risultati

Test Meccanici

I risultati del NCF, della rotazione angolare fino alla frattura (°) e della coppia richiesta per la frattura (N.cm) sono presentati in Tabella 1. I valori più alti di NCF sono stati osservati con gli strumenti NeoNiti A1 (1042 ± 184) e HyFlex EDM One File (999 ± 208) (P > .05), mentre ProTaper Universal F2 ha mostrato i valori più bassi di NCF (160 ± 38) (P < .05). HyFlex EDM One File ha avuto una rotazione angolare fino alla frattura più alta rispetto agli altri strumenti (P < .05), mentre ProTaper Universal F2 ha mostrato la rotazione angolare fino alla frattura più bassa (P < .05). ProTaper Universal F2 ha anche richiesto i valori di coppia più alti per la frattura tra gli strumenti testati (P < .05).

Caratterizzazione Metallurgica Nel complesso, l'aspetto della qualità superficiale di NeoNiti A1 e HyFlex EDM One File era simile. Questi strumenti mostrano una superficie isotropica caratterizzata da un cratere distributore regolare che si osserva spesso nei materiali che hanno subito il processo di lavorazione per scarica elettrica. Solo un numero ridotto di difetti, come le spine sul bordo di taglio, poteva essere osservato. HyFlex EDM One File mostrava una sezione trasversale trapezoidale, mentre una sezione trasversale rettangolare è stata osservata nello strumento NeoNiti A1. Inoltre, lo strumento NeoNiti mostrava un leggero angolo di transizione arrotondato della punta, mentre HyFlex EDM aveva una caratteristica della punta più attiva (Fig. 1A e B).

Per quanto riguarda i sistemi ProTaper, è stata osservata una superficie liscia che dimostra una buona qualità di finitura complessiva, con solo un numero ridotto di difetti/porosità rilevati nei bordi di taglio e nelle flute. Il trattamento termico degli strumenti ProTaper Gold ha portato a una superficie di finitura liscia e migliorata. Sia gli strumenti ProTaper Universal che ProTaper Gold avevano una sezione trasversale triangolare convessa e un leggero angolo di transizione arrotondato della punta (Fig. 1C e D).

La microscopia elettronica a scansione delle superfici di frattura degli strumenti ha mostrato caratteristiche simili e tipiche di fatica ciclica e rottura torsionale (Fig. 2). Per entrambi i test, le superfici di frattura presentavano caratteristiche di tipo duttile. Tuttavia, le differenze nei meccanismi di frattura hanno portato a aspetti superficiali dissimili. Sebbene i microvuoti fossero distribuiti su tutta l'area superficiale degli strumenti sottoposti al test di fatica ciclica (Fig. 2A–H), le superfici di frattura mostravano 2 zone dopo l'esperimento di resistenza torsionale: la prima con microvuoti situati al centro degli strumenti (nucleo) e la seconda rappresentata da una deformazione plastica attorno ai microvuoti (Fig. 2I–P) a causa delle tensioni di taglio originate durante la torsione. Le analisi EDS e DSC hanno rivelato una composizione equiatomica simile degli elementi titanio e nichel per tutti i sistemi testati (Tabella 2) e caratteristiche di trasformazione simili degli strumenti NeoNiti e HyFlex EDM (Fig. 3A), rispettivamente. D'altra parte, ProTaper Gold ha mostrato temperature di trasformazione più elevate e picchi di trasformazione molto più netti e ben definiti rispetto a ProTaper Universal nel test DSC (Fig. 3B).

Capacità di modellamento

Non sono state osservate differenze statistiche riguardo a tutti i parametri 3D testati, prima o dopo la preparazione, confrontando la capacità di modellamento dei sistemi ProTaper (ProTaper Universal e ProTaper Gold) o trattati termomeccanicamente (NeoNiti e HyFlex EDM) (Tabella 3) (P > .05). Nessuno dei protocolli di preparazione è stato in grado di preparare tutte le pareti del canale radicolare (Fig. 4) con una percentuale di superficie non preparata che varia dall'11,1% (NeoNiti) al 27,1% (ProTaper Gold) (Tabella 3).

Discussione

Recentemente, il valore scientifico degli studi sulla resistenza alla fatica di strumenti rotanti e reciprocanti è stato messo in discussione. È stato evidenziato che i risultati di questi studi erano inutili per i lettori in cerca di un sistema di preparazione NiTi specifico, considerando che la grande variabilità dei protocolli testati renderebbe difficile e problematica la comparazione tra gli studi. È stato anche sottolineato che questo tipo di ricerca non rispecchia la realtà, poiché la pura rotazione all'interno di un canale artificiale senza alcuna coppia sull'istrumento, come nei test di fatica ciclica, è improbabile che si verifichi in uno scenario clinico. Sebbene queste affermazioni siano vere, è importante sottolineare che i test di fatica ciclica e di resistenza torsionale consentono di isolare e testare le variabili singolarmente, aumentando la validità interna e la riproducibilità dello studio, in accordo con i concetti di base del metodo scientifico. Tuttavia, nonostante questi test consentano una valutazione appropriata del comportamento di resistenza degli strumenti NiTi, è anche vero che valutare esclusivamente questi risultati potrebbe fornire solo informazioni parziali ai lettori sui sistemi di preparazione testati. Pertanto, il presente studio ha utilizzato un approccio di ricerca multimodale, includendo test puramente meccanici con la caratterizzazione metallurgica dei sistemi testati, associati alla valutazione della loro capacità di modellamento in denti estratti utilizzando la tecnologia micro-CT non distruttiva, per una migliore e complessiva comprensione delle loro prestazioni.

In questo studio, la resistenza alla fatica ciclica di HyFlex EDM One File e NeoNiti A1 era simile ma superiore a quella degli strumenti ProTaper F2 (Tabella 1). L'innovativa lega di NiTi trattata termomeccanicamente e il trattamento EDM di HyFlex EDM e NeoNiti associati alle dimensioni maggiori dello strumento ProTaper F2 potrebbero spiegare questo risultato. Risultati simili sono stati osservati anche da Kaval et al, che hanno riportato una resistenza alla fatica ciclica superiore di HyFlex EDM rispetto agli strumenti ProTaper Universal e ProTaper Gold. I risultati simili di resistenza alla fatica tra HyFlex EDM e NeoNiti potrebbero essere spiegati dal fatto che, nonostante piccole differenze nel loro design trasversale, questi strumenti presentano non solo dimensioni comparabili (punta e conicità) e qualità di fabbricazione (Fig. 1), ma anche proprietà metallurgiche simili come osservato in entrambi i saggi EDS e DSC (Tabella 2 e Fig. 3). Al contrario, ProTaper Gold ha mostrato un notevole NCF rispetto a ProTaper Universal. Per questi strumenti, l'influenza del design (Fig. 1) o della composizione del rapporto Ni/Ti (Tabella 2) sui risultati può essere esclusa come fattore variabile considerando che differiscono solo riguardo al processo di fabbricazione termomeccanico. È stato dimostrato che le leghe di NiTi martensitiche, come negli strumenti ProTaper Gold, presentano alta malleabilità e, di conseguenza, hanno superato le leghe di NiTi austenitiche convenzionali nei test di resistenza. Inoltre, ProTaper Universal era completamente austenitico a temperatura ambiente e quindi presentava un comportamento superelastico a temperatura ambiente e oltre, come confermato dall'analisi DSC (Fig. 3). ProTaper Gold ha mostrato temperature di trasformazione più elevate a causa della presenza della fase R e picchi di trasformazione molto più netti e ben definiti rispetto a ProTaper Universal (Fig. 3), indicando che gli strumenti ProTaper Gold erano soggetti a un trattamento termico finale a temperatura più alta e/o di durata maggiore (invecchiamento).

I risultati del test di resistenza torsionale hanno dimostrato che la massima resistenza torsionale del ProTaper Universal (1.64 ± 0.23 N.cm) era significativamente superiore a tutti gli altri strumenti testati (Tabella 1). Questa scoperta suggerisce che in una situazione clinica in cui la punta di uno strumento si blocca nel canale, lo strumento ProTaper Universal richiederà una maggiore forza per rompersi. Tuttavia, questo potrebbe essere compromesso dalla sua più bassa rotazione angolare per la rottura (375.1° ± 39.2°) spiegata dalla sua struttura completamente austenitica a temperatura ambiente (Fig. 3). D'altra parte, la maggiore rotazione angolare per la rottura di HyFlex EDM (630.2 ± 50.5°) e NeoNiti (524.4° ± 29.2°) rispetto agli strumenti ProTaper (Tabella 1) potrebbe essere utile nella pratica come indicatore di deformazione plastica e rottura imminente.

Inoltre, le differenze nella rotazione angolare fino alla frattura tra gli strumenti HyFlex EDM e NeoNiti potrebbero essere spiegate solo dalle lievi differenze nei loro design trasversali e nella qualità della finitura superficiale (Fig. 1), poiché entrambi gli strumenti hanno mostrato caratteristiche di trasformazione praticamente equivalenti (Fig. 3). Pertanto, considerando le differenze osservate nei test meccanici e nella caratterizzazione metallurgica, le prime e seconde ipotesi nulle testate sono state rifiutate.

Nonostante il fatto che i metodi di test meccanici e caratterizzazione metallurgica siano stati utilizzati sistematicamente in diversi studi fornendo informazioni importanti e comparabili riguardo alle proprietà fisiche di diversi strumenti in NiTi, è anche importante integrare questi dati valutando la capacità di modellatura utilizzando metodologie non distruttive aggiornate, come il sistema di imaging micro-CT, al fine di simulare l'uso clinico. Nel presente studio, sono stati fatti tentativi per garantire la comparabilità dei gruppi creando una base omogenea e affidabile secondo dati quantitativi 3D acquisiti scansionando precedentemente tutti i campioni, il che ha migliorato la validità interna del metodo e ridotto il bias anatomico che di solito confonde i risultati. La capacità di modellatura è stata condotta confrontando solo strumenti con sequenze e dimensioni simili (cioè, sistemi HyFlex X NeoNiti e sistemi ProTaper Universal X ProTaper Gold). Questo è un aspetto metodologico importante considerando che le differenze nella preparazione del canale radicolare sono state collegate alle dimensioni degli strumenti. Infatti, i risultati presenti hanno corroborato tali scoperte (Tabella 3). Sebbene siano stati effettuati confronti tra sistemi con differenze notevoli (ProTaper Universal X ProTaper Gold) o somiglianze (HyFlex X NeoNiti) riguardo alle proprietà della lega NiTi, non sono state osservate differenze nei risultati di modellatura (Tabella 3), e la terza ipotesi nulla è stata accettata. Questo risultato può essere spiegato dalle dimensioni simili degli strumenti, dai protocolli di preparazione e, soprattutto, dalla cinematica utilizzata in morfologie canalari corrispondenti. La varia gamma di risultati osservati nei gruppi può essere spiegata dalle minori differenze nelle irregolarità anatomiche delle pareti del canale radicolare proprie dei denti molari mascellari. Di conseguenza, come ci si aspetterebbe, nessuno dei protocolli di preparazione è stato in grado di preparare tutte le pareti del canale radicolare. È anche importante sottolineare che, nonostante non sia stata osservata alcuna differenza nei confronti effettuati, la percentuale di pareti non toccate nei canali preparati con gli strumenti ProTaper era superiore a quella dei sistemi trattati termomeccanicamente, il che può essere spiegato dalle differenze nella morfologia dei canali radicolari prima delle procedure sperimentali (Tabella 3). In questo studio, i canali sono stati abbinati in base a parametri anatomici 3D per consentire il confronto di sistemi NiTi con sequenze e dimensioni simili. Pertanto, questa scoperta supporta studi precedenti che dimostrano che le variazioni nella geometria del canale prima delle procedure di modellatura hanno avuto un effetto maggiore sui cambiamenti che si sono verificati durante la preparazione rispetto alle tecniche di strumentazione. Infine, non è stata osservata alcuna separazione degli strumenti o un significativo spostamento del percorso originale del canale sulla base di una valutazione qualitativa dei modelli 3D, il che è in accordo con le pubblicazioni sulla preparazione del canale radicolare con strumenti rotativi in lega NiTi speciali utilizzati da clinici esperti seguendo i protocolli dei produttori.

Nella letteratura, non è insolito osservare tentativi di classificare gli strumenti in NiTi semplicemente in base alle loro prestazioni meccaniche. Lo studio presente ha combinato le proprietà fisiche e la capacità di modellatura degli strumenti con design e/o leghe simili. È stato dimostrato che, nonostante le differenze osservate tra di loro riguardo alla resistenza alla fatica e alle proprietà metallurgiche, non è stata osservata alcuna differenza nella loro capacità di modellatura (cioè, il principale obiettivo per cui questi strumenti sono stati sviluppati). Ciò significa che, se venissero utilizzati strumenti con dimensioni e/o protocolli di preparazione comparabili in anatomie canalari simili, è probabile che si comportino in modo simile in termini di risultato di modellatura e sicurezza, anche se presentano differenze statistiche nelle loro proprietà fisiche. Sono necessari ulteriori studi per testare questa ipotesi valutando altri sistemi in diverse condizioni anatomiche, inclusi strumenti contraffatti e simili a repliche recentemente lanciati sul mercato.

Conclusione

A parte le differenze nei test meccanici e nella caratterizzazione metallurgica, i sistemi con dimensioni strumentali e protocolli di preparazione comparabili (HyFlex X NeoNiti e ProTaper Universal X ProTaper Gold) hanno mostrato una percentuale simile di aree superficiali non toccate nella preparazione dei canali radicolari dei molari mascellari.

Autori: Emmanuel J. N. L. Silva, Jorge N. R. Martins, Carolina O. Lima, Victor T. L. Vieira, Francisco M. Braz Fernandes, Gustavo De-Deus, Marco A. Versiani

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