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目的对临床常用机用镍钛根管锉在不同设定条件下疲劳折断方式、特点和机理进行研究,分析其使用风险,并通过金属离子溶出及细胞毒理实验评价其对周围组织的生物学影响,为临床安全、高效使用镍钛根管锉提供实验依据。内容与方法1.镍钛根管锉疲劳性能及折断风险评价选择临床常用的Pro Taper Universal(PT Universal,登士柏公司,瑞士)和Pro Taper Next(PT Next,登士柏公司)二种镍钛根管锉,通过纳米压痕及拉伸实验检测对比其弹性模量及抗拉强度。建立物理实验模型,研究使用过程中,镍钛锉在不同曲率及弯曲半径条件下的工作时长,通过计算折断概率建立评价标准;观察根管锉折断点的分布特征,分析器械折断位置对根管治疗成功率的影响。2.镍钛根管锉疲劳失效机理的研究通过扫描电镜及体式显微镜观察镍钛锉断口,分析疲劳折断开裂源及裂纹扩展过程,从微观角度研究镍钛根管锉疲劳折断的失效机理。3.镍钛根管锉的有限元应力分析建立镍钛根管锉三维有限元应力模型,研究不同弯曲半径及不同弯曲角度条件下的应力分布,分析横截面形状变化对镍钛根管锉应力的影响,为临床上弯曲根管预备提供理论参考。4.镍钛根管锉金属离子溶出及细胞毒理实验研究以PT Universal镍钛根管锉为样本器械,对标准弯曲根管树脂块进行机械预备,将预备后树脂根管内的脱落析出物分别提取至生理盐水及细胞培养液中,利用ICP-MS内外标法测定样本生理盐水中镍离子溶出量;通过组织块法提取牙周膜成纤维细胞,进行MTT实验,观察含有预备残留物的细胞培养液对牙周膜韧带成纤维细胞增殖的影响。结果1.PT Universal组的当量弹性模量检测平均值为35.34GPa,抗拉强度平均值为1055.7 MPa;PT Next组的当量弹性模量检测平均值为99.00GPa,抗拉强度平均值为827.2MPa。2.课题组研制的抗疲劳实验装置,可设定镍钛根管锉的多种弯曲条件,并能有效模拟其临床工作状态。在45°和60°弯曲条件下,PT Next组较PT Universal组样本平均失效期分别超出50%和218%;在90°弯曲时,PT Universal组测试结果超出PT Next组50%。3.不同镍钛根管锉的平均失效期差别有统计学意义(p<0.05),折断概率与工作时长有正相关性。不同设定条件和工作时长下的根管锉折断风险通过折断概率即“风险概率”(表格)表示。4.随着弯曲角度的增加,根管锉疲劳折断点位置上移,远端折断部分长度介于2.47mm到4.40mm之间,折断点分布位置相当于正常牙根尖1/3或根尖1/3与根中1/3交界区域。5.各组样本锉疲劳断口包括疲劳区、裂纹源扩展区和瞬断区等典型结构。随着弯曲角度的增大,断口形貌特征由典型的脆性断口过渡为脆性和韧性混合的非典型脆性断口。6.有限元模型分析表明,在弯曲根管旋转工作过程中,根管锉应力集中位置随其逐渐插入而向上方移动,应力最大值始终出现在弯曲部切点附近,矩形截面设计根管锉比三角形截面根应力最大值更高。7.镍钛根管锉进行根管机械预备过程中,脱落物质可影响牙周膜成纤维细胞增殖,与对照组比较有统计学差异(p<0.05);镍钛锉工作环境中有微量镍离子检出,浓度低于0.362μg/L。结论1.可重复的抗疲劳实验证实,根管锉的疲劳寿命及折断位置与弯曲角度及弯曲半径具有相关性,“风险概率”可作为根管锉抗疲劳性能评价指标。2.有限元分析表明,根管锉的表面应力分布、极值与其弯曲角度、弯曲半径及截面形貌设计有关。3.循环拉伸引起微裂纹的扩展融合,导致根管锉脆性疲劳折断,临床上存有突发折断风险。4.疲劳和磨损导致镍钛根管锉有害脱落物的产生,可通过正确合理冲洗方法有效避免对组织的损害。