Συγκριτική μελέτη αυθεντικών και μη, μηχανοκίνητων μικροεργαλείων ενδοδοντίας στο SEM

Transcript

1 ΑΡΙΣΤΟΤΕΛΕΙΟ ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟ ΘΕΣΣΑΛΟΝΙΚΗΣ ΣΧΟΛΗ ΕΠΙΣΤΗΜΩΝ ΥΓΕΙΑΣ ΤΜΗΜΑ ΟΔΟΝΤΙΑΤΡΙΚΗΣ ΠΡΟΓΡΑΜΜΑ ΜΕΤΑΠΤΥΧΙΑΚΩΝ ΣΠΟΥΔΩΝ Συγκριτική μελέτη αυθεντικών και μη, μηχανοκίνητων μικροεργαλείων ενδοδοντίας στο SEM Τσακίρης Γεώργιος Μεταπτυχιακή Διπλωματική Εργασία Θεσσαλονίκη, Ιούνιος, 2016

2 ΑΡΙΣΤΟΤΕΛΕΙΟ ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟ ΘΕΣΣΑΛΟΝΙΚΗΣ ΣΧΟΛΗ ΕΠΙΣΤΗΜΩΝ ΥΓΕΙΑΣ ΤΜΗΜΑ ΟΔΟΝΤΙΑΤΡΙΚΗΣ ΠΡΟΓΡΑΜΜΑ ΜΕΤΑΠΤΥΧΙΑΚΩΝ ΣΠΟΥΔΩΝ «ΟΔΟΝΤΙΑΤΡΙΚΗ» ΚΑΤΕΥΘΥΝΣΗ: Παθολογία και Θεραπευτική Οδοντικών Ιστών Εργαστήριο: Ενδοδοντολογίας Συγκριτική μελέτη αυθεντικών και μη, μηχανοκίνητων μικροεργαλείων ενδοδοντίας στο SEM Γεώργιος Τσακίρης Μεταπτυχιακή Διπλωματική Εργασία Επιβλέπων: Κλεονίκη Λυρούδια, καθηγήτρια Εγκρίθηκε από την τριμελή επιτροπή αξιολόγησης την 27/06/2016 Κλεονίκη Λυρούδια, Καθηγήτρια, επιβλέπων Λεωνίδας Βασιλειάδης, Αναπληρωτής Καθηγητής, μέλος Ιωάννης Μολυβδάς, Αναπληρωτής Καθηγητής, μέλος Θεσσαλονίκη, Ιούνιος, 2016 i

3 ARISTOTLE UNIVERSITY OF THESSALONIKI FACULTY OF HEALTH SCIENCES SCHOOL OF DENTISTRY POSTGRAGUATE PROGRAM «DENTISTRY» DISCIPLINE: Pathology and Therapeutics of Dental Tissues Department: Endodology Surface analysis on Scanning Electron Microscope (SEM) of original and counterfeit rotary endodontic files: A comparative study George Tsakiris, Postgraduate Student Postgraduate Thesis Thessaloniki, June, 2016 ii

4 Ευχαριστίες Σε αυτό το σημείο θα ήθελα να ευχαριστήσω τα μέλη Δ.Ε.Π. της Οδοντιατρικής Σχολής του Αριστοτελείου Πανεπιστημίου Θεσσαλονίκης για τη βοήθειά τους στη δόμηση του πρωτοκόλλου του πειραματικού τμήματος της διπλωματικής εργασίας καθώς και το κύριο Οικονομίδη Σταύρο για τη πολύτιμη βοήθειά του στο χειρισμό του Ηλεκτρονικού Μικροσκοπίου Σάρωσης. iii

5 Περίληψη Σκοπός της παρούσας εργασίας είναι η μελέτη και αξιολόγηση μορφολογικών χαρακτηριστικών και επιφανειακών ανωμαλιών, γνήσιων και πλαστών μηχανοκίνητων μικροεργαλείων ProTaper Universal με παρατήρηση στο ηλεκτρονικό μικροσκόπιο σάρωσης (SEM) και με τη μέθοδο της φασματοσκοπίας ενέργειας διασποράς ακτίνων-χ (EDS). Χρησιμοποιήθηκαν τέσσερα σετ γνήσιων και τέσσερα σετ πλαστών μικροεργαλείων, τα οποία καθαρίστηκαν σε λουτρό υπερήχων. Κάθε συσκευασία μικροεργαλείων ήταν σφραγισμένη. Λήφθηκαν φωτογραφίες στο SEM και χρησιμοποιήθηκαν για μέτρηση των διαμέτρων των μικροεργαλείων με τη βοήθεια ειδικού λογισμικού ανάλυσης εικόνων. Ακολούθησε σημειακή ανάλυση EDS σε κάθε μικροεργαλείο. Τα πλαστά μικροεργαλεία παρουσίασαν ποικιλία σχεδιαστικών ελαττωμάτων και επιφανειακών ανωμαλιών όπως μικρορωγμές, πόρους και μεταλλικές εναποθέσεις αποτελούμενες κυρίως από χαλκό, ψευδάργυρο, πυρίτιο, σίδηρο και θείο σε σχέση με τα γνήσια, εκ των οποίων μόνο τρία μικροεργαλεία εμφάνισαν ίχνη άνθρακα και οξυγόνου. Η παρουσία των προαναφερθέντων ανωμαλιών σε καινούρια, αχρησιμοποίητα πλαστά μηχανοκίνητα μικροεργαλεία, πιθανώς οδηγεί σε αύξηση της συχνότητας εμφάνισης ιατρογενών λαθών κατά τη κλινική τους χρήση. Λέξεις κλειδιά: Πλαστά, Οδοντιατρικά, Μικροεργαλεία, Νικέλιο-Τιτάνιο, Μηχανοκίνητα iv

6 Summary The objective of this study was to examine and evaluate in vitro, the morphological characteristics and surface irregularities of original and counterfeit ProTaper rotary instrument files by using two methods: a. scanning electron microscopy (SEM) and b. energy dispersive spectrometry (EDS). The morphological characteristics and surface irregularities of four assortment sets (SX-F3) of original ProTaper Universal files (Dentsply, Maillefer, Ballaigues, Switzerland) and four assortment sets (SX-F3) of counterfeit files (totally 24 original and 24 counterfeit instruments) were examined. The instruments were removed from their sealed packages with sterilized forceps and were cleaned in an ultrasonic bath, at a frequency of 38 khz (EMAG AG, Mörfelden-Walldorf, Germany) for 15 min, in commercially hydrated ethyl alcohol (95 o ). Each endodontic file was provided with an unique identifier, inspected visually and photographed under stereomicroscope (Zeiss, Stemi 2000-C, Oberkochen, Germany) with digital camera (Canon, Powershot A640, Oita, Japan ) and under SEM (JSM 6390LV, JEOL Ltd, Tokyo, Japan) at a wide range of magnifications. Secondary electron images, showing surface morphology and characteristics of the deposits and irregularities were acquired and stored in TIFF format. Tip size diameter (D 0 ) and diameter at 3 mm from tip end (D 3 ) of each file was measured with image analysis software (ImageJ; National Institutes of Health, Bethesda; MD). X-ray energy-dispersive spectroscopy (EDS) spot analyses were performed on adherent deposits and structural features, in order to characterize qualitatively chemical elements present. The study was carried out at the research laboratory of the Department of Endodontology, School of Dentistry, Aristotle University of Thessaloniki, Greece. SEM examination has been recognized as the most effective method for precise evaluation of surface characteristics and deformations of Ni-Ti instruments and has been widely used for this purpose. During SEM analysis, v

7 morphometric variations between original and counterfeit ProTaper instruments were observed. These variations included differences in design elements of the instruments such as shape of the cutting tip and diameter of the cutting part of the instruments, surface smoothness, presence or absence of pores and dimples, as well as differences in size measurements. The presence of metal shavings, milling marks and debris was detected in both original and counterfeit files but the original ProTaper instruments presented significantly smoother surface morphology when compared to counterfeit instruments. However the presence of these irregularities on original instruments is attributed to the inherent difficulty of their elimination during manufacture process of the Ni-Ti endodontic file. ProTaper Universal instruments are machine produced and are not twisted. During their manufacturing process there are many parameters which may play a role in the appearance of milling marks and rollovers such as cutting speed for machining, overheating and oxidation or decomposition of lubricating oil. Counterfeit files had many more irregularities; pits and pores which were distributed all over their surfaces. These differences were visible even at low magnification (X30). This can be attributed to the fact that counterfeit instruments do not undergo any electropolishing process. On the contrast, original ProTaper Universal instruments undergo an electropolishing process. The presence of the aforementioned irregularities on unused counterfeit Protaper instruments may accelerate the cyclic fatigue process during their usage and may lead to a faster file separation of these instruments, since separation of Ni-Ti instruments can occur with minimum and/or no visible signs of plastic deformation. Moreover the counterfeit files had incorrect designs of their cutting tips with the majority of the tips having sharp ends while the original files had a non cutting tip. Cutting tips may lead to straightening, ledging and transportation and therefore increase the possibility of procedural errors during clinical practice. Counterfeit F3 instruments appeared to have a lack of vi

8 bevel tip and relief areas. Absence of relief areas on these instruments reduces their flexibility which may in turn lead to an increase of torsional loads, file fatigue and the potential for file separation. Additionally there was a difference between the ISO size of the tip (D 0 ) of the original files compared with the tip of the counterfeit files, the counterfeit files having a larger diameter than the originals. Differences in the diameter of the files were also observed at 3 mm from tip end (D 3 ) with counterfeit files having a larger diameter than the original files. In some cases counterfeit file tip diameter was four ISO sizes larger than the standard ISO sizes the company provides for the original ones. This could lead clinically to an increase of the occurrence of over- instrumentation and/or over-obturation. Moreover, morphological variations were observed even between counterfeit files of the same size and same LOT number. The EDS analysis of both the original and counterfeit files showed no differences in the consistency of the Ni-Ti alloy. In the majority of original files during EDS analysis, only Ni and Ti peaks were detected and on only three files was the presence of carbon (C) and oxygen (O) observed. The fact that original ProTaper files exhibited concentrations of C and O during EDS analysis is possibly attributed to overheating and oxidation during the manufacture process All counterfeit files were characterized by surface metal deposits and debris. EDS spot analyses showed that these deposits and debris contained mainly Cu, ZN, Si, Fe, S, Mg and Al. ). The presence of the aforementioned elements on counterfeit files is indicative of the compromised machinery and cleaning methods used during the manufacture of these files and are considered to be surface contaminants. Dental stakeholders should develop anti-counterfeiting strategies such as awareness raising, proper authentication of products by advanced and state of the art technical labeling and tracing of all identified counterfeit products. The stakeholder of the original instruments examined in this study, has released a statement on its website vii

9 ( about the counterfeiting of its dental products. Dentists must be able to identify possible counterfeit products. This can be achieved by different ways, such as buying from authorized company retailers and distributors, avoiding purchase of products with deeply discounted prices and suspicious packaging and by examining the Material Safety Data Sheet (MSDS). Finally more studies need to be undertaken examining the physical properties and mechanical behavior of counterfeit endodontic files. The conclusion reached by this study is that under SEM observation and during EDS analysis, counterfeit ProTaper instruments showed a variety of design flaws and metal deposits when compared to original ones. These defects are indicative of a compromised design and manufacture process during the construction of counterfeit Ni-Ti instruments, which consequently may lead to an increased frequency of procedural errors and therefore endodontic therapies with poor prognosis. Key words: Counterfeit, Dental, Files, Nickel-Titanium, Rotary viii

10 Περιεχόμενα Εσώφυλλο...i Εσώφυλλο στην αγγλική...ii Ευχαριστίες...iii Περίληψη...iv Περίληψη στην αγγλική (Summary)...v Πίνακας Περιεχομένων...ix Εισαγωγή...1 Ιστορική αναδρομή...1 Δομικά χαρακτηριστικά κραμάτων Ni-Ti...3 Μορφολογικά χαρακτηριστικά μικροεργαλείων...6 Κωνικότητα...6 Αύλακα...6 Κοπτική ακμή ή λεπίδα...7 Γωνία πρόσπτωσης...8 Γωνία αποκοπής...9 Νησίδα επαφής ή επιφάνεια αποκοπής...9 Επιφάνειες ανακούφισης...9 Γωνία της έλικας...10 Βήμα της έλικας...10 Άκρο του μικροεργαλείου...10 Σχήμα εγκάρσιας διατομής...11 Σύστημα περιστρεφόμενων μικροεργαλείων ενδοδοντίας ProTaper Universal...11 Διαδικασία κατασκευής ProTaper Universal...15 Σκοπός...17 Υλικά και μέθοδοι...17 ix

11 Αποτελέσματα...19 Συζήτηση...34 Συμπεράσματα...41 Βιβλιογραφία...42 x

12 Εισαγωγή Ιστορική αναδρομή Σήμερα, η πολυχρηστικότητα των μηχανοκίνητων μικροεργαλείων είναι ευρέως διαδεδομένη στην ενδοδοντία, ωστόσο η χρήση τους στην προπαρασκευή των ριζικών σωλήνων ξεκίνησε αρκετά παλαιότερα. Το 1889 ο Rollins δημιούργησε την πρώτη χειρολαβή για ενδοδοντική χρήση (Hulssmann και συν. 2005). Έτσι πραγματοποιείτο αυτοματοποιημένη προπαρασκευή των ριζικών σωλήνων με τη χρήση ειδικά σχεδιασμένων βελόνων τετράγωνης διατομής, που εκτελούσαν πλήρη περιστροφική κίνηση (360 ο ) στις 100 στροφές ανά λεπτό (rpm), προς αποφυγή της θραύσης τους (Hulssmann και συν. 2005, Ingle & Beveridge 1985). Η πρώτη βιβλιογραφική αναφορά σε λεπτομερή περιγραφή της χρήσης τους γίνεται από τον Oltramare το 1892, ο οποίος αναφέρει ως αναγκαία τη παθητική εισαγωγή των προαναφερθέντων μικροεργαλείων στο ριζικό σωλήνα, προ της έναρξης λειτουργίας της χειρολαβής (Hulssmann και συν. 2005, Oltramare 1892). Τα επόμενα χρόνια ακολούθησε η παραγωγή και κυκλοφορία στην οδοντιατρική αγορά, τέτοιων περιστρεφόμενων συστημάτων που βασίζονταν στις ίδιες αρχές που πρωτοπεριέγραψε ο Oltramare (Εικ. 1). Εικ. 1 Χειρολαβή χαμηλών ταχυτήτων (1912) με εγγλυφίδα Beutelrock. 1

13 Η πρώτη αναφορά σε χρήση μικροεργαλείου το οποίο εκτελούσε παλίνδρομη κίνηση γίνεται από τον Mc Spadden με τη κατασκευή της ρίνης Dynatraκ (Ingle & Beveridge 1985). Όλα τα μικροεργαλεία ενδοδοντίας ήταν κατασκευασμένα από ανθρακικό ή ανοξείδωτο χάλυβα. Στις αρχές της δεκαετίας του 50 καθιερώθηκε η χρήση του ανοξείδωτου χάλυβα ως υλικού επιλογής για την κατασκευή μικροεργαλείων ενδοδοντίας (Ingle & Beveridge 1985). Παρά τα αρκετά πλεονεκτήματά του, ο ανοξείδωτος χάλυβας μειονεκτεί στο γεγονός ότι διαθέτει αυξημένη ακαμψία, της οποίας η αύξηση είναι ανάλογη της διατομής του χρησιμοποιούμενου μικροεργαλείου. Έτσι κατά τη προπαρασκευή κεκαμένων ριζικών σωλήνων, ασκούνταν μεγάλες πλάγιες δυνάμεις μεταξύ κοπτικού άκρου μικροεργαλείου και κοίλης επιφάνειας του ριζικού σωλήνα, με αποτέλεσμα την αδυναμία διατήρησης της μορφολογίας του ριζικού σωλήνα και τη δημιουργία ιατρογενών συμβαμάτων όπως βάθρο, διάτρηση, ευθειασμός του ριζικού σωλήνα και μετατόπιση του ακρορριζικού τρήματος (Haapasalo & Shen 2013, Weine 1989, Mullaney 1979, Gambill & Alder 1996). Στις αρχές της δεκαετίας 60 δημιουργούνται οι συνθήκες εκείνες που θα οδηγήσουν στην εισαγωγή ενός ρηξικέλευθου υλικού στην ενδοδοντία. Πιο συγκεκριμένα το 1963 ο μεταλλουργός W.F. Buehler κατασκευάζει το κράμα Νικελίου-Τιτανίου (Ni-Ti) ως αποτέλεσμα της έρευνάς του πάνω σε μη μαγνητικά, αδιάβροχα και ανθεκτικά στην φθορά μεταλλικά κράματα, για κάποιο διαστημικό πρόγραμμα του πανεπιστημίου Naval Ordnance Laboratory στο Maryland των Η.Π.Α (Buehler και συν. 1963). Το κράμα αυτό ονομάστηκε Nitinol από τα ακρωνύμια των στοιχείων που περιέχει, νικέλιο (Nickel) και τιτάνιο (Titanium), και από τα αρχικά του πανεπιστημίου όπου κατασκευάστηκε (Naval Ordnance Laboratory). Ο Walia το 1988 προτείνει τη χρήση του κράματος Ni-Ti για τη κατασκευή χειροκίνητων εργαλείων ενδοδοντίας, ενώ στις αρχές του 1990 ξεκίνησε η χρήση κραμάτων Ni-Ti για τη κατασκευή περιστρεφόμενων 2

14 μικροεργαλείων προπαρασκευής ριζικών σωλήνων (Walia και συν. 1988, Otsuka & Wayman 1998). Σήμερα για τη κατασκευή μηχανοκίνητων μικροεργαλείων ενδοδοντίας οι συνηθέστερα χρησιμοποιούμενοι τύποι κραμάτων είναι το Nitinol 55, με 55% κατά βάρος Ni και 45% κατά βάρος Ti και το Nitinol 60 με 60% κατά βάρος Ni και 40% κατά βάρος Ti (Walia και συν. 1988, Andreasen & Morrow 1978). Τα τελευταία χρόνια έχουν επιτευχθεί σημαντικά βήματα προόδου στην εξέλιξη μηχανοκίνητων μικροεργαλείων Ni-Ti. Κινητήριος δύναμη σε αυτή την ανάπτυξη αποτελούν οι ανάγκες της οδοντιατρικής αγοράς, η συνεχής εξέλιξη των σχεδιαστικών και κατασκευαστικών μεθόδων παραγωγής μηχανοκίνητων μικροεργαλείων Ni-Ti και η ατέρμονος αναζήτηση των ιδεατών χαρακτηριστικών του ιδανικού μηχανοκίνητου μικροεργαλείου Ni-Ti. Όλο και περισσότεροι κλινικοί χρησιμοποιούν τέτοια συστήματα προπαρασκευής των ριζικών σωλήνων καθώς έχει αυξηθεί και ο αριθμός των συστημάτων που έχουν εισαχθεί στην οδοντιατρική αγορά. Η επιλογή μηχανοκίνητου συστήματος προπαρασκευής των ριζικών σωλήνων στηρίζεται στη χρήση εκείνου του συστήματος, που θα επιτρέπει την ικανοποιητική διαβροχή των τοιχωμάτων του ριζικού σωλήνα από τα υγρά διακλυσμών και τη στενή προσαρμογή των υλικών έμφραξης στα τοιχώματα του ριζικού σωλήνα (Bergmans και συν. 2001). Δομικά χαρακτηριστικά κραμάτων Ni-Ti Το κράμα Ni-Ti που χρησιμοποιείται στην ενδοδοντία ονομάζεται ισοατομικό, εξαιτίας της ατομικής αναλογίας των κύριων στοιχείων του που είναι 1:1 (Thomson 2000). To κράμα Ni-Ti διαθέτει εξαιρετικές ιδιότητες, μεταξύ των οποίων η αυξημένη ελαστικότητα και η μνήμη σχήματος (Namazikhah και συν. 2000). Συγκεκριμένα η αυξημένη ελαστικότητα του κράματος Ni-Ti, καταργεί την αναλογική σχέση εγκάρσιας διατομής-ακαμψίας καθιστώντας κατά αυτόν το τρόπο δυνατή τη κατασκευή εργαλείων 3

15 κωνικότητας μεγαλύτερης της standard κωνικότητας των 0,02 χιλιοστών (Gambarini και συν. 2008). Η υπερελαστικότητα και η μνήμη σχήματος των μικροεργαλείων Ni-Ti, οφείλεται στην εγγενή ικανότητα του κράματος να αλλάζει τον τύπο των ατομικών δεσμών, εξαιτίας μεταβολών στη πίεση και τη θερμοκρασία (Εικ. 2), γεγονός που προκαλεί σημαντικές μεταβολές στην κρυσταλλική δομή και στις μηχανικές ιδιότητες του (Thomson 2000, Kuhn και συν. 2001, Bahia και συν. 2005). α Εικ. 2 Μεταβολές κρυσταλλικού πλέγματος του κράματος Ni-Ti από την επίδραση αλλαγών στη πίεση (α) και τη θερμοκρασία (β) (παραχώρηση από Thomson 2000). β 4

16 Πιο συγκεκριμένα, η κρυσταλλική δομή του κράματος σε φυσιολογικές συνθήκες είναι ένα σταθερό χωροκεντρωμένο κυβικό πλέγμα το οποίο αναφέρεται ως φάση ωστενίτη (austenite) (Buehler και συν. 1963, Thomson 2000, Otsuka & Ren 2005). Αυτό το κρυσταλλικό πλέγμα έχει το ιδιαίτερο χαρακτηριστικό ότι όταν ψύχεται μέχρι ένα συγκεκριμένο θερμοκρασιακό εύρος (Transformation Temperature Range ή ΤΤR), εμφανίζει δραματικές αλλαγές στην αντοχή στην θραύση και στο μέτρο ελαστικότητάς του, ως αποτέλεσμα αλλαγών στους δεσμούς των ηλεκτρονίων. Μειώνοντας την θερμοκρασία κάτω από αυτό το όριο, πραγματοποιείται αλλαγή στην κρυσταλλική δομή, γνωστή ως μαρτενσιτικός μετασχηματισμός (martensitic transformation). Ο μετασχηματισμός που προκαλείται στο κράμα συμβαίνει μέσω μιας διατμητικής διαδικασίας και οδηγεί στον σχηματισμό του μαρτενσίτη (martensite), μια δομή πυκνά στοιβαγμένου εξαγωνικού πλέγματος. Το σχήμα του μαρτενσίτη μπορεί εύκολα να παραμορφωθεί προς μια κατεύθυνση από κάποιο εξωτερικό ερέθισμα (Thomson 2000). Η TTR για τα ισοατομικά κράματα Ni-Ti κυμαίνεται από -50 έως +100 C o και είναι διαφορετική για κάθε κράμα Ni-Ti (Shen & Cheung 2013). Αυτές οι αλλαγές στις φυσικές ιδιότητες του κράματος οδηγούν στην χαρακτηριστική μνήμη σχήματος που εμφανίζουν τα μικροεργαλεία Ni-Ti. Επιπροσθέτως το κράμα Ni-Ti είναι εξαιρετικά βιοσυμβατό και ανθεκτικό στη διάβρωση, με αποτέλεσμα να υπερέχει έναντι παρόμοιων "υπερ-ελαστικών" κραμάτων όπως τα κράματα χαλκού-αλουμινίου, νικελίουνιόβιου, χαλκού-ψευδάργυρου και χρυσού-καδμίου (Buehler και συν. 1963, Wever και συν. 1997). Σημαντικό μειονέκτημα των μικροεργαλείων Ni-Ti είναι η απουσία εμφανούς πλαστικής παραμόρφωσης προ της θραύσης των σε αντίθεση με τα εργαλεία ανοξείδωτου χάλυβα στα οποία είναι δυνατόν να παρατηρηθούν ίχνη πλαστικής παραμόρφωσης με απλή επισκόπηση των μικροεργαλείων (Hargreaves & Cohen 2011). 5

17 Από την στιγμή της εμφάνισης τους μέχρι σήμερα, έχουν παραχθεί δεκάδες συστήματα μηχανοκίνητων εργαλείων ενδοδοντίας Ni-Ti και η χρήση τους συνεχίζει να αυξάνεται με γεωμετρική πρόοδο. Αυτό οφείλεται, πέραν των πλεονεκτημάτων των φυσικομηχανικών τους ιδιοτήτων, στο γεγονός ότι συνδυάζουν μειωμένο χρόνο προπαρασκευής, διατήρηση της μορφολογίας και του μήκους εργασίας των ριζικών σωλήνων και μείωση της συχνότητας εμφάνισης ιατρογενών συμβαμάτων όπως βάθρα, διατρήσεις, ευθειασμό του ριζικού σωλήνα και μετατόπιση του ακρορριζικού τρήματος (Namazikhah και συν. 2000, Perez και συν. 2005, Pasternak-Júnior και συν. 2009). Μορφολογικά χαρακτηριστικά μικροεργαλείων Κωνικότητα Ορίζεται ως το ποσό αύξησης της διαμέτρου του μικροεργαλείου σε κάθε χιλιοστό κατά τον επιμήκη άξονα του κοπτικού στελέχους του, από την άκρη του προς την λαβή του (Hargreaves & Cohen 2011). Πριν από την έλευση των μικροεργαλείων Ni-Ti, όλα τα μικροεργαλεία διέθεταν κωνικότητα 0.02 χιλιοστών. Με την χρήση όμως μικροεργαλείων μεγαλύτερης κωνικότητας (0.04, 0.06, 0.08, 0.10 και 0.12), έγινε εφικτός ο ταχύτερος χημικός και μηχανικός καθαρισμός των ριζικών σωλήνων (Bergmans και συν. 2001). Η τυποποίηση κατά ISO της κωνικότητας είναι εξαιρετικά χρήσιμη, καθώς παρέχει ακριβή γνώση του μέγεθος της διαμέτρου του μικροεργαλείου, σε οποιοδήποτε τμήμα του ριζικού σωλήνα, προσφέροντας κατά αυτό το τρόπο καλύτερο έλεγχο της δύναμης που ασκείται στο μικροεργαλείο. Αύλακα Ορίζεται ως η πτύχωση επί του κοπτικού στελέχους του μικροεργαλείου, η λειτουργία της οποίας έγκειται στη συλλογή και απομάκρυνση των υπολειμμάτων ιστού και ρινισμάτων οδοντίνης από τα τοιχώματα του ριζικού σωλήνα (Εικ. 3). Η αποτελεσματικότητα της αύλακας 6

18 είναι ανάλογη του εύρους της, του βάθους της, του επιφανειακού φινιρίσματος και της μορφολογίας της (Hargreaves & Cohen 2011). Οι αύλακες μπορεί να είναι σχήματος U ή L καταλήγοντας σε ένα μικροεργαλείο U-τύπου ή Η-τύπου αντίστοιχα. Ο U-τύπος αποτελείται από 3 ισαπέχουσες αύλακες U ενώ ο Η- τύπος από μία L (τύπου Hedstrom) (Bergmans και συν. 2001). Εικ. 3 Μορφολογικά χαρακτηριστικά μικροεργαλείου ProTaper Universal F3. Κοπτική ακμή ή λεπίδα Ορίζεται ως η επιφάνεια με την μεγαλύτερη διάμετρο που έπεται της αύλακας, καθώς το εργαλείο περιστρέφεται. Οι κοπτικές ακμές συμβάλλουν στην αποκοπή υπολειμμάτων πολφικού ιστού και τη δημιουργία και εκτροπή των ρινισμάτων οδοντίνης από τα τοιχώματα του ριζικού σωλήνα (Εικ. 3). Η αποτελεσματικότητά τους εξαρτάται από την γωνία πρόσπτωσης και από την οξύτητα τους. (Hargreaves & Cohen 2011) 7

19 Γωνία πρόσπτωσης Ορίζεται ως η γωνία που σχηματίζεται μεταξύ της κοπτικής ακμής και της ακτίνας του μικροεργαλείου, όταν αυτό αποκοπεί κάθετα στον επιμήκη άξονά του. Εάν η γωνία που σχηματίζεται μεταξύ της κοπτικής ακμής και της επιφάνειας αποκοπής (την εφαπτομένη της) είναι αμβλεία, τότε η γωνία πρόσπτωσης ορίζεται ως θετική ή κοπτική ενώ αν είναι οξεία τότε ορίζεται ως αρνητική ή αποξεστική (Εικ. 4) (Bergenholtz και συν. 2010). α Εικ. 4 Αρνητική (α) και θετική (β) γωνία πρόσπτωσης. β 8

20 Γωνία αποκοπής Αποτελεί ένα πιο σωστά προσδιορισμένο ορισμό της κοπτικής ικανότητας του εργαλείου και ορίζεται ως η γωνία που σχηματίζεται μεταξύ της κοπτικής ακμής και της ακτίνας του εργαλείου, όταν αυτό αποκόπτεται κάθετα στην κοπτική ακμή. Σε κάποιες περιπτώσεις (εργαλεία Quantec) το εργαλείο δύναται να έχει λεπίδα με αρνητική γωνία πρόσπτωσης και θετική γωνία αποκοπής. Στις περισσότερες όμως περιπτώσεις όπου οι αύλακες είναι συμμετρικές, τότε η γωνία πρόσπτωσης και η γωνία αποκοπής ταυτίζονται απόλυτα (Hargreaves & Cohen 2011). Νησίδα επαφής ή επιφάνεια αποκοπής Ορίζεται ως η επιφάνεια που προεξέχει αξονικά από τον κεντρικό άξονα του μικροεργαλείου έως τη κοπτική ακμή και μεταξύ των αυλάκων. Η νησίδα επαφής εφάπτεται περιφερικά του μικροεργαλείου με τα τοιχώματα του ριζικού σωλήνα, μειώνοντας την τάση κοχλίωσης του μικροεργαλείου στον ριζικό σωλήνα, την τάση δημιουργίας μικρορωγμών περιφερικά του ριζικού σωλήνα και τη τάση ευθειασμού αυτού. Επιπλέον, υποστηρίζει την κοπτική αιχμή και περιορίζει το βάθος αποκοπής. Η αποτελεσματικότητά της καθορίζεται από το εύρος της και από τη σχέση της θέσης της, με την θέση της αντίθετης κοπτικής αιχμής (Bergenholtz και συν. 2010). Επιφάνειες ανακούφισης Ορίζονται ως τμήματα της νησίδας επαφής τα οποία μειώνονται, προκειμένου να επιτευχθεί μείωση της τριβής ή/και αυξημένη ευκαμψία του μικροεργαλείου (Εικ. 3) (Hargreaves & Cohen 2011). 9

21 Γωνία της έλικας Ορίζεται ως η γωνία που σχηματίζεται μεταξύ της κοπτικής ακμής και του επιμήκη άξονα του μικροεργαλείου (Εικ. 3) (Bergenholtz και συν. 2010). Βήμα έλικας Ορίζεται η απόσταση μεταξύ ενός σημείου επί της κοπτικής ακμής του εργαλείου και του αντίστοιχου σημείου επί της παρακείμενης κοπτικής ακμής (Εικ. 3) ή ως η απόσταση δυο αντίστοιχων σημείων, μεταξύ των οποίων το μοτίβο σχεδιασμού δεν επαναλαμβάνεται (π.χ. Quantec και K-3). Όσο μικρότερο είναι το βήμα, τόσο περισσότερες σπείρες έχει το εργαλείο και τόσο μεγαλύτερη είναι η γωνία της έλικας. Τα περισσότερα μηχανοκίνητα εργαλεία έχουν μεταβλητό βήμα κατά μήκος του ενεργού τους τμήματος. Αυτό οφείλεται στην αύξηση της διαμέτρου τους από το άκρο τους προς τη λαβή και τη προοδευτική εκβάθυνση της αύλακας, γεγονός που οδηγεί σε διαφορετική κωνικότητα του κορμού του εργαλείου σε σχέση με τη συνολική-εξωτερική κωνικότητά του (Hargreaves & Cohen 2011). Άκρο του μικροεργαλείου Αυτό μπορεί να είναι κοπτικό (ενεργό) ή μη κοπτικό (παθητικό) (Εικ. 3). Το άκρο του μικροεργαλείου επηρεάζει σε σημαντικό βαθμό τον κοπτικό έλεγχο κατά τη διάρκεια της προπαρασκευής του ριζικού σωλήνα. Συγκεκριμένα, η χρήση μικροεργαλείων ενδοδοντίας από ανοξείδωτο χάλυβα που διαθέτουν κοπτικό άκρο, οδηγεί σε αφαίρεση οδοντίνης από την κοίλη επιφάνεια των ριζικών σωλήνων με κάμψη, με αποτέλεσμα την δημιουργία ευθειασμού ή βάθρου (Weine και συν. 1976). Το ίδιο φαινόμενο παρατηρήθηκε και σε μηχανοκίνητα μικροεργαλεία Ni-Ti (Griffiths και συν. 2000, Griffiths και συν. 2001, Hulssmann και συν. 2001). Σήμερα, σχεδόν όλα τα σύγχρονα συστήματα μηχανοκίνητων εργαλείων Ni-Ti διαθέτουν αποστρογγυλεμένα μη κοπτικά άκρα, που τους επιτρέπουν να κινούνται 10

22 παθητικά μέσα στον ριζικό σωλήνα ακολουθώντας την πορεία του (Bergmans και συν. 2001). Σχήμα εγκάρσιας διατομής Σήμερα συναντάται πλήθος παραλλαγών στο σχήμα της εγκάρσιας διατομής των περιστρεφόμενων μικροεργαλείων. Έτσι υπάρχουν μικροεργαλεία με διατομή τριπλής έλικας (Hero 642), U-τύπου (ProFile), S- τύπου (Mtwo), Ζ-τύπου (Quantec), κυρτή (ProTaper Universal), τρίγωνη (FlexMaster) και ορθογώνια (ProTaper Next)( Xu και συν. 2006). Πολλοί συγγραφείς συσχετίζουν το σχήμα της εγκάρσιας διατομής με την αντοχή του μικροεργαλείου στην κάμψη και στην στρέψη (Turpin και συν 2000, Schafer & Tepel 2001). Σύστημα περιστρεφόμενων μικροεργαλείων ενδοδοντίας ProTaper Universal Το σύστημα αυτό σχεδιάστηκε από τους Cliff Ruddle, John West και Pierre Machtou και αποτελείται από οκτώ μηχανοκίνητα εργαλεία Ni-Ti που διαθέτουν προοδευτικά μεταβαλλόμενη κωνικότητα (Progressively Tapered) (Εικ. 5). Κάθε μικροεργαλείο έχει τη δική του προοδευτικά μεταβαλλόμενη κωνικότητα η οποία είναι διαφορετική από εκείνη των άλλων μικροεργαλείων. Τα μικροεργαλεία αυτά εμφανίζουν μεγάλη κοπτική ικανότητα, η οποία επιτυγχάνεται μέσω της εξισορρόπησης της γωνίας πρόσπτωσης και του αριθμού των αυλάκων ανά χιλιοστό μήκους εργαλείου (Ruddle 2002). 11

23 Εικ. 5 Σύστημα περιστρεφόμενων μικροεργαλείων ProTaper Universal (ιστότοπος Dentsply Maillfer). Τα τρία πρώτα μικροεργαλεία (SX, S1, S2) χρησιμοποιούνται για την προπαρασκευή και διαμόρφωση του αυχενικού και μέσου τριτημορίου (Shaping files) και έχουν κοπτικό ή λειτουργικό τμήμα μήκους 14 χιλιοστών. Το εργαλείο S1 διαθέτει μωβ δακτύλιο επί της λαβής του, το εργαλείο S2 άσπρο δακτύλιο ενώ το εργαλείο SX δε διαθέτει χρωματική κωδικοποίηση. Οι αύλακες αυτών των εργαλείων μοιάζουν περισσότερο με εκείνες των ρινών τύπου-κ. Το πρώτο μικροεργαλείο (SX) στο άκρο του (D 0 ) έχει διάμετρο 0,19 χιλιοστά, ενώ μετά από 9 χιλιοστά (D 9 ) η διάμετρος αυξάνεται στα 1.1 χιλιοστά και μέχρι το σημείο D 14 ο ρυθμός της αύξησης της κωνικότητας μειώνεται, με αποτέλεσμα η διάμετρος του εργαλείου στο σημείο D 14 να είναι 1.2 χιλιοστά, προσδίδοντάς του κατά αυτό το τρόπο μεγαλύτερη ελαστικότητα. Το εργαλείο αυτό χρησιμοποιείται για τη διεύρυνση ανατομικά κοντών ριζικών σωλήνων και για τη διεύρυνση του στομίου και του αυχενικού τριτημορίου των ριζικών σωλήνων (coronal preflaring), πριν αρχίσει η προπαρασκευή του ακρορριζικού, αντικαθιστώντας τις εγγλυφίδες Gates Glidden. Κατά αυτό το τρόπο πλεονεκτεί έναντι των Gates Glidden, παρέχοντας ομαλή παρασκευή χωρίς πιθανή πρόκληση βάθρου ή διάτρησης και δημιουργία κατάλληλου μεγέθους κωνικότητας. Τα εργαλεία S1 και S2 έχουν διάμετρο 0.17 και 0.20 αντίστοιχα στο σημείο D 0 ενώ στο D 14 η διάμετρος είναι 1.2 χιλιοστά. Το μικροεργαλείο S1 προπαρασκευάζει το αυχενικό τριτημόριο ενώ το S2 προπαρασκευάζει το μέσο τριτημόριο του ριζικού σωλήνα. Ταυτόχρονα όμως και τα δύο εργαλεία 12

24 προπαρασκευάζουν το ακρορριζικό τριτημόριο σε δόντια με στενούς ριζικούς σωλήνες (Ruddle 2005). Τα υπόλοιπα πέντε μικροεργαλεία (F1, F2, F3, F4, F5) χρησιμοποιούνται για την προπαρασκευή του ακρορριζικού τριτημορίου του ριζικού σωλήνα (Finishing files), έχουν κοπτικό τμήμα μήκους 16 χιλιοστών και στο άκρο τους (D 0 ) έχουν διάμετρο 0.20, 0.25, 0.30, 0.40 και 0.50 χιλιοστά αντίστοιχα, που αντιστοιχεί με τα τυποποιημένα κατά ISO μικροεργαλεία Νο 20 έως 50. Η κωνικότητα των εργαλείων αυτών μεταξύ των σημείων D 0 και D 3 είναι σταθερή για κάθε εργαλείο και αντιστοιχεί στο 7% για το F1, 8% για το F2, 9% για το F3, 5% για το F4 και 4% για το F5. Ωστόσο, μεταξύ των σημείων D 4 και D 16 η κωνικότητα μειώνεται προοδευτικά σε κάθε εργαλείο. Επιπλέον τα μικροεργαλεία αυτά διαθέτουν αύλακες σχήματος U με μεταβαλλόμενο βήμα έλικας, για να αυξηθεί η ελαστικότητά τους (Ruddle 2005). Όλα τα εργαλεία (Shaping and Finishing files) έχουν μη κοπτικό άκρο, τριγωνικό σχήμα διατομής με ελαφρά κυρτότητα και αιχμηρές κοπτικές ακμές. Τα χαρακτηριστικά αυτά των εργαλείων ProTaper Universal, στοχεύουν στην αύξηση της ελαστικότητάς τους, στη μείωση κατά το δυνατόν, των σημείων επαφής των εργαλείων με την οδοντίνη με ταυτόχρονη προπαρασκευή μίας συγκεκριμένης περιοχής του ριζικού σωλήνα, π.χ. της ακρορριζικής, και στην αποφυγή της κοχλίωσής τους στην οδοντίνη. Τα εργαλεία περιστρέφονται με 150 έως 300 στροφές ανά λεπτό, υπάρχουν σε μήκη των 21, 25 και 31 χιλιοστών και διατίθενται και σε μορφή χειροκίνητων εργαλείων (Foschi και συν. 2004, Ruddle 2005). Η προοδευτικά αυξανόμενη κωνικότητα κατά μήκους του κοπτικού στελέχους στα εργαλεία SX, S1 και S2, τους προσδίδει το πλεονέκτημα της βελτιωμένης ελαστικότητας, βελτιωμένης κοπτικής ικανότητας και ασφάλειας (Berutti και συν. 2003). Επιπλέον μειώνει τον αριθμό των απαιτούμενων μικροεργαλείων για την επίτευξη επαρκούς κωνικότητας σε κεκαμένους ριζικούς σωλήνες (Εικ. 6α). Έτσι λοιπόν κάθε εργαλείο διαμορφώνει και μια 13

25 διαφορετική περιοχή του ριζικού σωλήνα ακλουθώντας τις βασικές αρχές της crown down τεχνικής μειώνοντας το φορτία ροπής, την κόπωση των εργαλείων και την πιθανότητα θραύσης τους (Berutti και συν. 2004). Αντιθέτως τα εργαλεία F1, F2, F3, F4 και F5 έχουν προοδευτικά μειούμενες κωνικότητες από το σημείο D 4 έως D 14 (Εικ. 6β). Αυτό το χαρακτηριστικό τους επιτρέπει βελτίωση της ελαστικότητάς τους, μείωση της τάσης κοχλίωσης και αποτροπή υπερπροπαρασκευής στο μέσο και αυχενικό τριτημόριο του ριζικού σωλήνα (Ruddle 2005). α β Εικ. 6 Προοδευτικά αυξανόμενη (α) και μειούμενη (β) κωνικότητα των εργαλείων ProTaper Universal (ιστότοπος Dentsply Maillfer). Ένα άλλο χαρακτηριστικό των εργαλείων αυτών είναι το κυρτό τριγωνικό σχήμα της διατομής τους (Εικ. 7α). Αυτό το χαρακτηριστικό συμβάλλει στη μειωμένη τριβή μεταξύ επιφάνειας εργαλείου και τοιχώματος ριζικού σωλήνα. Επίσης τα εργαλεία F3, F4 και F5 κατά τη κατασκευή τους μηχανοποιούνται κατά τέτοιο τρόπο ώστε να διαθέτουν αυξημένη ελαστικότητα (Εικ. 7β). Πιο συγκεκριμένα μειώνεται η ακαμψία τους, καθώς τμήμα του κορμού των εργαλείων αυτών μειώνεται σε διάμετρο, μέσω της δημιουργίας μια μικρής κοίλανσης σε κάθε μια από τις τρεις κυρτές επιφάνειες (Ruddle 2005). 14

26 α Εικ. 7 Εγκάρσια διατομή μικροεργαλείων SX, S1, S2, F1, F2 (α) και μικροεργαλείων F3, F4, F5 (β) (ιστότοπος Dentsply Maillfer). β Τα εργαλεία εμφανίζουν μεταβαλλόμενο βήμα και γωνία έλικας κατά μήκος του κοπτικού τους στελέχους. Αυτό το χαρακτηριστικό τους προσδίδει βελτιωμένη κοπτική ικανότητα και βοηθά στη καλύτερη απομάκρυνση των υπολειμμάτων πολφικού ιστού και οδοντίνης από το ριζικό σωλήνα. Ο συνδυασμός μεταβαλλόμενου βήματος και γωνίας της έλικας και μεταβαλλόμενης κωνικότητας, μειώνει τη τάση κοχλίωσης του εργαλείου στην οδοντίνη (Martin και συν. 2002). Επιπλέον ένα ακόμη σημαντικό χαρακτηριστικό είναι η δημιουργία μη κοπτικού-παθητικού αποστρογγυλεμένου κοπτικού άκρου. Αυτό το σχεδιαστικό χαρακτηριστικό επιτρέπει την ομαλή και απρόσκοπτη κίνηση του μικροεργαλείου εντός μιας αναπαραγώγιμης διόδου διαβατότητας και ενισχύει την ικανότητα απομάκρυνσης υπολειμμάτων ιστού από τις αύλακες του μικροεργαλείου (Blum και συν. 2003). Διαδικασία κατασκευής ProTaper Universal Αρχικά γίνεται εις διπλούν χύτευση, εν κενώ, του κράματος Ni-Ti, στη συνέχεια ακολουθεί σφυρηλάτηση του κράματος, έπειτα υφίσταται περιστροφική διαμόρφωση και τελικώς ελάσσεται επανειλημμένα ώστε να δημιουργηθεί το σύρμα Ni-Ti. Έπειτα το σύρμα Ni-Ti υποβάλλεται ξανά σε μια 15

27 σειρά συνεχόμενης έλασης, ανόπτησης και αφαλάτωσης προκειμένου να ληφθεί η τελική μορφή του σύρματος Ni-Ti από το οποίο θα κατασκευαστούν τα μικροεργαλεία (Thomson 2000). Τα συγκεκριμένα μικροεργαλεία Ni-Ti, κατασκευάζονται με συγκεκριμένη μηχανική επεξεργασία (μηχανοποίηση σε τόρνο) και όχι συστροφή καθώς, λόγω της υπερελαστικότητας του κράματος, δε δύναται να διατηρηθεί μόνιμη παραμόρφωση του σύρματος (Thomson 2000, Hou και συν 2011). Έτσι γίνεται η μηχανοποίηση των αυλακώσεων των μικροεργαλείων και στη συνέχεια ακολουθεί η διαδικασία της λείανσης. Η όλη κατεργασία των μικροεργαλείων δημιουργεί μικρορωγμές και σημάδια στην επιφάνειά τους (milling marks) που θεωρείται ότι αποτελούν ενδείξεις αποδιοργάνωσης του κρυσταλλικού πλέγματος. Αυτές οι περιοχές δύναται να αποτελέσουν σημεία εκκίνησης ρωγμών υποβαθμίζοντας κατά αυτό το τρόπο τις μηχανικές ιδιότητες των μικροεργαλείων (Kuhn και συν 2001). Με τη διαδικασία της ηλεκτροχημικής στίλβωσης που ακολουθεί, αφαιρούνται οι προαναφερθείσες επιφανειακές ατέλειες που μπορούν να λειτουργήσουν ως πιθανές εστίες καταγμάτων. Συγκεκριμένα κατά τη διαδικασία αυτή, αφαιρείται ένα λεπτό επιφανειακό στρώμα του μικροεργαλείου, βυθίζοντας το μικροεργαλείο (το οποίο αποτελεί την άνοδο) σε ένα υψηλής συγκέντρωσης ιοντικό διάλυμα (το οποίο αποτελεί τη κάθοδο), το οποίο διαπερνάται από ηλεκτρικό ρεύμα μικρής έντασης. Η διαδικασία αυτή έχει επιπλέον την δυνατότητα να καταστήσει ανιχνεύσιμα ελαττώματα, φέρνοντάς τα στην επιφάνεια (Bui και συν. 2008). Ωστόσο στη βιβλιογραφία υπάρχει διχογνωμία σχετικά με την αποτελεσματικότητα της ηλεκτροχημικής στίλβωσης στην αύξηση της αντίστασης στη θραύση των μικροεργαλείων. Οι Rapisarda και συν. (2000), Miao και συν. (2002), Anderson και συν. (2008) και Kim και συν. (2015) βρήκαν ότι η ηλεκτροχημική στίλβωση αύξησε την αντοχή στην θραύση και στην κυκλική κόπωση. Αντιθέτως, οι Johnson και συν. (2008) και Bui και συν. (2008) υποστηρίζουν πως η ηλεκτροχημική στίλβωση δε 16

28 βελτιώνει την αντοχή στην κόπωση. Σύμφωνοι με αυτήν την άποψη ήταν και οι Herold και συν (2007). Σκοπός Σκοπός της παρούσας έρευνας είναι η in vitro εξέταση και αξιολόγηση των μορφολογικών χαρακτηριστικών και επιφανειακών εναποθέσεων επί γνήσιων και πλαστών μηχανοκίνητων μικροεργαλείων ενδοδοντίας ProTaper Universal, με τη χρήση ηλεκτρονικού μικροσκοπίου σάρωσης Scanning Electron Microscope or SEM) και της μεθόδου φασματοσκοπίας ενέργειας διασποράς ακτινών-χ (Energy Dispersive X-Ray Spectroscopy or EDS). Υλικά και μέθοδοι Σε αυτή την έρευνα εξετάστηκαν και μελετήθηκαν τα μορφολογικά χαρακτηριστικά και η ποιοτική σύνθεση των επιφανειακών εναποθέσεων, επί γνήσιων και πλαστών μικροεργαλείων ενδοδοντίας ProTaper Universal (Dentsply Maillefer, Ballaigues, Switzerland), με τη βοήθεια δυο μεθόδων: i) Παρατήρηση σε ηλεκτρονικό μικροσκόπιο σάρωσης (Scanning Electron Microscopy or SEM) και ii) Φασματοσκοπία ενέργειας διασποράς ακτινών-χ (Energy Dispersive X-Ray Spectroscopy or EDS). Χρησιμοποιήθηκαν τέσσερις συσκευασίες ασορτί μικροεργαλείων (σετ SX-F3) από κάθε κατηγορία μικροεργαλείων (συνολικά 24 γνήσια και 24 πλαστά μικροεργαλεία). Οι συσκευασίες γνήσιων μικροεργαλείων είχαν αριθμό παρτίδας LOT Number και οι συσκευασίες πλαστών μικροεργαλείων είχαν αριθμό παρτίδας LOT Number (Εικ. 8). 17

29 Εικ. 8 Συσκευασίες και αριθμοί παρτίδας (LOT Numbers) γνήσιων (αριστερά) και πλαστών (δεξιά) μικροεργαλείων ProTaper Universal. Τα μικροεργαλεία απομακρύνθηκαν από τη σφραγισμένη συσκευασία τους με τη βοήθεια αποστειρωμένης λαβίδας ενδοδοντίας (endo locking tweezers) και εμβαπτίστηκαν σε λουτρό υπερήχων (EMAG AG, Mörfelden- Walldorf, Germany) που περιείχε αιθυλική αλκοόλη 95 ο, για δεκαπέντε λεπτά σε συχνότητα 38kHz. Έπειτα τα εργαλεία παρατηρήθηκαν ένα προς ένα κάτω από στερεομικροσκόπιο (Zeiss, Stemi 2000-C, Oberkochen, Germany) και φωτογραφήθηκαν με τη βοήθεια ψηφιακής κάμερας (Canon, Powershot A640, Oita, Japan). Έπειτα στο στέλεχος του ηλεκτρονικού μικροσκοπίου, επάνω στο οποίο είχε προσαρμοστεί ελατήριο προς διευκόλυνση της παρατήρησης, τοποθετούνταν δυο μικροεργαλεία ίδιου μεγέθους (π.χ. F1), εκ των οποίων το ένα ήταν γνήσιο και το έτερο πλαστό. Η μεταχείριση των μικροεργαλείων γινόταν αυστηρώς από τη λαβή τους. Έπειτα το στέλεχος τοποθετούνταν εντός του ηλεκτρονικού μικροσκοπίου σάρωσης (JSM 6390LV, JEOL Ltd, Tokyo, Japan) και τα εργαλεία μελετούνταν και φωτογραφίζονταν σε τέσσερις 18

30 κλίμακες μεγέθυνσης (Χ30, Χ100, Χ300 και Χ400). Στις μεγάλες μεγεθύνσεις (Χ300 και Χ400) λαμβάνονταν 2 φωτογραφίες, μία στο άκρο του μικροεργαλείου και μια στο μέσο του κοπτικού τους στελέχους. Όλες οι φωτογραφίες αποθηκεύθηκαν σε μορφή TIFF. Οι φωτογραφίες της μικρής μεγέθυνσης (Χ30) όλων των μικροεργαλείων χρησιμοποιήθηκαν για μέτρηση της διαμέτρου του άκρου του μικροεργαλείου (D 0 ) και της διαμέτρου του μικροεργαλείου 3 χιλ άνωθεν του άκρου (D 3 ), με τη βοήθεια ειδικού λογισμικού ανάλυσης εικόνων (ImageJ, National Institutes of Health, Bethesda, MD, USA). Τέλος ακολουθούσε η ανάλυση EDS. Σε κάθε εργαλείο γίνονταν δυο μετρήσεις: μία σε δομικά στοιχεία του κορμού του εργαλείου και μια επί των παρατηρούμενων εναποθέσεων προς ποιοτικό χαρακτηρισμό των στοιχείων τους. Όλες οι μετρήσεις έγιναν σε ενεργό τμήμα του μικροεργαλείου. Η έρευνα διεξήχθη στα εργαστήρια του Τμήματος Ενδοδοντολογίας, της Οδοντιατρικής Σχολής του Αριστοτελείου Πανεπιστημίου Θεσσαλονίκης, σε συνεργασία με το Εργαστήριο Ηλεκτρονικού Μικροσκοπίου, της Σχολής του Φυσικού του Αριστοτελείου Πανεπιστημίου Θεσσαλονίκης Αποτελέσματα Κατά την ανάλυση με το ηλεκτρονικό μικροσκόπιο σάρωσης παρατηρήθηκαν πολλές μορφολογικές παραλλαγές μεταξύ των γνήσιων και των πλαστών μηχανοκίνητων μικροεργαλείων ενδοδοντίας ProTaper Universal. Οι παραλλαγές αυτές περιλαμβάνουν διαφορές που αφορούν σχεδιαστικά στοιχεία των μικροεργαλείων, όπως το σχήμα και το κατά ISO μέγεθος του κοπτικού άκρου, η συνολική διάμετρος του κοπτικού στελέχους, η ομαλότητα της επιφάνειας των μικροεργαλείων καθώς επίσης και η παρουσία ή απουσία πόρων και μικρορωγμών επί της επιφάνειας των μικροεργαλείων. Η παρουσία μεταλλικών ρινισμάτων, σημαδιών μηχανικής επεξεργασίας και εναποθέσεων παρατηρήθηκε στις επιφάνειες τόσο των 19

31 γνήσιων όσο και των πλαστών μικροεργαλείων. Τα πλαστά μικροεργαλεία εμφάνιζαν πολύ περισσότερες παρατυπίες, πόρους και μικρορωγμές, στοιχεία τα οποία ήταν κατανεμημένα σε όλη τους την επιφάνεια. Αυτές οι διαφορές ήταν ορατές ακόμα και στη μικρότερη μεγέθυνση (Εικ. 9). Τα γνήσια μικροεργαλεία εμφάνιζαν εμφανώς ομαλότερη επιφανειακή μορφολογία σε σχέση με τα πλαστά (Εικ. 10). Εικ. 9 Διαφορές στην επιφανειακή μορφολογία μεταξύ γνήσιων (αριστερά) και πλαστών (δεξιά) μικροεργαλείων ProTaper Universal S1 (μεγέθυνση Χ30). α 20

32 β γ Εικ. 10 Διαφορές στην επιφανειακή μορφολογία μεταξύ γνήσιων (αριστερά) και πλαστών (δεξιά) μικροεργαλείων ProTaper Universal. α Μικροεργαλείο S1 (μεγέθυνση Χ400). β Μικροεργαλείο S2 (μεγέθυνση Χ100). γ Μικροεργαλείο F1 (μεγέθυνση Χ300). Επιπρόσθετα τα πλαστά μικροεργαλεία είχαν λανθασμένο σχεδιασμό του κοπτικού τους άκρου, με τη πλειονότητα των εργαλείων να εμφανίζουν οξύαιχμο ενεργό άκρο σε αντίθεση με τα γνήσια που είχαν παθητικό μη κοπτικό άκρο (Εικ. 11). 21

33 α β γ 22

34 δ ε στ Εικ. 11 Διαφορές στο σχεδιασμό του άκρου μεταξύ γνήσιων (αριστερά) και πλαστών (δεξιά) μικροεργαλείων ProTaper Universal. α Μικροεργαλείο Sx (μεγέθυνση Χ400). β Μικροεργαλείο S1 (μεγέθυνση Χ400). γ Μικροεργαλείο S2 (μεγέθυνση Χ400). δ Μικροεργαλείο F1 (μεγέθυνση Χ300). ε Μικροεργαλείο F2 (μεγέθυνση Χ300). στ Μικροεργαλείο F3 (μεγέθυνση Χ300). 23

35 Επιπλέον υπήρχε σαφής διαφορά στο μέγεθος της διαμέτρου του άκρου των πλαστών μικροεργαλείων που δε συμφωνούσε με τη ISO τυποποίηση. Πιο συγκεκριμένα τα πλαστά μικροεργαλεία εμφάνιζαν μεγαλύτερη διάμετρο στο άκρο τους (D0) σε σχέση με τα γνήσια. Η ίδια διαφορά παρατηρείται και στις μετρήσεις που έγιναν 3 χιλιοστά άνωθεν του άκρου(d3) με τα πλαστά μικροεργαλεία να εμφανίζουν μεγαλύτερη διάμετρο σε σχέση με τα γνήσια (Πίνακας 1). ISO μεγέθη εταιρίας στο άκρο D 0 (mm) D 0 (mm) ISO μεγέθη εταιρίας 3 mm άνωθεν του άκρου D 3 (mm) D 3 (mm) SX or SX c S1 or S1 c S2 or S2 c F1 or F1 c F2 or F2 c F3 or F3 c Πίνακας 1. ISO μεγέθη διαμέτρων γνήσιων (or) και πλαστών (c) μικροεργαλείων. 24

36 Μορφολογικές διαφορές εντοπίστηκαν ακόμη και μεταξύ των πλαστών μικροεργαλείων ίδιου μεγέθους και τα οποία ανήκαν στην ίδια παρτίδα (LOT Number ) (Εικ 12). Τέλος, τα πλαστά μικροεργαλεία F3 δε διέθεταν νησίδες επαφής ούτε είχαν λοξοτομημένο άκρο, σε αντίθεση με τα γνήσια μικροεργαλεία που εμφανίζουν τα προαναφερθέντα δομικά στοιχεία (Εικ. 13). Εικ. 12 Πλαστά μικροεργαλεία ProTaper Universal S1 από 2 διαφορετικές συσκευασίες της ίδιας παρτίδας. Εικ. 13 Απουσία επιφανειών ανακούφισης και λοξοτομημένου άκρου στο πλαστό (δεξιά) μικροεργαλείο ProTaper Universal F3 (μεγέθυνση Χ100). 25

37 Η ανάλυση με τη μέθοδο φασματοσκοπίας ενέργειας διασποράς ακτινών-χ (EDS Analysis), δεν έδειξε ουσιαστικές διαφορές στη κύρια σύσταση του κράματος Ni-Ti μεταξύ γνήσιων και πλαστών μικροεργαλείων. Στην ανάλυση EDS, τα γνήσια μικροεργαλεία εμφάνιζαν μόνο ίχνη νικελίου και τιτανίου και μόνο σε 3 εκ των 24 εργαλείων εντοπίστηκαν εναποθέσεις που αποτελούνταν από άνθρακα (C) και οξυγόνο (O) (Εικ. 14). α 26

38 β 27

39 γ Εικ 14 Η ανάλυση φασματοσκοπίας ενέργειας διασποράς ακτινών-χ (EDS Analysis) των τριών γνήσιων μικροεργαλείων που περιείχαν ίχνη άνθρακα (C) και οξυγόνου (O). α Μικροεργαλείο F1. β Μικροεργαλείο F2. γ Μικροεργαλείο F3. 28

40 Αντιθέτως όλα τα πλαστά μικροεργαλεία χαρακτηρίζονταν από τη παρουσία εναποθέσεων στην επιφάνειά τους. Συγκεκριμένα η σημειακή ανάλυση EDS έδειξε ότι οι εναποθέσεις αυτές περιείχαν κυρίως χαλκό (Cu), ψευδάργυρο (Zn), πυρίτιο (Si), σίδηρο (Fe), θείο (S), μαγνήσιο (Mg) και αργίλιο (Al) (Εικ. 15). α 29

41 β 30

42 γ 31

43 δ 32

44 ε 33

45 στ Εικ 15 Ανάλυση φασματοσκοπίας ενέργειας διασποράς ακτινών-χ (EDS Analysis) πλαστών μικροεργαλείων ProTaper Universal. α Μικροεργαλείο Sx. β Μικροεργαλείο S1. γ Μικροεργαλείο S2. δ Μικροεργαλείο F1. ε Μικροεργαλείο F2. στ Μικροεργαλείο F3. Συζήτηση Στη παρούσα έρευνα χρησιμοποιήθηκαν οι μέθοδοι της εξέτασης σε ηλεκτρονικό μικροσκόπιο σάρωσης (SEM) και η ανάλυση φασματοσκοπίας ενέργειας διασποράς ακτίνων-χ (EDS analysis), για τη μελέτη των μορφολογικών χαρακτηριστικών και τη σύνθεση επιφανειακών εναποθέσεων 34

46 γνήσιων και πλαστών μηχανοκίνητων μικροεργαλείων ενδοδοντίας ProTaper Universal. Η εξέταση και παρατήρηση στο ηλεκτρονικό μικροσκόπιο σάρωσης (SEM) έχει αναγνωριστεί ως μια από τις πιο αποτελεσματικές μεθόδους για την ακριβή εκτίμηση επιφανειακών χαρακτηριστικών και παραμορφώσεων εργαλείων νικελίου τιτανίου, αποτελώντας gold standard σε τέτοιου τύπου μελέτες (Shen και συν 2007, Wei και συν. 2007, Shen και συν 2006, Svec & Powers 2002, Tripi και συν. 2001, Troian και συν. 2006). Στο ηλεκτρονικό μικροσκόπιο σάρωσης μια δέσμη ηλεκτρονίων κινείται με τη βοήθεια σειράς ηλεκτρομαγνητικών φακών, σε συνθήκες κενού μεταξύ 10-4 και Torr. Τα ηλεκτρόνια σαρώνουν την επιφάνεια του προς εξέταση δείγματος, σε μια έκταση που κυμαίνεται μεταξύ λίγων nm και μm, αναλόγως των παραμέτρων της δέσμης ηλεκτρονίων και του δείγματος. Οι εικόνες που λαμβάνονται προέρχονται από ανακλώμενα και δευτερεύοντα ηλεκτρόνια (Εικ. 16). Εικ. 16 Σχεδιαγραμματική απεικόνιση λειτουργίας SEM Ανακλώμενα ηλεκτρόνια είναι τα ηλεκτρόνια τα οποία διέρχονται πίσω και μέσα από τη μάζα του δείγματος και έχουν υψηλή ενέργεια η οποία και τα καθιστά ανιχνεύσιμα. Το ποσοστό τους εξαρτάται από τον ατομικό αριθμό του 35

47 προς εξέταση δείγματος. Δευτερεύοντα ηλεκτρόνια είναι τα ηλεκτρόνια που προέρχονται από την αλληλεπίδραση των ηλεκτρονίων της δέσμης και των ηλεκτρονίων που είναι χαλαρά συνδεδεμένα στην αγώγιμη περιοχή του εξεταζόμενου δείγματος. Τα δευτερεύοντα ηλεκτρόνια, σε αντίθεση με τα ανακλώμενα, έχουν χαμηλή ενέργεια για αυτό και είναι ανιχνεύσιμα μόνο αυτά που παράγονται στα πρώτα nm της επιφάνειας του εξεταζόμενου δείγματος (Tripi και συν. 2001). Επίσης η ανάλυση φασματοσκοπίας ενέργειας διασποράς ακτίνων-χ (EDS analysis) αποτελεί σήμερα μια ευρέως χρησιμοποιούμενη μέθοδο ανάλυσης της χημικής σύστασης μικροεργαλείων, καθώς διαθέτει το σημαντικό πλεονέκτημα της αμεσότητας, αφού τα δείγματα δεν απαιτούν καμία επεξεργασία προς διεξαγωγή της ανάλυσης (Bahia και συν. 2005, Ounsi και συν. 2008, Viana και συν. 2010, Peixoto και συν. 2010, Zinelis και συν. 2010). Πρόκειται για μια αναλυτική τεχνική που χρησιμοποιείται για την στοιχειακή ανάλυση ή τον χημικό χαρακτηρισμό ενός δείγματος. Η μέθοδος της ανάλυσης φασματοσκοπίας ενέργειας διασποράς ακτινών-χ στηρίζεται στην θεμελιώδη αρχή ότι κάθε στοιχείο έχει μια μοναδική ατομική δομή που του επιτρέπει ένα μοναδικό σύνολο κορυφών του φάσματος εκπομπής ακτίνων-χ. Κατά τη πρόσπτωση μιας δέσμης υψηλής ενέργειας φορτισμένων σωματιδίων, όπως ηλεκτρόνια ή πρωτόνια, στο προς ανάλυση δείγμα, ηλεκτρόνια της εσωτερικής στοιβάδας του δείγματος διεγείρονται και διαφεύγουν από τη στοιβάδα, δημιουργώντας ένα έλλειμμα ηλεκτρονίων. Ηλεκτρόνια από μία εξωτερική, υψηλότερης ενέργειας, στοιβάδα γεμίζουν το κενό και η μεταπήδηση αυτή έχει ως αποτέλεσμα μεταβολή ενέργειας. Αυτή η διαφορά ενέργειας μεταξύ της υψηλότερης ενέργειας στοιβάδας και της χαμηλότερης ενέργειας στοιβάδας απελευθερώνεται με την μορφή ακτίνων-χ των οποίων η ενέργεια μπορεί να μετρηθεί με το φασματόμετρο διασποράς ενέργειας. Η διαφορά ενέργειας μεταξύ των δύο στοιβάδων είναι χαρακτηριστική και ξεχωριστή για κάθε χημικό στοιχείο επιτρέποντας κατά αυτό το τρόπο τη στοιχειακή ανάλυση του 36

48 δείγματος. Μεταξύ των πλεονεκτημάτων της συμπεριλαμβάνονται η ευκολία και η ταχύτητα διεξαγωγής της μεθόδου, το χαμηλό κόστος και η σχετική της ακρίβεια. Παρόλα τα πλεονεκτήματά της, η μέθοδος EDS μειονεκτεί καθώς δε παρέχει τη δυνατότητα ανίχνευσης μορίων και χημικών ενώσεων ενώ η ανάλυση των δειγμάτων γίνεται σημειακά στην επιφάνειά τους (Hafner 2007). Στην επιφάνεια τόσο των γνήσιων όσο και των πλαστών μικροεργαλείων, παρατηρήθηκε η παρουσία σημαδιών μηχανικής επεξεργασίας και μεταλλικών ρινισμάτων. Η εμφάνιση αυτών των ανωμαλιών οφείλεται στην εγγενή αδυναμία εξάλειψής τους, κατά τη διαδικασία κατασκευής μικροεργαλείων ενδοδοντίας από κράμα Ni-Ti (Eggert και συν. 1999, Sattapan και συν. 2000). Τα μικροεργαλεία ProTaper Universal κατασκευάζονται με τη μέθοδο της μηχανοποίησης σε τόρνο και όχι με συστροφή του σύρματος. Έτσι κατά τη διαδικασία παραγωγής τους υπάρχουν πολλοί παράγοντες που μπορεί να παίξουν ρόλο στην εμφάνιση των προαναφερθέντων ανωμαλιών στην επιφάνειά τους, όπως η ταχύτητα αποκοπής στο τόρνο, υπερθέρμανση, ακόμα και οξείδωση ή αποσύνθεση του λιπαντικού ελαίου μηχανοποίησης (El Baradie 1996, Thomson 2000). Αυτές οι ανωμαλίες μπορεί να υπονομεύσουν την κοπτική ικανότητα των εργαλείων, οδηγώντας σε προσκόλληση οδοντικής ουσίας στην επιφάνειά τους μετά τη χρήση τους εντός των ριζικών σωλήνων. Η προσκόλληση οδοντικής ουσίας μπορεί με τη σειρά της, να προκαλέσει προβλήματα κατά τη διαδικασία καθαρισμού και απολύμανσης των εργαλείων και τελικά να οδηγήσει σε οξείδωση των μικροεργαλείων (Alapati και συν. 2003, Thomson 2000). Η εμφάνιση σημαδιών μηχανοποίησης και μεταλλικών ρινισμάτων στα γνήσια μικροεργαλεία ακόμη και μετά την επεξεργασία της ηλεκτροχημικής στίλβωσης, έρχεται σε συμφωνία με τις παρατηρήσεις των Martins και Alapati, οι οποίοι μελετώντας στο ηλεκτρονικό μικροσκόπιο σάρωσης καινούρια αχρησιμοποίητα περιστρεφόμενα μικροεργαλεία ενδοδοντίας ProFile, 37

49 παρατήρησαν την εμφάνιση παρόμοιων σημαδιών τα οποία κατανέμονταν τυχαία στην επιφάνεια τους (Martins και συν. 2002, Alapati και συν. 2003). Ωστόσο η εμφάνιση πόρων, μικρορωγμών και άλλων στοιχείων επιφανειακής κόπωσης στην επιφάνεια των πλαστών μικροεργαλείων ήταν εκπληκτικά (απροσδόκητα) εμφανής. Σε μελέτη στο ηλεκτρονικό μικροσκόπιο σάρωσης, καινούριων μικροεργαλείων ProFile μετά από μια χρήση, εντοπίστηκαν παρόμοια σημάδια φθοράς και επιφανειακής κόπωσης (Svec & Powers 2002). Επίσης έχει αναφερθεί η εμφάνιση σημαδιών επιφανειακής κόπωσης και μικρορωγμών στην επιφάνεια περιστρεφόμενων μικροεργαλείων ενδοδοντίας GT, ακόμα και μετά από μια χρήση, όταν αυτά εξετάστηκαν σε ηλεκτρονικό μικροσκόπιο σάρωσης (Tripi και συν. 2001). Επιπλέον οι Wei και συνεργάτες στις μελέτες τους αναφέρουν την παρουσία μικρορωγμών και πόρων στην επιφάνεια εργαλείων ProTaper Universal τα οποία χρησιμοποιήθηκαν μια φορά σε έντονα κεκαμένους ριζικούς σωλήνες (Wei και συν. 2007, Peng και συν. 2005). Η απροσδόκητη εμφάνιση των προαναφερθέντων ανωμαλιών σε καινούρια αχρησιμοποίητα πλαστά μικροεργαλεία ProTaper Universal σε συνδυασμό με τη παντελή απουσία οποιουδήποτε ίχνους ηλεκτροχημικής στίλβωσης, πιθανώς να επιταχύνει τη φθορά τους, λόγω κυκλικής κόπωσης, κατά τη κλινική τους χρήση και να οδηγήσει σε ταχύτερη θραύση τους, αφού αυτή μπορεί να λάβει χώρα με ελάχιστα έως καθόλου ορατά σημεία πλαστικής παραμόρφωσης στην επιφάνεια τους (Walia και συν. 1988, Inan και συν. 2007). Επιπροσθέτως, ιδιαίτερης σημασίας είναι το γεγονός ότι τα πλαστά μικροεργαλεία δε διέθεταν τον ίδιο σχεδιασμό με τα γνήσια. Όλοι οι τύποι πλαστών μικροεργαλείων (SX, S1, S2, F1 και F2) εκτός από το F3 διέθεταν ενεργό κοπτικό άκρο, το οποίο μπορεί να οδηγήσει σε αύξηση της συχνότητας εμφάνισης ιατρογενών συμβαμάτων, όπως ευθειασμό του ριζικού σωλήνα, δημιουργία βάθρου και μετατόπιση ακρορριζικού τρήματος. Επιπλέον τα πλαστά μικροεργαλεία διέθεταν πολύ μεγαλύτερη διάμετρο στο άκρο τους (D 0 ) 38

50 σε σχέση με την ISO τυποποίηση, η οποία σε μερικές περιπτώσεις έφτανε μέχρι και 4 νούμερα παραπάνω από τα ISO μεγέθη. Η ίδια ασυμφωνία στο μέγεθος της διαμέτρου παρατηρήθηκε και στις μετρήσεις που έγιναν 3 χιλιοστά άνωθεν του άκρου του μικροεργαλείου (D 3 ), με τα πλαστά μικροεργαλεία να εμφανίζουν μεγαλύτερες διαμέτρους από την ISO τυποποίηση (Εικ. 17). Εικ. 17 Εικόνες από το στερεομικροσκόπιο. Η διαφορά στη διάμετρο μεταξύ γνήσιων (πάνω) και πλαστών (κάτω) μικροεργαλείων ProTaper Universal F2 (αριστερά) και F3 (δεξιά) είναι εμφανής (μεγέθυνση Χ10). Αυτή η ασυμφωνία στα μεγέθη των διαμέτρων μπορεί να οδηγήσει σε αύξηση της συχνότητας υπερπροπαρασκευής και υπερέμφραξης/υπερέκτασης των ριζικών σωλήνων. Η εμφάνιση στοιχείων άνθρακα και οξυγόνου κατά τη σημειακή ανάλυση φασματοσκοπίας ενέργειας διασποράς ακτίνων-χ τόσο στα πλαστά όσο και στα τρία γνήσια μικροεργαλεία πιθανώς αποδίδεται σε υπερθέρμανση και οξείδωση κατά τη διαδικασία παραγωγής τους (Thomson 2000). Ωστόσο η παρουσία εναποθέσεων στην επιφάνεια των πλαστών μικροεργαλείων που περιέχουν χαλκό (Cu), ψευδάργυρο (Zn), πυρίτιο (Si), σίδηρο (Fe), θείο (S), μαγνήσιο (Mg) και αργίλιο (Al), είναι ενδεικτική των υπονομευμένων διαδικασιών μηχανοποίησης, καθαρισμού, λείανσης και στίλβωσης που χρησιμοποιούνται για τη κατασκευή τους. 39