1.首都醫科大學口腔醫院牙體牙髓病科 北京 100050；2.北京大學口腔醫院第二門診部 北京 100101

[摘要] 鎳鈦根管銼在根管治療中的應用越來越廣泛，為了提高鎳鈦根管銼的機械性能，R-相熱處理技術被應用于其生產加工。本文對R-相熱處理鎳鈦根管銼的制造工藝、彎曲性能、疲勞性能、扭轉性能及預備成形能力等方面進行綜述。

[關鍵詞] R-相； 熱處理； 鎳鈦根管銼； 根管成形能力

1988年，首篇關于鎳鈦根管銼的研究論文[1]發表，報道了鎳鈦根管銼的彈性顯著優于不銹鋼銼，隨后，鎳鈦根管銼在根管治療學領域的應用越來越廣泛。至今已有眾多報道顯示，鎳鈦根管銼的預備效率、預備效果等方面均優于不銹鋼銼。近年來，通過R-相熱處理技術改善鎳鈦合金的微觀結構，進一步提高力學性能，降低疲勞折斷成為業界研究熱點。

迄今為止，R-相熱處理鎳鈦根管銼主要包括TF （Twisted File）、K3XF和TFA（Twisted File Adaptive）。不同的R-相熱處理鎳鈦根管銼的制造工藝及性能各有不同。本文對R-相熱處理鎳鈦根管銼的力學性能和根管預備成形能力作一綜述，分析R-相熱處理技術對鎳鈦根管銼性能的影響，為臨床應用提供理論依據。

1 ，R-相熱處理鎳鈦根管銼的制造工藝

最早出現的R-相熱處理鎳鈦根管銼的制造工藝，是將處于奧氏體相的鎳鈦合金制備成橫斷面為三角形的原絲，經過熱處理轉變成R-相，隨后在多次熱處理作用下，扭制形成螺紋，再經過熱處理保持螺紋，最后把具有螺紋的銼回復成奧氏體相，其代表是TF[2]。它的生產過程包含3個新技術：R-相熱處理技術、扭制成形技術、特殊的表面還原處理技術[3]。扭制成形技術只有在鎳鈦絲處于R-相時才可以完成，這是由于R-相的剪切模量低于馬氏體相和奧氏體相，而且R-相變的相變應變僅為馬氏體相變的1/10[4]，從而避免傳統鎳鈦合金絲在扭制過程中發生斷裂的現象。扭制成形工藝可以保護鎳鈦合金的晶粒結構不被破壞，使其具有優越的抗疲勞折斷性能。此外，特殊的表面還原處理技術提高切削效率[5]。

R-相熱處理鎳鈦根管銼除了可以扭制形成螺紋，也可以車磨形成螺紋，其代表是K3XF，工藝為：鎳鈦原絲經過車磨切割成所需要的螺紋形態，隨后進行R-相熱處理[6]。熱處理可以使車制成形過程中積存在鎳鈦合金內部的應力釋放，同時，位錯等缺陷逐漸獲得了足夠的能量，通過滑移、攀移移出晶體；或通過合并而消失，從而使缺陷密度大大降低，降低加工硬化程度，改善器械的柔韌性等機械性能。

TFA采用與TF相近的制造工藝，不同之處在于馬達的運動模式，采用自適應往復運動模式，即連續旋轉和往復運動相結合的旋轉方式。沒有外力加載時，進行600°順時針旋轉和0°逆時針旋轉，當遇到外力加載時，進行最大370°順時針旋轉和最大50°逆時針旋轉。研究[7-12]表明，TFA切割效率較高，在根管預備中產生扭力較小，根尖偏移較小，牙本質裂紋發生率亦較低，同時，推出根尖孔的碎屑量與連續旋轉的TF相當。

2， R-相熱處理鎳鈦根管銼的力學性能

2.1 彎曲性能

Hou等[2]應用懸臂彎曲實驗模型比較TF和傳統方法制造的K3的彎曲性能，分析兩者的形變-載荷曲線，發現在彈性和超彈性區間內，相同形變時，TF對應的載荷值均顯著低于K3，分析認為TF橫斷面為三角形，面積小于具有導平臺結構的K3，可能是TF優于K3的主要原因。但是，TF的R-相熱處理技術是彎曲性能提高的另一主要原因。在彈性區間，R-相熱處理技術可以大大降低TF的加工硬化，使其彈性顯著高于沒有經過熱處理、有大量加工硬化的K3；在超彈性區間，R-相熱處理技術提高TF的馬氏體相變開始溫度（martensitic transformation starting temperature，Ms），由于Ms與應力誘導馬氏體相變的應力閾值成反比[13]，因此顯著提高TF在超彈性區域的彎曲性能。Shen等[14]使用相似的模型對比K3XF和K3的彎曲性能（兩者具有相同的橫斷面形態），結果顯示K3XF的彎曲性能顯著優于K3，證實R-相熱處理技術可同時提高鎳鈦銼在彈性和超彈性區間的彎曲性能。Gambarini等[15]使用ISO 3630-1彎曲性能檢測模型，也證實K4（K3XF的原型）彎曲性能優于K3。Lopes等[16]對比4種鎳鈦根管銼（K3XF、ProFile Vortex、Revo-S SU、K3）的彎曲性能，結果顯示K3XF最好，優于M絲鎳鈦銼ProFile Vortex和傳統鎳鈦銼Revo-S SU，而K3最差。Elnaghy等[17]研究也證實，TF的彎曲性能優于M絲鎳鈦根管銼ProTaperNext，以及傳統鎳鈦根管銼RaCe。

綜上，R-相熱處理鎳鈦根管銼具有優越的彎曲性能。一方面，有助于在根管預備時保持對根管的順應性，避免臺階、根管偏移、側穿等問題；另一方面，鎳鈦銼對根管壁的回彈力較低，減小銼與根管壁的摩擦力和扭力，降低器械折斷風險。

2.2 抗疲勞折斷性能

Gambarini等[18]報道，TF的抗疲勞折斷性能顯著優于K3。盡管TF橫斷面面積少于K3，可能是原因之一，但是，R-相熱處理技術是兩者差異的主要原因。Larsen等[3]對比TF和EndoSequence（與TF橫斷面形態相似的傳統鎳鈦合金銼）的抗疲勞折斷性能，結果顯示TF的抗疲勞折斷性能優于后者，進一步證明了R-相熱處理技術的作用。Gambarini等[15]比較了K4（K3XF的原型）和K3（兩者橫斷面形態相同）的疲勞折斷性能后發現， K4的抗疲勞折斷性能顯著優于K3，證實R-相熱處理技術可提高鎳鈦銼的疲勞折斷性能。

隨后，不同學者使用不同的抗疲勞折斷性能研究模型，均驗證了以上論斷。Ha等[6]使用具有啄擊運動的動態疲勞模型對比K3XF與K3的疲勞性能，結果顯示前者顯著優于后者。Lopes等[16]應用極大彎曲角度（90°）、較大彎曲半徑（6 mm）的模擬根管對幾種鎳鈦器械（K3XF、K3、ProFile Vortex、Revo-S SU）進行研究，結果顯示，K3XF的抗疲勞折斷性能顯著優于K3及M絲鎳鈦銼Pro-File Vortex。Shen等[19]應用三點彎曲模型，發現在干燥和去離子水兩種環境下，K3XF的抗疲勞折斷性能均優于K3。Pérez-Higueras等[20]對比2種運動模式（連續旋轉和往復運動）下K3XF、TF和K3的抗疲勞折斷性能，發現在兩種模式下，K3XF和TF的抗疲勞折斷性能均顯著優于K3。其他學者的研究[21-24]也獲得相似的研究結果，均證實R-相鎳鈦根管銼的疲勞折斷性能優于傳統鎳鈦根管銼和M絲鎳鈦根管銼。

與此同時，R-相鎳鈦銼與CM絲鎳鈦銼的疲勞折斷性能的比較方面，Zhao等[25]報道，Hyflex CM與K3XF、TF的疲勞折斷性能無顯著差異，三者均顯著優于傳統鎳鈦銼RaCe和K3。

此外，Shen等[24]研究了不同程度的疲勞預負荷對鎳鈦銼機械性能的影響后發現，使器械旋轉75%的疲勞折斷圈數（即器械承受75%疲勞預負荷）后，K3的抗扭轉性能顯著降低，而K3XF的抗扭轉性能幾乎不受影響。這說明R-相鎳鈦根管銼K3XF的性能穩定性較好、疲勞累積對其機械性能的影響較小。

以上結果顯示，R-相熱處理技術可有效提高鎳鈦根管銼的疲勞折斷性能，這是由于鎳鈦銼的疲勞折斷來源于加工缺陷和應力集中區域，在循環載荷下，微裂紋形成、擴展，最終斷裂。R-相熱處理技術可以通過減少晶格缺陷，從而提高抗疲勞折斷性能。R-相鎳鈦銼優越的抗疲勞折斷性能有利于其在彎曲根管預備過程中，減少器械分離的發生。

往復運動模式是一種新型的鎳鈦根管銼運動方式。很多學者[20,26-28]研究證實，即使相同的器械，在往復運動模式下的抗疲勞折斷性能顯著優于連續旋轉模式。這是因為在連續旋轉過程中裂隙源迅速擴散，而往復運動則一方面使裂隙源反復張開和閉合，降低擴散速度，另一方面避免器械在旋轉過程中受到持續阻力，減少器械受到的扭力，此外，增加器械旋轉一圈所需要的時間，減少單位時間內器械旋轉的圈數[29]。

R-相熱處理鎳鈦銼與往復運動相結合，將進一步提高抗疲勞折斷性能，其代表為TFA[30]。Higuera等[31]比較了TFA和另外2種往復運動鎳鈦銼（WaveOne和Reciproc）的抗疲勞折斷性能，結果顯示，TFA的疲勞折斷圈數高于Wa v eOn e 和Reciproc。究其原因，一方面可能由于TFA的自調節旋轉角度模式，降低銼在根管內受到的扭力和疲勞應力；另一方面，WaveOne和Reciproc由M絲鎳鈦絲經車磨方式形成螺紋，TFA由R-相熱處理鎳鈦絲經扭制方式形成螺紋。如前所述，R-相鎳鈦根管銼的疲勞折斷性能顯著優于M絲鎳鈦根管銼[16]。

2.3 抗扭轉折斷性能

扭轉折斷是指器械的尖端卡頓在根管內，但是手柄還在持續旋轉，當器械受到超出能承受的最大扭轉應力時發生的折斷[24]。一般用折斷時的斷裂角度、極限強度、屈服強度和韌性表示。其中，斷裂角度較為重要，該值越大，表示器械在折斷前發生的塑性形變越大，在臨床使用過程中易于觀察，可供預警[16]。同時，極限強度也具有重要意義，該參數指器械扭轉折斷時的扭力，如果極限強度過小，即使斷裂角度較大，器械也易于斷裂。Lopes等[16]和Shen等[14]報道，K3XF的斷裂角度顯著大于K3，但是，K3XF的極限強度顯著低于K3。Ha等[6]報道兩者抗扭轉性能沒有顯著差別。

Wycoff等[32]比較了TF、EndoSequence、Pro-File Vortex這3種具有相似橫斷面形態、不同微觀結構（分別為R-相、傳統鎳鈦合金、M絲）的根管銼的抗扭轉性能，發現TF斷裂角度最大，極限強度最低，這提示TF的抗扭轉性能并不優于另外2種鎳鈦器械。Park等[33]通過對鎳鈦銼反復加載1.0 Ncm扭矩的方式，比較TF和另外4種傳統鎳鈦合金根管銼（RaCe、ProTaper、Helix、Flex-Master）的抗扭轉性能，發現TF的抗扭轉性能最差，折斷均發生在第一次加載扭轉應力過程中，可能是因為TF的馬氏體相變應力閾值較低，而且扭制成形，因此加載扭轉力時，器械通過形變來抵抗引起扭轉折斷的應力，也就是說，相似的扭轉力發生較大的塑性形變。同時，TF橫斷面的核心直徑最低，有報道[34]核心直徑越小，抗扭轉性能越差。Yum等[35]和Casper等[36]研究也發現，TF的抗扭轉性能低于CM絲鎳鈦根管銼，也并不優于其他傳統鎳鈦根管銼。

為了解決TF易于扭轉變形的問題，TFA采用自適應往復運動模式。如前所述，當承受扭力增大，TFA順時針旋轉角度減小，逆時針旋轉角度增大，以降低器械承受扭力，力圖解決扭制鎳鈦銼易于扭轉變形的現象，但尚未見相關研究報道。

3 ，R-相熱處理鎳鈦根管銼的根管預備成形能力

根管預備成形是根管治療的重要步驟之一，根管銼的預備成形能力與其機械性能密切相關。Bonaccorso等[37]研究表明，彈性更好的鎳鈦銼預備彎曲根管的成形效果更好。Ebihara等[38]對K3進行熱處理后（模擬K3XF的制造工藝），發現其彎曲性能提高，同時成形能力也提高。郭宇等[39]對比了K3XF、TF、K3對彎曲根管的成形能力，發現K3XF和TF對根管順應性優于K3。這些研究結果提示R-相熱處理技術可能通過提高鎳鈦銼的彈性，從而達到提高其成形能力的目的。

Silva等[40]報道TF在根尖1/3導致的根管偏移小于ProTaper Universal。Hashem等[41]對TF、ProFileGTX、ProTaper進行比較，發現TF預備彎曲根管的成形能力和中心定位能力均優于M絲鎳鈦根管銼ProFile GTX，并且發生根管偏移最少，而Pro-Taper的根管偏移量最大。Zhao等[42]使用micro-CT對預備前后根管形態進行三維重建，發現TF和CM絲鎳鈦銼Hyflex CM體外預備上頜第一磨牙近頰根管，均具有良好的成形能力，沒有發生明顯的根管偏移。

Capar等[43]和Gergi等[9]對比了3種往復運動鎳鈦銼TFA、Reciproc和WaveOne的成形能力后發現，TFA的成形能力優于或相當于后兩者。其他學者的研究[44-47]也獲得相似的研究結果，同時，TFA與偏軸心運動鎳鈦銼OneShape和ProTaper Next比較，成形能力均較為理想[43]。

因此，R-相熱處理鎳鈦根管銼的根管預備成形能力優于傳統鎳鈦根管銼和M絲鎳鈦根管銼；與CM絲鎳鈦根管銼和偏軸心運動銼相當，適合預備彎曲根管，保持根管的原始走向，減少根管偏移。表1主要羅列了文中涉及的鎳鈦根管銼的微觀結構和運動方式。

4， 結束語

綜上所述， R-相鎳鈦旋轉根管銼與傳統鎳鈦根管銼相比，表現出更好的彎曲性能、抗疲勞折斷性能和根管成形能力，具有良好的臨床應用前景。但是不同R-相鎳鈦根管銼之間力學性能存在差異，在臨床工作中應針對其各自特點，加以選擇使用。

來源：原創  國際口腔醫學雜志