基于寿命周期管理理论的镍钛根管锉疲劳折断微观机制研究

Fatigue fracture of nickel-titanium rotary instruments is one of the key problems in endodontics. However, the micro-structural mechanism of the fracture during root canal treatment remains unclear. The multi-factoral nature of the inflence exerted during the treatment makes the analysis complicated. Previous studies mainly focused on specific single factors, which lack the analysis of the nonlinear cumulative effect and lead to limited clinical signifigance. The current study is based on life management theory and focuses on the micro-structural impact on nickel-titanium rotary instruments from thermal cycles, stress cycles and corrosive effect of chemical irrigant during root canal treatment. Metallurgic analysis, stress analysis, micro-CT and numerical simulation analysis are used to clarify the micro-structural mechanism of the fracture of the instruments, which will have potential clinical signifigance to solve the problem of fatigue fracture of nickel-titanium instruments.

镍钛器械疲劳断裂是牙体牙髓病学研究的关键问题之一，但是在临床根管治疗中各个因素如何导致镍钛器械微观变量变化的机制不清。由于在根管治疗中使用镍钛器械存在多种因素相互影响，而相关研究多集中于单一因素的离体研究，忽略了各因素非线性叠加的效果，难以起到实际临床工作的指导作用。本项目计划以寿命管理理论为基础，以根管治疗所采用的镍钛器械为研究对象，以相变分析、力学分析为主要分析方法，结合循环应力疲劳寿命测试、高分辨率显微CT扫描与数值模拟等技术手段，研究临床根管治疗过程中的热循环、应力循环、消毒冲洗液的电流腐蚀等因素在器械疲劳断裂过程中导致的微观组织的变化过程，并尝试解释临床综合因素影响下器械疲劳断裂的微观物理机制，进而对临床应用镍钛器械的疲劳断裂寿命起到预测作用。本研究将为镍钛器械的疲劳断裂物理机制研究提供实验依据，对解决根管治疗过程中镍钛器械折断的问题具有重要意义。

镍钛根管锉在根管治疗中的应用越来越广泛，其中，疲劳折断仍然是牙体牙髓病学研究的关键问题之一。在临床使用中各个因素如何导致镍钛锉微观变量变化的机制不清。本研究以寿命管理理论为基础，以相变分析、力学分析为主要分析方法，结合循环应力疲劳寿命测试、高分辨率显微CT扫描与数值模拟等技术手段，研究根管治疗过程中的热循环、应力循环、消毒冲洗液等因素在镍钛锉疲劳折断过程中导致的微观组织的变化过程，并尝试解释临床综合因素影响下镍钛锉疲劳折断的微观物理机制，进而对临床应用镍钛锉的疲劳折断寿命起到预测作用。单一因素结果显示消毒冲洗液对于镍钛锉的疲劳折断行为有影响，但是对于镍钛锉的力学性能影响没有显著性差异。提示，其单一作用下，主要以沿微裂纹腐蚀的形式对疲劳断裂产生影响；但是，对于应力诱导马氏体相变通道无显著影响，因此镍钛锉的力学性能并未出现显著性衰减。高温消毒单一因素作用下，镍钛锉的折断和力学性能均无显著性变化，提示高温消毒虽然可以诱发相变循环，但是在临床使用循环次数内，不足以在镍钛合金内部引入大量位错。同时发现，应力循环不仅显著降低镍钛锉的疲劳折断性能，特别的，使其力学性能亦发生显著性改变。说明应力循环是镍钛锉疲劳折断的根本原因。由于引入了位错，使马氏体相变通道上调，导致力学性能衰减，进而导致疲劳折断性能改变。混合因素对镍钛锉疲劳折断的微观机制研究结果显示，混合因素作用下疲劳折断性能迅速衰减，特别的，传统镍钛锉的力学性能出现显著衰减，而新型热处理镍钛锉的力学性能保持稳定。提示热处理镍钛锉在混合因素作用下，马氏体相变通道较为稳定。说明合金相的优化从微观结构上提高镍钛锉的抗疲劳累积能力。本研究依托于寿命周期管理理论的框架，得到镍钛锉疲劳折断的主要相关因素的作用机制，廓清这些因素对于镍钛锉疲劳折断的主要和/或促进作用，为解决临床上镍钛锉疲劳折断问题提供理论依据。