1.首都医科大学口腔医院牙体牙髓病科 北京 100050；2.北京大学口腔医院第二门诊部 北京 100101

[摘要] 镍钛根管锉在根管治疗中的应用越来越广泛，为了提高镍钛根管锉的机械性能，R-相热处理技术被应用于其生产加工。本文对R-相热处理镍钛根管锉的制造工艺、弯曲性能、疲劳性能、扭转性能及预备成形能力等方面进行综述。

[关键词] R-相； 热处理； 镍钛根管锉； 根管成形能力

1988年，首篇关于镍钛根管锉的研究论文[1]发表，报道了镍钛根管锉的弹性显著优于不锈钢锉，随后，镍钛根管锉在根管治疗学领域的应用越来越广泛。至今已有众多报道显示，镍钛根管锉的预备效率、预备效果等方面均优于不锈钢锉。近年来，通过R-相热处理技术改善镍钛合金的微观结构，进一步提高力学性能，降低疲劳折断成为业界研究热点。

迄今为止，R-相热处理镍钛根管锉主要包括TF （Twisted File）、K3XF和TFA（Twisted File Adaptive）。不同的R-相热处理镍钛根管锉的制造工艺及性能各有不同。本文对R-相热处理镍钛根管锉的力学性能和根管预备成形能力作一综述，分析R-相热处理技术对镍钛根管锉性能的影响，为临床应用提供理论依据。

1 ，R-相热处理镍钛根管锉的制造工艺

最早出现的R-相热处理镍钛根管锉的制造工艺，是将处于奥氏体相的镍钛合金制备成横断面为三角形的原丝，经过热处理转变成R-相，随后在多次热处理作用下，扭制形成螺纹，再经过热处理保持螺纹，最后把具有螺纹的锉回复成奥氏体相，其代表是TF[2]。它的生产过程包含3个新技术：R-相热处理技术、扭制成形技术、特殊的表面还原处理技术[3]。扭制成形技术只有在镍钛丝处于R-相时才可以完成，这是由于R-相的剪切模量低于马氏体相和奥氏体相，而且R-相变的相变应变仅为马氏体相变的1/10[4]，从而避免传统镍钛合金丝在扭制过程中发生断裂的现象。扭制成形工艺可以保护镍钛合金的晶粒结构不被破坏，使其具有优越的抗疲劳折断性能。此外，特殊的表面还原处理技术提高切削效率[5]。

R-相热处理镍钛根管锉除了可以扭制形成螺纹，也可以车磨形成螺纹，其代表是K3XF，工艺为：镍钛原丝经过车磨切割成所需要的螺纹形态，随后进行R-相热处理[6]。热处理可以使车制成形过程中积存在镍钛合金内部的应力释放，同时，位错等缺陷逐渐获得了足够的能量，通过滑移、攀移移出晶体；或通过合并而消失，从而使缺陷密度大大降低，降低加工硬化程度，改善器械的柔韧性等机械性能。

TFA采用与TF相近的制造工艺，不同之处在于马达的运动模式，采用自适应往复运动模式，即连续旋转和往复运动相结合的旋转方式。没有外力加载时，进行600°顺时针旋转和0°逆时针旋转，当遇到外力加载时，进行最大370°顺时针旋转和最大50°逆时针旋转。研究[7-12]表明，TFA切割效率较高，在根管预备中产生扭力较小，根尖偏移较小，牙本质裂纹发生率亦较低，同时，推出根尖孔的碎屑量与连续旋转的TF相当。

2， R-相热处理镍钛根管锉的力学性能

2.1 弯曲性能

Hou等[2]应用悬臂弯曲实验模型比较TF和传统方法制造的K3的弯曲性能，分析两者的形变-载荷曲线，发现在弹性和超弹性区间内，相同形变时，TF对应的载荷值均显著低于K3，分析认为TF横断面为三角形，面积小于具有导平台结构的K3，可能是TF优于K3的主要原因。但是，TF的R-相热处理技术是弯曲性能提高的另一主要原因。在弹性区间，R-相热处理技术可以大大降低TF的加工硬化，使其弹性显著高于没有经过热处理、有大量加工硬化的K3；在超弹性区间，R-相热处理技术提高TF的马氏体相变开始温度（martensitic transformation starting temperature，Ms），由于Ms与应力诱导马氏体相变的应力阈值成反比[13]，因此显著提高TF在超弹性区域的弯曲性能。Shen等[14]使用相似的模型对比K3XF和K3的弯曲性能（两者具有相同的横断面形态），结果显示K3XF的弯曲性能显著优于K3，证实R-相热处理技术可同时提高镍钛锉在弹性和超弹性区间的弯曲性能。Gambarini等[15]使用ISO 3630-1弯曲性能检测模型，也证实K4（K3XF的原型）弯曲性能优于K3。Lopes等[16]对比4种镍钛根管锉（K3XF、ProFile Vortex、Revo-S SU、K3）的弯曲性能，结果显示K3XF最好，优于M丝镍钛锉ProFile Vortex和传统镍钛锉Revo-S SU，而K3最差。Elnaghy等[17]研究也证实，TF的弯曲性能优于M丝镍钛根管锉ProTaperNext，以及传统镍钛根管锉RaCe。

综上，R-相热处理镍钛根管锉具有优越的弯曲性能。一方面，有助于在根管预备时保持对根管的顺应性，避免台阶、根管偏移、侧穿等问题；另一方面，镍钛锉对根管壁的回弹力较低，减小锉与根管壁的摩擦力和扭力，降低器械折断风险。

2.2 抗疲劳折断性能

Gambarini等[18]报道，TF的抗疲劳折断性能显著优于K3。尽管TF横断面面积少于K3，可能是原因之一，但是，R-相热处理技术是两者差异的主要原因。Larsen等[3]对比TF和EndoSequence（与TF横断面形态相似的传统镍钛合金锉）的抗疲劳折断性能，结果显示TF的抗疲劳折断性能优于后者，进一步证明了R-相热处理技术的作用。Gambarini等[15]比较了K4（K3XF的原型）和K3（两者横断面形态相同）的疲劳折断性能后发现， K4的抗疲劳折断性能显著优于K3，证实R-相热处理技术可提高镍钛锉的疲劳折断性能。

随后，不同学者使用不同的抗疲劳折断性能研究模型，均验证了以上论断。Ha等[6]使用具有啄击运动的动态疲劳模型对比K3XF与K3的疲劳性能，结果显示前者显著优于后者。Lopes等[16]应用极大弯曲角度（90°）、较大弯曲半径（6 mm）的模拟根管对几种镍钛器械（K3XF、K3、ProFile Vortex、Revo-S SU）进行研究，结果显示，K3XF的抗疲劳折断性能显著优于K3及M丝镍钛锉Pro-File Vortex。Shen等[19]应用三点弯曲模型，发现在干燥和去离子水两种环境下，K3XF的抗疲劳折断性能均优于K3。Pérez-Higueras等[20]对比2种运动模式（连续旋转和往复运动）下K3XF、TF和K3的抗疲劳折断性能，发现在两种模式下，K3XF和TF的抗疲劳折断性能均显著优于K3。其他学者的研究[21-24]也获得相似的研究结果，均证实R-相镍钛根管锉的疲劳折断性能优于传统镍钛根管锉和M丝镍钛根管锉。

与此同时，R-相镍钛锉与CM丝镍钛锉的疲劳折断性能的比较方面，Zhao等[25]报道，Hyflex CM与K3XF、TF的疲劳折断性能无显著差异，三者均显著优于传统镍钛锉RaCe和K3。

此外，Shen等[24]研究了不同程度的疲劳预负荷对镍钛锉机械性能的影响后发现，使器械旋转75%的疲劳折断圈数（即器械承受75%疲劳预负荷）后，K3的抗扭转性能显著降低，而K3XF的抗扭转性能几乎不受影响。这说明R-相镍钛根管锉K3XF的性能稳定性较好、疲劳累积对其机械性能的影响较小。

以上结果显示，R-相热处理技术可有效提高镍钛根管锉的疲劳折断性能，这是由于镍钛锉的疲劳折断来源于加工缺陷和应力集中区域，在循环载荷下，微裂纹形成、扩展，最终断裂。R-相热处理技术可以通过减少晶格缺陷，从而提高抗疲劳折断性能。R-相镍钛锉优越的抗疲劳折断性能有利于其在弯曲根管预备过程中，减少器械分离的发生。

往复运动模式是一种新型的镍钛根管锉运动方式。很多学者[20,26-28]研究证实，即使相同的器械，在往复运动模式下的抗疲劳折断性能显著优于连续旋转模式。这是因为在连续旋转过程中裂隙源迅速扩散，而往复运动则一方面使裂隙源反复张开和闭合，降低扩散速度，另一方面避免器械在旋转过程中受到持续阻力，减少器械受到的扭力，此外，增加器械旋转一圈所需要的时间，减少单位时间内器械旋转的圈数[29]。

R-相热处理镍钛锉与往复运动相结合，将进一步提高抗疲劳折断性能，其代表为TFA[30]。Higuera等[31]比较了TFA和另外2种往复运动镍钛锉（WaveOne和Reciproc）的抗疲劳折断性能，结果显示，TFA的疲劳折断圈数高于Wa v eOn e 和Reciproc。究其原因，一方面可能由于TFA的自调节旋转角度模式，降低锉在根管内受到的扭力和疲劳应力；另一方面，WaveOne和Reciproc由M丝镍钛丝经车磨方式形成螺纹，TFA由R-相热处理镍钛丝经扭制方式形成螺纹。如前所述，R-相镍钛根管锉的疲劳折断性能显著优于M丝镍钛根管锉[16]。

2.3 抗扭转折断性能

扭转折断是指器械的尖端卡顿在根管内，但是手柄还在持续旋转，当器械受到超出能承受的最大扭转应力时发生的折断[24]。一般用折断时的断裂角度、极限强度、屈服强度和韧性表示。其中，断裂角度较为重要，该值越大，表示器械在折断前发生的塑性形变越大，在临床使用过程中易于观察，可供预警[16]。同时，极限强度也具有重要意义，该参数指器械扭转折断时的扭力，如果极限强度过小，即使断裂角度较大，器械也易于断裂。Lopes等[16]和Shen等[14]报道，K3XF的断裂角度显著大于K3，但是，K3XF的极限强度显著低于K3。Ha等[6]报道两者抗扭转性能没有显著差别。

Wycoff等[32]比较了TF、EndoSequence、Pro-File Vortex这3种具有相似横断面形态、不同微观结构（分别为R-相、传统镍钛合金、M丝）的根管锉的抗扭转性能，发现TF断裂角度最大，极限强度最低，这提示TF的抗扭转性能并不优于另外2种镍钛器械。Park等[33]通过对镍钛锉反复加载1.0 Ncm扭矩的方式，比较TF和另外4种传统镍钛合金根管锉（RaCe、ProTaper、Helix、Flex-Master）的抗扭转性能，发现TF的抗扭转性能最差，折断均发生在第一次加载扭转应力过程中，可能是因为TF的马氏体相变应力阈值较低，而且扭制成形，因此加载扭转力时，器械通过形变来抵抗引起扭转折断的应力，也就是说，相似的扭转力发生较大的塑性形变。同时，TF横断面的核心直径最低，有报道[34]核心直径越小，抗扭转性能越差。Yum等[35]和Casper等[36]研究也发现，TF的抗扭转性能低于CM丝镍钛根管锉，也并不优于其他传统镍钛根管锉。

为了解决TF易于扭转变形的问题，TFA采用自适应往复运动模式。如前所述，当承受扭力增大，TFA顺时针旋转角度减小，逆时针旋转角度增大，以降低器械承受扭力，力图解决扭制镍钛锉易于扭转变形的现象，但尚未见相关研究报道。

3 ，R-相热处理镍钛根管锉的根管预备成形能力

根管预备成形是根管治疗的重要步骤之一，根管锉的预备成形能力与其机械性能密切相关。Bonaccorso等[37]研究表明，弹性更好的镍钛锉预备弯曲根管的成形效果更好。Ebihara等[38]对K3进行热处理后（模拟K3XF的制造工艺），发现其弯曲性能提高，同时成形能力也提高。郭宇等[39]对比了K3XF、TF、K3对弯曲根管的成形能力，发现K3XF和TF对根管顺应性优于K3。这些研究结果提示R-相热处理技术可能通过提高镍钛锉的弹性，从而达到提高其成形能力的目的。

Silva等[40]报道TF在根尖1/3导致的根管偏移小于ProTaper Universal。Hashem等[41]对TF、ProFileGTX、ProTaper进行比较，发现TF预备弯曲根管的成形能力和中心定位能力均优于M丝镍钛根管锉ProFile GTX，并且发生根管偏移最少，而Pro-Taper的根管偏移量最大。Zhao等[42]使用micro-CT对预备前后根管形态进行三维重建，发现TF和CM丝镍钛锉Hyflex CM体外预备上颌第一磨牙近颊根管，均具有良好的成形能力，没有发生明显的根管偏移。

Capar等[43]和Gergi等[9]对比了3种往复运动镍钛锉TFA、Reciproc和WaveOne的成形能力后发现，TFA的成形能力优于或相当于后两者。其他学者的研究[44-47]也获得相似的研究结果，同时，TFA与偏轴心运动镍钛锉OneShape和ProTaper Next比较，成形能力均较为理想[43]。

因此，R-相热处理镍钛根管锉的根管预备成形能力优于传统镍钛根管锉和M丝镍钛根管锉；与CM丝镍钛根管锉和偏轴心运动锉相当，适合预备弯曲根管，保持根管的原始走向，减少根管偏移。表1主要罗列了文中涉及的镍钛根管锉的微观结构和运动方式。

4， 结束语

综上所述， R-相镍钛旋转根管锉与传统镍钛根管锉相比，表现出更好的弯曲性能、抗疲劳折断性能和根管成形能力，具有良好的临床应用前景。但是不同R-相镍钛根管锉之间力学性能存在差异，在临床工作中应针对其各自特点，加以选择使用。

来源：原创  国际口腔医学杂志