下颌磨牙近中根管阶梯式扩大的微计算机断层扫描与计算流体动力学整合分析

本研究针对根管感染控制中清洁效果与结构保存的平衡难题，通过结合micro-CT和CFD技术，系统评估了ProTaper Next器械阶梯式扩大（25/.06v、30/.07v、40/.06v）对下颌第一磨牙近中根管的成形效果和冲洗液动力学影响。研究发现扩大至40/.06v虽改善冲洗效果但导致26%区域牙本质厚度＜0.5mm，而开放式针头较侧向开口针头能更有效抵达工作长度。结果表明优化输送系统比单纯扩大尺寸更能提升清洁效率，为平衡根管清创效果和结构完整性保存提供了重要依据。

　　

根管治疗的成功关键在于彻底清除感染源，但这一过程始终面临两难困境：一方面，根管系统的复杂解剖结构（如峡部、鳍状突起和副根管）使得器械难以完全接触所有区域，需要依靠化学冲洗实现消毒；另一方面，过度扩大根管可能削弱牙齿结构，尤其在被称为"危险区"的下颌磨牙近中根远中侧，薄弱的牙本质壁存在穿孔和根折风险。传统研究多单独评估器械成形效果或冲洗动力学，缺乏将两者结合的系统性分析。为此，由Sofia Moura Furtado、Jorge N.R. Martins、Emmanuel Jo?o Nogueira Leal Silva、Mário Rito Pereira、António Ginjeira和Marco Aurélio Versiani组成的研究团队在《Journal of Endodontics》发表了整合微计算机断层扫描（micro-CT）和计算流体动力学（CFD）的综合性研究，系统评估了阶梯式扩大对下颌第一磨牙近中根管的影响。

研究人员采用多学科交叉方法，主要关键技术包括：1）通过高分辨率光学3D扫描、扫描电镜（SEM）、能量色散X射线光谱（EDS）和差示扫描量热法（DSC）对ProTaper Next器械进行系统表征；2）利用micro-CT（SkyScan 1275）对10个来自5颗下颌磨牙的近中根管进行术前和术后扫描，定量分析根管体积、表面积、未预备区域和颈周牙本质厚度；3）基于micro-CT和SEM数据重建三维模型，采用ANSYS Fluent进行CFD模拟，计算冲洗液速度、壁面剪切应力和根尖压力；4）使用人离体牙样本（n=327中筛选）进行实验验证。

结果

器械表征

三维表面扫描显示所有器械具有相同的偏心矩形横截面，仅尺寸存在差异（25/.06v体积5.69 mm³，30/.07v为6.82 mm³，40/.06v为7.77 mm³）。SEM显示相似的表面处理质量，具有平行的机械加工痕迹和轻微不规则性。EDS证实为近等原子比的镍钛合金（25/.06v：1.026；30/.07v：1.018；40/.06v：1.021），未检测到其他金属。DSC分析显示仪器间相变温度一致（R相开始：45°C；R相结束：15°C；奥氏体开始：-5°C；奥氏体结束：50°C），表明观察到的差异可完全归因于器械尺寸而非材料或制造质量。

计算流体动力学冲洗分析

CFD模拟结果显示，开放式针头在所有情况下均能持续将冲洗液输送至工作长度，而侧向开口针头则不能。扩大根管对流动模式或根尖渗透影响最小，但略微增加了根尖冲洗液密度。开放式针头在25/.06v预备后即可使冲洗液到达根尖，扩大至30/.07v后根尖速度增加。两种针头保持相似的壁面剪切应力模式，但开放式设计沿外弯曲产生更高的应力。剪切应力大小随预备尺寸增大而略微增加。侧向开口针头的根尖压力始终较低，尽管随着扩大尺寸增加没有明显趋势，但40/.06v预备对两种针头产生的压力最低。

成形能力-未预备根管壁

根管内体积和表面积随器械尺寸增加而显著增加（P < .05），从25/.06v的最低值到40/.06v的最高值。体积增加百分比在30/.07v和40/.06v之间小于早期阶段。未预备根管壁的平均百分比从25/.06v器械的18.07%显著降至30/.07v的8.72%和40/.06v的7.15%（P < .05），但所有器械均未能实现所有根管壁的完全预备。

成形能力-牙本质厚度

彩色编码三维模型显示牙本质逐渐变薄，主要沿近中根的远中侧（危险区）。在分叉处下方1mm处，近中颊根管的最小牙本质厚度平均值从术前的0.99mm显著降至25/.06v预备后的0.76mm、30/.07v后的0.66mm和40/.06v后的0.60mm（P < .05）。近中舌根管也观察到类似趋势，从1.01mm降至0.74mm（25/.06v）、0.65mm（30/.07v）和0.60mm（40/.06v）。这种远中侧的逐渐变薄在分叉处水平及以下2mm、3mm和4mm水平均存在，但在1mm和2mm水平最为明显。术前大多数近中颊根（56%）和近中舌根（48%）的截面牙本质厚度大于1mm，使用40/.06v器械预备后，这些值分别降至12%和8%。相反，牙本质在0.5-1.0mm之间的截面在顺序步骤后增加，两个根管均超过60%。术前没有截面牙本质薄于0.5mm，但这一数字随着每个步骤增加，最终扩大后两个根管均达到26%。

研究结论表明，逐步的根尖扩大改善了成形和冲洗液动力学效果，但额外增大带来的益处有限。冲洗效果更多受针头设计而非尺寸大小的影响，提示优化输送系统可提高清洁效率，同时最大限度地减少不必要的牙本质去除。这些发现强调了在根管治疗中需要根据个体解剖特征定制扩大方案，在有效清创和结构保存之间取得平衡。该研究通过整合先进的成像和模拟技术，为临床医生提供了关于器械选择、扩大程度和冲洗策略的实证依据，推动了基于证据的微创牙髓治疗理念的发展。

研究讨论部分进一步阐释，虽然绝对牙本质厚度值具有参考价值，但以相对于原始厚度的百分比减少来表达牙本质去除提供了更标准化和有意义的指标。与文献比较显示，本研究报告的未预备根管壁百分比（7.15-18.07%）明显低于以往研究报告的31-41%，这可能源于研究设计、样本选择和评估标准的差异。CFD结果强调，壁面剪切应力不仅取决于扩大程度，还受到根管解剖复杂性、不规则性以及针头与根管壁空间关系的影响，这在临床实践中难以预测和控制。尽管本研究使用的是ProTaper Next系统，但其核心特征（连续旋转、标准化根尖尺寸、可变锥度和热处理合金）与许多当代镍钛器械系统相似，使研究结果具有更广泛的参考价值。在测试的器械中，25/.06v在成形效果和牙本质保存之间展现了最有利的平衡，其18.07%的未预备根管壁比例在具有复杂解剖结构的下颌磨牙近中根管中已代表高度可接受的结果，同时牙本质厚度低于0.5mm的截面比例不到30/.07v组的一半。