一项关于超声诱导的流动运动对根管侧向结构内部流体流动影响的体外研究

《INTERNATIONAL ENDODONTIC JOURNAL》：An In Vitro Investigation of the Impact of Ultrasound Induced-Streaming Motions on the Flow Inside Lateral Features of the Root Canal

超声波灌溉时侧支管内流动特性研究。采用3D打印根管模型和PIV技术，分析90°与60°侧支管角度及文件位置（-W到+W）对流体的影响。结果显示，90°侧管在文件位于入口下方0.5W时流速最大（约3cm/s），形成单向流动；而60°侧管因角度影响流速较低（约0.75cm/s），且回流区更长。研究揭示了根管角度与文件位置对流体动力学及生物膜清除效率的关键作用。

　　根管系统是牙齿内部复杂且狭窄的结构，容易成为细菌感染的隐患。这些细菌能够通过酸性物质穿透牙釉质或通过暴露的牙本质小管进入根管内部，形成一种被称为细菌生物膜的胶状结构。生物膜的存在不仅可能导致牙髓炎症，还可能引发后续的感染和疼痛，因此根管治疗中有效的冲洗和消毒至关重要。传统的冲洗方法多依赖于手动注射器，但近年来，超声波冲洗因其更高的效率和对生物膜的更强破坏能力而逐渐受到重视。然而，由于根管结构的复杂性，超声波冲洗的液体渗透仍然面临挑战。为了更好地理解这一过程，研究人员通过实验和模拟，探讨了超声波在根管侧支中的流动特性，以及如何通过调整器械位置和侧支角度来优化冲洗效果。

本研究的核心目标是通过实验手段，分析超声波冲洗过程中侧支内的流动情况。研究关注了侧支与主根管之间的角度以及根管锉相对于侧支入口的相对位置对流动的影响。实验中，研究人员使用了一种理想的根管几何结构，通过3D打印技术制作模具，并利用聚乙二醇（PEG）改性的亲水性聚二甲基硅氧烷（PDMS）材料构建了模拟根管的通道。该通道包括一个20毫米长、6%锥度的主根管，以及一个5毫米长、200微米正方形截面的侧支，侧支与主根管轴线形成90°或60°的角度，并位于距离根尖6毫米的位置。侧支连接到一个与主根管等高的开放腔室，以保持实验中的压力平衡。随后，研究人员在通道中填充了含有1微米颗粒的NaI-水溶液，并使用超声波器械配合15号K锉进行冲洗。为了分析流动特性，采用粒子图像测速法（PIV）对流动场进行了可视化和定量测量。

实验结果表明，侧支内的流动受到根管锉位置的显著影响。当根管锉与侧支轴线对齐时，可以实现最大流速，这种对齐仅在90°侧支中可行。而在60°侧支中，由于侧支与主根管形成较小的角度，流速较低，同时根管锉附近的回流现象更为明显。在两种情况下，侧支入口附近都会形成一个回流区，其中横向流速与轴向流速相当。回流区的长度与侧支的角度密切相关，而随着进入侧支的深度增加，流动逐渐变为单向流动。此外，实验还发现，当根管锉靠近侧支入口时，流动方向会发生变化，从向根尖方向的回流转变为向侧支出口的正向流动，这在一定程度上改善了侧支内的清洁效果。

研究进一步指出，流动场的复杂性源于超声波引起的微流体运动与根管锉周围的回流之间的相互作用。这种相互作用导致了流动的多样性，包括正向流动和回流现象。当根管锉位置靠近侧支入口时，回流现象尤为明显，这可能对生物膜的清除产生不利影响。然而，当根管锉略微向下移动，使其与侧支轴线对齐时，可以显著提高侧支内的流速，从而增强对生物膜的破坏能力。在90°侧支中，流速达到最大值，而在60°侧支中，虽然也有较高的流速，但其幅度明显低于90°侧支。此外，流动的对称性在不同位置的根管锉下也会发生变化，这表明侧支的几何形状和根管锉的位置在流动行为中扮演着关键角色。

研究还探讨了不同位置下侧支内的流速分布和剪切率变化。在90°侧支中，当根管锉位于侧支入口上方0.5W到1W时，流速达到最大值，并且流场在侧支入口附近呈现出较高的横向流速。而随着根管锉的进一步移动，流场逐渐变为单向流动，横向流速趋于消失。在60°侧支中，虽然也存在类似的现象，但流速的幅度较低，且回流区的长度较长，这可能限制了冲洗的效率。研究还指出，实验中使用了不同尺寸的示踪粒子，以适应不同区域的流动观测需求。在靠近根管锉的区域，使用了20微米的示踪粒子以提高可视化效果，而在侧支内部则使用了1微米的粒子以更精确地捕捉流动细节。

这些结果对临床实践具有重要意义。在根管治疗中，侧支的形态和位置差异很大，有些侧支是闭合的，有些则与主根管相连，形成复杂的解剖结构。因此，理解侧支内的流动特性有助于优化冲洗策略，提高生物膜的清除率。研究发现，当根管锉位于侧支入口下方W/2时，能够实现最大的流速，这可能是临床操作中的一种理想位置。然而，实际操作中由于根管形态的不规则性，这种理想位置可能难以实现。因此，研究还强调了需要进一步探索更符合真实根管结构的几何模型，以便更全面地理解侧支内的流动行为，并将其应用于临床实践。

此外，研究还讨论了实验中的一些局限性。由于超声波流动具有高频振荡特性，实验中采用的摄像机帧率较低，无法完全捕捉瞬时流动的细节。因此，研究主要关注了流动的稳态成分，而忽略了振荡部分。尽管如此，这些结果仍然为根管冲洗的优化提供了重要的参考。研究还指出，尽管使用了去气的冲洗液以减少气泡对流动的影响，但在实验条件下并未观察到气泡现象，因此可以排除气泡对结果的干扰。然而，在实际临床环境中，气泡的存在可能会影响流动特性，从而影响冲洗效果。

综上所述，本研究通过实验和可视化技术，揭示了超声波冲洗过程中侧支内的流动行为，并探讨了不同角度和位置对流动的影响。研究结果表明，侧支内的流动受多种因素影响，包括根管锉的位置、侧支的角度以及流动的对称性。这些发现不仅有助于理解超声波冲洗的物理机制，还为未来优化冲洗技术和提升根管治疗效果提供了理论依据。进一步的研究可以结合更复杂的根管几何结构和更先进的实验技术，以更精确地模拟实际根管环境，从而推动超声波冲洗在临床中的应用。