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为解决超声根管冲洗中工作尖工作长度无标准、影响因素不明等问题，河南大学等单位研究人员开展相关 CFD 研究。结果表明工作长度影响多项指标且冲洗较安全。该研究为临床根管冲洗提供参考，值得科研读者一读。
在口腔医学的世界里，根管治疗是对抗牙髓疾病的 “主力军”，它就像一场精细的 “地下工程”，目的是清除根管系统里的微生物，防止它们 “卷土重来” 引发感染。根管治疗主要依靠机械和化学两种 “武器”，机械准备能清理大部分的根管，但由于根管系统结构复杂，就像一个迷宫，即便是再厉害的 “机械工兵”，也难以触及近一半的根管表面。而且，机械操作后留下的玷污层、牙本质碎片和残留的牙髓组织，就像 “顽固的小怪兽”，会影响根管感染的清除。
这时，根管冲洗就派上用场了，它能深入机械难以到达的角落，把那些 “小怪兽” 清理出去。在众多冲洗方法中，超声冲洗凭借高效的清洁能力脱颖而出，成为临床医生的得力助手。不过，超声冲洗的超声工作尖的工作长度，却像一个神秘的 “变量”，让医生们有些头疼。它到底设置多长合适呢？目前还没有一个明确的标准。
一方面，大家都觉得工作尖离根尖越近，冲洗效果可能越好。可另一方面，根尖周围组织很脆弱，要是工作尖离得太近，冲洗液就可能 “跑” 出根尖孔，引发不必要的麻烦。而且，经过根管治疗的牙齿，发生牙根纵裂的概率也不低。牙本质微裂纹（指牙齿内部牙本质结构中出现的微小裂缝，可能由多种因素引发，会影响牙齿健康 ）很可能就是牙根纵裂的 “前奏”。这些微裂纹特别细小，连 CBCT（锥形束计算机断层扫描 ）都很难发现。一旦微裂纹和口腔环境 “打通”，细菌就会趁机而入，让根管治疗的效果大打折扣，甚至引发根尖组织的炎症。
了解冲洗过程中的流体特性，对提高清洁效率和安全性至关重要。然而，目前的临床研究在获取详细的流体参数时困难重重，就像在迷雾中摸索，严重阻碍了深入研究。虽然 CFD（计算流体动力学 ）技术已经在这个领域崭露头角，帮助研究者们找到了一些关键的流体参数，但之前很多 CFD 研究用的是简化的人工根管模型，就像用 “简笔画” 代替真实场景，得出的结果不太准确，可能会高估或低估冲洗和清理碎屑的效果。
为了解开这些谜团，河南大学口腔医学院和河南大学人民医院口腔科的研究人员们，在《BMC Oral Health》期刊上发表了一篇名为《The effect of ultrasonic tip working length on fluid dynamics in the root canal during the irrigation procedure: a computational fluid dynamics study》的论文。他们通过研究发现，超声工作尖的工作长度会影响根管内的蒸汽体积分数、壁面剪应力和根尖压力。增加工作长度不仅能改善根尖区冲洗液的置换效果，还能降低平均根尖压力。而且，不管工作尖在根管内什么位置，冲洗液都不会从根尖孔挤出，冲洗过程中产生的压力也不会导致牙本质微裂纹扩展，这意味着冲洗过程相对安全。这一研究成果为临床根管冲洗提供了重要的参考依据，就像给在黑暗中摸索的医生们点亮了一盏明灯。
在这项研究中，研究人员们使用了几种关键技术方法。首先，他们利用 CBCT 对健康成年人的下颌第一前磨牙进行扫描，获取牙齿的三维图像数据。这些数据就像是牙齿的 “数字地图”，为后续研究打下基础。接着，通过 Mimics Research 21.0、Geomagic Wrap 2021 和 SolidWorks v2022 等软件，对数据进行处理和建模，构建出真实的根管模型和工作尖模型。然后，借助 ANSYS 18.0 和 FLUENT 18.0 软件进行 CFD 分析，模拟超声冲洗时根管内的流场情况。同时，利用 Abaqus/CAE 6.14 软件建立牙本质微裂纹模型，并使用 XFEM（扩展有限元法 ）分析裂纹的扩展情况。
下面来看看具体的研究结果：
- 模型验证：研究人员将建立的三维 CFD 模型与之前的数值结果进行对比。他们发现，自己研究得到的平均根尖压力与之前类似模型和冲洗速度下的 CFD 分析结果很接近，而且随着工作尖深入，空化体积分数增加，这也和之前 MALKI 的体外研究结果一致。这就像两个不同的探险家在不同的时间到达了同一个地方，验证了当前模型的有效性。
- 工作深度对流场的影响
- 对蒸汽体积分数的影响：当超声工作尖开始振动时，神奇的空化现象就沿着工作尖表面出现了，蒸汽体积分数大于 0。这些空化现象就像一群小气泡在工作尖周围 “跳舞”，主要集中在工作尖附近。不过，在根尖 1mm 范围内，却看不到它们的身影，蒸汽体积分数为 0。而且，研究人员还发现，随着工作尖深入，蒸汽体积分数会增加，就像跳舞的小气泡越来越多。
- 对速度的影响：从不同工作长度下的流场速度矢量分布图可以看出，工作尖越深入，冲洗液在根尖区域的穿透力就越强，覆盖的流动范围也越大。在根管内冲洗液速度的研究中，他们发现有效速度深度会随着工作长度增加而增加。但有趣的是，不管工作尖怎么放置，在工作尖前方 0.2mm 区域内，冲洗液速度能超过 0.1m/s，可到了前方 1mm 区域，速度就逐渐降到 0m/s，就像一个跑步的人慢慢停下来一样。
- 对剪切应力区域的影响：通过不同工作长度下根管内壁 0 - 100Pa 剪切应力分布的云图，研究人员发现，当工作尖靠近根尖时，代表有效剪切应力的红色区域会扩大，这意味着有效剪切应力深度增加。他们还具体测量了不同位置的有效剪切应力深度，当工作尖在根尖孔上方 1mm 时，深度是 10.52mm；在上方 1.5mm 时，降到 9.98mm；在上方 2mm 时，为 9.6mm；在上方 2.5mm 时，是 9.01mm；在上方 3mm 时，是 8.47mm 。
- 对压力的影响：研究发现，随着工作尖深入，根管内的压力会降低。根管内的相对压力是绝对压力减去大气压力（101,325Pa ）得到的。实验结果显示，根管内的最大绝对压力是 101,314Pa，这就意味着在某些时刻，根管内压力会变成负值。
- 压力对牙本质微裂纹的影响：从应力分布等高线图可以看到，当超声工作尖位于根尖孔上方 3mm 时，施加在根管壁上的压力最大。但这个时候，裂纹点的最大应力是 0.39MPa，比牙本质的极限抗拉强度低，所以裂纹不会扩展，牙齿还是比较 “安全” 的。
在讨论部分，研究人员进一步解释了超声根管冲洗的原理。超声根管冲洗主要依靠空化效应和声流作用。空化效应就像是一场微观世界的 “爆炸”，超声振动让局部压力降低，当压力低于液体在特定温度下的蒸汽压时，气体就从液体中分离出来，形成小气泡。这些小气泡在声场中振荡、长大，当能量达到一定程度，就会突然崩塌，产生高压脉冲和冲击波，形成局部高温高压环境，从而实现高效的根管冲洗。空化效应越强，冲洗效果就越好。在这项研究中，虽然随着工作尖深入空化体积分数增加，但空化现象集中在工作尖周围，根尖 1mm 内没有空化，这说明根尖区域的清洁效率有待提高。研究人员推测，增加超声设备的功率，或许能扩大空化效应的范围，提高根尖区域的冲洗效果。
另外，研究还发现，增加工作长度虽然能提高冲洗液在根尖区域的置换和输送能力，但由于根尖区域解剖结构复杂，这种改善也是有限的。而且，虽然超声冲洗过程中产生的压力不会导致牙本质微裂纹扩展，根管内的绝对压力最大值不超过大气压力，冲洗液也不太可能从根尖孔挤出，但冲洗液挤出根尖孔的压力阈值仍然不明确。一些研究认为毛细血管压力（25mmHg 或 3,333Pa ）可能是冲洗液流出的潜在阈值，但也有研究人员提出不同意见，认为除了压力，残留牙髓组织和健康牙周膜等因素也会影响冲洗液是否会超出根尖孔。
总的来说，这项研究明确了超声工作尖工作长度对根管内流体动力学的影响，证实了超声冲洗过程相对安全，为临床根管冲洗提供了重要参考。不过，研究也存在一定的局限性，比如清洁效率的评估主要基于间接的流体动力学数据，缺乏实际清洁效果的直接实验证据。未来，还需要更多的研究来进一步完善这一领域的知识，帮助医生们更好地开展根管治疗，守护患者的口腔健康。
