侧向开口根管冲洗针设计优化：基于CFD与多准则决策分析的斜面角度及构型研究及体外验证

针对#25/.06根管中冲洗效率与安全性的平衡难题，研究人员通过计算流体力学(CFD)模拟结合熵权TOPSIS法，系统优化30G侧向开口针的斜面角度(20°–90°)及密封构型(实心/空心)。研究发现实心斜面设计使冲洗液交换距离提升35%，中等斜面角度在交换效率与根尖压力间取得最佳平衡，为临床根管治疗器械改进提供新思路。

　　

在牙髓治疗领域，根管系统的彻底清洁始终是临床医生面临的重大挑战。尽管机械预备能去除大部分感染物质，但复杂解剖结构如峡部、侧支根管和根尖三角区的存在，使得单纯依靠器械难以实现完全清洁。微生物生物膜(biofilm)在这些"死角"的残留，常常导致治疗失败和持续性根尖周炎。当前主流的注射器冲洗技术面临两难选择：开放式针头虽能增强冲洗液交换，却可能引发危险的根尖压力；而封闭式侧向开口针虽安全性较高，又往往牺牲了冲洗渗透深度。这种矛盾在临床常见的#25/.06小尺寸根管中尤为突出，传统30G侧向开口针在此类狭窄空间内易形成"死水区(dead water zones)"，成为细菌滋生的温床。

为破解这一难题，四川大学华西口腔医院的研究团队在《Journal of Endodontics》发表了一项创新研究。该研究首次系统探究了针头斜面角度(20°–90°)和密封构型(实心solid-bevel vs. 空心hollow-bevel)对冲洗动力学的影响，通过计算流体力学(Computational Fluid Dynamics, CFD)模拟结合多准则决策分析(Multi-Criteria Decision Analysis, MCDA)，开发出性能显著优化的新型冲洗针设计。

研究采用三大关键技术：首先建立经过验证的CFD被动标量传输模型，模拟不同设计参数下的流体动力学特征；其次运用熵权TOPSIS法对冲洗交换距离、根尖压力、壁面剪切应力(wall shear stress)等指标进行多目标优化；最后通过体外实验和C形根管模型验证优化设计的性能。

CFD模型与实验设置
研究以标准30G侧向开口针为基准，构建包含7种斜面角度(20°、30°、45°、60°、75°、90°)和两种密封构型的改进模型。通过网格划分和边界条件设定，模拟临床3mL/min冲洗速率下的流体行为。

速度分布
CFD模拟揭示了不同设计的流动特性差异：空心斜面针产生分叉流，部分流向针内形成涡流，部分冲击根管壁；而实心斜面针产生更集中的喷射流，沿斜面导向根管壁与针体间隙，形成更有效的环形流动模式。

讨论
实心斜面设计通过封闭斜面下表面，有效引导冲洗液形成定向流动，避免能量耗散。中等角度(45°–60°)在维持足够喷射动量的同时，减少流体分离现象。研究还发现扩大根管预备尺寸能协同增强优化针头的性能，这为临床"适度扩大"理念提供了量化依据。

结论
该研究证实实心斜面针较标准设计提升35%冲洗交换距离，中等斜面角度实现安全性与有效性的最佳平衡。创新性地提出"封闭斜面下表面"的设计原则，为根管冲洗器械研发提供了新范式。研究成果不仅解决了小尺寸根管冲洗难题，其CFD与MCDA相结合的方法论框架，也为其他医疗器械优化提供了可借鉴的技术路线。作者Jiayang Gao等特别指出，这种设计改进无需改变现有临床操作习惯，具有显著的转化医学价值。