Evaluation of Fatigue and Cutting Properties of Endodontic Rotary Instrument

鎳鈦旋轉器械在承受張應力(tension)和壓應力(compression)的循環應力作用下，在臨床上往往會導致無預警斷裂的發生。本文提出對鎳鈦旋轉器械疲勞試驗的明確測試規範，並利用自行設計的實驗機台產生10、7.5、5mm曲率半徑搭配60°、40°、20°曲率角度的彎道，給予鎳鈦旋轉器械不同程度的彎曲以獲得其疲勞壽命。結果顯示，曲率角度固定，曲率半徑愈小；或是曲率半徑固定曲率角度愈大的彎道，疲勞壽命就愈短。利用有限元素分析軟體模擬與實驗相同條件的情況下，根管銼彎曲的狀況以獲得最大應變值。疲勞實驗中根管銼的斷裂位置與模擬中最大應變發生位置極為相近，皆位於約彎曲長度的40%~60%。結合疲勞壽命實驗數據和模擬應變值，則可得到S-N curve。時本文亦針對鎳鈦旋轉器械的切削性能提出新的測試方法，也做出切削實驗的測試機台。Protaper Universal F2和F3在45sec內對壓克力圓柱的切削實驗顯示，距根管銼尖端0~5mm部份切削量最小、5~10mm部份切削量最大、10~15mm部份則與5~10mm部份相近或略小。藉由將Protaper Universal F2重複進行4次切削實驗，可觀察到鎳鈦旋轉器械的磨耗情形，距根管銼尖端0~5mm部份在重複第3次切削實驗後切削量有顯著下降。而5~10mm和10~15mm的部份則在重複第2次切削就出現切削量下降。本文更進一步透過比較Profile .04和.06之鎳鈦旋轉器械的切削效率，探究根管銼直徑尺寸與切削量的關係。此外，比較Protaper Universal F2在5mm和10mm位置的切削量則可得知刀刃長度和切削量的關係。從實驗結果發現，鎳鈦旋轉器械的切削量與其所在位置的直徑大小約成反比，和刀刃長度成正比。此結果仍需更多實驗確認其適用範圍。Endodontic rotary instruments subjected to tensile and compressive stress in canal may fracture without any warning. This research presented a systematic method to test fatigue properties of rotary instrument. An equipment has been established to test the fatigue lives of rotary instruments under different canal settings. A series of FEM analysis has been undertaken to evaluate the position and magnitude of the maximum principal strain in rotary instrument for the above settings. The maximum strain positions largely locate at 40%~60% bent length behind the tip of the instrument and are quite consistent with the fracture positions in the fatigue experiments. By combining the strain and the fatigue life data, we can have the S-N curve to represent the fatigue property of the rotary instrument.his study also established a method to evaluate cutting ability of rotary instrument. By comparing different types of rotary instruments, we discovered that the amount of cutting relates to the ratio of pitch length and diameter of rotary instrument.誌 謝 i文摘要 iibstract iii目錄 vi目錄 ix一章 導論 1-1前言 1-2研究動機 1-3研究方法 2-4論文架構 3二章 文獻回顧 4-1根管治療 4-2鎳鈦旋轉器械 4-2-1鎳鈦記憶合金簡介 4-2-2鎳鈦旋轉器械製造 5-2-3鎳鈦旋轉器械的疲勞機制 6-3鎳鈦旋轉器械裂縫偵測 6-4旋轉器械彎曲角度定義方式 7-4-1 Schneider Angle 7-4-2 Pruett彎度定義 8-5根管銼切削效率評估 8-6根管銼的幾何特徵名稱 9三章實驗材料與設備 21-1實驗材料 21-2金屬彎道夾具 21-3疲勞試驗機台 21-4切削試驗機台 22-4-1施力機構 22-4-2旋轉座 23-4-3切削機制 23-5AUW220D微量天秤 24-6有限元素法分析軟體 24四章實驗原理與方法 36-1鎳鈦根管銼之疲勞試驗 36-1-1根管彎道設定 36-1-2根管在彎道中接觸情況 36-1-3疲勞試驗操作步驟 36-2鎳鈦根管銼之有限元素法模擬 37-2-1模擬條件及材料參數設定 38-2-2應變計算方式 39-2-3最大應變位置 39-2-4彎道口寬度對應變的影響 39-3公式估算最大應變 40-4鎳鈦根管銼切削效率實驗 40-4-1傳統測試方法的缺點 40-4-2根管銼測試區域 41-4-3切削試驗參數 41-4-4切削試驗實驗步驟 41-5多次切削實驗 42-6施力對切削效率影響 42-7切削效率相關幾何設計參數 43-7.1根管銼直徑尺寸常態化 43-7-2刀刃長度常態化 43-7-3根管銼截面傾角的影響 44五章實驗結果與討論 57-1根管銼疲勞性質 57-1-1疲勞壽命實驗 57-1-2推估根管銼彎曲應變 58-1-2.1有限元素法模擬根管銼彎曲狀態 58-1-2.2公式估算最大應變 59-1-2.3不同彎道口寬度應變模擬 59-2根管銼切削性質 60-2-1切削效率評估實驗 60-2-1.1根管銼不同位置之切削效率 60-2-1.2多次切削實驗 60-2-2幾何參數對切削效率影響 61-2-2.1根管銼的直徑尺寸常態化 61-2-2.2根管銼的刀刃長度常態化 62-2-2.3傾角對切削效率之影響 62-2-3施力對切削效率之影響 63六章結論與未來目標 96-1結論 96-2未來目標 98考文獻 9