Comparison of the Effects of Four Methods on the Removal of Calcium Hydroxide Paste in Root Canals by Three-dimensional Reconstruction of Mimics Software
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摘要:
目的 比较4种方法对根管内氢氧化钙糊剂的清除效果。 方法 将40个45°单弯树脂根管随机分成4组，进行根管预备后用玻璃离子水门汀封闭根尖孔，在根管内填充氢氧化钙糊剂，硬蜡封闭根管口。37˚C恒温水浴放置14 d后，分别使用针头冲洗法、Er: YAG激光荡洗法、EDDY工作尖荡洗法和超声荡洗法4种方式消除根管内氢氧化钙糊剂。利用锥形束CT对氢氧化钙清除前后的树脂根管进行扫描，将扫描结果导入Mimics软件，通过Mimics软件对每个根管进行三维重建，并计算各根管内的氢氧化钙体积。氢氧化钙清除前体积为V1，清除后体积为V2，清除率 = （V1-V2）/V1×100%。使用秩和检验进行统计学分析。 结果 清除前各组氢氧化钙糊剂的初始体积差异无统计学意义（P > 0.05）。清除后Er: YAG激光组氢氧化钙糊剂剩余体积为0.1296（0.0920,0.1743） mm³，小于其他3组，差异有统计学意义（P < 0.05），氢氧化钙糊剂清除率为99.63%（99.53%，99.70%），高于其他3组，差异有统计学意义（P < 0.05）。EDDY组和超声荡洗组的清除率分别是99.08%（98.85%，99.19%）和99.04%（98.51%，99.15%），二者差异无统计学意义（P > 0.05），但均高于针头冲洗组74.99%（64.43%，88.07%），差异有统计学意义（P < 0.05）。 结论 Er：YAG激光荡洗、EDDY荡洗、超声荡洗对根管内氢氧化钙糊剂的清除效果均优于针头冲洗法。其中，Er：YAG激光荡洗清除效率最高，EDDY荡洗和超声荡洗的清除效果接近，但4种方法均无法完全清除弯曲根管内的氢氧化钙糊剂。 Abstract:Objective To compare the efficacy of four methods on removal of calcium hydroxide in root canals. Methods Forty simulated resin root canals with 45° curvature were randomly divided into four groups. After root canal preparation, the apical foramen were sealed with glass-ionomer cement, the root canals were filled with calcium hydroxide, and the root canal orifices were sealed with hard wax. After being placed in a constant temperature water bath at 37 ℃ for 14 days, four methods including needle irrigation, Er: YAG laser irrigation, EDDY working tip irrigation and ultrasonic irrigation were used to remove the calcium hydroxide. The resin root canals before and after calcium hydroxide removal were scanned by cone-beam CT, and the scanning results were imported into Mimics software. Three-dimensional reconstruction of each root canal was performed by Mimics software, and the volume of calcium hydroxide in each root canal was calculated. The volume of calcium hydroxide was V1 before removal and V2 after removal, and the clearance rate was （V1-V2）/V1 * 100%. Rank sum test was used for statistical analysis. Results There was no significant difference in the initial volume of calcium hydroxide paste among the groups before removal （P > 0.05）. After removal, the residual volume of calcium hydroxide paste in Er: YAG laser group was 0.1296 （0.0920, 0.1743） mm3, which was less than the other three groups, and the difference was statistically significant （P < 0.05）. The reduction rate of calcium hydroxide paste was 99.63 % （99.53%, 99.70%） in Er: YAG laser group, which was higher than the other three groups, and the difference was statistically significant （P < 0.05）. The reduction rates of EDDY group and ultrasonic group were 99.08% （98.85%, 99.19%） and 99.04% （98.51%, 99.15%）, respectively. There was no significant difference between the two groups （P > 0.05）, but they were higher than needle group 74.99% （64.43%, 88.07%） （P < 0.05）, and the difference was statistically significant. Conclusions In this study, Er: YAG laser-activated irrigation, EDDY irrigation and ultrasonic irrigation have better removal effects on calcium hydroxide paste in root canals than traditional needle irrigation. Compared with other four methods, Er: YAG laser-activated irrigation has the highest removal efficiency, EDDY irrigation and ultrasonic irrigation have similar removal efficiency, but none of the four methods could completely remove calcium hydroxide paste from the curved root canals. -
根管治疗目前是治疗牙髓根尖周病最有效的方法，其原理是控制感染，促进根尖周病变的愈合。氢氧化钙是最常用的根管内消毒剂，可产生强碱性环境而具有抑菌和杀菌作用[1]。
研究表明，残留的氢氧化钙阻碍了封闭剂向牙本质小管的渗透，削弱了根管充填物的封闭性，阻碍树脂封闭剂与牙本质的粘接，显著增加根管治疗牙的根尖微渗漏，还可降低硅基封闭剂的封闭性能[2]，并可能与氧化锌丁香酚封闭剂相互作用，使其脆化、颗粒化。因此，在进行根管充填之前，必须尽量将氢氧化钙从根管中清除[3-4]。
目前根管内氢氧化钙的清除方法主要分2种：机械法与动力冲洗法。白雨豪等[5]采用了一种新型根管清理锉XP-endo finisher（XP锉）及激光荡洗、超声荡洗等5种根管清理方式对弯曲根管内氢氧化钙清除效果进行研究，结果发现使用 XP锉组和激光组氢氧化钙剩余量都显著低于预弯超声组，而针头冲洗组清除效率则更低。本实验选择了临床中常见的部分机械法和部分动力冲洗法清除氢氧化钙糊剂。包括针头冲洗法、Er: YAG激光荡洗、EDDY荡洗、超声荡洗4种方法，通过对比每种方法处理后氢氧化钙剩余率来评价其清除效率，为临床根管冲洗方法的选择提供一定的实验依据。
1. 材料与方法
1.1 主要材料和设备
选取40个单弯树脂根管（新十盈，新十盈口腔器械，中国），弯曲角度45° ；Er：YAG激光治疗仪（赛乐龙，以色列）；恒温水浴锅；超声荡洗设备（赛特力P5，艾龙（ACTEON）集团公司，法国）；氢氧化钙糊剂（LONGLY，朗力，中国）；锥形束CT（Bondent，常州博恩中鼎医疗科技有限公司，中国）；EDDY工作尖（VDW，德国）；机用镍钛锉（ProtaperUniversal，登士柏，美国）；根管马达（登士柏，美国）；1%次氯酸钠溶液；蒸馏水；侧方开口冲洗针头；玻璃离子水门汀；硬蜡。
1.2 实验方法
1.2.1 根管预备和糊剂填充
40个树脂根管采用ProtaperUniversal完成，进行根管预备，预备至F3。玻璃离子水门汀封闭根尖孔，根管干燥后调拌氢氧化钙糊剂（粉剂和液剂），现配现用，将氢氧化钙糊剂填充入树脂根管并用硬蜡封闭根管口。使用锥形束CT对填充满氢氧化钙糊剂的根管进行扫描，扫描后将DICOM数据导入Mimics软件进行冲洗前的三维重建，并计算根管氢氧化钙糊剂的体积（V1）。放置于37° 恒温水浴锅中静置14 d。
1.2.2 分组及处理
将所有样本随机分为4组（n = 10），对各组样本进行编号。
A组 （针头冲洗组）：根管内注满1%次氯酸钠溶液保持60 s，使用5 mL1%次氯酸钠溶液进行冲洗，流速为1 mL/min，匀速冲洗5 min，接着用5 mL蒸馏水以1 mL/min的速度匀速冲洗5 min。
B组（Er: YAG激光荡洗组）：根管内注满1%次氯酸钠溶液保持60 s，使用Er: YAG激光设备（工作模式：50 Hz，60 s），工作尖放置于根管口处，不接触根管壁，以20 s为一循环，共进行3个循环荡洗，期间按需补充次氯酸钠溶液，保证根管内始终充满液体，后续处理同A组。
C组（EDDY荡洗组）：根管内注满1%次氯酸钠溶液保持60 s，使用EDDY工作尖荡洗，工作尖进入根管内距离根尖止点2 mm处，以20 s为一循环，共进行3个循环荡洗，期间按需补充次氯酸钠溶液，保证根管内始终充满液体，后续处理同A组。
D组（超声荡洗组）：在根管内注满1%次氯酸钠溶液保持60 s，使用超声荡洗设备， K15工作尖预弯，进入根管内距离根尖止点2 mm处，超声功率调为4，以20 s为一循环，共进行3个循环荡洗，期间按需补充次氯酸钠溶液，保证根管内始终充满液体，后续处理同A组。
实验结束后，再次使用锥形束CT对树脂根管进行扫描。扫描后将数据导入Mimics软件三维重建，并计算根管中氢氧化钙糊剂的剩余体积（V2）。清除率 = （V1-V2）/V1×100%。
1.3 统计学处理
采用 SPSS 26.0 软件进行Kruskal-Wallis H 检验（检验水准α= 0.05）和Wilcoxon秩和检验（调整α= 0.008）。因该实验计量资料呈偏态分布，固采用M（P25，P75）的形式表达，P < 0.05为差异有统计学意义。
2. 结果
2.1 根管内氢氧化钙糊剂三维重建结果
用Mimics软件对40个样本的CBCT扫描数据进行三维重建。4种不同方法清除弯曲根管内氢氧化钙的三维重建图像，见图1。
图 1 4种方法清除弯曲根管内氢氧化钙的三维重建图注：a～d：氢氧化钙清除前图像；e～h：氢氧化钙清除后图像; a、e：针头冲洗组（A组）；b、f：Er：YAG激光荡洗组（B组）；c、g：EDDY荡洗组（C组）；d、h：超声荡洗组（D组）Figure 1. Three-dimensional reconstruction of calcium hydroxide removal in curved root canals by four methods2.2 4种方法清除氢氧化钙的剩余量
用Mimics软件对40个样本的CBCT数据进行分析，得清除前体积V1和剩余体积V2各40个数据，计算出各根管的清除率。数据采用M（P25，P75）的形式表达，对各组清除前体积、清除后体积及清除率进行秩和检验，结果显示（表1），除4组清除前体积无统计学差异（P = 0.152 > 0.05）外，清除后体积及清除率均有显著性差异（P < 0.001）。
表 1 4组清除前后体积对比（mm3） [n = 10，M（P25，P75）]Table 1. Volume comparison of four groups before and after removal （mm3） [n = 10，M（P25，P75）]体积 A组 B组 C组 D组 H P V1 37.8930（35.0619，39.8430） 35.6483（30.3059，38.4624） 35.7387（31.7397，37.5094） 35.4451（31.7987，36.8102） 5.283 0.152 V2 9.1759（4.3191，12.6670） 0.1296（0.0920，0.1743） 0.3216（0.2644，0.4176） 0.3392（0.2939，0.4784）
32.830
< 0.001*Z −3.780 −3.780 −3.780 −3.780 P < 0.001* < 0.001* < 0.001* < 0.001* *P < 0.05。 为进一步比较各组之间清除率的差异，调整检验水准α’ = 0.05/6≈0.008，每2组之间进行独立样本秩和检验，检验结果显示，C组与D组之间的清除率无统计学意义（P > 0.008），其他2组之间均有显著性差异（P < 0.001）。
Er: YAG激光组氢氧化钙剩余体积为0.1296（0.0920，0.1743）mm³，小于其他3组；氢氧化钙清除率为99.63%（99.53%，99.70%），高于其他组（P < 0.05）。EDDY组和超声组的清除率分别为99.08%（98.85%，99.19%）和99.04%（98.51%，99.15%），差异无统计学意义（P > 0.05），但均明显高于针头冲洗组74.99%（64.43%，88.07%），差异有统计学意义（P < 0.05），见表2和图2。
表 2 4种方法对氢氧化钙糊剂的清除情况[n = 10，M（P25，P75）]Table 2. Removal of calcium hydroxide by four methods [n = 10，M（P25，P75）]分组 剩余氢氧化钙体积（mm） 氢氧化钙清除率（%） A组 9.1759（4.3191，12.6670） 74.99（64.43，88.07） B组 0.1296（0.0920，0.1743） 99.63（99.53，99.70） C组 0.3216（0.2644，0.4176） 99.08（98.85，99.19） D组 0.3392（0.2939，0.4784） 99.04（98.51，99.15） H 32.830 33.045 P < 0.001* < 0.001* *P < 0.05。 
图 2 4种方法对氢氧化钙糊剂的清除情况*P < 0.05。Figure 2. Removal of of calcium hydroxide by four methods3. 讨论
根管壁上的氢氧化钙残留物对根管充填的质量具有负面影响[6]。Silva等[7]的研究氢氧化钙清除效果对环氧树脂糊剂（AHPlus）的粘合强度（bond strength，BS ）的影响，发现残留的氢氧化钙可以降低AHPlus的BS。因此氢氧化钙清除越彻底，根管充填的封闭效果越有保障。
国内外许多学者对于根管内氢氧化钙糊剂清除效果进行了相关研究，但大多研究运用电子显微镜和光学显微镜评价方法，仅能在二维层面进行分析，有一定局限性[8]。对于根管内氢氧化钙的量主要有以下几种评估方法：（1）扫描电镜法：用扫描电子显微镜来检测氢氧化钙剩余量，并用一些评分系统来量化，国内许多研究采用了这种方法[2, 9-11]。不同的研究中放大倍数和使用的评分系统不同，但原理相似。这种方法由于放大倍数高，所评估的面积较小，只能评估根管的一部分，且凭实验者观察来打分，其准确性具有一定争议。（2）面积法：将牙沿牙体长轴纵剖开，对氢氧化钙清除前后对根管内表面进行拍照，再使用图像处理软件测量清除后残余氢氧化钙的面积和根管总面积，通过计算两者的百分率来评价清除效果[2]；这种方法只能在二维的层面比较不同方法的清除效果，不能准确判断氢氧化钙的分布；（3）X线扫描法：口腔X线机分别拍摄各组样本在充填氢氧化钙后及使用不同器械去除氢氧化钙后的 X 线片，观察各组样本氢氧化钙清除的情况[12]。这种方法得出的结果准确度欠佳。本研究采用的Mimics 21.0是由Materialise公司开发的一款医学影像处理软件，是一个具有数字化三维交互式医学影像控制系统和一套高度整合、简单易用的三维图像生成、编辑、处理系统[13]。利用Mimics软件对锥形束CT扫描后的图像进行处理、定位，重建三维模型，不仅可以直观的观察清除前后氢氧化钙的体积，还可以较为精确的计算出清除前后氢氧化钙的体积，结果的准确性得以保证。
Lee等[14]的研究中沿颊舌向将离体牙根劈成两半。在一半根管壁上距根尖 2 mm 处制备一个纵向凹槽，以模拟未经过机械预备的根管峡区；在另一半根管壁上距根尖 2、4、6 mm 处分别制备一个凹槽，以模拟根管侧支，使模型更接近真实的根管状态。这些凹槽代表了根管机械无法触及的区域，根管内糊剂可能会在这里堆积，这种方法的主要缺点是标准化的凹槽不能代表根管解剖的复杂性[15]。在Qian Yang等[16]的研究中，采用了传统针头冲洗（CI）、超声激活冲洗（UAI）、光子诱导光声流（PIPS）和冲击波增强发射光声流（SWEEPS）清除去除下颌磨牙根管内的氢氧化钙，发现近中根管的中三分之一和远中根管的颈段和中三分之一在组间差异无统计学意义（ P > 0.05）。UAI和激光激活冲洗显著改善了近中根管和远中根管顶端三分之一的氢氧化钙去除。本研究使用的体外模型，是一种人工树脂根管，一致性较好，易于统计结果分析。其根管壁光滑而规则，而实体根管壁为牙本质，牙本质表面具有多孔性结构，且有成牙本质细胞突起、牙本质小管等结构，与氢氧化钙糊剂结合更紧密，更不易去除。除此之外，单弯树脂根管与离体牙根管不同，未能完全反映临床情况，具有一定的局限性。
近年来，对氢氧化钙糊剂的清除方式主要分为以下几类：针头冲洗、超声荡洗、声波荡洗、激光荡洗等。相较针头冲洗（syringe/needle，SN），被动超声冲洗（passive ultrasonic irrigation ，PUI）、声波冲洗在去除氢氧化钙方面显示出更高的效率，但是PUI和声波冲洗在弯曲根管中的作用均大大下降，这是由于在弯曲根管内，荡洗锉容易接触根管壁，作用受限。
Lloyd等[17]发现与针头冲洗和超声荡洗相比，PIPS激光荡洗能够更为有效地清除Weine II型根管内的氢氧化钙。此外，还发现使用PIPS激光激活冲洗，能有效去除Weine II型根管构型的下颌磨牙的整个根管系统内氢氧化钙，包括在顶端半部最复杂的峡部区域。而PUI和SN没有持续地从根管系统中去除氢氧化钙。在笔者的研究中，Er: YAG激光荡洗清除效率亦最高。在Kourti等[18]的离体研究比较了不同冲洗系统通过使用扫描电子显微镜（SEM）从根管壁，尤其是根尖段去除氢氧化钙的效率。清除方法有针头、超声冲洗系统、Er: YAG激光、Endo Vac系统。结果显示，与传统技术相比，激光荡洗改善了氢氧化钙的去除。这亦与本研究结果一致。
激光作为目前较为新型且应用于临床治疗的方法，其种类主要有半导体激光、CO2激光、氩离子激光、Nd: YAG激光、Er: YAG激光和Er: Cr: YSGG激光。Peeters等[19]的研究发现，在0.02锥度弯曲根管内，Er: Cr: YSGG激光对根尖气锁的去除效果显著优于超声。Er: YAG 激光在根管内产生光声流效应，激发水分子反应引发膨胀和冲击波，使液体在根管内高速地、三维地流动，达到清理根管壁的作用[20]。在Hoshihara等[21]的研究中，除了发现Er: YAG激光去除率明显高于超声激活冲洗（ultrasonic activated irrigation，UAI）外，还发现当针尖插入深度固定在该位置时，随着脉冲能量和针尖直径的增加，氢氧化钙去除率显著增加。临床可根据具体根管的直径等来做出合适的选择。然而激光荡洗需要购买专门的设备，前期投入较大。
超声荡洗时，超声锉在根管中自由运动，超声锉并不直接接触根管壁，通过在根管内的自由振动诱发冲洗液产生声流效应，对根管壁产生持续的机械冲刷。超声还能产生空穴效应和热效应[22]，使根管内温度和压力升高，温度升高可提高NaOCl溶解组织的能力，增强其抑制细菌和溶解组织能力[23]，而压力升高则可形成冲击波作用于根管壁，从而达到清洁根管的目的。且在一定程度上可以提高复杂根管系统的冲洗效果，减少根尖溢出而引起的不良反应[24]。
该实验采用的由德国VDW公司生产的声波驱动EDDY工作尖，EDDY荡洗设备采用压电超声波技术，可使根管内的液体快速运动、声波震荡形成涡流，通过声流作用、空化作用，达到根管清理的目的。它具有与超声相同的激活冲洗液的功效，并且因为工作尖是由柔软的聚合物制成[25]，柔软的材料降低了工作尖折断或破坏根管内壁牙本质的风险，保证了操作的安全性和有效性。
本实验中，EDDY组清除率和超声组的清除率分别为99.08%和99.04%，二者差异并无统计学意义。原因可能是本实验采用的根管为单弯树脂根管，其根管结构和形态简单，根管壁光滑而规则，导致EDDY组和超声组的清除率差异不大。
综上所述，本实验结果显示，Er: YAG激光对氢氧化钙的清除效率最佳。EDDY作为一种新型工作尖，表现类似于超声荡洗，且有不切削根管壁、根管顺应性好等优点，是一种高效、安全的清理工具，可以作为未来临床根管冲洗的选择之一。本实验结果为临床根管冲洗方法的选择提供了一定的实验依据。
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图 1 4种方法清除弯曲根管内氢氧化钙的三维重建图
注：a～d：氢氧化钙清除前图像；e～h：氢氧化钙清除后图像; a、e：针头冲洗组（A组）；b、f：Er：YAG激光荡洗组（B组）；c、g：EDDY荡洗组（C组）；d、h：超声荡洗组（D组）
Figure 1. Three-dimensional reconstruction of calcium hydroxide removal in curved root canals by four methods
图 2 4种方法对氢氧化钙糊剂的清除情况
*P < 0.05。
Figure 2. Removal of of calcium hydroxide by four methods
表 1 4组清除前后体积对比（mm3） [n = 10，M（P25，P75）]
Table 1. Volume comparison of four groups before and after removal （mm3） [n = 10，M（P25，P75）]
体积 A组 B组 C组 D组 H P V1 37.8930（35.0619，39.8430） 35.6483（30.3059，38.4624） 35.7387（31.7397，37.5094） 35.4451（31.7987，36.8102） 5.283 0.152 V2 9.1759（4.3191，12.6670） 0.1296（0.0920，0.1743） 0.3216（0.2644，0.4176） 0.3392（0.2939，0.4784）
32.830
< 0.001*Z −3.780 −3.780 −3.780 −3.780 P < 0.001* < 0.001* < 0.001* < 0.001* *P < 0.05。 
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表 2 4种方法对氢氧化钙糊剂的清除情况[n = 10，M（P25，P75）]
Table 2. Removal of calcium hydroxide by four methods [n = 10，M（P25，P75）]
分组 剩余氢氧化钙体积（mm） 氢氧化钙清除率（%） A组 9.1759（4.3191，12.6670） 74.99（64.43，88.07） B组 0.1296（0.0920，0.1743） 99.63（99.53，99.70） C组 0.3216（0.2644，0.4176） 99.08（98.85，99.19） D组 0.3392（0.2939，0.4784） 99.04（98.51，99.15） H 32.830 33.045 P < 0.001* < 0.001* *P < 0.05。
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