CN107970075A - 可变热处理牙髓锉刀 - Google Patents

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Abstract

本公开涉及牙髓器械领域，并且更具体来说，涉及用于制造牙髓锉刀的装置和方法，其包括基于将在牙髓锉刀坯件中形成的几何参数来将可变热处理应用于所述坯件。

Description

可变热处理牙髓锉刀
本申请的交叉引用
本申请要求2016年10月22日提交的美国临时申请62/411603的优先权，由此通过引用而将其整体并入。
技术领域
本发明涉及牙髓器械领域，并且更具体来说，涉及用于在牙科手术期间清洁牙齿根管、从牙齿根管去除碎屑和/或使牙齿根管成型的旋转锉刀。
背景技术
牙齿可能会发生龋坏。龋坏感染牙齿组织。龋坏感染牙齿根管中的牙齿组织。如果根管中的牙齿组织受到感染，应从牙齿去除受感染的组织，以防龋坏和/或感染进一步扩散。
用于从根管去除受感染的牙齿组织的牙科手术通常需要专门的工具。此类工具包括牙髓锉刀。牙髓锉刀通常用于从根管去除受感染的牙齿组织。牙髓锉刀还用于从牙齿的其他部分(诸如邻近根管的组织)去除受感染的牙齿组织。
根管的形状因患者而异。根管通常狭窄且曲折。根管的曲率通常分为三类：笔直、适度、重度。牙髓锉刀可灵活地导航通过根管的曲率。
表1和表2(下文)概述了根管构型和长度的平均值。
表1：说明性根管构型
牙齿 平均长度 根数 管数
上颌骨前牙
中切牙 22.5mm 1 1
侧切牙 22.0mm 1 1
犬齿 26.5mm 1 1
上颌前磨牙
第一前磨牙 20.6mm 2-3 1(6％)
2(95％)
3(1％)
第二前磨牙 21.5mm 1-3 1(75％)
2(24％)
3(1％)
上颌磨牙
第一磨牙 20.8mm 3 4(93％)
3(7％)
第二磨牙 20.0mm 3 4(37％)
3(63％)
第三磨牙 17.0mm 1-3
下颌前牙
中切牙 20.7mm 1 1(58％)
2(42％)
侧切牙 20.7mm 1-2 1(58％)
2(42％)
犬齿 25.6 1 1(94％)
2(6％)
下颌磨牙
第一磨牙 21.0mm 2-3 3(67％)
4(33％)
第二磨牙 19.8mm 2 2(13％)
3(79％)
4(8％)
第三磨牙 18.5mm 1-2
表2：说明性人类牙齿测量值
使用以下术语表和相关方程式来描述牙髓锉刀：
A＝尖端
B＝锥度
L1＝距锉刀端部1mm处的长度
L10＝距锉刀端部10mm处的长度
D1＝锉刀的直径@L1＝A(尖端)
D10＝锉刀的直径@L10＝B*10+(D1)
β＝锉刀的锥度＝TAN-1(((D10/2)-(D1/2))/9)
用于从根管去除受感染组织的牙髓锉刀足够小以便在不损伤未感染的牙齿组织的情况下从根管去除受感染的组织。典型的锉刀长度包括23mm和27mm。这两个长度分别针对短根管和长根管。牙髓锉刀还渐成锥形，以便“适配”到根管中并到达根管的根尖孔。某些锉刀可以不是锥形的。下表3示出常见的锉刀尺寸。
表3：常见锉刀尺寸
图1示出说明性锥度设计和相关联的测量值。
可以旋转牙髓锉刀以去除受感染的组织。通过手和/或机器来旋转锉刀。优选以尽可能接近的方式维持原始根管的尺寸和/或比例来使根管成型。这种成型的根管减少了周围牙齿结构的强度损失，并且允许根管稍后在封闭阶段期间进行填充时空隙尽可能少。
期望的根尖尺寸和锥度包括将管成型为圆锥形形状或至少部分地圆锥形形状。圆锥形形状从牙齿的入口腔(在牙齿的冠状区域处)延伸到根尖孔。圆锥形根管有利于在牙科手术的冲洗过程期间去除牙质碎屑(例如，坏死的组织)以及根管的清洁。圆锥形形状还有利于在根管牙科手术的后续封闭阶段期间杜仲胶(gutta-percha)或其他合适密封剂的适当流动。
然而，由于尺寸较小，牙髓锉刀在根管中操作期间容易断裂。例如，在操作中，当导航穿过根管的弯曲区段时，锉刀经受扭转应力和弯折应力。这两个应力与锉刀断裂或其他故障相关联。在牙科手术期间，根管中锉刀的断裂与不良并发症相关联。例如，很难从根管中取出断裂锉刀的碎片。
牙髓锉刀由各种材料构造成，包括不锈钢和镍钛(“NiTi”)。NiTi是通常存在于两种晶体结构，即奥氏体和马氏体中的合金。NiTi也存在于被称为菱面体相或r相的第三晶体结构中。不同NiTi晶体结构之间的变化可能是应力诱导的或热诱导的。NiTi从一种晶体结构转变到另一种晶体结构的能力为NiTi锉刀提供了超弹性和形状记忆特性。
NiTi的超弹性和高度的柔韧性使其成为牙髓锉刀制造的极具吸引力的选择。高度弹性的锉刀保持在根管的中心，并且不太倾向于根管矫直或产生其他准备错误。NiTi的形状记忆提供了这样一种牙髓锉刀：其具有抵抗在根管中操作时响应于施加到锉刀上的应力而变形的能力。
此外，弯曲根管中的旋转运动每回转一次，锉刀就弯折一次，从而使锉刀经受循环疲劳。较柔韧的锉刀不太容易受循环疲劳的影响，因此在牙科手术期间不太可能发生断裂。然而，即使是超弹性的锉刀也不能免于循环疲劳。
为了减小锉刀断裂的风险，在牙科手术期间，通常使用一组尺寸从相对较小到逐渐变大的NiTi锉刀。为了降低锉刀断裂的风险，推进锉刀直到达到阈值抵抗力。然后取出锉刀，并且插入较大尺寸的锉刀并进一步朝根尖推进。所述程序依序地进行，直到根管完全准备好。
在根管已经成型为期望的尺寸和锥度之后，在牙科手术的后续封闭阶段期间，将杜仲胶或另一种合适的密封剂推入到准备好的管中。
发明内容
希望提供一种在根管中操作时对扭转应力和循环疲劳具有甚至更大抵抗力的牙髓锉刀。希望提供一种平衡超弹性和形状记忆特性的牙髓锉刀，以实现与所述锉刀相关联的特定功能和/或尺寸。
根据本发明的一个方面，提供一种用于一组镍钛(NiTi)牙髓锉刀的热处理，其中对于所述一组镍钛牙髓锉刀中的每个锉刀，基于将在锉刀坯件中制造的一个或多个几何参数来将所述热处理应用到所述锉刀坯件。
作为优选，所述几何参数为：a)所述一组镍钛牙髓锉刀中每个锉刀的体积；b)所述一组镍钛牙髓锉刀中每个锉刀的质量；c)所述一组镍钛牙髓锉刀中每个锉刀的横截面积；d)所述一组镍钛牙髓锉刀中每个锉刀的锥度；或e)所述一组镍钛牙髓锉刀中的每个锉刀的尖端尺寸。
根据本发明的另一个方面，提供一种用于一组镍钛(NiTi)牙髓锉刀的热处理，其中所述热处理基于锉刀尺寸和锉刀锥度来定制所述一组镍钛牙髓锉刀中每个锉刀的柔韧性。
作为优选，所述一组镍钛牙髓锉刀中至少一个锉刀包括恒定锥度和最大狭槽直径。
作为优选，对于所述一组镍钛牙髓锉刀中每个构件，所述热处理提供每个锉刀对扭转应力和循环疲劳的阈值抵抗力。
作为优选，所述热处理降低了所述一组镍钛牙髓锉刀中任何锉刀在操作期间断裂的风险。
根据本发明的另一个方面，提供一种用于制造牙髓锉刀的方法，所述方法包括：基于在对锉刀坯件应用热处理之后使用所述锉刀坯件形成的牙髓锉刀的一个或多个几何参数来将所述热处理应用于所述锉刀坯件。
作为优选，所述热处理定义所述牙髓锉刀中超弹性的百分比和控制记忆的百分比。
作为优选，所述热处理提供对扭转应力具有阈值抵抗力的所述牙髓锉刀。
作为优选，所述热处理提供对循环疲劳具有的阈值抵抗力的所述牙髓锉刀。
根据本发明的另一个方面，提供一种牙髓锉刀，包括：a)在锉刀坯件中形成的ISO04锥度和20尖端，所述锉刀坯件已经在465摄氏度+/-5度下，持续加热5分钟+/-3分钟，然后迅速淬火；b)在锉刀坯件中形成的ISO 06锥度和13尖端，所述锉刀坯件已经在467摄氏度+/-5度下，持续加热7分钟+/-3分钟，然后迅速淬火；c)在锉刀坯件中形成的ISO 06锥度和55尖端，所述锉刀坯件已经在515摄氏度+/-5度下，持续加热180分钟+/-3分钟，然后冷却至室温；或d)在锉刀坯件中形成的ISO 08锥度和25尖端，所述锉刀坯件已经在500摄氏度+/-5度下，持续加热180分钟+/-3分钟，然后冷却至室温。
根据本发明的另一个方面，提供一种用于制造牙髓锉刀的方法，其中：a)所述牙髓锉刀的尺寸为ISO 20/40，所述方法包括在465摄氏度下对锉刀坯件持续加热7分钟，然后在将所述锉刀坯件形成为所述20/40尺寸之前对所述锉刀坯件进行淬火；b)所述牙髓锉刀的尺寸为ISO 25/40，所述方法包括在465摄氏度下对锉刀坯件持续加热9分钟，然后在将所述锉刀坯件形成为所述25/40尺寸之前对所述锉刀坯件进行淬火；c)所述牙髓锉刀的尺寸为ISO 30/40，所述方法包括在465摄氏度下对锉刀坯件持续加热9分钟，然后在将所述锉刀坯件形成为所述30/40尺寸之前对所述锉刀坯件进行淬火；d)所述牙髓锉刀的尺寸为ISO 30/40，所述方法包括在500摄氏度下对锉刀坯件持续加热180分钟，然后在将所述锉刀坯件形成为所述30/40尺寸之前将所述锉刀坯件空气持续冷却60分钟；e)所述牙髓锉刀的尺寸为ISO 35/40，所述方法包括在500摄氏度下对锉刀坯件持续加热180分钟，然后在将所述锉刀坯件形成为所述35/40尺寸之前将所述锉刀坯件空气持续冷却60分钟；f)所述牙髓锉刀的尺寸为ISO 35/40，所述方法包括在465摄氏度下对锉刀坯件持续加热9分钟，然后在将所述锉刀坯件形成为所述35/40尺寸之前对所述锉刀坯件进行淬火；g)所述牙髓锉刀的尺寸为ISO 40/40，所述方法包括在500摄氏度下对锉刀坯件持续加热190分钟，然后在将所述锉刀坯件形成为所述40/40尺寸之前将所述锉刀坯件空气持续冷却60分钟；h)所述牙髓锉刀的尺寸为ISO 45/40，所述方法包括在505摄氏度下对锉刀坯件持续加热195分钟，然后在将所述锉刀坯件形成为所述45/40尺寸之前将所述锉刀坯件空气持续冷却60分钟；i)所述牙髓锉刀的尺寸为ISO50/40，所述方法包括在507摄氏度下对锉刀坯件持续加热195分钟，然后在将所述锉刀坯件形成为所述50/40尺寸之前将所述锉刀坯件空气持续冷却60分钟；j)所述牙髓锉刀的尺寸为ISO 55/40，所述方法包括在510度下对锉刀坯件持续加热200分钟，然后在将所述锉刀坯件形成为所述55/40尺寸之前将所述锉刀坯件空气持续冷却60分钟；或k)所述牙髓锉刀的尺寸为ISO 25/08，所述方法包括在465摄氏度下对锉刀坯件持续加热10分钟，然后在将所述锉刀坯件形成为所述25/08尺寸之前对所述锉刀坯件进行淬火。
附图说明
图1示出说明性锥度设计和相关联的测量值。
图2示出具有三个切割刃的三角形横截面构型。
图3和图4示出具有这种外观和磨痕的说明性锉刀。
图5示出超弹性(SE)、控制记忆(CM)和锉刀尺寸的变化百分比之间的说明性的优选关系。
图6示出抗应力与锉刀尺寸之间的说明性的优选关系。
图7示出几何参数沿长度变化的说明性锉刀和锉刀的说明性横截面积。
图8示出根管的最窄部分不是在顶点，而是在曲线的中间部分(称为“肘部”)附近。
图9示出输送和穿孔的实例。
图10示出说明性恒定锥度和最大狭槽设计。
图11示出具有恒定锥度和最大狭槽直径的说明性锉刀或锉刀坯件。
图12示出包括下陷设计的说明性横截面。
图13示出包括非下陷设计的说明性横截面。
图14示出包括三角形设计的说明性横截面。
图15示出说明性矩形横截面。
图16示出使用可变热处理制造的说明性锉刀和牙髓锉刀的相关联几何参数。
图17示出图16所示锉刀的说明性横截面和相关联几何参数。
图18示出图16所示的锉刀的说明性尖端几何参数。
图19和图20示出使用可变热处理制造的说明性锉刀的说明性尺寸和相关联的几何参数。
具体实施方式
用于牙髓锉刀的优选构造材料包括不锈钢和NiTi合金。此类材料，特别是NiTi合金(例如，铜镍钛诺、镍镍钛诺等)表现出良好的柔韧性、弹性和强度。NiTi锉刀表现出超弹性和形状记忆(或受控记忆)特性。柔韧性和强度降低了在根管中操作时锉刀断裂的可能性。
优选地，在根管手术期间使用的牙髓锉刀应该能够以在根管成型之后适合于封闭的方式来使根管成型。使根管成型通常包括切割牙齿组织。
牙髓锉刀可由一个或多个性能特征来定义。锉刀的一个或多个几何参数影响锉刀的性能特征。几何参数针对单个性能特征或性能特征的组合。说明性几何参数包括锉刀的体积、密度、质量和/或横截表面积。说明性锉刀的说明性几何参数如下表4所示。
表4：
说明性几何参数包括锉刀的锥度(其包括非锥形锉刀)和锉刀的尖端尺寸。
几何参数影响锉刀的一个或多个性能特征。例如，性能特征包括锉刀的切割效率。切割效率通常取决于两个几何参数：a)其切割刃的前角，和b)碎屑去除能力。
前角是由垂直于待去除材料(例如，牙齿组织)的表面的轴线与锉刀切割刃形成的角度。前角可为负或正。
碎屑去除能力通过去除面积系数(RAC)来量化。RAC可定义为：
RAC＝外接区域/材料横截面积/切割刃数
如图2(具有三个切割刃的三角形横截面构型)所示，较多的切割刃转化为较低的RAC值。
获得牙髓锉刀的优选切割效率涉及平衡前角和RAC值。高切割能力(正前角和/或多个切割刃)通常与低RAC值不相容。例如，具有高切割能力的锉刀在根管成型期间容易堵塞。堵塞是由于以高于去除能力(例如，低RAC值)的速率产生牙质碎屑而导致的。堵塞可能导致锉刀卡住、顶端挤压牙质碎屑或甚至锉刀断裂。
现有的牙髓锉刀通常包括两个或更多个切割刃。多个切割刃降低锉刀的RAC值。
锉刀的工作长度具有包括切割刃的螺旋形或非螺旋形狭槽(flute)。工作长度位于锉刀的近端(手柄)与远端(尖端)之间。牙髓锉刀通常包括两个或更多个狭槽。一般来说，每个狭槽具有两个切割刃：切割刃和后缘。横截面为三角形的锉刀具有三个狭槽和六个理论边缘。然而，由于横截面的三角形形状，狭槽1的后缘也是狭槽2的切割刃，狭槽2的后缘也是狭槽3的切割刃，并且狭槽3的后缘也是狭槽1的切割刃。因此，三角形锉刀通常具有三个切割刃。
牙髓锉刀的几何参数包括锉刀尖端的尺寸。尖端提供两个主要功能：a)尖端在成型期间使根管扩大，b)在成型期间引导锉刀穿过根管。
尖端的这两个功能是通过平衡尖端的各种几何参数来实现的。说明性几何参数包括切割刃的前角、尖端的切割刃的角度和半径，以及狭槽末端与锉刀尖端的接近度。平衡牙髓锉刀的此类几何参数尚不容易实现。例如，通常，在现有锉刀中，改进的尖端功能可能以锉刀的其他性能特征为代价。
可以通过扭转横截面为三角形、正方形或菱形的锉刀坯件来制造牙髓锉刀的狭槽、锥度、尖端或任何其他几何参数。
用于制造螺旋形或非螺旋形狭槽、锥度、尖端或其他几何参数的另一种方法包括加工过程。例如，使固体锉刀坯件移动经过旋转的磨轮。锉刀坯件被反复转位(index)，并且根据需要多次移动经过磨轮，以形成具有期望几何参数的锉刀。
说明性加工过程包括使用放电加工(EDM)技术。说明性的EDM方法和装置在美国专利号7,207,111中公开，所述专利以引用方式整体并入本文。说明性方法包括使用电化学加工(ECM)技术。制造方法包括扭转和磨削的组合。
在一些实施方案中，通过激光切割管子或磨削管子来制造锉刀。在一些实施方案中，通过扭转平板材料以形成横截面来制造锉刀。
可以通过应用热处理(以下称为“热处理(heat-treat)”)来获得牙髓锉刀的性能特征。在制造锉刀的几何参数(例如，狭槽)之前和/或之后应用热处理。
说明性热处理包括退火过程。在形成锉刀坯件之前执行退火过程，或者在其形成之后对坯件执行退火过程。退火是指将合金加热至阈值温度，并且将这个温度维持足以使合金特性实现期望变化的时间。
例如，NiTi锉刀坯件的退火过程包括在阈值温度下加热坯件并且持续足够的时间以使坯件达到在100％奥氏体与100％马氏体之间具有期望晶体结构的状态。晶体结构优选地包括一定百分比的菱面体相晶体结构。在一些实施方案中，菱面体相是唯一的晶体结构。可替代地，晶体结构是没有任何菱面体相的奥氏体和马氏体的组合。
用于诱导期望的晶体结构的阈值温度可取决于特定的NiTi合金，但对于典型的NiTi合金，通常在约250-700℃的范围内，并且有利地在约350-550℃的范围内。一般来说，NiTi锉刀坯件的退火时间为约15秒至约20分钟。
例如，1mm直径的NiTi锉刀坯件可在约495℃的温度下退火达15秒的时间，以便诱导包含90％≤奥氏体＜100％的晶体结构，其余的为菱面体相。在退火过程之后，可将锉刀坯件冷却至室温或环境温度，此时其保持期望的晶体结构。在退火之后，仪器坯件中的超弹性材料可仅包括菱面体相、或奥氏体和/或马氏体的组合，或由奥氏体和马氏体组成而成的相结构。
在退火过程之后，在锉刀坯件中制造切割刃。例如，可以使锉刀坯件在低温(例如，低于约100℃)下扭转。扭转可以在环境温度下进行，而不必将坯件和模具设备浸入高温盐浴或将其暴露于其他高温方法。
在坯件中制造切割刃之后，可以应用第二次热处理。在第二次热处理之后，可冷却锉刀。例如，可对锉刀进行快速淬火。第二次热处理可以在约300-800℃的温度范围内。第二次热处理可以通过常规加热炉、电加热、电感加热或通过将扭转的仪器浸入加热的液体中来执行。可以在第二次热处理之后立即进行快速淬火。快速淬火在几分之一秒至几秒内将锉刀冷却。
冷却可由任何适当的方法来执行。例如，可通过将加热后的锉刀坯件置于室温环境并等待锉刀冷却达某个时间段来使加热后的锉刀坯件冷却。
第二次热处理使锉刀具有奥氏体终止温度。奥氏体终止温度是NiTi表现出超弹性特性的温度。第二次热处理可以使锉刀具有刚好低于人体温度的奥氏体温度。当奥氏体终止温度刚好低于人体温度时，锉刀可在用于患者口腔内进行的牙科手术时表现出超弹性(通常是提高的刚性或刚度)。在一些实施方案中，第一次热处理(例如，退火过程)也可以使锉刀具有奥氏体终止温度。
淬火之后，可以应用第三次热处理以消除锉刀中的应力。例如，为了消除锉刀材料内的应力，将锉刀加热到约150-300℃的温度。执行说明性的应力消除热处理持续约2-6小时。
美国专利号7,779,542中公开了说明性的热处理方法和装置，所述专利以引用方式整体并入本文。
尽管锉刀坯件用于形成具有不同几何参数和/或性能特征的锉刀，通常锉刀坯件以统一的方式进行热处理。本公开涉及基于期望的几何参数和预期将在坯件中制造的相关联性能特征、应用于锉刀坯件的可变热处理方法。优选地，在锉刀中形成切割刃之前，将可变热处理应用于锉刀坯件。实施方案还包括已经在锉刀中形成切割刃之后对锉刀应用可变热处理。
当施加可变热处理之后，在坯件中形成狭槽时，狭槽的形成使锉刀具有独特的美学配色方案。所述配色方案改善了用户体验和时尚简约的锉刀外观。例如，通过在开槽之前应用多个热处理序列，锉刀的主体保持较暗或无光泽的外观(例如，深蓝/棕色)，而狭槽看起来极富光泽。类似地，通过在磨削之前应用可变热处理序列，坯件获得较暗或无光泽的外观(例如，深蓝/棕色)。
在一些实施方案中，在应用可变热处理序列之后，在锉刀中磨削的深度标记提供了具有增强的可见性的标记。示例性深度标记可以从锉刀尖端16mm处磨削。类似地，可以在锉刀中添加磨痕或凹槽，以使得对比的黑暗/闪亮外观将允许更容易看到和区分磨痕或凹槽。图3-4示出具有这种外观和磨痕的说明性锉刀。
由可变热处理的应用创建的NiTi锉刀，具有定制的用于锉刀几何参数的超弹性和受控记忆特性的平衡。具有预定的超弹性和控制记忆百分比的锉刀在根管中操作时表现出较高的抵抗循环疲劳和扭转应力的能力。对几何参数和相关联性能特征不同的锉刀应用可变热处理，可制造出在临床使用期间不太可能断裂的锉刀，并且执行根管手术时需要使用的锉刀较少。
可以使用可变热处理技术来产生具有任何合适的超弹性和/或控制记忆百分比的锉刀。超弹性和控制记忆的此类百分比对应于锉刀中奥氏体、马氏体和/或r相晶体结构的百分比。此类定制锉刀不再需要创建使用多个锉刀系统的混合技术，因为系统中每种尺寸的锉刀都是专为优化性能而设计。
在优选实施方案中，当锉刀尺寸增大时，锉刀内用于控制记忆的超弹性百分比减小。可以使用瑞士日内瓦国际标准化组织(“ISO”)3630标准系列中描述的术语表来定义锉刀尺寸，所述文献以引用方式整体并入本文。
例如，可以使用可变热处理技术来制造具有90％超弹性(例如，更具刚性或刚度)的相对小的20/.04尺寸的锉刀。作为另一个实例，可变热处理技术可以产生具有90％控制记忆(例如，更柔韧)的相对大的55/.05尺寸的锉刀。
90％控制记忆的较大尺寸的锉刀在根管中操作时更柔韧。通常，锉刀被构造来在根管中操作，以使得体温足够高以激活锉刀内的奥氏体晶体结构。在操作期间，应力可将奥氏体结构转变为更具延展性的马氏体晶体结构。因此，在根管中操作时锉刀坯件中的马氏体相(例如，控制记忆)百分比越高，在根管中操作时的柔韧性就越高。对于较大尺寸的锉刀来说，较高程度的柔韧性降低了在根管中操作时锉刀断裂的可能性。
对于较小尺寸的锉刀，可能会期望在根管中操作时奥氏体相(例如，超弹性)百分比较高。较小尺寸的锉刀通常固有地比较大尺寸的锉刀更柔韧。较小尺寸的锉刀不太可能断裂，尽管锉刀将具有提高的刚度。因此，马氏体(例如，控制记忆)百分比越小且超弹性百分比越高，在根管中操作时的刚度就越高。在根管中操作时，较小尺寸的锉刀也会经受较小的应力。较小应力使得较小锉刀在根管中操作时保持较高百分比的奥氏体相。因此，在根管中操作时，在大多数超弹性的坯件中形成的较小锉刀在高于奥氏体终止温度的温度下保持其刚度。对于较小尺寸的锉刀来说，较高程度的刚度降低了在根管中操作时锉刀断裂的可能性。
图5示出超弹性(SE)、控制记忆(CM)和锉刀尺寸的变化百分比之间的说明性的优选关系。锉刀内的超弹性和控制记忆的百分比对应于锉刀的菱面体相、奥氏体和/或马氏体晶体结构的百分比。
优选地，对锉刀坯件应用可变热处理过程提供可保持对扭转应力的抵抗力的较小尺寸锉刀，并且为较大尺寸的锉刀提供对循环疲劳的增加的抵抗力。图6示出抗应力与锉刀尺寸之间的说明性的优选关系。阴影区域(由阴影箭头表示)展示对循环疲劳的抵抗力的改善，这得益于与传统热处理相对的可变热处理。
可基于锉刀的一个或多个几何参数来定义“较大”和“较小”尺寸的锉刀。此类几何参数包括任何合适的参数。说明性几何参数包括锉刀的锉刀体积、质量和/或横截面积。说明性几何参数包括具有02锥度、无锥度、04、06、08、100和/或120锥度的锉刀。说明性几何参数包括从06到100的尖端尺寸。基于一组特定的几何锉刀参数来应用特定的可变热处理。
在优选实施方案中，基于锉刀的质量来确定可变热处理的参数(例如，持续时间、温度)。锉刀的质量包括锉刀的工作长度的质量。质量包括锉刀的工作长度以及延伸超出工作长度的锉刀长度的质量。
通常将可变热处理应用于锉刀坯件。在预期在锉刀坯件中形成狭槽或其他几何参数之后，可基于锉刀的预期质量来确定锉刀的质量。例如，可对锉刀坯件进行磨削，以使得锉刀沿其工作长度包括可变锥度和/或可变横截面。在锉刀坯件中形成几何特征之后，基于锉刀的预期质量来确定应用于锉刀坯件的可变热处理。
在一些实施方案中，将多个可变热处理应用于单个锉刀。例如，可以形成锉刀以包括沿锉刀长度变化的几何参数。例如，可以形成(通过磨削或扭转)锉刀坯件以包括可变锥度、可变螺旋角、可变狭槽深度或沿锉刀长度变化的任何其他几何参数。基于预期沿长度应用的几何参数，将一组不同的可变热处理参数应用于一定长度的锉刀坯件。
图7示出几何参数沿长度变化的说明性锉刀(和锉刀的说明性横截面积)。
图7所示的锉刀包括从锉刀的尖端延伸到3mm的第一区段。第一区段可具有第一组几何参数。第一区段可具有第一质量。在一些实施方案中，基于第一质量将第一组可变热处理参数应用于第一区段。一组说明性的可变热处理参数包括加热温度、加热时间、冷却方法和冷却时间。
图7所示的锉刀还包括从距尖端3mm延伸到距尖端8mm的第二区段。第二区段可具有第二组几何参数和第二质量。第二质量可不同于第一质量。在一些实施方案中，基于第二质量将第二组可变热处理参数应用于第二区段。第二组热处理参数可不同于第一组可变热处理参数。
图7所示的锉刀还包括从距尖端8mm延伸到距尖端12mm的第三区段。第三区段可具有第三组几何参数。第三区段可具有第三质量。第三质量可不同于第一质量并且不同于第二质量。在一些实施方案中，基于第三质量将第三组可变热处理参数应用于第三区段。第三组热处理参数可不同于第一组可变热处理参数或第二组可变热处理参数。
下文示出说明性的几何参数和与几何参数相关联的热处理值。下文示出的几何参数和相关联的可变热处理值是说明性的。例如，度数值可以是+/-5摄氏度，并且时间值可以是+/-3分钟。具有下文未示出的几何参数的锉刀可通过应用在下文示出的最小可变热处理值与下文示出的最大量级几何参数之间的可变热处理值来制造。在一些实施方案中，基于形状记忆与期望的超弹性的比例来确定可变热处理值。
具有三角形截面、04锥度、20尖端和12mm长度的锉刀的质量特性：
·密度：16387.06400000毫克/立方英寸
·质量：0.78008316毫克
·体积：0.00004760立方英寸
·表面积：0.02090361平方英寸
·加热温度：465℃
·加热时间：5分钟
·冷却方法：快速淬火
·冷却时间：＜1.25秒
具有三角形横截面、06锥度、13尖端和12mm长度的锉刀的质量特性：
·密度＝16387.06400000毫克/立方英寸
·质量＝0.90491513毫克
·体积＝0.00005522立方英寸
·表面积＝0.02185530平方英寸
·加热温度：467℃
·加热时间：7分钟
·冷却方法：快速淬火
·冷却时间：＜1.25秒
具有三角形横截面、06锥度、55尖端和12mm长度的锉刀的质量特性：
·密度＝16387.06400000毫克/立方英寸
·质量＝2.18778611毫克
·体积＝0.00013351立方英寸
·表面积＝0.03640349平方英寸
·加热温度：515℃
·加热时间：180分钟
·冷却方法：空气冷却至室温
·冷却时间：30-60分钟
具有三角形横截面、08锥度、25尖端和12mm长度的锉刀的质量特性：
·密度＝16387.06400000毫克/立方英寸
·质量＝1.49426111毫克
·体积＝0.00009119立方英寸
·表面积＝0.02879175平方英寸
·加热温度：500℃
·加热时间：180分钟
·冷却方法：空气冷却至室温
·冷却时间：30-60分钟
优选地，在根管中操作时，牙髓锉刀应保留根管的自然曲率。保留自然曲率包括保持根尖孔尽可能小。锉刀应优选地使根管成型为没有孔输送或孔输送最少。锉刀应优选地在不刺穿根管的情况下使管成型。
为了更好地量化在根管成型过程中锉刀输送的影响，已经查阅了其他文献。正如F.S.Weine博士在其科学论文中所述：“The effect of preparation procedures onoriginal canal shape and on apical foramen shape(准备程序对原始根管形状和根尖孔形状的影响)”，根管的最窄部分不是在顶点，而是在曲线的中间部分(称为“肘部”)附近(如图8所示)。
使用可变热制造的锉刀表现出增强的性能特征。在根管中操作时，典型的锉刀趋向于在根管内矫直。在插入或取出期间，锉刀可在肘部与肘部和顶点之间的弯曲的外侧部分上的壁之间“穿越”根管的内部部分。使用可变热处理制造的锉刀不太可能趋向于在根管内矫直。
P.J.Brockhurst博士也进行了类似的研究，并且在出版物“Changes in rootcanal morphology in simulated curved canals(模拟曲管中根管形态的变化)”中进行了描述。基于Brockhurst博士的研究，NiTi旋转锉刀在顶点的凸面和根管的弯曲部分的凹面上形成明显的根管输送，并且可估计出最大的输送在顶点和距顶点2mm处。图9示出输送和穿孔的实例。图9中的箭头示出根管中旋转锉刀易于改变根管路径的各点。使用可变热处理制造的锉刀不太可能“输送”和改变根管路径。
由于牙齿解剖学的巨大差异、保留根管的自然曲率以及避免孔输送，典型的牙科手术涉及使用两个或更多个锉刀来使管成型或将受感染的组织清除出根管。
例如，当使用NiTi锉刀进行手术时，使用K型锉刀在根管中启动引导滑移路径。在启动滑移路径之后，使用一个或多个NiTi锉刀将根管逐渐成型为期望的根尖尺寸和锥度。
通过利用可变热处理，制造使超弹性和/或控制记忆平衡以便在牙齿解剖结构的特定部分内使用的牙髓锉刀。例如，在一些实施方案中，与使用均匀应用的热处理方法时提供的锉刀相比，可变热处理提供的较大尺寸的锉刀具有更多的控制记忆(以及在根管中操作时柔韧性更高)。
使用可变热处理制造的较大尺寸的锉刀(其通常用于使根管的冠状区成型)，其弹性百分比相对高于通常在这种较大尺寸锉刀中可以达到的弹性百分比。增加的控制记忆的百分比提供了足够的柔韧性，以导航通过根管中具有减少输送的“肘部”区。超弹性和/或控制记忆制造为具有“定制的”平衡的锉刀进一步降低了孔输送的风险。较小尺寸的锉刀包括较高的超弹性百分比(以及在根管中操作时较高的刚度)，以降低锉刀断裂的风险。
基于锉刀的总材料质量来确定超弹性和/或控制记忆的期望百分比。例如，具有较大质量的锉刀包括相对较高的控制记忆百分比。与质量相对较小的锉刀相比，较大锉刀或质量较大的锉刀不太容易出现循环疲劳。
在优选实施方案中，较高的控制记忆百分比(例如，较高的柔韧性)在较大的锉刀中是有用的。然而，设想可制造出具有任何合适的控制记忆与超弹性比的锉刀。较大的锉刀不太容易出现循环故障，因为其具有较大的质量和相关联的强度。较高的控制记忆百分比提供了在根管中操作时柔韧性程度较高的较大锉刀。较高的超弹性百分比(例如，较高的刚度)在质量相对较小的锉刀中特别有用。此类锉刀通常更容易出现循环故障，因为它们较小的质量提供较小的强度。较高的超弹性百分比提供了在根管中操作时强度较高的较小锉刀。
可变热处理还可以制造出刺入根管更深处中但断裂风险较低的锉刀。此类锉刀允许临床医生使用较少的锉刀来使根管成型。
可变热处理还提供柔韧性具有定制程度的锉刀。预成型的锉刀使锉刀能够在不规则成型的根管路径中导航。定制的柔韧性增加了锉刀的柔韧性，并且允许临床医生在将锉刀插入根管之前使锉刀成型。在根管中操作时，预成型的和/或较柔韧的锉刀不太容易出现扭转应力和/或循环疲劳。此外，预成型和/或较柔韧的锉刀使根管的输送最小化。
下表5列出针对说明性锉刀几何参数/性能特征的示例性可变热处理参数：
表5：
基于由可变热处理提供的定制柔韧性，制造出的牙髓锉刀具有利用定制柔韧性的一个或多个性能特征。
例如，可以形成锥形芯可变的锉刀。可变锥形芯是指横截面锥度(与锉刀的外部锥度相反)。优选地，通过磨削固体坯件形成变化的横截面。锉刀可包括在尖端附近的矩形横截面和沿工作长度的最大直径的三角形横截面(理论上这些横截面已经示出为在这些点处产生最低的扭转应力)。
锉刀横截面不同于或独立于锉刀的外部轮廓而改变。例如，横截面锥度可包括任何合适数量的锥度或非锥形长度。作为另一个实例，锉刀可包括两个、三个或六个不同的锥度。锥度不同允许在锉刀的目标区域中调整锉刀的柔韧性，并且允许锉刀的其他区域中的柔韧性较小。可基于从锉刀横截面的内部顶点到锉刀中心线的可变距离来定义可变锥度。
可变热处理技术提供的可变锥形锉刀，具有最适合于锉刀的期望几何参数和/或期望性能特征的晶体结构。可变热处理基于预期的可变锥度或将在锉刀中制造的其他几何参数，使锉刀具有特定的超弹性和形状记忆百分比。
作为另一个实例，锉刀包括与其切割刃相关联的各种几何参数。锉刀可包括可变节距的狭槽。狭槽的螺旋角可沿锉刀长度在更靠近锉刀尖端的点处更大。在尖端处示例性螺旋角为21°。在距尖端约3mm处示例性螺旋角为20°。在距尖端约8mm处示例性螺旋角为17°。可变热处理通过提供定制的晶体结构来改善整体锉刀性能，所述定制的晶体结构提高了与锉刀的切割刃相关联的性能特征的效率。
锉刀包括可变的狭槽直径。狭槽直径可沿锉刀的工作长度改变。锉刀可包括最大狭槽直径。最大狭槽设计减少从牙齿的冠状区去除的牙质。优选地，最大狭槽直径设计是微创的，并且使根管的冠部1/3中的牙质去除量达到最小，从而与传统的连续变细且逐渐变细的锉刀相比保留了更多的牙齿结构。
图10示出说明性恒定锥度和最大狭槽设计。图11示出具有恒定锥度和最大狭槽直径的说明性锉刀或锉刀坯件。
锉刀包括给定长度的一定数量的狭槽。例如，锉刀可包括沿第一长度的第一数目个狭槽和沿第二长度的第二数目个狭槽。由于可变热处理，锉刀中具有的超弹性和形状记忆百分比有所提高，从而增强了与锉刀中制造的狭槽的数量相关联的性能特征。
狭槽具有一定长度。例如，与距锉刀的尖端较远的狭槽相比，距尖端较近的狭槽可以更紧密地缠绕(例如，更短的长度)。距尖端较远的狭槽可以比距尖端较近的狭槽更紧密地缠绕(例如，更长的长度)。
狭槽具有一定深度。狭槽的深度可增加锉刀的RAC。狭槽的深度赋予锉刀“偏心”的几何特性。狭槽的深度影响锉刀的柔韧性。狭槽可以是螺旋状的、线性的(水平的或垂直的)或具有任何合适的几何形状。由于可变热处理，锉刀中具有的超弹性和形状记忆百分比有所提高，从而增强了与几何形状的狭槽深度相关联的性能特征。
在一些实施方案中，基于在锉刀和/或坯件的横截面中获得期望的性能特征来应用可变热处理。可变热处理优选地应用于横截面为三角形的锉刀。三角形横截面的侧边可具有任何合适的长度。示例性横截面包括侧边相等的(等边)三角形横截面。横截面的每个侧边的示例性长度为3、8或12毫米(“mm”)。
可基于预期的尖端尺寸来将可变热处理应用于锉刀坯件。例如，锉刀可包括与45°角和.003”半径相关联的“子弹”形尖端设计。在一些实施方案中，锉刀尖端看起来像勺子，即上面具有凹入半径的半圆锥形。这种尖端设计是由单个狭槽设计和相关联的横截面轮廓产生的。
锉刀的横截面各有不同。例如，图12示出包括下陷(landed)设计的说明性横截面。图13示出包括非下陷设计的说明性横截面。图14示出包括三角形设计的说明性横截面。图15示出说明性矩形横截面。
图12-15示出包括偏心设计的说明性横截面。在偏心设计中，两个或更多个侧边/叶片在相同直径点处不同时与管壁接触。偏心横截面增加了锉刀的柔韧性。横截面可相对于横截面的中心外凸或内凹。
锉刀可包括(居中或偏心地)延伸穿过锉刀的中空区域。中空区域在锉刀的横截面视图中可见。中空区域可沿锉刀的整个长度或沿有限长度延伸。中空区域可沿锉刀的开槽末端的长度延伸。中空区域可延伸穿过锉刀的中心。中空区域可偏心地(相对于锉刀的纵向中心轴线)定位。
中空区域有利于在管成型过程期间去除牙质碎屑和坏死组织。例如，碎屑通常从牙齿的根尖孔流过中空区域。流过中空区域的碎屑在牙齿的冠状区域处或附近离开中空区域。中空区域还用于在根管的封闭和密封期间将杜仲胶或其他密封剂引入根管中。
可基于锉刀的预期横截面设计来将可变热处理应用于锉刀。
可基于锉刀的预期功能来将可变热处理应用于锉刀。例如，将可变热处理应用于以下说明性锉刀：
·开孔器(25/08/17mm)；
·滑移路径锉刀(13/06、18/06、21/25/31mm长度)；以及
·成型锉刀(20-55尖端尺寸、04和06锥度、21/25/31mm长度)。
图16示出使用可变热处理制造的说明性锉刀和牙髓锉刀的相关联几何参数。图17示出图16所示锉刀的说明性横截面和相关联几何参数。图18示出图16所示的锉刀的说明性尖端几何参数。
图19和图20示出使用可变热处理制造的说明性锉刀的说明性尺寸和相关联的几何参数。
使用可变热处理制造的锉刀可以预先消毒的包装形式提供给临床医生。预先消毒的包装消除了在首次使用之前对锉刀进行高压锅蒸煮或其他方式消毒的需要。
因此，提供了用于对牙髓锉刀进行可变热处理的装置和方法。本领域技术人员将理解，本公开可通过除了所描述的实例之外的实例来实践，所描述的实例是出于说明而非限制的目的呈现的。

Claims (12)

1.一种用于一组镍钛(NiTi)牙髓锉刀的热处理，其中对于所述一组镍钛牙髓锉刀中的每个锉刀，基于将在锉刀坯件中制造的一个或多个几何参数来将所述热处理应用到所述锉刀坯件。
2.如权利要求1所述的热处理，其中所述几何参数为：
a)所述一组镍钛牙髓锉刀中每个锉刀的体积；
b)所述一组镍钛牙髓锉刀中每个锉刀的质量；
c)所述一组镍钛牙髓锉刀中每个锉刀的横截面积；
d)所述一组镍钛牙髓锉刀中每个锉刀的锥度；或
e)所述一组镍钛牙髓锉刀中的每个锉刀的尖端尺寸。
3.一种用于一组镍钛(NiTi)牙髓锉刀的热处理，其中所述热处理基于锉刀尺寸和锉刀锥度来定制所述一组镍钛牙髓锉刀中每个锉刀的柔韧性。
4.如权利要求3所述的热处理，其中所述一组镍钛牙髓锉刀中至少一个锉刀包括恒定锥度和最大狭槽直径。
5.如权利要求3所述的热处理，其中对于所述一组镍钛牙髓锉刀中每个构件，所述热处理提供每个锉刀对扭转应力和循环疲劳的阈值抵抗力。
6.如权利要求5所述的热处理，其中所述热处理降低了所述一组镍钛牙髓锉刀中任何锉刀在操作期间断裂的风险。
7.一种用于制造牙髓锉刀的方法，所述方法包括：基于在对锉刀坯件应用热处理之后使用所述锉刀坯件形成的牙髓锉刀的一个或多个几何参数来将所述热处理应用于所述锉刀坯件。
8.如权利要求7所述的方法，其中所述热处理定义所述牙髓锉刀中超弹性的百分比和控制记忆的百分比。
9.如权利要求7所述的方法，其中，所述热处理提供对扭转应力具有阈值抵抗力的所述牙髓锉刀。
10.如权利要求7所述的方法，其中，所述热处理提供对循环疲劳具有的阈值抵抗力的所述牙髓锉刀。
11.一种牙髓锉刀，包括：
a)在锉刀坯件中形成的ISO 04锥度和20尖端，所述锉刀坯件已经在465摄氏度+/-5度下，持续加热5分钟+/-3分钟，然后迅速淬火；
b)在锉刀坯件中形成的ISO 06锥度和13尖端，所述锉刀坯件已经在467摄氏度+/-5度下，持续加热7分钟+/-3分钟，然后迅速淬火；
c)在锉刀坯件中形成的ISO 06锥度和55尖端，所述锉刀坯件已经在515摄氏度+/-5度下，持续加热180分钟+/-3分钟，然后冷却至室温；或
d)在锉刀坯件中形成的ISO 08锥度和25尖端，所述锉刀坯件已经在500摄氏度+/-5度下，持续加热180分钟+/-3分钟，然后冷却至室温。
12.一种用于制造牙髓锉刀的方法，其中：
a)所述牙髓锉刀的尺寸为ISO 20/40，所述方法包括在465摄氏度下对锉刀坯件持续加热7分钟，然后在将所述锉刀坯件形成为所述20/40尺寸之前对所述锉刀坯件进行淬火；
b)所述牙髓锉刀的尺寸为ISO 25/40，所述方法包括在465摄氏度下对锉刀坯件持续加热9分钟，然后在将所述锉刀坯件形成为所述25/40尺寸之前对所述锉刀坯件进行淬火；
c)所述牙髓锉刀的尺寸为ISO 30/40，所述方法包括在465摄氏度下对锉刀坯件持续加热9分钟，然后在将所述锉刀坯件形成为所述30/40尺寸之前对所述锉刀坯件进行淬火；
d)所述牙髓锉刀的尺寸为ISO 30/40，所述方法包括在500摄氏度下对锉刀坯件持续加热180分钟，然后在将所述锉刀坯件形成为所述30/40尺寸之前将所述锉刀坯件空气持续冷却60分钟；
e)所述牙髓锉刀的尺寸为ISO 35/40，所述方法包括在500摄氏度下对锉刀坯件持续加热180分钟，然后在将所述锉刀坯件形成为所述35/40尺寸之前将所述锉刀坯件空气持续冷却60分钟；
f)所述牙髓锉刀的尺寸为ISO 35/40，所述方法包括在465摄氏度下对锉刀坯件持续加热9分钟，然后在将所述锉刀坯件形成为所述35/40尺寸之前对所述锉刀坯件进行淬火；
g)所述牙髓锉刀的尺寸为ISO 40/40，所述方法包括在500摄氏度下对锉刀坯件持续加热190分钟，然后在将所述锉刀坯件形成为所述40/40尺寸之前将所述锉刀坯件空气持续冷却60分钟；
h)所述牙髓锉刀的尺寸为ISO 45/40，所述方法包括在505摄氏度下对锉刀坯件持续加热195分钟，然后在将所述锉刀坯件形成为所述45/40尺寸之前将所述锉刀坯件空气持续冷却60分钟；
i)所述牙髓锉刀的尺寸为ISO 50/40，所述方法包括在507摄氏度下对锉刀坯件持续加热195分钟，然后在将所述锉刀坯件形成为所述50/40尺寸之前将所述锉刀坯件空气持续冷却60分钟；
j)所述牙髓锉刀的尺寸为ISO 55/40，所述方法包括在510度下对锉刀坯件持续加热200分钟，然后在将所述锉刀坯件形成为所述55/40尺寸之前将所述锉刀坯件空气持续冷却60分钟；或
k)所述牙髓锉刀的尺寸为ISO 25/08，所述方法包括在465摄氏度下对锉刀坯件持续加热10分钟，然后在将所述锉刀坯件形成为所述25/08尺寸之前对所述锉刀坯件进行淬火。
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