ES2319865T3 - Especificacion de instrumento endodontico de material compuesto resistente a las roturas. - Google Patents
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Abstract
Un escariador (22) endodóntico resistente a la rotura que comprende un material compuesto de una matriz polimérica que incluye una pluralidad de fibras (10) embebidas al menos en parte en la matriz polimérica.
Description
Especificación de instrumento endodóntico de
material compuesto resistente a las roturas.
La presente invención está dirigida hacia un
escariador endodóntico (lima dental) que comprende un material
compuesto de múltiples fibras para ser utilizado en el escariado, la
limpieza, y otras técnicas de preparación en los procedimientos
dentales del canal de la raíz. Más en particular, el material
compuesto de múltiples filamentos permite una construcción de fibra
predominantemente retorcida u orientada fuera del eje (como un
material compuesto) incorporada al menos en parte en una matriz
polimérica que puede transferir de manera efectiva cargas de
torsión (par de torsión), mejorar la flexibilidad, y ser altamente
resistente a la rotura completa (total) dentro del canal del
diente.
El diente contiene uno o más sistemas de canal
circulatorio y neural, que acaban en cada raíz. Este canal es
estrecho, cónico y curvado en distintos grados. El tejido pulpar
dentro del canal puede enfermar. Para evitar la necesidad de ser
extraído, el tejido enfermo puede ser eliminado utilizando limas y
escariadores endodónticos y sellando el canal limpiado. Estos
instrumentos endodónticos de limpieza son cónicos y tienen
características de la superficie (ranuras helicoidales, etc.)
diseñadas para eliminar el tejido pulpar enfermo y otros tejidos
dentro del canal mediante un movimiento alternante o giratorio. Hay
numerosas patentes que describen diversas acanaladuras, espirales y
otras características de diseño de las limas y los escariadores del
canal de la raíz incluyendo las patentes US 5.735.689, 5.980.250,
4.299.571, 5.882.198 y 5.104.316 de McSpadden; las patentes US
4.611.508 y 4.536.159 de Roane; y 4.538.989 de Apairo y Heath. Otros
conceptos de diseño incluyen el uso de dispositivos tubulares como
los descritos por Kronman y Goldman en la patente US 4.135.302 y
por Gonser en la patente US 4.505.676.
Debido a la naturaleza estrecha y curvada del
canal de la raíz, el doblado repetido de la lima induce una alta
tensión sobre las limas actuales hechas de acero inoxidable y otros
metales. Según aumenta el módulo de elasticidad (rigidez) del
metal, aumenta la tensión sobre la lima para una curvatura dada. El
módulo del acero inoxidable, por ejemplo, es de 207 GPa. Aunque la
resistencia inherente del material puede ser bastante elevada y
supera a menudo los 1378,95 MPa de tracción, las ranuras
(helicoidales) en la longitud de la lima actúan como concentradores
de tensiones y pueden crear una fisura que se propague a través del
diámetro de la lima, dando lugar a la rotura. La rotura de la punta
de una lima crea un problema en la extracción de la pieza rota
incrustada. Normalmente se necesita un dispositivo de tipo
trepanadora, como describió Ruddle en la patente US 5.879.160, para
extraer las piezas rotas. Esto añade tiempo y coste al procedimiento
y malestar adicional al paciente.
Cuando se gira la lima o el instrumento dentro
del canal, se somete al instrumento a una tensión cíclica repetida.
El número de rotaciones (o eventos repetidos de tensión) del
instrumento que puede darse hasta la rotura se conoce como la
longevidad a la fatiga del instrumento. La cuestión de la
flexibilidad mejorada y de una mayor longevidad a la fatiga
(rotaciones hasta la rotura) de las limas dentales ha resultado en
un grupo de patentes más recientes para limas de aleación de
titanio de menor módulo. Estas incluyen la patente US 5.125.838 de
Seigneurin y la patente US 5.984.679 de Farzin-Nia y
Otsen. Las aleaciones de titanio tienen un módulo (rigidez) mucho
más bajo que el acero inoxidable y la mayoría tienen un módulo
elástico de aproximadamente 110 GPa. Las aleaciones como el NiTi
súper elástico pueden acomodar desplazamientos excepcionales con una
tensión impuesta relativamente menor, y exhibir de esta manera
longevidades a la fatiga más largas (Nickel-Titanium
Instruments, Serene, et al., 1995). El módulo elástico
efectivo de las aleaciones de NiTi se encuentra en el rango de 27,6
- 55,2 GPa, la mitad del de la mayoría de aleaciones estándar de
titanio. Pero las aleaciones de NiTi pueden ablandarse de manera
cíclica durante ciclos repetidos de carga, que cambian rápidamente
sus características mecánicas iniciales (Ritchie y McKelvey,
"Fatigue Crack Propagation in Nitinol", JBMR, 47,
301-308, 1999). Este aspecto, en combinación con
los diseños típicos de lima que tienen normalmente muescas
inherentemente afiladas, resulta en una longevidad de vida regida
principalmente por la propagación de la grieta de fatiga. Bajo
estas condiciones, el NiTi tiene en realidad un umbral de fatiga
menor que otras aleaciones de titanio. Por ejemplo, el umbral de
fatiga para titanio puro (beta) es de aproximadamente 10
MPa-m^{0,5} mientras que el de NiTi es de solo
aproximadamente 2 MPa-m^{0,5}. Incluso el acero
inoxidable 316 tiene un umbral de fatiga de aproximadamente 6
MPa-m^{0,5} (Ritchie y McKelvey, JBMR, 47, 1999).
Así, las limas de metal tendrán una vida finita antes de romperse
finalmente. La Tabla 1, a continuación, compara el número de
revoluciones hasta la rotura, para un canal de la raíz simulado con
un doblez de 90º, para limas de acero inoxidable (lima K) y de NiTi
(lima K) de Nickel-Titanium Instruments, Serene,
et. al., 1995.
Debido a la elevada flexibilidad (super
elasticidad) del NiTi, es difícil mecanizar o amolar las
acanaladuras y otras características de corte helicoidal en una
lima o un instrumento. Hay varias patentes que describen
procedimientos para amolar NiTi y otras aleaciones de titanio con
más del 40 por ciento de titanio. Estas patentes son las
patentes
US 5.464.362, 5.941.760 y 5.762.541, de Heath y Mooneyhan y la patente US 5.984.679 de Farzin-Nia y Otsen.
US 5.464.362, 5.941.760 y 5.762.541, de Heath y Mooneyhan y la patente US 5.984.679 de Farzin-Nia y Otsen.
Ha habido otros enfoques para reducir la
tendencia a la rotura como la reubicación de las ranuras
helicoidales (patente US 5.106.298 de Heath y Mooneyhan), materiales
compuestos de metal broncesoldado (patente US 5.927.912 de Mihai y
Erpenbeck) y una lima bimetálica con un núcleo interno metálico para
variar el módulo (patente US 5.380.200 de Heath y Berendt). Se han
propuesto revestimientos de menor fricción al igual que
procedimientos de diseño para reducir la fuerza de torsión sobre la
lima. Todos los anteriores enfoques afines de diseño y de
revestimiento para reducir la tendencia a la rotura de la lima son
ahora bien conocidos en la técnica y están incluidos dentro del
ámbito de la presente invención.
Se debería observar que toda la técnica anterior
relativa a las limas endodónticas versa únicamente acerca de limas
sólidas metálicas. No hay una técnica anterior que describa el uso
de material compuesto de múltiples fibras. Por lo tanto, es un
objeto de la presente invención proporcionar un instrumento dental
endodóntico, utilizando procedimientos de material compuesto de
fibras, que tiene una baja rigidez (buena flexibilidad) y una
resistencia mejorada a la rotura total.
La presente invención está dirigida a un
instrumento endodóntico mejorado que incorpora cualquier
característica de diseño, que puede ser tubular, y que tiene
revestimientos lubricantes de superficie. A diferencia de las limas
de metal utilizados en la actualidad, el instrumento de la invención
está compuesto de una pluralidad de fibras que tienen una matriz
polimérica flexible. La matriz polimérica puede incorporar todas las
fibras o solo las fibras cerca del diámetro externo del
instrumento. Las fibras pueden estar presentes como un núcleo o
estar presentes a lo largo del instrumento. Cuando están presentes
como un núcleo, el polímero libre de fibras puede comprender una
porción de la superficie y de las características de la superficie.
El polímero puede tener partículas abrasivas incorporadas dentro
del mismo, en la superficie o ambas cosas, para así mejorar la
eficiencia de corte y para reducir el desgaste de la región de la
superficie del polímero o del polímero-fibra.
El concepto básico es similar al de la torsión
de una cuerda (la fibra) y congelándola en su lugar (mediante la
matriz polimérica). La cuerda puede estar retorcida y ser empujada
pero no se puede "romper". El instrumento endodóntico de la
invención de fibra trenzada es único y se puede distinguir del
descrito en la técnica anterior.
La invención será más evidente cuando se
considere la descripción detallada de las realizaciones ejemplares
en conjunto con los dibujos adjuntos en los que:
La Figura 1 es una vista esquemática de un grupo
de fibras orientadas de manera longitudinal;
la Figura 2 es una vista esquemática de las
fibras retorcidas y fijadas en su lugar dentro de la matriz
polimérica después del moldeo;
la Figura 3 es una vista esquemática de cómo se
puede moldear de manera secundaria polímero adicional sobre un
núcleo de fibra trenzado previamente; y
la Figura 4 es una vista lateral en planta de un
ejemplo ilustrativo de un instrumento endodóntico.
La invención objeto está dirigida a un
instrumento endodóntico de material compuesto de
fibra-polímero que tiene al menos un 30 por ciento
de fibra parcialmente retorcida previamente pero que también puede
incluir el uso de un núcleo de fibra longitudinal. Sin embargo,
demasiadas fibras longitudinales en el material compuesto pueden
resultar en una construcción demasiado rígida. La fibra trenzada
proporciona la mayor flexibilidad y es capaz de acomodar mejor el
par de torsión aplicado, sin embargo, se sacrifica una cierta
cantidad de resistencia. Preferiblemente, la mayoría de las fibras
están trenzadas al menos parcialmente de forma que el instrumento
tiene una flexibilidad mejorada y puede responder mejor al par de
torsión y a la carga de compresión axial impuestos sobre el
instrumento durante su utilización. Se puede considerar una
construcción de fibra trenzada similar a la de las fibras
orientadas +/- 45 grados. La Tabla 2 muestra esta relación para la
polisulfona reforzada con fibra de carbono en la que se da una
reducción drástica de su rigidez sin la presencia de fibras
longitudinales. En este ejemplo, "cuasi" hace referencia
a una combinación de fibras longitudinales y de +/- 45 grados.
Los expertos en la técnica conocen las diversas
combinaciones de material compuesto de fibra trenzada previamente
de la invención descritas anteriormente e incorporadas por completo
en la invención objeto.
La realización preferida utiliza fibras
longitudinales 10 (Figura 1) como el material de inicio que están
moldeadas con una matriz polimérica para formar un núcleo 12 de
fibra retorcida previamente (Figura 2). Se puede moldear de manera
secundaria polímero 14 adicional sobre el núcleo 12 trenzado
previamente. El núcleo 12 retorcido previamente también puede
contener abrasivos 16 que pueden estar incorporados en el polímero
o estar revestidos sobre la superficie externa 18 del núcleo 12.
Estas partículas pueden ser diamante, como el revestimiento de
diamante descrito en la patente US 4.190.958 de Martin y Norris,
rellenos de metal u otras partículas duras abrasivas como alúmina,
carburos, nitruros, boruros, sílice y similares. Las partículas
duras pueden estar incorporadas en la matriz polimérica, utilizadas
como un revestimiento en un proceso final de revestimiento por
inmersión o de moldeo, o una combinación de cualquiera de los
procesos.
Las ranuras helicoidales 20 pueden estar
mecanizadas o moldeadas, según se desee. Preferiblemente, la mayoría
del instrumento endodóntico de la invención está compuesto del
núcleo 12 de fibra trenzada con una cantidad mínima de polímero
adicional moldeado o añadido de otra manera a la superficie del
núcleo 12 de fibra trenzada (Figura 3). La conicidad, las ranuras
20 u otras características de diseño deseadas, pueden estar
moldeadas o mecanizadas a partir de este núcleo 12 y de la
superficie del polímero en bruto. Debido al aumento de la
flexibilidad de la lima de la invención, se pueden utilizar ranuras
rectas longitudinales que se distorsionarán bajo la carga aplicada
de trenzado para crear una forma helicoidal durante su uso. La
superficie 14 rica en polímero puede estar impregnada con abrasivos
16, fibra cortada o ambos, o se puede utilizar un proceso de moldeo
o de revestimiento por inmersión para aplicar abrasivos a la
superficie. De manera alternativa, tanto el núcleo 12 de la matriz
y las regiones 14 de la superficie pueden contener material
particulado abrasivo. Debido a que el núcleo trenzado 12 hace de
construcción de tipo "cuerda" trenzada, es esencialmente inmune
a la rotura total como se encuentra en los instrumentos de metal
actuales. Se puede extraer cualquier pequeño fragmento que se pueda
separar del instrumento de material compuesto utilizando otro
instrumento o un instrumento de tipo de limpieza por descarga de
agua. La Fig 4 ilustra un ejemplo de un instrumento
endodóntico 20.
endodóntico 20.
En otra realización, el instrumento completo,
incluyendo la conicidad, las ranuras helicoidales y otras
características de diseño, se forma por completo del material
compuesto 12 de fibra-polímero trenzado previamente
en una condición ya sea acabada de moldear o acabada de mecanizar
(o amolado). Los expertos en la técnica conocen los procesos de
moldeo, de amolado y de mecanizado utilizados para diversos tipos de
materiales compuestos y están incluidos dentro del ámbito de la
presente invención.
Otra realización puede utilizar la orientación
descrita anteriormente o una similar opuesta de fibra fuera del eje
que resulta de un proceso de arrollamiento del filamento. Aunque se
podría hacer un eje sólido de esta forma, este procedimiento sería
adecuado en particular para la formación de un instrumento de tipo
de tubo hueco. En un instrumento que tiene una construcción
tubular, se puede aumentar aún más la flexibilidad al igual que
permitir el uso de opciones de limpieza por descarga de agua y de
succión para ser utilizadas en los procedimientos de canal de la
raíz. Para un instrumento de un tamaño habitual (0,76 mm de
diámetro), un diseño tubular reducirá la rigidez al doblado en un
15 por ciento para una pared de 0,15 mm y en un 40 por ciento para
una pared de 0,076 mm, comparado con un diseño sólido de un material
dado.
Se puede utilizar cualquier tipo de material de
fibra en la construcción de la invención, incluyendo vidrio,
carbono, kevlar, seda, poliéster, fibra orgánica como el algodón, el
cáñamo y similar, cerámica, metal, y otras fibras poliméricas. La
matriz puede estar compuesta de cualquier polímero, aleación de
polímero, o mezcla, pero se prefiere que sean utilizados los
polímeros con unas temperaturas de fundición altas de forma que el
dispositivo de la invención pueda tolerar la curación con vapor de
agua a alta presión y el calentamiento potencial por fricción
durante su uso. Preferiblemente, la matriz del polímero también será
resistente al deterioro de los procedimientos de esterilización
química. Los polímeros que cumplen estos requerimientos incluyen,
pero no están limitados a, los termoplásticos como las cetonas,
incluyendo las polietercetonas y esta familia de polímeros
cetónicos; polimidas, incluyendo nailons y nailon-6;
polietersulfona; polímeros de cristal líquido seleccionados;
poliésteres, incluyendo PETs y termoestables resistentes a alta
temperatura como el epoxi, metilmetacrilatos y fenólicos.
El experto en la técnica apreciará fácilmente
que la presente invención está bien adaptada para llevar a cabo los
objetos y obtener los fines y ventajas mencionados al igual que los
inherentes de la misma. El instrumento endodóntico de polímero
reforzado con fibras descrito en el presente documento es
representativo en la actualidad de las realizaciones preferidas,
que son ejemplares y no se pretende que sean limitaciones del ámbito
de la invención.
Claims (17)
1. Un escariador (22) endodóntico resistente a
la rotura que comprende un material compuesto de una matriz
polimérica que incluye una pluralidad de fibras (10) embebidas al
menos en parte en la matriz polimérica.
2. El escariador (22) de la reivindicación 1, en
el que el material compuesto incluye un núcleo (12) formado de
fibras retorcidas.
3. El escariador (22) de las reivindicaciones 1
o 2, en el que el material compuesto (12) incluye al menos un 30%
de fibras (10) seleccionadas de entre un grupo constituido por
fibras retorcidas parcialmente y fibras orientadas fuera del
eje.
4. El escariador (22) de una cualquiera de las
reivindicaciones precedentes, en el que el material compuesto
incluye regiones de polímero (14) adicional.
5. El escariador (22) de una cualquiera de las
reivindicaciones precedentes, en el que el escariador (22) es un
cilindro hueco ahusado.
6. El escariador (22) de una cualquiera de las
reivindicaciones precedentes, en el que el escariador (22) está
adaptado para incluir mecanismos de descarga de fluido y de
succión.
7. El escariador (22) de la reivindicación 2 o
de una cualquiera de las reivindicaciones 3 a 6 cuando dependen de
la reivindicación 2, en el que la orientación de la fibra (10) está
fuera del eje en direcciones opuestas, tal como se obtiene de un
proceso de arrollamiento del filamento.
8. El escariador (22) de una cualquiera de las
reivindicaciones precedentes, en el que la matriz polimérica incluye
un material particulado (16) abrasivo seleccionado de entre el
grupo constituido por un material particulado (16) abrasivo que
está fijado al escariador (22), un material particulado (16)
abrasivo que está embebido en una superficie (18) del escariador
(22), y un material particulado (16) abrasivo que está fijado a una
superficie (18) del escariador (22) y está embebido en la misma.
9. El escariador (22) de la reivindicación 8, en
el que el material particulado (16) abrasivo está seleccionado de
entre un grupo constituido por diamante, óxido de aluminio, dióxido
de silicio, carburos, boruros, nitruros y óxidos.
10. El escariador (22) de cualquiera de las
reivindicaciones precedentes, teniendo el escariador (22) una
superficie exterior (18) que incluye ranuras longitudinales rectas
(20).
11. El escariador (22) de una cualquiera de las
reivindicaciones 1 a 9, teniendo el escariador (22) una superficie
exterior (18) que incluye ranuras helicoidales (20).
12. El escariador (22) de la reivindicación 10 u
11, en el que las ranuras (20) están mecanizadas.
13. El escariador (22) de la reivindicación 10 u
11, en el que las ranuras (20) están moldeadas.
14. El escariador (22) de una cualquiera de las
reivindicaciones precedentes, en el que el material de fibra (10)
está seleccionado de entre un grupo constituido por vidrio, carbono,
kevlar, seda, poliéster, fibra orgánica, cerámica, metal y fibras
poliméricas.
15. El escariador (22) de una cualquiera de las
reivindicaciones precedentes, en el que la matriz polimérica está
seleccionada de entre un grupo constituido por cetonas,
polietercetona, poliamidas, nailon, nailon-6,
acrílicos, polimetilmetacrilato; polietersulfona, poliésteres, PET,
poliolefinas, polímeros de cristal líquido, epoxi y fenólicos.
16. El escariador (22) de una cualquiera de las
reivindicaciones precedentes, en el que al menos una porción de la
matriz polimérica incluye fibra cortada.
17. El escariador (22) de una cualquiera de las
reivindicaciones precedentes, en el que el escariador (22) entero
está fabricado del material compuesto.
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