Oiknine:• Oiknine

ENDODONTIE
Mots clés :
Origine des fractures et de l’usure
des limes Ni-Ti en endodontie.
A.M.F,
Nitinol
Préparation canalaire
Transformation martensitique
Protaper
Profile
Keywords :
Origin of fractures
and wear of Ni-Ti endodontic files.
S.M.A.
Nitinol
Canal preparation
Martensitic transformation
Protaper
Profile
Michel OIKNINE*, Jacques BENIZRI**
* Odontologiste - Ancien Assistant de la Faculté de Chirurgie Dentaire de Lyon Attaché service de Dentisterie Conservatrice-endododontie
** Odontologiste - Laboratoire biomatériaux, Faculté de Dijon
r é s u m é
abstract
L
’endodontie concerne la prévention, le diagnostic et le traitement des maladies de la pulpe et des complications
péri radiculaires associées. Les principes et les modalités de la préparation et de l’obturation canalaire sont
aujourd’hui clairement codifiés et admis par un grand nombre de praticiens. L’apport des alliages à mémoire de
forme (AMF) et plus particulièrement le Nitinol, ouvrent de nouvelles perspectives. Les instruments en Nickel titane
sont devenus un complément indispensable à l’instrumentation traditionnelle dans les étapes de nettoyage et de mise
en forme du système canalaire. Ils permettent le respect de l’anatomie canalaire, une remontée des débris dentinaires et pulpaires vers l’accès coronaire, une préparation régulière et un meilleur ajustage du maître cône. Cependant
ces innovations technologiques ne doivent pas éclipser certains inconvénients majeurs et leurs conséquences telles
que la difficulté d’usinage et une facilité à la fracture des AMF.
ndodontics concerns prevention, diagnosis and treatment of pulp diseases and associated periradicular complications. The principles and the modalities of canal preparation and obturation are presently clearly systematized and accepted by a large number of practitians. Shape Memory Alloys (SMA) and in particular Nitinol, open
new perspectives. Nikel-titanium instruments have become an indispensable complement to traditional instrumentation
in cleaning and shaping steps of canal system. They allow a respect of canal anatomy, dentin and pulp debris removal
toward coronal access, regular preparation and better adaptation of the main cone. However, these innovative technologies must not overshadow certain major disadvantages and their consequences such as difficulty in fabrication and
ease of breakage of SMA.
E
soumis pour publication le 06/12/04
accepté pour publication le 13/12/06
109
Revue d’Odonto-Stomatologie/mai 2007
Rev Odont Stomat 2007;36:109-123
ENDODONTIE
ujourd’hui, l’endodontie utilise les propriétés
d’un nouvel alliage lors de la mise en forme
canalaire. Cet alliage appelé Nitinol appartient
à la famille des A.M.F (alliage à mémoire de forme).
Ces matériaux aux étonnantes propriétés ont été
découverts en 1938, il s’agissait d’Or-Cadmium. Ce
n’est qu’en 1962 qu’on a commencé réellement l’étude de ces alliages avec la découverte du Nickel-Titane.
Les premières applications ont vu le jour en 1969
pour l’aéronautique sur les raccords de tuyauteries
hydrauliques des avions F-14.
A
M
L’emploi d’une instrumentation mécanisée en NickelTitane a largement simplifié et accéléré la mise en
forme canalaire, leur efficacité nous permet d’obtenir
aisément une préparation de conicité homogène,
homothétique et reproductible (Machtou 1993).
Malheureusement leurs qualités aujourd’hui reconnues
ont contribué à éclipser certains inconvénients, dont
la facilité à la fracture entre des mains inexpérimentées, ce qui compromet le pronostic de nos traitements endodotiques ( Hani Ounsi 2004).
Use of Nickel-titanium mechanical instrumentation
has greatly simplified and accelerated the root canal
shaping. Their efficacy allows us to easily obtain a
preparation of homogeneous, homothetic and reproducible conicity (Machtou 1993).
Unfortunately, their recognized qualities have contributed to overshadow some disadvantages such as
ease of fracture by inexperienced hands compromising endodontic treatment prognosis (Ounsi 2004).
Le Nitinol est un alliage à base de 55 % de Nickel (Ni)
et de 45 % de Titane (Ti) en poids, ce qui entraîne un
rapport atomique 1:1 et l'alliage est dit équiatomique.
Comme tous les alliages, le Nitinol peut sous certaines conditions modifier le type de ses liaisons inter
atomiques et donc exister sous des formes cristallographiques différentes possédant chacune des propriétés mécaniques spécifiques.
Nitinol is an alloy based on 55 % of nickel (Ni) and
45 % of titanium (Ti) by weight and with a 1:1 atomic ratio, thus called an equiatomic alloy.
Like all alloys, Nitinol can, under certain conditions
by a modification of its inter-atomic bond type, exist
under different crystallographic forms. Each form
possesses specific mechanical properties.
L’utilisation quotidienne des instruments NiTi nécessite une bonne connaissance de leur comportement
en fatigue. En effet, une utilisation répétée entraîne
une évolution de l’état microstructural du matériau et
par conséquent une modification des propriétés
thermomécanique de celui-ci.
Daily use of NiTi instruments requires a good knowledge of their fatigue behavior. Indeed, a repeated
use can lead to a change of microstructural state of
the material and consequently a modification of its
thermomechanical properties.
La fatigue des éléments à mémoire de forme peut se
produire de différente façon. Elle est influencée par
plusieurs paramètres. Cependant elle trouve toujours
son origine dans une modification irréversible de la
microstructure du matériau.
On distingue deux types de fatigue : une fatigue mécanique et une fatigue de mémoire de forme. Dans le
premier cas les propriétés mécaniques sont affectées,
dans le deuxième cas ce sont les caractéristiques de
l’effet mémoire qui évoluent (Maillard et coll., 2005).
The fatigue of SMA can occur in various ways and is
influenced by several parameters. However the origin is always due to an irreversible microstructural
modification of the material.
Cette étude aborde ces deux aspects du Nickel-titane
en endodontie. Cette approche fondamentale de l’alliage nous permet une meilleure utilisation clinique
des instruments mécanisés.
This study addresses these two aspects of NiTi in endodontics. This fundamental approach to understand the
alloy will allow us to improve a clinical performance
when using these mechanical instruments.
odern endodontics employs a new alloy
with appropriate properties for root canal
shaping. This alloy, called Nitinol, belongs
to the SMA family (Shape Memory Alloys) with surprising properties discovered in 1938. Although most
alloys in the family are gold-cadmium but it is only
in 1962 with the discovery of nickel-titanium when
the studies of these alloys were intensively conducted. The first industrial SMA applications were introduced in 1969 in aeronautics as hydraulic pipe
connectors for F-14 aircrafts.
Two types of fatigue can be distinguished, mechanical and shape memory fatigue. While mechanical
properties are affected in the prior, the characteristics
of the memory effect evolve in the latter. (Maillard et
al., 2005).
110
Revue d’Odonto-Stomatologie/mai 2007
Les propriétés
thermomécaniques
des alliages à mémoire
de forme (Patoor et Berveiller, 1990)
Thermomechanical
properties of shape
memory alloys
La transformation martensitique
Martensitic transformation
Les propriétés singulières des A.M.F reposent sur
l’existence d’une transformation de phase réversible
entre un état structural haute température appelé austénite et un état structural basse température appelé
martensite. Cette transformation peut être lié à la température mais aussi à une contrainte.
Uncommon properties of SMA are based on an
existence of a reversible phase transformation between two structural states at high temperature called
austenite and a structural state at low temperature
called martensite. This transformation can be related
to temperature but also to stress.
Guenin (1986) en donne une définition : c’est une
transformation structurale displacive du premier ordre
présentant une déformation du réseau cristallographique
homogène, principalement constituée par un cisaillement.
Guenin (1986) gives a definition of this reversible
transformation as a displacive structural transformation of
the first order presenting a deformation mainly constituted
by shearing of the homogeneous cristallographic network.
La transformation martensitique est le produit
d’un changement de phase à l’état solide. Comme pour
les changements de phases entre phase vapeur-phase
liquide ou phase liquide-phase solide, elle s’accompagne d’une modification des propriétés des matériaux.
Pour les A.M.F il s’agit de la transformation d’austénite
qui est la phase mère en martensite, cette conversion
de forme se produit sous l’effet d’une contrainte ou d’un
abaissement de température.
Martensitic transformation is a product of a
phase change in the solid state. Similarly to phase
changes between vapor-liquid or liquid-solid phases,
solid-solid transformations are also accompanied
with a modification of materials’ properties. For
SMA, it concerns austenitic transformation to martensite occurring under the influence of a stress or a
lowering of temperature.
(Patoor and Berveiller, 1990)
Comportement des AMF
Behaviour of SMA
On peut distinguer des classes de comportements
distincts correspondant à 4 mécanismes différents faisant
toujours intervenir la transformation martensitique :
Four different mechanisms leading to corresponding different behaviors can be distinguished
and are always related to martensitic transformation.
1/ Formation de martensite orientée par des contraintes
(internes ou appliquées) et retour à l'état austénitique.
2/ Formation de martensite non orientée (groupe de
variantes auto-accomodantes) par un refroidissement
sans contrainte et retour à l'état austénitique.
3/ Réorientation irréversible des variantes par application d'une contrainte externe.
4/ Réorientation partielle et réversible des variantes par
application de contraintes externes.
1/ Directed martensite formation by internal or
applied stress and return to the austenitic state.
2/ Non-directed martensite formation (group of auto
accommodating variants) by a cooling without
stress and return to the austenitic state.
3/ Irreversible reorientation of variants by an external stress application.
4/ Partial and reversible reorientation of variants by
an external stress application.
Ces différents mécanismes nous conduisent à cinq classes de comportement :
These different mechanisms lead to five classes of behavior :
111
Revue d’Odonto-Stomatologie/mai 2007
ENDODONTIE
1
2
Fig. 1 : M1- Lime Profile neuve (x5) - Coupe transversale Attaque A - Etat cristallographique.
Fig. 2 : M7- Lime Profile utilisé 7 fois (x5) - Coupe longitudinale
- Attaque A - Etat cristallographique.
M1- New Profile file (x5) - Transversal section - Attack A Crystallographic state.
M7- Profile file already used 7 times (x5) - Longitudinal section Attack A - Crystallographic state.
La superthermoélasticité
L'alliage est capable de se déformer sous l'effet
d'une contrainte. Ce comportement porte le nom de
super élasticité ou pseudo élasticité. Les alliages à
mémoire de forme possédant cette caractéristique peuvent subir une déformation beaucoup plus importante
qu'un alliage conventionnel tel que l'acier. Il est de
10 % pour les monocristaux de Cu-Zn-Al, et de 8 % pour
des polycristaux de NiTi. C'est certainement l’une des
propriétés intéressantes en endodontie, elle a permit
l’augmentation des conicités de nos limes tout en gardant leurs flexibilités.
Superthermoelasticity
The alloy is capable of deforming under
stress. This behavior is called super-elasticity or
pseudo-elasticity. SMA possessing this characteristic
can undergo a deformation much more significant
than a conventional alloy such as steel. The deformation value is 10 % for monocrystals of Cu-Zn-Al, and
8 % for polycristals of NiTi. It is certainly one of the
interesting properties in endodontics allowing an
increase of endodontic files conicity while respecting
canal anatomies.
La mémoire de forme
a. L'effet mémoire simple sens
L'alliage est capable de trouver sa forme initiale
après avoir subi une déformation mécanique.
b. L'effet mémoire double sens
L'alliage est capable après éducation (conditionnement) d'occuper deux positions stables : l'une audessus d'une température critique, l'autre en dessous. Cette propriété est recherchée en orthodontie.
Shape memory
a. One-way memory effect
The alloy is capable of returning to its initial shape
after having undergone a mechanical deformation.
a. Two-way memory effect
The alloy is capable after conditioning to have two
stable shapes, one above and the other below a critical temperature. This shape memory property is
desirable in orthodontics.
L'effet caoutchoutique
Ce comportement est lié à l'état martensitique,
son mécanisme repose principalement sur le caractère
partiellement réversible du mouvement des interfaces
des variantes de martensite. Ici la température ne joue
qu'un rôle secondaire puisqu'il n'y a pas changement de
phase, la déformation est obtenue par application des
contraintes à l'état de martensite. En endodontie nous
exploitons aussi cette propriété des A.M.F.
Rubber-like effect
This behavior is related to the martensitic state
and its mechanism bases mainly on the partially
reversible character of martensite interfaces movement. The temperature plays only a secondary role to
this behavior since there is no phase change and the
deformation is obtained by stress application to the
martensite state. This property of SMA is always
exploited in endodontics.
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Revue d’Odonto-Stomatologie/mai 2007
3
DIAGRAMME D’ETAT
Contrainte - Température
Fin
ish
(MS
F)
ng
e"
Ma
Ma
rte
rte
nsi
nsi
te S
te +
tar
Au
s té
(MS
nit
)
e
Contrainte (σ)
(N/mm2)
Fig. 3 : Diagramme d’état pour la transformation Austénite --> Martensite.
State diagram of transformation from
austenite to martensite.
éla
AUSTENITE
"M
Ma
rte
nsi
te
MARTENSITE
Température (T)
(°C)
(Les alliages à mémoire de forme, Etienne Patoor et Marcel Berveiller, Paris
Hermes cop 1990).
L'effet amortissant
Cet effet encore appelé frottement interne. Il
résulte d'une transformation irréversible d'énergie mécanique en énergie thermique dissipée. Pour les alliages à
mémoire de forme (AMF), selon l'état du matériau et la
déformation, nous avons trois domaines où le frottement
intérieur prend des valeurs différentes :
■ dans l'état austénitique, le frottement intérieur est
faible : ceci est dû aux mouvements réversibles des
dislocations et des défauts ponctuels,
■ dans l'état de martensitique, le frottement intérieur
est associé aux mouvements réversibles des interfaces
entre variantes de martensite,
■ durant la transformation de phase (celle qui nous concerne), le frottement est le plus important : ceci est du aux
mouvements des interfaces entre austénite et martensite.
Damping effect
This effect, also called internal friction, results
from an irreversible transformation of mechanical
energy into dissipated thermal energy. For SMA,
depending on material state and deformation, internal
friction can have different values in three situations :
■ in the austenitic state, internal friction is weak due
to the reversible movements of dislocations and
punctual defects,
■ in the martensitic state, internal friction is associated to reversible movements of the interfaces between martensite variants,
■ during phase transformation, the friction is the most
significant due to the movements between austenite
and martensite interfaces. This situation concerns
directly to usage in endodontics.
Five characteristics
of martensitic transformation.
Les cinq caractéristiques
de la transformation martensitique
1/ Changement de phase à l'état solide du à une déformation inélastique du réseau cristallin. Cette déformation
n'est pas due à un mouvement individuel des atomes sur
des grandes distances, mais à un déplacement collectif et
coopératif des atomes sur des distances relativement faibles par rapport aux paramètres des mailles cristallines.
1/ Phase change in the solid state due to an inelastic
deformation of the crystal lattice. This deformation is
not due to an individual movement of atoms in a large
distance, but to a collective and cooperative displacement of atoms on a relatively weak distance with
regard to the crystal lattice parameters.
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Revue d’Odonto-Stomatologie/mai 2007
ENDODONTIE
4
Fig. 4 : Micrographie et représentation schématique d’une transformation polyvariante avec M1, M2,
M3, trois variantes de martensité
et l’austénite résiduelle.
Micrography and schematic representation of a polyvariant transformation among three martensite
variants (M1, M2 and M3) and
residual austenite.
(Les alliages à mémoire de forme, Etienne Patoor et Marcel Berveiller, Paris Hermes
cop 1990)
2/ L'absence de la diffusion (sans déplacement des atomes)
rend la transformation martensitique quasiment instantanée : la création de martensite se fait à des vitesses
comparables à la vitesse du son dans un solide (quelque
103m/s). Pour un état d'avancement de la transformation donnée, il y a coexistence des deux phases.
2/ An absence of diffusion (without displacement of
atoms) makes the martensitic transformation almost
immediate: the speed of martensite creation is comparable to the speed of the sound in a solid (approximately 103m/s). For an advanced state of a given transformation, there is a coexistence of both phases.
3/ Par rapport à sa forme antérieure, un élément de
volume de matière subit, lors de sa transformation de
phase, une déformation caractérisée par :
- une faible variation de volume (pour les AMF),
- un cisaillement important et une direction bien définies.
Cette déformation est le résultat d'une transformation du
réseau cristallin (déformation de Bain) et d'une transformation à réseau invariant. Glissement ou « maclage »,
ces mécanismes créent une microstructure à l'intérieur de
la martensite (macle, dislocation, fautes d'empilement).
3/ With regard to its previous shape, the whole volume of a material undergoes, during its phase transformation, a deformation characterized by :
- a weak variation in volume (for SMA)
- a significant shearing and a well-defined direction.
This deformation is a result of crystalline network
transformation (Bain’s deformation) and a transformation of invariant network. Gliding or “twinning”,
these mechanisms create a microstructure inside the
martensite (twin, dislocation, lack of piling up).
4/ Afin de minimiser l'énergie d'interaction entre la martensite formée et l'austénite encore présente, les
domaines constitués de martensite ont généralement
la forme de plaquettes aplaties dont le plan principal
est appelé plan d'habitat ou plan d'accolement. Ce plan
est généralement bien défini pour une classe d'alliage
et possède des indices cristallographiques souvent
complexes. Ce plan est le plan de cisaillement de la
martensite. Pour les AMF la direction de cisaillement
est pratiquement contenue dans ces plans (variation de
volume est négligeable). Du fait de la symétrie cristalline de la phase mère (austénite), de multiples plans
d'habitat peuvent coexister dans un monocristal d'austénite en cours de transformation. L'ensemble des plaquettes ayant même plan d'habitat et même direction
de cisaillement est appelé variante de martensite.
3/ In order to minimize the energy of interaction between formed martensite and existing austenite, the
domains constituted by martensite have generally
a flat shape whose principle plane is called habit
plane. This plane, generally well-defined for an
alloy and possessing an often complex crystallographic index, is the shearing plane of martensite.
For SMA, the shearing direction is practically
within these planes (volume variation is insignificant). Due to a crystalline symmetry of the mother
phase (austenite), multiple habit planes can coexist in a monocrystal of austenite in the course of
transformation. All the flat blocks having the
same habit plane and the same shearing direction
is called martensite variant.
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Revue d’Odonto-Stomatologie/mai 2007
5
σ
Comportement
élastique de
l'austénite
Transformation
martensitique
Comportement
élastique de
la martensite
Fig. 5 : Schéma du comportement
d’un AMF en traction à température
constante.
σ Mf
σ Ms
σ As
σ Af
Shema of a SMA behavior in tension
at a constant temperature.
εM
10 %
ε
5/ Les variables thermodynamiques extérieures qui ont une
action sur la transformation martensitique sont, comme
pour tous les changements d'état, la température et la
contrainte. Dans les AMF, la transformation martensitique
s'effectuant quasiment à volume constant, l'effet de la
pression hydrostatique de l'état de contrainte est négligeable. C'est principalement le déviateur des contraintes qui
possède une action sur l'avancement de la transformation.
5/ Variable external thermodynamics having an
action on martensitic transformation are, like in all
state changes, temperature and stress. In SMA,
martensitic transformation occurring in a constant
volume, the effect of hydrostatic pressure of a
state under stress is insignificant. It is mainly the
stress deviator that possesses an action on the
transformation development.
Les alliages à mémoire de forme, la déformation
associée à la transformation martensitique permet en
jouant sur la contrainte et la température, de conférer une
forme haute et basse température à un matériau, et de le
déformer de plusieurs pour-cent (5 à 10 %).
In SMA, the deformation associated to martensitic transformation, by playing on the stress and temperature, will give a shape at high and low temperature to a material, with a deformation of several percentages (5 to10 %).
Etude expérimentale
Experimental study
(Oiknine 2003)
(Oiknine 2003)
Caractérisation métallographique
Metallographic characterization
Il s'agit d'analyses effectuées sous microscope
métallographique inversé ZEISS Axiovert 100. Les échantillons sont enrobés dans de la résine époxy, polis suivant
une gamme spécifique jusqu'à la superfinition à la silice colloïde puis attaqués chimiquement avec les réactifs suivants :
■ type A : acide fluorhydrique (1part),
■ type A : acide acétique (5part),
■ type A : acide nitrique (5part).
Analyses are performed under inverted metallographic microscope ZEISS Axiovert 100. The samples
are embedded in epoxy resin, polished according to a
specific range until the superfinish with a colloid silica
then chemically attacked with following reagents :
■ type A : fluorhydric acid (1 part)
■ type A : acetic acid (5 parts)
■ type A : nitric acid (5 parts)
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Revue d’Odonto-Stomatologie/mai 2007
ENDODONTIE
6
7
Fig. 6 : Lime Profile neuve (x5) - Microscope ZEISS - Axivert
100 - Coupe longitudinale.
Fig. 7 : M17- Lime Protaper neuf (x20) - Coupe longitudinale Attaque A.
New Profile file (x5) – ZEISS microscope - Axivert 100 Longitudinal section.
M17- New Protaper file (x20) - Longitudinal section - Attack A.
Il est fortement probable que l'attaque chimique
de type A révèle les plans martensitiques reliés cristallographiquement avec la structure austénitique.
It is strongly likely that type A chemical attack
reveals martensitic planes cristallographically related
to austenitic structure.
Une analyse DSC (Analyse calorimétrique différentiel ou Différentielle Scanning calorimetry) complémentaire a été effectuée pour vérifier les points de transformation de l'alliage en fonction de la température.
An additional DSC analysis (Differential
Scanning calorimetry or Differential calorimetric
analyse) was performed to verify the transformation
points of the alloy depending on the temperature.
La plupart des phénomènes physiques ou chimiques qui peuvent survenir dans un matériau (changement d’état ou simplement de structure cristalline,
déformation, dégradation, réaction avec le milieu environnant….) s’accompagnant d’une absorption de chaleur (le phénomène est endothermique) ou d’un dégagement de chaleur (le phénomène est exothermique).
Most of physical or chemical phenomena can
occur in a material such as change of state, crystalline structure, deformation, degradation or reaction
with the surrounding environment accompanying
with heat absorption (endothermic phenomenon) or
heat release (exothermic phenomenon).
La microcalorimétrie est la méthode employée
lorsqu’on souhaite une mesure fine et sensible de ces
échanges de chaleur (Maillard et coll., XXXX). C’est un
moyen direct d’observer la tenue en température d’un
matériau et d’étudier les transformation, réversibles ou
non, dont il est le siège.
Microcalorimetry is used to measure these
fine and sensitive heat exchanges (Maillard et al.,
XXXX). It is a direct means to observe a behavior of
a material in a temperature change and to study its
internal transformation whether reversible or not.
Il apparaît que la transformation martensite –
austénite (pic endothermique) a lieu vers 27°C (point
Af), le point As se situant vers 0°C. Etant donné l'hystérèse de cette transformation structurale (typiquement de 20°C) lors du refroidissement, la transformation austénite-martensite doit opérer vers les 10°C.
It seems that martensite-austenite transformation (endothermic peak) takes place towards 27°C
(Af point) while the point As is situated towards 0°C.
Given the hysteresis of this structural transformation
(typically from 20°C) during cooling, the austenitemartensite transformation must occur towards 10°C.
H=hystérésis est du à la présence d’une énergie
irréversible, elle correspond à une dissipation d’énergie
Hysteresis (H) is due to a presence of an irreversible energy and corresponds to a dissipation of
116
Revue d’Odonto-Stomatologie/mai 2007
8
Fig. 8 : Lime Profile utilisé 7 fois (x10) Coupe longitudinale.
Profile file already used 7 times (x10) Longitudinal section.
mécanique transformée en chaleur. En clinique ceci se
traduit par une fatigue de l’instrument, ces milliers de
cycle que subit l’alliage auténite-martensite et inversement entraînent obligatoirement une dégradation des
propriétés des A.M.F.
mechanical energy transformed into heat. In clinical
situation, this is translated into a fatigue of instrument, these thousand cycles which austenite-martensite alloy undergoes and conversely necessarily lead
to a degradation of SMA properties.
Nous devons limiter le nombre d’utilisation et
tenir compte des contraintes que la lime peut subir lors
d’un traitement canalaire.
During a canal treatment, the number of use
has to be limited and the stress which an endodontic
file has to undergo must be taken into account.
L'analyse du Protaper montre une structure légèrement différente de celle des limes Profile (à confirmer
sur plusieurs échantillons). En effet on observe un
grand nombre de « rosaces » ou grains équiaxes au sein
des plaquettes martensitiques. Il est possible qu'une
recristallisation partielle ait eu lieu.
The analysis of Protaper file shows a structure
slightly different from that of Profile files (to be
confirmed on several samples). Indeed we observe a
large number of "rosettes" or equiaxe grains within
martensitic flat blocks. It is possible that a partial recrystallization took place.
9a
9b
σ
As
Martensite
Q
Af
Austenite
Af
As
Cycle
thermique
Mf
Ms
Mf
Ms
Cycle
thermique
T
T
(ENSAM, Metz)
Fig. 9 : Détermination des températures des AMF (DSC). (a) Domaines de stabilité de l’austénite et de la martensite.
(b) Courbe d’analyse calorimétrique différentielle.
Temperature determination of SMA (DSC). (a) Stability domains of austenite and martensite. (b) Differential calorimetric analysis curve.
117
Revue d’Odonto-Stomatologie/mai 2007
ENDODONTIE
10
Contrainte (σ)
(N/mm2)
Température (T) > Martensite Start (Ms)
σMf
tion
ma
m)
r
o
f
e (ε
u
Dé
q
ti
nsi
rte
a
M
σAs
Fig. 10 : Les températures de transformation martensique.
σMs
Martensitic transformation temperatures.
σAf
Déformation (ε)
(mm)
I
II
III
(Les alliages à mémoire de forme, Etienne Patoor
et Marcel Berveiller, Paris Hermes cop 1990)
Etude en microscopie
électronique à balayage
Scanning electron
microscopic study
Après avoir survolé quelques points fondamentaux
des propriétés du Nitinol, une étude en microscopie électronique à balayage (MEB) JEOL 6400F couplé à une sonde
µsonde EDX à été conduite pour déterminer les états de surface, l'usure puis les fractures des instruments rotatifs après
une utilisation clinique selon un protocole préconisé par le
fabricant. Dans le cadre de cette investigation, nous avons
examiné des instruments neufs, des instruments utilisés
sept fois puis des instruments fracturés lors d'une mise en
forme canalaire. Tous les instruments neufs sont fournis par
la firme Densplay Maillefer (Profil et Protaper).
Following having glanced through some fundamental points of Nitinol properties, a study by scanning
electromicroscopy (SEM, JEOL 6400F coupled with an
EDX microprobe) has been conducted to evaluate surface status, wear then fractures of rotary instruments after
a clinical use according to manufacturers’ recommendations. Within the framework of this investigation, new
instruments, instruments used seven times then instruments broken during a canal shaping have been examined. All the new instruments tested (Profile and
Protaper) are supplied by Dentsply Maillefer.
Etat de surface
Surface status
Instruments neufs
New instruments
Les états de surface sont marqués par les stries
d'usinage, nous voyons aussi une irrégularité dans la
profondeur des stries. Elles sont liées à la qualité des
lames de coupes des robots d’usinage. Ces défauts de
surfaces peuvent engendrer des amorces de fractures.
Elles sont toujours à l’origine d’une rupture. On peut
aussi rencontrer des défauts plus important sous forme
de micro cracks, qui expliqueraient une fracture soudai-
The surface status is marked by scratches from
machining with an irregularity in the depth of scratches related to the quality of cutting blades of manufacturing robots. Fractures initiation and instrument
breakage are always originated from these defects.
More significant defects as microcracks can also be
observed and would be explained for a sudden fracture of a new instrument during its first usage.
118
Revue d’Odonto-Stomatologie/mai 2007
11
12
Fig. 11 : Protaper neuf SX (100 µm).
Fig. 12 : Protaper neuf SX (80 µm).
New Protaper SX (100 μm).
New Protaper SX (80 μm).
13
14
Fig. 13 : Micro crack avec accumulation de smear layer.
Fig. 14 : Adhésion de la smear layer.
Microcracks with smear layer accumulation.
Adhesion of smear layer.
ne d’un instrument lors de sa première utilisation.
L'usage répété ou incontrôlé de ses instruments peut
accentuer ces imperfections et aboutir à la rupture.
Repeated or uncontrolled usage of these instruments
can emphasize these imperfections and lead to their
breakage.
Usure
Wear
Après usage, on constate que les irrégularités de
surface entraîne une adhésion importante de la smear
layer, ce qui diminue l'efficacité de coupe. Cette smear
layer s'accumule aussi dans les micro-cracks, les maintient
ouverts et les accentuent sous l’effet des contraintes.
Cette accumulation de smear layer dans les micro cracks
rend difficile voir impossible la stérilisation complète de
l'instrument, elle entraîne un risque élevé de contamination croisée. Il est donc impératif après chaque passage
dans le canal de nettoyer notre instrument dans une compresse imbibée d'hypochlorite de sodium à 5%.
After usage, surface irregularities leading to a
significant smear layer adhesion are observed. The cutting efficiency is thus reduced. Microcracks are also
accumulated, maintained open by smear layer and become accentuated under the influence of stress. This accumulation of smear layer in micro cracks renders a complete instrument sterilization difficult even impossible
resulting in a high risk of crossed contamination. It is
thus imperative after each passage in a canal to clean the
instrument with a gauze soaked with 5 % sodium hypochlorite solution.
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ENDODONTIE
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Fig. 15 : Fracture à partir d’une strie d’usinage.
Fig. 16 : Plage qui amorce la fracture.
Fracture from a maching scratch.
Zone initiating the fracture.
Fracture après usage
Fracture after usage
Sur un instrument fracturé, on observe que toutes les fractures obtenues ont comme origine une strie
d'usinage ou un micro crack dans lequel la dentine s'est
accumulé maintenant le micro crack ouvert.
On a broken instrument, all fractures are observed to have an origin from machining scratches or
microcracks left open by dentin debris accumulation.
Conséquences cliniques
Clinical consequences
Le point fondamental induit par l’étude cristallographique des NiTi en endodontie est le contrôle des
contraintes subit par l’instrument lors de son utilisation.
a - contraintes pariétales,
b - contraintes engendrées par l’opérateur,
c - contrôle de la transformation martensitique.
A fundamental aspect concluded from the crystallographic study of NiTi in endodontics is the control of following stress undergone by the instrument during its usage.
a - parietal stress,
b - stress engendered by the operator,
c - martensitic transformation control.
Nous devons éviter des forces trop importantes
qui amènent à la rupture. Elles doivent être suffisantes
pour créer la transformation martensitique. Elles doivent ensuite se stabiliser pour maintenir cette phase
martensitique. La variation incessante de ces contraintes entraînent l’accumulation des variantes de martensite avec pour conséquence une rupture. La plupart des
ruptures sont le fait de l’opérateur et secondairement de
la qualité de l’usinage de ces instruments.
Exaggerated force leading to an instrument
breakage must be avoided. The force, however, must
be sufficient to create martensitic transformation and
can be stabilized to maintain the martensite phase.
Unceasingly variation of these stresses leads to an
accumulation of martensite variants and a consequent breakage. Most breakages are related to the
operator and secondarily to the quality of instruments
manufacturing.
Lors de la mise en forme et du nettoyage canalaire, les limes rotatives subissent deux types de forces :
1 - des forces horizontales dues aux contraintes pariétales du canal et donc liées à l’anatomie canalaire,
2 - des forces verticales dues à l’opérateur.
During canal shaping and cleaning, rotary
files undergo two types of forces :
1 -horizontal forces due to the parietal stress of the
canal and thus related to the canal anatomy,
2 -vertical forces due to the operator.
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Revue d’Odonto-Stomatologie/mai 2007
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Fig. 17 : Conclusion : stries d’usinage, micro crack, fracture.
Conclusion : machining scratches, microcrack, fracture.
Les premières sont gérées par une bonne lecture
de la radiographie préopératoire et une excellente
connaissance de l’anatomie canalaire, ( radiographie
lime en place, longueur, lumière, rayon de courbure
canalaire ….) selon la difficulté rencontrée une stratégie opératoire est mise en place, que l’on adapte, si
nécessaire, au cours de la préparation :
■ Choix de la séquence instrumentale (ajouter des orifices shapers à une séquence protaper, ou compléter
par des GT files…etc)
■ Choix d’une séquence instrumentale neuve ou déjà
utilisée. Deux nouvelles notions lors de la mise en
forme canalaire :
A - Préparation d’une cavité d’accès qui répond aux
impératifs de la préparation mécanisée : la cavité
d’accès ne doit plus s’arrêter à la préparation coronaire mais inclure la préparation des entrées canalaires avant tout sondage du système canalaire.
B - Mise en sécurité du canal : il s’agit de mettre en
forme le canal manuellement à sa longueur de travail
et au diamètre apical d’une lime K 015 ou 020.
The priors can be managed by a good interpretation of the preoperative radiography and an excellent
knowledge of the root canal anatomy (radiography with
file in place, length, light, radiance of canal curvature,
etc.) and depending on encountered difficulties, an operative strategy is then established and adapted during
canal preparation as following examples :
■ Choice of the instrumental sequence (adding orifice
shapers to the protaper sequence, or completing by
GT files, etc.)
■ Choice of a sequence of new or already used instrument. Two new concepts during canal preparation :
A - Preparation of an access cavity corresponding to the
imperatives of mechanized preparation : the access
cavity must not be limited only to the coronal preparation but included to the preparation of canal entrance
prior to probing of the canal system.
B - Establishment of security to the canal: it concerns
a manual canal shaping to its working length with the
apical diameter of a K file no. 015 or 020.
Cette approche du clinicien a pour objectif d’anticiper une situation de rupture ainsi qu’une fatigue
prématurée de l’instrumentation mécanisée.
This clinical approach has for objective to
anticipate a breakage situation as well as a premature fatigue of the mechanized instrumentation.
Les deuxièmes forces sont gérées par l’expérience de l’opérateur et par une meilleure connaissance des
possibilités qu’offre cette nouvelle instrumentation.
The second forces are managed by the operator experience and by a better knowledge of the
advantages offered by this new instrumentation.
Passer par une période d’apprentissage sur dents
sèches (on peut développer un sens tactile en rotation
mécanisée) : choix des forces exercées, de la vitesse de
rotation, du couple utile.
A period of training on dry teeth (we can develop a tactile sense in mechanized rotation) is needed
in order to understand applied forces, rotation speed
and useful torque.
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Revue d’Odonto-Stomatologie/mai 2007
ENDODONTIE
Conclusion
Aux grossissements du microscope métallographique, il y a peu de différences entre une lime neuve et une lime
ayant servie (pour notre étude sept fois). On constate peu de modifications au niveau des angles d'attaques des
lames de coupes. On observe peu d'usure. Par contre, au niveau de l'ultra structure (microscopie électronique),
l'usage répété de ces instruments entraîne une accumulation des variantes martensite-austénite qui sont à l'origine des dislocations entraînant l'usure, la fatigue et la fracture de l'instrument. Il est certain que le mode
d'utilisation et le nombre d'utilisation/stérilisation interviennent dans les modifications internes et sont à l'origine de certaines ruptures.
Le Nitinol est parfaitement adapté à la pratique de l'endodontie moderne, il est indéniable que les limes rotatives font partie de notre arsenal thérapeutique. Toutefois, les états de surface doivent être améliorés, des travaux sur l'électrodéposition sont actuellement en cours et apporteront certainement de nouvelles perspectives.
Les états de surface actuels sont un facteur de rupture.
Selon le principe de précaution, ces instruments dans leur état actuel d’usinage, et pour des problèmes liés à
leur stérilisation, seront préconisés pour l’usage unique. Cette pratique est instaurée aujourd’hui par de nombreux endodontistes et certains pays comme l’Angleterre.
Une étude très poussée sur la qualité de nos stérilisations est indispensable, et sur le devenir de la smear layer
bloquée dans les micros crac.
Toutes ces questions méritent des réponses claires. L’usage unique pour les cas complexes est souhaitable.
At a higher magnification under metallographic microscope, slight differences between new and used-7-times files
can be observed. Few modifications at the cutting angles of blades and few wear are noticed. On the other hand,
at an ultrastructure level under an electromicroscope, a repeated usage of these instruments can lead to an accumulation of martensite-austenite variants originating dislocations and leading to wear, fatigue and fracture of the
instrument. It is certain that mode of usage and number of usage/sterilization participate in internal modifications and are the origin of certain breakage.
Nitinol is perfectly suitable to modern endodontics practice. It is undeniable that rotary files are a part of our therapeutic arsenal. Surface irregularities of these instruments are considered to be a factor of breakage and must
be improved. Works on electrodeposition are at present in progress and will bring certainly new perspectives.
According to the principle of precaution with their current state of manufacturing and problems related to their
sterilization, these instruments will be recommended for unique usage. This practice is adopted presently by
numerous endodontists and in certain country such as England.
A study on the quality of sterilizations and on the smear layer accumulated in microcracks is indispensable.
All these questions deserve precise answers. The unique usage for complex cases is desirable.
Traduction : Ngampis SIX
Demande de tirés-à-part :
Docteur Michel OIKNINE - 2, rue de la Tuilerie - 71210 Montchauvin.
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Revue d’Odonto-Stomatologie/mai 2007
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