Resistance to fracture due to cyclic fatigue of stainless steel manual files and its association to surface roughness / Resistencia a la fractura por fatiga cíclica de las limas manuales de acero inoxidable y su relación con la rugosidad superficial

ABSTRACT The aim of this study was to evaluate the possible association between the roughness of 5 brands of stainless steel endodontic files and their resistance to fracture due to cyclic fatigue. The study includedfive different brands of stainless steel endodontic files: SybroEndo Triple-Flex Files (Kerr, Glendora, USA), Ready Steel K-Flexofile (Dentsply Sirona, Ballaigues, Switzerland), Mani Flexile Files (Mani, Tochigi- Ken, Japan), FKG K-Files (FKG, La Chaux-de-Fonds, Switzerland) and Zipperer Flexicut Files (VDW, Munich, Germany). Twelve files per brand (total 60 files) were evaluated. File surface roughness over an area (Sa) was quantified using a focus variation microscope. Then the files were subject to a cyclical fatigue test to determine the number cycles to fracture due to fatigue and length of fractured fragment. Finally, fractographic analysis was performed using a scanning electron microscope. The electropolished Ready Steel K-Flexofile® files had the highest roughness according to Sa parameters, though they also had the highest resistance to fracture due to cyclic fatigue and the longest fractured fragment. Moderate positive correlation was found between fractured fragment length and roughness. The fractured surface showed characteristics of ductile fracture with cracks and plastic deformation. The electropolished stainless steel Ready Steel K-Flexofile® files werethe most resistant to fracture due to cyclic fatigue even though they had highest surface roughness.

RESUMEN El objetivo del presente estudio fue evaluar la posible asociación entre la rugosidad de 5 marcas de limas endodónticas de acero inoxidable y su resistencia a la fractura por fatiga cíclica. Se incluyeron cinco grupos diferentes de limas endo-dónticas de acero inoxidable: SybroEndo Triple-Flex Files (Kerr, Glendora, EE. UU.), Ready Steel K-Flexofile (Dentsply Sirona, Ballaigues, Suiza), Mani Flexile Files (Mani, Tochigi-Ken, Japón), FKG K-Files (FKG, La Chaux-de-Fonds, Suiza) y Zipperer Flexicut Files (VDW, Munich, Alemania); se evaluaron doce instrumentos por grupo para un total de 60 limas. Mediante un microscopio de variación focal se cuantificó la rugosidad superficial por área (Sa) de los instrumentos, posteriormente fueron sometidos a una prueba de fatiga cíclica donde se determinó el número de ciclos de fractura por fatiga y la longitud del fragmento fracturado. Finalmente, se realizó un análisis fractográfico mediante microscopía electrónica de barrido. Las limas Ready Steel K-Flexofile® con electropulido mostraron el mayor valor de rugosidad en los parámetros Sa; sin embargo, también tenían la mayor resistencia a la fractura por fatiga cíclica y la mayor longitud del fragmento fracturado del instrumento. Además, se encontró una correlación moderada positiva entre la longitud del fragmento fracturado y la rugosidad. La superficie fracturada mostró características de fractura dúctil con grietas y deformación plástica. Las limas Ready Steel K-Flexofile® fabricadas en acero inoxidable con electropulido, fueron más resistentes a la fractura por fatiga cíclica a pesar de tener la mayor rugosidad superficial.

Utilidad de la conformación del túnel liso antes de usar limas rotatorias endodónticas de níquel-titanio / Usefulness of shaping the glide path before using rotary nickel-titanium endodontic files

Introducción: para prevenir la fractura de instrumentos endodonticos actualmente se siguen investigando materiales, técnicas y diseños los cuales buscan reducir su incidencia. La conformación de túnel liso (Glide Path) se ha propuesto con este fin, sin embargo su utilidad ha sido controvertida. Objetivo: comprobar teóricamente mediante la utilización de un análisis de elementos finitos, la utilidad de la conformación de túnel liso, antes de la utilización de limas rotatorias endodonticas de níquel-titanio. Métodos: se realizó una simulación numérica mediante un análisis de elementos finitos, para lo cual se construyeron modelos matemáticos de las limas rotatorias de níquel-titanio S1 y S2 de la serie Protaper®. Con el software Simulation multyphisics de Autodesk® se programaron las propiedades mecánicas de las limas y un límite de falla por fractura de 1270,588 MPa. Posteriormente se aplicó el torque recomendado por el fabricante y se fijo la punta del instrumento (sin conformación de túnel liso) aplicando allí restricciones en todos los grados de libertad.Para simular la realización de la conformación de túnel liso, se aplicaron restricciones en todos los grados de libertad a una determinada distancia de la punta del instrumento, simulando de esta forma que la punta del instrumento permanecía libre. Resultados: al fijar la punta de las limas, los esfuerzos máximos fueron 1545,77 MPa para la S1 y 1306,47 MPa para la S2, observando fractura de los instrumentos. Al fijar las limas a distancia de la punta no se observó fractura. Conclusiones: se demostró teóricamente que al impedir que se atrapen la punta de las limas, se previene su fractura y que dicho atrapamiento se evita con una conformación de túnel liso, por lo que se concluye que este procedimiento es útil para prevenir la fractura de los instrumentos rotatorios de níquel-titanio(AU)

Introduction: materials, techniques and designs continue to be studied with the purpose of reducing the incidence of fracture in endodontic instruments. Shaping of the glide path has been proposed for this end; however, its usefulness has been a matter of controversy. Objective: based on the finite element method, carry out a theoretical analysis of the usefulness of shaping the glide path before using rotary nickel-titanium endodontic files. Methods: numerical simulation was performed based on finite element analysis, to achieve which mathematical models were built of rotary nickel-titanium files S1 and S2 of the Protaper™ series. Autodesk™ Simulation Multiphysics software was used to program the mechanical properties of the files, as well as a fracture failure limit of 1270.588 MPa. The torque recommended by the manufacturer was then applied and the instrument tip fixed into place (without shaping the glide path) with restrictions on all degrees of freedom. In order to simulate glide path shaping, restrictions were applied to all degrees of freedom at a certain distance from the instrument tip, thus simulating that the instrument tip remained free. Results: on fixing the file tips, maximum efforts were 1545.77 Mpa for S1 and 1306.47 Mpa for S2. Instrument fracture was observed. When files were fixed at a distance from the tip, no fracture was observed. Conclusions: it was theoretically demonstrated that when file tips are prevented from being caught, fracture is prevented as well, and such catch is avoided by shaping the glide path. It is therefore concluded that the procedure is useful to prevent the fracture of rotary nickel-titanium instruments(AU)

Comparación de esfuerzos pre y post quirúrgicos sobre articulación de cadera con secuelas de displasia / Comparison of pre- and postsurgical stress over a hip joint with dysplastic sequels

Introducción: la displasia residual de cadera en jóvenes y adultos requiere un procedimiento quirúrgico para su tratamiento; tener en cuenta el comportamiento biomecánico futuro de la articulación podría ser una útil herramienta en la planeación y evaluacióndel procedimiento quirúrgico más adecuado para el paciente. Objetivo: realizar una comparación entre la distribución de esfuerzos pre y post quirúrgicos sobre una articulación de cadera con secuelas de displasia utilizando el método de elementos finitos para su resolución. Métodos: se usó un modelo de elementos finitos de la articulación de un paciente con secuelas de displasia, reconstruido a partir de imágenes obtenidas por TAC, y un modelo de la reubicación articular simulando elprocedimiento quirúrgico realizado. El máximo esfuerzo generado y el área de soporte de peso fueron calculados durante la etapa de apoyo de un ciclo de marcha. Resultados: hay una excesiva carga sobre la articulación patológica debido a la reducida cobertura articular. Las simulaciones sobre el modelo post-quirúrgico revelaron una reducción del 20,20 % en elesfuerzo máximo generado sobre la cabeza femoral en el punto de mayor carga en la marcha (20 % de la fase de apoyo), además de una reducción del 49 % en la presión de contacto sobre el cartílago articular y un incremento del 64 % en el área de soporte de peso en el mismo punto. Conclusiones: este estudio revela una mejora biomecánica post-quirúrgica muy considerableen el nivel de la carga que soporta la articulación; por otra parte, permite tener un mayor acercamiento a la realidad del paciente y contribuye a la toma de una óptima decisión para el tratamiento de la patología.

Introduction: The treatment of residual hip dysplasia in young persons and adults requires surgery. Bearing in mind the future biomechanical behavior of the joint could be a useful tool in the planning and evaluation of the most appropriate surgical procedure. Objective: Compare the distribution of pre- and postsurgical stress over a hip joint with dysplastic sequels using the finite element method for its resolution. Methods: Use was made of a finite element model of a patient's hip joint with dysplastic sequels reconstructed from CT scan images, and a model of the joint relocation that simulated the surgical procedure performed. The maximum stress generated and the weight bearing area were estimated during the stance phase of the gait cycle. Results: The load on the treated joint is excessive due to the reduced joint coverage. Simulations on the postsurgical model showed a 20.20% reduction in the maximum stress exerted on the femoral head at the point of greatest load during the gait (20% of the stance phase), a 49% reduction in the contact pressure over the joint cartilage, and a 64% increase in the weight bearing area at the same point. Conclusions: The study revealed very considerable postsurgical biomechanical improvement in the amount of load borne by the joint. On the other hand, it allows a better view of the patient's reality and contributes to taking the best treatment decision.

Theoretical evaluation of nickel-titanium MTWO series rotary files

Las limas rotatorias de níquel-titanio son un avance tecnológico que permite al odontólogo llevar a cabo tratamientos en conductos con morfologías irregulares Lamentablemente, estos instrumentos pueden fracturarse sin presentar señales visibles que permitan prevenir este accidente. Por lo tantoel objetivo del presente estudio fue evaluar teóricamente el comportamientomecánico de las limas rotatorias de Níquel-Titanio para uso en endodoncia Mtwo® para determinar cuál de losinstrumentos de la serie básica es el que presenta mayor probabilidad de fractura. Con este fin se realizó un análisis por medio del método de los elementos finitos utilizando modelos matemáticos de los instrumentos de la serie básica de las limas Mtwo®. Aestos instrumentos se les aplicaron cargas de flexión y torsión en condiciones normales y en condiciones extremas, para determinar cuáles presentaban los esfuerzos de Von Mises más altos. En una aproximación similar al uso normal, ninguno de los modelosde las limas alcanzó el limite máximo de falla por fractura. Ante un uso inadecuado, los modelos de las limas 10/0.04 y 25/0.06 mostraron los esfuerzos de Von Mises más altos tanto a flexión como a torsión respectivamente, por lo tanto se recomienda dar un solo uso a la lima 10/0.04 y a la lima 25/0.06 de Mtwo® para prevenir la fractura de estos instrumentos.

Nickel-Titanium rotary files are a technological development thatenables dentists to prepare irregularly shaped root canals withoutaltering them. Unfortunately, these files may fracture without anyprior visible warning signs. The aim of this study was to perform atheoretical evaluation of the mechanical behaviour of Mtwo®Nick-el-Titanium rotary files for endodontics, in order to determinewhich of the files in the basic series are most likely to fracture.Mathematical models of the Mtwo®basic file series were analyzedusing the finite elements method. Bending and torsion loads wereapplied to the files both under normal conditions and under extremeconditions, to determine which of them had the highest Von Misesstresses. When the approximation was similar to normal use, noneof the file models reached the maximum limit of failure by fracture.When used inadequately, file models 10/0.04 and 25/0.06 had thehighest Von Mises stresses for bending and torsion, respectively.Thus, it is recommended that Mtwo®files10/0.04 and 25/0.06should be used once only, to prevent fractures.