Análisis computacional de dinámica de fluidos con sistemas de presión positiva y negativa en anatomías reales de conductos ovales con ramificaciones apicales

Resumen

Introducción: Los molares mandibulares presentan una alta prevalencia de irregularidades anatómicas tales como ramificaciones apicales que dificultan la completa limpieza y desinfección del sistema de conductos. El objetivo de esta tesis doctoral fue encontrar el equilibrio entre eficacia y seguridad en la irrigación con sistemas de presión positiva y negativa mediante el análisis de magnitudes clave de la dinámica de fluidos (trayectoria del flujo, velocidad del irrigante, tensión cortante y presión apical) en conductos radiculares ovales con ramificaciones apicales obtenidos a través de dientes reales y técnicas no destructivas. Material y método: Se seleccionó el micro-CT de un molar mandibular humano que presentaba un conducto oval con ramificación apical en la raíz distal para el estudio. Tras la conformación del conducto, se realizó un nuevo micro-CT. El modelo tridimensional fue segmentado, reconstruido y exportado a formato STL, para posteriormente ser tratado y convertido en un único cuerpo sólido preparado computacionalmente. Asimismo, se reconstruyeron por ordenador las geometrías de agujas de presión positiva de salida lateral (SL), frontal (SF) y fronto-lateral (SFL) y de la microcánula del sistema EndoVac (MiC). Con todos ellos, se crearon diferentes geometrías con distintas posiciones de las agujas: a 1 y 3 mm de la longitud de trabajo (LT) las agujas de presión positiva y a la LT la MiC. A partir de estas 7 geometrías se realizaron diferentes simulaciones: una con el sistema de conductos lleno de irrigante (SCI) y 4 simulando un vapor lock en los 2mm apicales (SCVL). En el grupo SCI se utilizó un flujo de 6 mL/min para las agujas de presión positiva. En los grupos con vapor lock se llevaron a cabo simulaciones con distintos flujos de entrada (6 mL/min (SCVL6); 12 mL/min (SCVL12); y 18 mL/min (SCVL18). Todas estas simulaciones se realizaron con una tensión superficial de 70 dyn/cm. Aparte se realizó una nueva simulación con flujo de entrada de 6 mL/min a menor tensión superficial (30 dyn/cm (SCVL6/30)). Tanto para SCI como SCLV, se llevó a cabo una simulación con MiC sustituyendo el flujo de entrada de irrigante por un poder de aspiración de 97,5 mmHg. La simulación numérica fue llevada a cabo con la extensión CFD del programa ANSYS 18.2 (ANSYS Fluent). Los resultados fueron visualizados y Se analizaron el comportamiento del flujo, la velocidad del irrigante, la distribución de la tensión cortante en la pared y la presión apical para cada una de las simulaciones. Se comparó la tensión cortante entre simulaciones para indirectamente evaluar la capacidad de limpieza de las mismas. Así mismo, la presión apical fue comparada entre las simulaciones y fue analizada en relación a un umbral de riesgo de extrusión de 25 mmHg. Resultados: En el Grupo SCI, la aguja SL cumplió con el binomio seguridad/eficacia, especialmente a 1 mm de la LT que obtuvo los valores más altos de tensión cortante y bajo riesgo de extrusión. Las simulaciones SF en cambio no cumplieron los objetivos: a 1mm generaron valores por encima del umbral de riesgo de extrusión aunque los valores de tensión cortante fueron altos, y a 3mm el irrigante no alcanzó los milímetros apicales y presentó valores de tensión cortante bajos. La SFL tanto a 1 mm como a 3 mm no generó flujo en la ramificación y obtuvieron valores de tensión cortante bajos, aunque los valores de presión apical se situaron también por debajo del umbral. La MiC, generó flujo en la ramificación apical, con valores de tensión cortante y presión apical bajos. En las simulaciones con vapor lock los resultados fueron diferentes. En el grupo SCVL6, la SL no eliminó en ningún caso el vapor lock, aunque los valores de presión apical fueron bajos y la tensión cortante alta a 1 mm de LT. La SF a 1 mm fue la única aguja de presión positiva en eliminar el vapor lock de una de la ramificaciones, aunque a 3mm resulto ineficaz. Los valores de presiones fueron similares al grupo SCI. La SFL fue ineficaz en la remoción del vapor lock y como en el resto de simulaciones los valores de presiones máximas resultaron prácticamente idénticos. Finalmente, la MiC eliminó parte del vapor lock de una de las ramificaciones y la presión apical resultó todavía menor que en SCI. En el grupo SCVL12 los valores de tensión cortante y presión apical aumentaron respecto al grupo SCVL6. Esta tendencia resultó generalizada para todas las simulaciones. La SL fue capaz de remover el vapor lock de 2 de las 3 ramificaciones, pero utilizada a 3 mm de LT fue la única simulación por debajo del umbral de riesgo de extrusión. SF penetró en 2 de las 3 ramificaciones y SFL en las 3 cuando se simuló a 1 mm de LT, pero solo parcialmente en una usada a 3 mm de LT. En el grupo SCV18 los valores de tensión cortante y presión apical aumentaron respecto al grupo SCVL12, con valores de presión apical que superaron el umbral en todas las simulaciones. La SL eliminó parcialmente el vapor lock de las 3 ramificaciones a 1 mm de LT, pero de ninguna a 3; la SFL también de todas ellas a 1 mm y solo de una a 3, y la SF de 2 a ambas longitudes. Finalmente, en el grupo SCV6/30 los valores de presión apical y tensión cortante fueron muy similares al grupo SCV6. La SL no fue capaz de eliminar el vapor lock de la ramificación apical, a diferencia del resto de simulaciones. La SF eliminó el vapor lock de 2 de las 3 ramificaciones cuando se simuló a 1 mm, y de 1 de ellas a 3 mm. La SFL de 1 de ellas a 1mm de la LT y de 2 de ellas a 3 mm. La MiC removió el vapor lock por completo de una de las ramificaciones y parte de otra ramificación. Conclusiones: La aguja que obtuvo un mayor equilibrio entre eficacia y seguridad durante la irrigación en ausencia de vapor lock fue la SL a 1 mm de LT con una velocidad de irrigación de 6 mL/min. En presencia de vapor lock fueron la SL a 1 mm y 6 mL/min, y con una tensión superficial de 30 dyn/cm tanto la SFL a 3 mm a 6 mL/min como la MiC. En el grupo con el sistema de conductos lleno de irrigante la aguja SL fue la que consiguió un mayor equilibrio entre eficacia y seguridad con valores altos de tensión cortante y bajos de presión apical cuando se simuló a 1 mm de LT. En presencia de vapor lock, la aguja SL a 1 mm y 6 mL/min de velocidad de irrigación y la MiC obtuvieron un mayor equilibrio entre la eficacia y seguridad. Asimismo, en presencia de vapor lock y con una tensión superficial de 30 dyn/cm, la SL a 1 mm y la SFL a 3 mm fueron las únicas en conseguir un equilibrio entre eficacia y seguridad.