Experimental assessment of the bone cavity heating at different speeds during preparation for dental implantation

Abstract

The objective of the study was to evaluate the level of bone tissue heating experimentally during various high-speed and slow-speed protocols for the preparation of the bone cavity for dental implantation. Materials and Methods: 8 samples of skeletonized veal ribs (length 10.00–12.00 cm and thickness 1.50–2.00 cm) were dissected, four cuts were made according to different speed protocols at a distance of 1.00–1.50 cm from each other. The duration of each manipulation was 15 s. The Lindemann guide drill with a diameter of 2.20 mm (apex diameter – 1.70 mm) and length of 35.00 mm (with a limiter) was used for work without any cooling of the operating field. The following preparation parameters were applied: 1000 rpm, 300 rpm, 100 rpm, and 50 rpm; in all cases, the torque of the surgical drill was 35 N×cm. Bone tissue temperature was measured with an electronic contact thermometer before and immediately after manipulation. Results: Measurements showed that heating of bone tissue was observed in almost all applied protocols of bone tissue preparation. This fact can represent a danger to the patient by increasing the risk of developing localized osteomyelitis of the alveolar ridge due to trauma. This, in turn, can increase the risk of the installed dental implant disintegration or the development of fiber integration. During 15 seconds of preparation at a speed of 1000 rpm, the bone tissue heated up the most; the average temperature increase was 5.64 ± 2.23 °С (М = 4.60 °С), the value – from 3.00 to 10.30 °С. At the speed of 300 rpm, heating was less – by 3.79 ± 1.76 °C (M = 3.80 °C), the values were in the range of 1.10–6.40 °C. At the speed of 100 rpm, the heating of the bone canal was 2.99 ± 1.36 °С (М = 2.65 °С), in the range of values within 1.10–5.20 °С. During preparation at the speed of 50 rpm, the heating of bone tissue was minimal – 2.06 ± 0.66 °С (М = 1.95 °С), the value was recorded in the range of 1.00–3.20 °С. Considering that in most experimental studies, the time of preparation of bone tissue (or its model) was longer – 1 min, while in our study such prolongation of interaction with bone tissue was impractical (the bone cavity was fully prepared in 15 s) and the interaction of the cutter with the surrounding tissue was minimized, a decision was made to create a mathematical regression model of the thermal reaction of bone tissue during such treatment. The application of the created regression mathematical model of bone tissue heating during preparation without cooling for 1 min showed that the use of surgical drills at the speed of 1000 rpm and torque of 35 N×cm could lead to critical heating in 62.50% of cases, at the speed of 300 rpm min and a torque of 35 N×cm – in 50.00% of cases, at a speed of 100 rpm and torque of 35 N×cm – in 25.00%. The use of the speed of 50 rpm and torque of 35 N×cm without water cooling did not impose the risk of critical heating of bone tissue. Conclusions: the experimental data on the bone tissue heating when using different speeds during preparation without cooling the operating field were obtained. The safest method used was the scheme of 50 rpm with a torque of 35 N×cm.

Мета дослідження – оцінити експериментальним шляхом ступінь нагрівання кісткової тканини при різних швидкісних про- токолах підготовки кісткового ложа для дентальної імплантації. Матеріали та методи дослідження. На 8 зразках скелетова- них телячих ребер (довжиною 10,00–12,00 см і товщиною 1,50– 2,00 см) проведено препарування, по чотири розпили за різним швидкісним протоколом на відстані в 1,00–1,50 см один від од- ного. Тривалість кожної маніпуляції – 15 с, для роботи викорис- тано напрямну фрезу Lindemann діаметром 2,20 мм (діаметр апе- кса – 1,70 мм) довжиною 35,00 мм (з обмежувачем), без охоло- дження операційного поля. Застосовано такі параметри препару- вання: 1000 об./хв., 300 об./хв., 100 об./хв., 50 об./хв.; у всіх випа- дках торк хірургічної фрези становив 35 Н×см. Температуру кіс- ткової тканини вимірювали контактним електронним термомет- ром до та одразу після маніпуляції. Результати. Вимірювання показали, що майже при всіх за- стосованих протоколах препарування кісткової тканини спосте- рігалося нагрівання кісткової тканини, що може становити небе- зпеку для пацієнта в частині збільшення ризику розвитку локалі- зованого (гніздового) остеомієліту альвеолярного паростка вна- слідок травми та відповідно збільшення ризику дезінтеграції встановленого дентального імплантату або ж розвитку фіброін- теграції. За 15 секунд препарування на швидкості 1000 об./хв кі- сткова тканина нагрівалася найбільше; середнє зростання темпе- ратури становило 5,64 ± 2,23 °С (М = 4,60 °С), значення – від 3,00 до 10,30 °С. На швидкості 300 об./хв нагрівання було менше – на 3,79 ± 1,76 °С (М = 3,80 °С), значення були в діапазоні 1,10– 6,40 °С. При швидкості 100 об./хв нагрівання кісткового каналу було на 2,99 ± 1,36 °С (М = 2,65 °С), в діапазоні значень у межах 1,10–5,20 °С. Під час препарування на швидкості 50 об./хв нагрі- вання кісткової тканини було мінімальним – 2,06 ± 0,66 °С (М = 1,95 °С), значення реєструвалася в межах 1,00–3,20 °С. За- стосування регресійної математичної моделі нагрівання кісткової тканини при препаруванні без охолодження протягом 1 хв пока- зало, що застосування фрез на швидкості 1000 об./хв і торку 35 Н×см може призвести до критичного нагрівання у 62,50 % ви- падків, на швидкості 300 об./хв і торку 35 Н×см – у 50,00 % випа- дків, на швидкості 100 об./хв і торку 35 Н×см – у 25,00 %. Засто- сування швидкості 50 об./хв і торку 35 Н×см без водного охоло- дження не мало ризиків критичного нагрівання кісткової тка- нини. Висновки. Отримано експериментальні дані щодо ступеня нагрівання кісткової тканини при використанні різних швидкос- тей, без охолодження операційного поля. Найбезпечнішою серед застосованих методик була схема 50 об./хв при торку 35 Н×см.