DOI: https://doi.org/10.3389/fdmed.2026.1720637
PMID: https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/41736713
تاريخ النشر: 2026-02-09
المؤلف: Niranjan Harikrishna وآخرون
الموضوع الرئيسي: طب الأسنان الداخلي وعلاجات قنوات الجذر
نظرة عامة
تستعرض هذه المراجعة المنهجية تأثير تصميم الإبرة، وحجم التحضير القمي، وتضيق القناة على إجهاد القص على الجدران (WSS) أثناء ري قنوات الجذر باستخدام الحقن، مستفيدة من ديناميات السوائل الحاسوبية (CFD) كإطار منهجي. تم اعتبار 36 دراسة مؤهلة، حيث قدمت 10 دراسات بيانات محددة عن WSS تتعلق بتكوينات الإبر المختلفة. تشير النتائج إلى أن الإبر ذات الفتحات المفتوحة تولد أعلى WSS، وهو ما يفيد في إزالة الحطام في القنوات المعدة جيدًا (حجم ISO ≥30) ولكنه يزيد من خطر الإخراج القمي. على العكس، توفر الإبر ذات الفتحات الجانبية WSS معتدلاً مع ضغط منخفض، مما يجعلها أكثر ملاءمة للقنوات المعقدة أو المعدة بشكل ضئيل.
كما تسلط المراجعة الضوء على أن التحضيرات القمية الأضيق تعزز WSS، بينما تسهل التقلصات الأوسع توزيع الإجهاد بشكل أكثر انتظامًا، على الرغم من تكلفة الكفاءة القصوى. على الرغم من أن هذه الرؤى مستمدة من محاكاة CFD، يجب تفسيرها بحذر بسبب قيود النماذج الحاسوبية، التي غالبًا ما تفتقر إلى الواقعية التشريحية. يدعو المؤلفون إلى تحضير القنوات إلى ISO 30 مع تضيق بنسبة 4%-6% بناءً على الأنماط الهيدروديناميكية الملحوظة، مؤكدين على الحاجة إلى مزيد من البحث لدمج الأشكال التشريحية الدقيقة في نماذج CFD ولربط بيانات المحاكاة بالنتائج السريرية. تعتبر هذه التطورات ضرورية لتحسين استراتيجيات الري وتعزيز نقل نتائج CFD إلى الممارسة السريرية.
مقدمة
تسلط المقدمة الضوء على الدور الحاسم للعلاج اللبّي الفعال في القضاء على الكائنات الدقيقة والحطام النخر من البنية المعقدة لقنوات الجذر. نظرًا لأن التعقيدات التشريحية غالبًا ما تترك 40%-50% من جدران القناة غير مُعالجة، يصبح السلوك الهيدروديناميكي للسوائل المستخدمة في الري أمرًا أساسيًا لتحقيق التعقيم الفعال وإزالة الأغشية الحيوية. تعتبر المعلمات الرئيسية مثل سرعة التدفق، وإجهاد القص على الجدران (WSS)، والضغط القمي حاسمة في تحسين إزالة الحطام من القناة مع تقليل خطر الإخراج القمي.
ظهرت ديناميات السوائل الحاسوبية (CFD) كأداة حيوية لمحاكاة وتحليل ديناميات السوائل داخل قنوات الجذر، مع معالجة قيود الطرق التقليدية خارج الجسم (ex vivo) وفي الجسم (in vivo). يؤثر تصميم إبر الري—سواء كانت ذات فتحات جانبية، أو مفتوحة النهاية، أو مغلقة النهاية—بشكل كبير على ديناميات التدفق وتوليد WSS، خاصة في المناطق التشريحية المعقدة. على الرغم من الدراسات الواسعة في CFD، لا تزال هناك فجوات في فهم الفعالية النسبية والسلامة لهذه التكوينات الإبرية عبر أشكال القناة المختلفة وعمق الإدخال. تهدف هذه المراجعة المنهجية إلى تقييم الأدبيات الحالية حول تأثير تصميمات إبر الري على المعلمات الهيدروديناميكية، مع التركيز على WSS، لتقديم رؤى قائمة على الأدلة وتحسين بروتوكولات الري اللبّي.
طرق البحث
تم إجراء المراجعة المنهجية وفقًا لإرشادات PRISMA 2020، التي توفر إطارًا لعملية المراجعة المنهجية كما هو موضح من قبل Page et al. (2020). تضمن هذه المنهجية نهجًا شاملاً وشفافًا لمراجعة الأدبيات، مما يسهل تحديد واختيار وتجميع الدراسات ذات الصلة. يعزز الالتزام بهذه الإرشادات موثوقية وصحة النتائج المقدمة في المراجعة.
النتائج
في قسم النتائج، أسفرت البحث الإلكتروني عبر PubMed وScopus وWeb of Science عن إجمالي 151 سجلًا. بعد إزالة 65 سجلًا مكررًا واستبعاد 19 سجلًا غير ذي صلة، تم فحص 67 مقالة من حيث صلة العنوان والملخص. تم تقييم 55 مقالة نصية كاملة من حيث الأهلية، مما أدى إلى استبعاد 19 تقريرًا بناءً على معايير PRISMA المحددة، بما في ذلك تصميم الدراسة غير المناسب وغياب النتائج ذات الصلة. في النهاية، استوفت 36 دراسة معايير الأهلية للتجميع النوعي، حيث قدمت 10 دراسات ديناميات السوائل الحاسوبية (CFD) بيانات قابلة للاستخراج عن إجهاد القص على الجدران لتحليل النتائج الأساسية.
قدمت الدراسات الـ 26 المتبقية رؤى سياقية حول عوامل مثل الضغط القمي وهندسة القناة، مما ساهم في التجميع السردي. أظهرت معظم دراسات CFD خطرًا منخفضًا للتحيز فيما يتعلق بمواصفات الشبكة وظروف الحدود، على الرغم من ملاحظة المخاوف بشأن الواقعية التشريحية لهندسة القناة والتحقق التجريبي المحدود في الدراسات الأحدث. كانت الجودة المنهجية للدراسات المضمنة عمومًا عالية، حيث سجلت معظمها ≥5/7 على نظام تسجيل STRESS-CFD المعدل، بينما كانت الدرجات المنخفضة غالبًا بسبب عدم اكتمال تقارير التحقق أو المخرجات النوعية لإجهاد القص على الجدران. يتم تفصيل عملية الاختيار في مخطط تدفق PRISMA-2020، وتتوفر درجات المستوى الميداني لدراسات CFD في البيانات التكميلية S1.
المناقشة
تؤكد قسم المناقشة في هذه المراجعة المنهجية على الدور الحاسم لتصميم الإبرة في ري قنوات الجذر، خاصة من خلال عدسة ديناميات السوائل الحاسوبية (CFD). قامت الدراسة بتسجيل بروتوكولها مع إطار العمل العلمي المفتوح وأجرت بحثًا منهجيًا عبر عدة قواعد بيانات، مع التركيز على الدراسات التي قيمت إجهاد القص (WSS) الناتج عن تصميمات الإبر المختلفة أثناء الري التقليدي باستخدام الحقن. كانت النتيجة الأساسية هي تقييم كيفية تأثير تكوينات الإبر، وحجم التحضير القمي، وتضيق القناة على WSS، مع الإشارة إلى أن الإبر ذات الفتحات المفتوحة تنتج أعلى WSS، مما يفيد في إزالة الحطام في القنوات المعدة بشكل كافٍ (حجم ISO ≥30)، على الرغم من وجود خطر الإخراج القمي. على العكس، توفر الإبر ذات الفتحات الجانبية بديلاً أكثر أمانًا، حيث تولد WSS معتدلاً مع تقليل الضغط القمي، مما يجعلها مناسبة لتشريح القناة المعقد.
كما تسلط المراجعة الضوء على ضرورة تخصيص استراتيجيات الري لتناسب تشريح القناة الفردي وأحجام التحضير، مشيرة إلى أن التحضيرات الأضيق تزيد من WSS، بينما تعزز التقلصات الأوسع توزيع الإجهاد بشكل منتظم. على الرغم من الرؤى المكتسبة، يحذر المؤلفون من الاعتماد المفرط على بيانات CFD بسبب قيود النماذج الحاسوبية، التي غالبًا ما تفتقر إلى الواقعية التشريحية. تشمل اتجاهات البحث المستقبلية توحيد بروتوكولات تصميم الإبر، ودمج التشريح الواقعي للقناة في محاكيات CFD، وتحديد عتبات الضغط القمي ذات الصلة سريريًا. تهدف هذه التطورات إلى تعزيز نقل نتائج CFD إلى الممارسة السريرية، مما يحسن في النهاية فعالية الري وسلامة المرضى في العلاجات اللبّية.
القيود
تسلط القيود المفروضة على الأبحاث الحالية حول تصميمات الإبر لري قنوات الجذر الضوء على قيود كبيرة في قابلية تعميم النتائج وتطبيقها السريري. تعتبر الاعتماد على الأشكال المبسطة في نماذج ديناميات السوائل الحاسوبية (CFD)، مثل القنوات المخروطية المستقيمة، مصدر قلق رئيسي، حيث تفشل في تمثيل الميزات التشريحية المعقدة لقنوات الجذر الحقيقية، بما في ذلك الشذوذ والقنوات الجانبية. تخلق هذه التبسيطات فجوة تحويلية بين التنبؤات الحاسوبية والنتائج السريرية الفعلية، خاصة في القنوات الضيقة أو المنحنية حيث قد تختلف ديناميات التدفق بشكل كبير. علاوة على ذلك، استخدمت عدد قليل فقط من الدراسات تشريحيات مستمدة من الميكرو-CT للتحقق، مما يبرز الحاجة إلى الحذر عند تفسير قيم إجهاد القص على الجدران (WSS) وسلوكيات الضغط القمي.
بالإضافة إلى ذلك، تثير التحقق التجريبي المحدود لمحاكيات CFD تساؤلات حول دقة أنماط التدفق المتوقعة وإجهاد القص، مما يقلل من الثقة في التوصيات السريرية المستمدة من هذه النماذج. يقتصر التركيز الضيق على تصميمات الإبر التقليدية، مع استبعاد الخيارات المبتكرة ذات الميزات الديناميكية المعقدة، على فهم أداء الري. علاوة على ذلك، فإن غياب عتبة ضغط قمي موحدة لإخراج السوائل المعقمة يعقد تقييمات السلامة، وعدم أخذ انحناء قناة الجذر وديناميات التدفق متعددة المراحل في الاعتبار يحد من قابلية تطبيق النتائج. لتعزيز موثوقية وأهمية الأبحاث المستقبلية، من الضروري دمج التشريحيات الواقعية للقناة، وتوسيع استكشاف تصميمات الإبر، ومعالجة الظروف السريرية متعددة العوامل.
DOI: https://doi.org/10.3389/fdmed.2026.1720637
PMID: https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/41736713
Publication Date: 2026-02-09
Author(s): Niranjan Harikrishna et al.
Primary Topic: Endodontics and Root Canal Treatments
Overview
This systematic review investigates the impact of needle design, apical preparation size, and canal taper on wall shear stress (WSS) during syringe-based root canal irrigation, utilizing Computational Fluid Dynamics (CFD) as a methodological framework. A total of 36 studies were deemed eligible, with 10 providing specific WSS data related to various needle configurations. The findings indicate that open-ended needles generate the highest WSS, which is advantageous for debris removal in well-prepared canals (ISO size ≥30) but increases the risk of apical extrusion. Conversely, side-vented needles offer moderate WSS with reduced pressure, making them more suitable for complex or minimally prepared canals.
The review also highlights that narrower apical preparations enhance WSS, while broader tapers facilitate more uniform stress distribution, albeit at the expense of peak efficiency. Although these insights are derived from CFD simulations, they should be interpreted cautiously due to the limitations of in silico models, which often lack anatomical realism. The authors advocate for the preparation of canals to ISO 30 with a 4%-6% taper based on observed hydrodynamic patterns, emphasizing the need for further research to integrate anatomically accurate geometries into CFD models and to correlate simulation data with clinical outcomes. Such advancements are essential for refining irrigation strategies and enhancing the translation of CFD findings into clinical practice.
Introduction
The introduction highlights the critical role of effective endodontic therapy in eliminating microorganisms and necrotic debris from the complex architecture of root canals. Given that anatomical complexities often leave 40%-50% of canal walls uninstrumented, the hydrodynamic behavior of irrigants becomes essential for achieving effective disinfection and biofilm removal. Key parameters such as flow velocity, wall shear stress (WSS), and apical pressure are crucial in optimizing canal debridement while minimizing the risk of periapical extrusion.
Computational Fluid Dynamics (CFD) has emerged as a vital tool for simulating and analyzing fluid dynamics within root canals, addressing limitations of traditional ex vivo and in vivo methods. The design of irrigation needles—whether side-vented, open-ended, or closed-ended—significantly influences flow dynamics and WSS generation, particularly in complex anatomical regions. Despite extensive CFD studies, gaps remain in understanding the comparative efficacy and safety of these needle configurations across different canal morphologies and insertion depths. This systematic review aims to evaluate existing literature on the impact of syringe irrigation needle designs on hydrodynamic parameters, focusing on WSS, to provide evidence-based insights and refine endodontic irrigation protocols.
Methods
The systematic review was conducted in accordance with the PRISMA 2020 guidelines, which provide a framework for the systematic review process as outlined by Page et al. (2020). This methodology ensures a comprehensive and transparent approach to reviewing literature, facilitating the identification, selection, and synthesis of relevant studies. The adherence to these guidelines enhances the reliability and validity of the findings presented in the review.
Results
In the results section, the electronic search across PubMed, Scopus, and Web of Science yielded a total of 151 records. After removing 65 duplicates and excluding 19 irrelevant records, 67 articles were screened for title and abstract relevance. A total of 55 full-text articles were assessed for eligibility, leading to the exclusion of 19 reports based on PRISMA-defined criteria, including inappropriate study design and lack of relevant outcomes. Ultimately, 36 studies met the eligibility criteria for qualitative synthesis, with 10 computational fluid dynamics (CFD) studies providing extractable wall shear stress data for primary outcome analysis.
The remaining 26 studies offered contextual insights into factors such as apical pressure and canal geometry, contributing to the narrative synthesis. Most CFD studies exhibited a low risk of bias regarding mesh specification and boundary conditions, although concerns were noted regarding the anatomical realism of canal geometry and limited experimental validation in newer studies. The methodological quality of the included studies was generally high, with most scoring ≥5/7 on the STRESS-CFD-adapted scoring system, while lower scores were often due to incomplete validation reporting or qualitative outputs of wall shear stress. The selection process is detailed in the PRISMA-2020 flow diagram, and domain-level scores for the CFD studies are available in Supplementary Data S1.
Discussion
The discussion section of this systematic review emphasizes the critical role of needle design in root canal irrigation, particularly through the lens of computational fluid dynamics (CFD). The study registered its protocol with the Open Science Framework and conducted a systematic search across multiple databases, focusing on studies that evaluated shear stress (WSS) generated by various needle designs during conventional syringe irrigation. The primary outcome was to assess how needle configurations, apical preparation size, and canal taper influence WSS, with findings indicating that open-ended needles produce the highest WSS, beneficial for debris removal in adequately prepared canals (ISO size ≥30), albeit with a risk of apical extrusion. Conversely, side-vented needles offer a safer alternative, generating moderate WSS while minimizing apical pressure, making them suitable for complex canal anatomies.
The review also highlights the necessity of tailoring irrigation strategies to individual canal anatomies and preparation sizes, suggesting that narrower preparations increase WSS, while wider tapers promote uniform stress distribution. Despite the insights gained, the authors caution against over-reliance on CFD data due to the limitations of in silico models, which often lack anatomical realism. Future research directions include standardizing needle design protocols, integrating realistic canal anatomies into CFD simulations, and establishing clinically relevant apical pressure thresholds. These advancements aim to enhance the translation of CFD findings into clinical practice, ultimately improving irrigation efficacy and patient safety in endodontic treatments.
Limitations
The limitations of current research on needle designs for root canal irrigation highlight significant constraints in the generalizability and clinical applicability of findings. A primary concern is the reliance on simplified geometries in computational fluid dynamics (CFD) models, such as straight conical canals, which fail to accurately represent the complex anatomical features of real root canals, including irregularities and lateral canals. This simplification creates a translational gap between in silico predictions and actual clinical outcomes, particularly in narrow or curved canals where flow dynamics may differ significantly. Furthermore, only a few studies have utilized micro-CT-derived anatomies for validation, underscoring the need for caution when interpreting wall shear stress (WSS) values and apical pressure behaviors.
Additionally, the limited experimental validation of CFD simulations raises questions about the accuracy of predicted flow patterns and shear stress, which diminishes confidence in the clinical recommendations derived from these models. The narrow focus on conventional needle designs, while excluding innovative options with complex flow features, restricts the understanding of irrigation performance. Moreover, the absence of a standardized apical pressure threshold for irrigant extrusion complicates safety assessments, and the lack of consideration for root canal curvature and multiphase flow dynamics further limits the applicability of findings. To enhance the reliability and clinical relevance of future research, it is essential to incorporate realistic canal anatomies, broaden the exploration of needle designs, and address multifactorial clinical conditions.