Different bracket–archwire combinations for simulated correction of two-dimensional tooth malalignment

Abstract

Objectives

Self-ligating brackets are widely believed to be more effective in clinical use and to involve less friction and force. Thus, the goal of this in vitro investigation was to experimentally assess the effectiveness of different bracket–archwire combinations and the force levels exerted in two-dimensional direction during correction of tooth malalignment. An important aspect of this objective was to determine whether the behaviors of conventional bracket systems with an elastic or steel ligature differ from that of self-ligating brackets.

Materials and methods

Three conventional (Mini Taurus®, RMO; Synergy®, RMO; Victory Series™, 3M Unitek) and three self-ligating bracket systems (Speed™, Strite; Smart Clip™, 3M Unitek; Time 3, American Orthodontics) were analyzed. All brackets had 0.018-inch (0.46-mm) slots and—except for the self-ligating brackets—were tested with both a steel ligature (0.25 mm; Remanium, Dentaurum) and an elastic rubber ligature (1.3 mm in diameter; Dentalastics, Dentaurum). They were fitted with four different round wires: a 0.30-mm stainless steel (3M Unitek), 0.38-mm stainless steel coaxial (Advanced Orthodontics), 0.30-mm Thermalloy NiTi (RMO), and 0.30-mm Orthonol NiTi (RMO) archwire. The orthodontic measurement and simulation system (OMSS) was used to simulate a two-dimensional (2 mm of infraocclusion and 2 mm of vestibular displacement) malalignment of tooth 21 inserted in a resin replica of a Frasaco model. Four brackets of the same type were assessed and four individual measurements taken per bracket to analyze initial force systems and corrective malalignment outcomes.

Results

The initial force systems and tooth movements varied distinctly between the different material combinations in conjunction with the ligation systems and archwire types used. The force systems generated were readily reproducible across individual measurements. Leveling outcomes and force systems between conventional steel-ligated and self-ligating brackets coincided in most cases. Both of these device configurations corrected the malalignment by 78–99 % on average. Rubber-ligated conventional brackets, by contrast, performed significantly worse due to exertion of significantly higher forces and 60 % less of a leveling effect.

Conclusion

Our investigation demonstrates that both conventional steel-ligated brackets and self-ligating brackets, which are highlighted in the literature as highly efficient systems, lead to equivalent corrective outcomes in the treatment of tooth malalignments.

Zusammenfassung

Hintergrund und Ziel

Selbstligierenden Brackets wird häufig eine erhöhte klinische Effektivität, geringere Reibung sowie reduzierte Kraftgröße zugesprochen. Ziel dieser In-vitro-Untersuchung war es daher, die Nivellierungseffektivität sowie wirkende Nivellierungskräfte verschiedener Bracket-Drahtbogen-Kombinationen anhand einer vordefinierten kombinierten Zahnfehlstellung experimentell zu untersuchen. Dabei war ein wichtiger Aspekt festzustellen, ob sich die konventionellen Bracketsysteme mit der elastischen oder der Stahlligatur anders verhalten als die selbstligierenden Brackets.

Material und Methodik

Untersucht wurden 3 konventionelle (Mini Taurus®, RMO; Synergy®, RMO; Victory Series™, 3M Unitek) sowie 3 selbstligierende Bracketsysteme (Speed™, Strite; Smart Clip™, 3M Unitek; Time 3, American Orthodontics). Alle Brackets hatten einen 0,018-inch-Slot (0,46 mm) und wurden, mit Ausnahme der selbstligierenden Systeme, mit einer Stahlligatur (0,25 mm, Remanium, Dentaurum) und einer elastischen Gummiligatur (Ø 1,3 mm Dentalastics, Dentaurum) getestet. Folgende Runddrähte wurden verwendet: Edelstahldrahtbogen (0,30 mm, 3M Unitek), Koaxial-Stahl-Drahtbogen (0,38 mm, Advanced Orthodontics), Thermalloy- und Orthonol-Drahtbogen (beide 0,30 mm, RMO). Das OMSS (orthodontisches Mess- und Simulationssystem) diente zur Simulation einer vordefinierten, kombinierten Zahnfehlstellung (Infraokklusion sowie vestibuläre Verlagerung des Zahns 21 um jeweils 2 mm) am Kunststoffreplika eines Frasaco-Modells. Ermittelt wurden jeweils die initialen Kraftsysteme sowie die in der Simulation erreichte Zahnstellungskorrektur. Für jede Materialkombination wurden 4 Brackets vom gleichen Hersteller untersucht und jeweils 4 Einzelmessungen durchgeführt.

Ergebnisse

Initiale Kraftsysteme und erzielte Zahnbewegungen variierten deutlich bei den verschiedenen Materialkombinationen in Abhängigkeit vom verwendeten Ligatursystem sowie Drahtbogentyp. Die erzeugten Kraftsysteme waren in den Einzelmessungen jedoch gut reproduzierbar. Selbstligierende Brackets und stahlligierte konventionelle Bracketsysteme unterschieden sich in ihren Nivellierungs- sowie Kraftergebnissen nur in Einzelfällen signifikant voneinander. Beide Systeme korrigierten die kombinierte Zahnfehlstellung zu durchschnittlich 78–99 %. Gummiligierte konventionelle Brackets unterschieden sich dagegen meist signifikant von den beiden o. g. Bracketsystemen und zeigten merklich höhere Kräfte sowie eine durchschnittlich um 60 % geringerer Nivellierungseffektivität.

Schlussfolgerung

Nicht nur ist den in der Literatur häufig mit Vorteilen beworbenen selbstligierenden Bracketsystemen eine Präferenz auszusprechen, es können gleichwertige Korrekturergebnisse mit stahlligierten konventionellen Bracketsystemen erreicht werden.