Development and Biomechanical Investigation of a New Compound Palatal Arch
Abstract.
Background and Aim:
There are many advantages in using a transpalatal arch in orthodontic treatment. In addition to the active movement of individual teeth, such an arch can be used to provide additional anchorage. The aim of this study was to further develop and improve both the clinical and the biomechanical properties of the conventional transpalatal arch.
Material and Methods:
Currently available compound material components form an established part of orthodontic therapy. The Compound palatal arch® broadens the scope of this treatment system. The biomechanical effects of the newly developed Compound palatal arch® were verified by comparing them with those of commercially available conventional transpalatal arches. The recently developed Compound palatal arch® is made of one compound element: nickel-titanium/stainless steel. The specific dimensions and design of the nickel-titanium element are aimed at exploiting its superelasticity, even during active molar movement. The biomechanical investigation was carried out using sixcomponent measuring sensors to register the forces and moments in the three spatial dimensions (x, y and z) at 37 °C. The following appliances were investigated: Goshgarian transpalatal arch, quad-helix appliance, Arndt memory expander®, and Compound palatal arch®.
Results:
Transpalatal arches could not be inserted without the arch being under tension. This is particularly important when the arch is being used for anchorage purposes. The Goshgarian arch had to be classified as problematic for the movement of single teeth as the load/deflection rate was high. However, this can be utilized for anchorage purposes. The clinical advantage of a quad-helix appliance is the option for asymmetric tooth movement.
Conclusions:
This study showed that the quad-helix was effective for both unilateral and bilateral derotation as well as for transversal tooth movement. However, expansions should be confined to ≤ 4 mm, and derotations to < 10°, as forces and moments are otherwise not within the physiologic range. The Arndt memory expander® displayed no advantages over either the quad-helix appliance or the Goshgarian transpalatal arch. Nor did it display any superelastic properties. The linear relationship, the relatively high forces and moments, and the lack of clinical adjustability cast doubts on the benefits of this appliance. The newly developed Compound palatal arch® showed substantial advantages in molar derotation compared with conventional transpalatal arches. Superelastic properties were achieved through the design and positioning of the nickel-titanium element. Expansion with the Compound palatal arch® was comparable with that with conventional transpalatal arches. The clinical advantage is in the fact that this appliance can be reactivated and that dental asymmetries can be treated.
Key Words:
Palatal arch Quad-helix Nickel-titanium Goshgarian transpalatal arch Arndt memory expander® Compound palatal arch® SuperelasticityEntwicklung und biomechanische Untersuchung eines neuen Compound-Palatinalbogens
Zusammenfassung.
Hintergrund und Ziel:
In der Anwendung von Transpalatinalbögen ergeben sich viele Vorteile in der orthodontischen Therapie. Neben der aktiven Bewegung von Einzelzähnen werden Palatinalbögen ebenfalls als Verankerungselemente verwendet. Ziel dieser Studie war die Weiterentwicklung und Verbesserung konventioneller Transpalatinalbögen sowohl klinisch als auch biomechanisch.
Material und Methode:
Bereits entwickelte Compound-Behandlungselemente sind etablierte Behandlungsmaterialien in der orthodontischen Therapie. Der Compound-Palatinalbogen® erweitert dieses Behandlungssystem. Zur Verifizierung der biomechanischen Effekte wurde der neu entwickelte Compound-Palatinalbogen® mit konventionellen, auf dem Markt befindlichen Palatinalbögen verglichen. Der neu entwickelte Compound-Palatinalbogen® besteht aus einem Compound-Element: NiTi-Stahl. Durch die spezifische Größe und den Einbau des NiTi-Elementes soll die Superelastizität auch bei aktiven Zahnbewegungen am Molaren nutzbar gemacht werden. Die biomechanische Untersuchung erfolgte mit Sechs-Komponenten-Messsensoren zur Darstellung der Kräfte und Momente in drei Ebenen des Raumes (x, y, z) bei 37 °C. Folgende Bögen wurden untersucht: Goshgarian, Quadhelix, Arndt-Memory-Expander®, Compound-Palatinalbogen®.
Ergebnisse:
Es zeigte sich, dass ein spannungsfreies Einsetzen von Palatinalbögen nicht möglich ist—insbesondere bei Anwendung von Transpalatinalbögen in der Verankerung ein klinisch zu beachtender Effekt. Der Goshgarian-Bogen war für die Bewegung von Einzelzähnen als problematisch einzustufen, da die Last-/Biegerate groß war. Dies kann jedoch in der Verankerung genutzt werden. Der Vorteil von Quadhelices liegt klinisch in der Lösung von asymmetrischen Zahnbewegungen.
Schlussfolgerungen:
Diese Studie zeigt, dass sich Quadhelices gut für die ein-/beidseitige Derotation und Transversalbewegung eignen. Es sollte jedoch nicht mehr als 4 mm expandiert und < 10° Derotation eingebogen werden, da sonst die Kräfte und Momente in unphysiologische Bereiche kommen. Für den Arndt- Memory-Expander® konnten keine Vorteile gegenüber der Quadhelix und dem Goshgarian-Bogen festgestellt werden. Es zeigten sich keine superelastischen Eigenschaften. Das lineare Verhalten, die relativ hohen Kräfte und Momente und die fehlende klinische Nachjustage machen die Indikation dieser Apparatur fraglich. Der neu entwickelte Compound-Palatinalbogen® zeigte wesentliche Vorteile in der Derotation von Molaren gegenüber den konventionellen Palatinalbögen. Durch die Konstruktion und Anordnung des NiTi-Elementes konnte ein superelastisches Verhalten erzielt werden. In der Expansion war der Compound-Palatinalbogen® vergleichbar mit den konventionellen Palatinalbögen. Der klinische Vorteil liegt in der Nachaktivierbarkeit und der möglichen Behandlung von Asymmetrien.
Schlüsselwörter:
Palatinalbogen Quadhelix Nickel-Titan Goshgarian Arndt-Memory-Expander® Compound-Palatinalbogen® SuperelastizitätPreview
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