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Mechanical load exerted by PET-G aligners during mesial and distal derotation of a mandibular canine

An in vitro study
  • F. ElkholyEmail author
  • B. Mikhaiel
  • F. Schmidt
  • B. G. Lapatki
Original Article

Abstract

Introduction

The six force–moment (F/M) components exerted by aligners of different thickness during simulated mesiorotation and distorotation of a mandibular canine were studied.

Materials and methods

An acrylic mandibular model with a separated right canine mounted on a hexapod via a 3D F/M sensor was used. Duran+® aligners (Scheu Dental, Germany) of thickness 0.5, 0.625, and 0.75 mm were fabricated on plaster models with the measurement tooth in its neutral position. The F/M values were recorded during progressive mesiorotation or distorotation of tooth 43 in 1° steps up to ±15°, corresponding to 0.5 mm displacements of the tooth’s interdental contacts. Each rotation step included renewed seating of the aligner on the acrylic model. Three aligners were tested three times each for each thickness and direction of rotation.

Results

The median rotational moments for the 0.5 mm aligner and 15° distorotation of tooth 43 was 27.49 Nmm (interquartile range, IQR 1.45 Nmm). The corresponding values for the 0.625 and 0.75 mm aligners were 41.04 Nmm (IQR 5.62 Nmm) and 42.48 Nmm (IQR 2.17 Nmm), respectively. The average rotational moments for distorotation were 15% higher than for mesiorotation (p = 0.01). Relatively high collateral F/M components, specifically an intrusive force and labiolingual and mesiodistal tipping moments, were observed.

Conclusion

To avoid overloading of periodontal structures, derotation of lower canines should be limited to 10° per setup step, leading to rotational moments of about 15 Nmm. The mechanical behavior of the 0.625 and 0.75 mm aligners were similar; thus, it may be omitted from the aligner sequence. Further studies are required to investigate specific aligner modifications or attachments for minimizing collateral F/M components or unwanted movements, respectively, during canine derotation.

Keywords

Orthodontic appliances Aligner Force Moment Canine derotation Thermoplastic appliance 

Mechanische Belastung durch PET-G-Aligner bei mesialer und distaler Derotation eines mandibulären Eckzahns

Eine In-vitro-Studie

Zusammenfassung

Einleitung

Ziel der vorliegenden Studie war es, die von Alignern verschiedener Stärken ausgeübten 6 Kraft- und Drehmomentkomponenten (F/M) während simulierter mesialer bzw. distaler Derotation eines unteren Eckzahnes zu bestimmen.

Material und Methode

Der Versuchsaufbau bestand aus einem Unterkiefer-Frasaco-Modell mit separiertem Zahn 43. Dieser Messzahn war über einen 3-D-F/M-Sensor auf einer 3-D-Bewegungseinheit (Hexapod) montiert. In Neutralposition des Messzahnes wurden Aligner aus PET-G (Duran+®, Scheu Dental, Iserlohn) mit Folienstärken von 0,5, 0,625 und 0,75 mm hergestellt. Der Bewegungszyklus des Messzahnes umfasste eine mesiale bzw. distale Rotation in 1°-Schritten bis maximal 15° (entsprechend einer 0,5-mm-Auslenkung der approximalen Kontaktpunkte) mit wiederholtem Abnehmen und Einsetzen nach jedem Verfahrensschritt. Pro Schienenstärke wurden jeweils 3 Schienen je 3-mal untersucht.

Ergebnisse

Die 0,5-mm-Aligner zeigten bei einer 15°-Distorotation des Zahnes 43 ein medianes Rotationsmoment von 27,49 Nmm (Interquartilbereich, IQR, 1,45 Nmm). Die entsprechenden Werte für die 0,625- und die 0,75-mm-Aligner betrugen 41,04 bzw. 42,48 Nmm (IQR 5,62 bzw. 2,17 Nmm). Die Rotationsmomente für die experimentelle Distorotationsbewegung waren im Durchschnitt um ca. 15% höher als die Werte für die Mesiorotationsbewegung (p = 0,01). Bei beiden Rotationsrichtungen zeigten sich relativ hohe kollaterale F/M-Komponenten. Dies betraf insbesondere intrusive Kräfte, gefolgt von labiolingualen und mesiodistalen Kippmomenten.

Schlussfolgerung

Um eine Überbelastung des Parodonts zu vermeiden, sollten untere Eckzähne pro Setupschritt um maximal 10° derotiert werden, was ein Derotationsmoment von ca. 15 Nmm verursacht. Da 0,625-mm-Aligner ein ähnliches mechanisches Verhalten aufweisen wie 0,75-mm-Aligner, sind sie in der Schienensequenz redundant. Zukünftige experimentelle und klinische Untersuchung mit verschiedenen Alignermodifikationen und Attachmentgeometrien könnten dazu beitragen, die Derotationswirkung von Alignern zu optimieren und die kollateralen F/M-Komponenten zu minimieren.

Schlüsselwörter

Kieferorthopädische Apparaturen Aligner Kraft Drehmoment Eckzahnderotation Thermoplastische Apparatur 

Notes

Compliance with ethical guidelines

This article does not contain any studies with human participants or animals performed by any of the authors.

Conflict of interest

F. Elkholy, B. Mikhaiel, F. Schmidt, and B.G. Lapatki declare that they have no competing interests.

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Copyright information

© Springer Medizin Verlag GmbH 2017

Authors and Affiliations

  • F. Elkholy
    • 1
    Email author
  • B. Mikhaiel
    • 2
  • F. Schmidt
    • 1
  • B. G. Lapatki
    • 1
  1. 1.Department of OrthodonticsUniversity of UlmUlmGermany
  2. 2.Department of ProsthodonticsUniversity of UlmUlmGermany

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