Blomechanical analysis of arch-guided molar distallzation when employing superelastic NiTi coil springs

Abstract

Two typical treatment situations (distalization of a last molar, distalization of a molar with the guiding arch fixed on the most distal abutment tooth) were simulated experimentally using the Orthodontic Measurement and Simulation System (OMSS). For this purpose an upper first molar was guided along steel arches with differing cross sections (0.016″×0.022″/0.41 mm×0.56 mm; 0.017″×0.025″/0.43 mm×0.64 mm) using a nickel-titanium (NiTi) compression spring. The 6 NiTi springs investigated differed in their design and in the type of force delivery.

The force application that was eccentric with respect to the center of resistance caused a conflict situation between the tube and the guiding arch through rotations of the molar. Although the force level of the springs was almost constant, the orthodontically effective forces measured fluctuated due to frictional losses. With progressing distalization the mean frictional forces increased, reaching values between 50 and 80% of the applied force of the compression springs. Simultaneously fluctuations in the frictional losses increased. Lower frictional losses were determined with a 0.016″×0.022″, than with a 0.017″sx0.025″ guiding arch. Fixing the arch on the 3rd molar resulted in higher frictional losses compared to the distalization of a last molar. There were intensive interactions of the compression springs with the guiding arch and the tube. This resulted in extreme frictional losses even in the initial phase of the movement and in a complete stop to the distalizing movement in extreme cases. After removal of the convertible, the freedom of the molar movement could be regulated by the tension of the ligature wire. The friction varied accordingly. The distalization rate was not influenced by the force delivered by the compression spring. Small forces are biologically more favorable and thus should be preferred.

Zusammenfassung

Zwei typische Behandlungssituationen (Distalisation eines endständigen Molaren, Distalisation eines Molaren mit Bogenfixierung am distalsten Pfeilerzahn) wurden im orthodontischen Meß- und Simulationssystem (OMSS) experimentell dargestellt. Dabei wurde ein oberer erster Molar durch eine Nickel-Titan-(NiTi-)Druckfeder an verschieden dimensionierten Stahlführungsbögen (0,016″×0,022″/0,41 mm×0,56 mm; 0,017″×0,025′/0,43 mm×0,64 mm) bewegt. Die sechs verwendeten NiTi-Druckfedern unterschieden sich in der Gestaltung und der Kraftentfaltung.

Der zum Widerstandszentrum exzentrische Kraftangriff verursachte durch Molarenrotationen eine Verkantung von Röhrchen und Bogen. Trotz relativer Konstanz der entfalteten Federkraft resultierten aus den Reibungsverlusten schwankende orthodontisch wirksame Kräfte. Mit Distalisationsfortschritt wuchsen die durchschnittlichen Reibungsverluste zwischen 50 und 80% der eingesetzten Druckfederkraft. Gleichzeitig nahmen die Reibungsschwankungen zu. Bei Verwendung eines 0,016″×0,022″-Führungsbogens waren gegenüber einem 0,017″×0,025″-Führungsbogen geringere Reibungsverluste nachweisbar. Eine Bogenfixierung am dritten Molaren bewirkte im Vergleich zur Distalisation eines endständigen Molaren höhere Reibungsverluste. Die Druckfedern traten in der Molarenbandumgebung in intensive Wechselwirkung mit Führungsbogen und Röhrchen. Daraus resultierten bereits in der Anfangsphase der Bewegung stark erhöhte Reibungsverluste und im Extremfall ein kompletter Distalisationsstopp. Der Freiheitsgrad der Molarenbewegung konnte nach Entfernung des Konvertibles durch die Ligaturenspannung reguliert werden. Die Reibung war entsprechend unterschiedlich ausgeprägt. Die Distalisationsgeschwindigkeit wurde nicht durch die entfaltete Druckfederkraft beeinflußt. Kleine Kräfte sind biologisch günstiger und deshalb zu bevorzugen.