Force Systems in the Initial Phase of Orthodontic Treatment—a Comparison of Different Leveling Archwires

Abstract

Background and Aim:

The determination of orthodontically-effective forces and moments places great demands on the technical equipment. Many patients report severe pain after fixed appliance insertion. Since it is assumed that pain from orthodontic appliances is associated with the force and moment levels applied to the teeth and since the occurrence of root resorption is a commom therapeutic side effect, it would seem important to know the actual magnitudes of the components of the active orthodontic force systems. The aim of the present study was therefore to measure initial force systems produced by different leveling archwires in a complete multibracket appliance and to assess whether force and moment levels can be regarded as biologically acceptable or not.

Material and Methods:

The actual bracket position in 42 patients was transferred onto a measurement model. Forces and moments produced by a superelastic nickel-titanium (NiTi) archwire, a 6-strand stainless steel archwire, and a 7-strand superelastic NiTi archwire were determined experimentally on different teeth.

Results:

Average forces and moments produced by the superelastic NiTi archwires were found to be the highest. In spite if their larger diameter, the stranded archwires’ average force and moment levels were lower, especially that of the stranded superelastic archwire. Nevertheless, maximum force levels sometimes exceeded recommended values in the literature and must be considered as too high.

Conclusions:

The measured archwires’ initial force systems differed significantly depending on the type of archwire and its material structure. Stranded archwires produced lower force and moment levels, and we recommend their use in the initial phase of orthodontic treatment.

Zusammenfassung

Hintergrund und Ziel:

Die orthodontisch wirksamen Kräfte und Drehmomente im Rahmen einer Behandlung mit festsitzenden Apparaturen lassen sich nur mit großem technischem Aufwand bestimmen. Vor dem Hintergrund, dass Patienten oftmals unmittelbar nach dem Einsetzen einer Multibracket-Apparatur über Schmerzsensationen berichten und dass Wurzelresorptionen die häufigsten Nebenwirkungen im Rahmen einer orthodontischen Behandlung darstellen, erscheint es wichtig, die Größe der tatsächlich auftretenden Kräfte und Drehmomente kennen. Ziel dieser Studie war es daher, die von verschiedenen Nivellierungsbögen erzeugten initialen Kraftsysteme innerhalb einer vollständigen Multibracket-Apparatur zu vermessen. Gleichzeitig sollte beurteilt werden, ob diese biologisch akzeptabel sind.

Material und Methode:

Bei 42 Patienten wurde die intraorale Situation auf ein Messmodell übertragen und die von einem superelastischen Nickel-Titan-(NiTi-)Bogen, einem verseilten Stahlbogen und einem verseilten superelastischen NiTi-Bogen verursachten Kräfte und Drehmomente an verschiedenen Zähnen experimentell bestimmt.

Ergebnisse:

Die superelastischen NiTi-Bögen erzeugten im Mittel die größten Einzelkräfte und Drehmomente. Trotz ihres größeren Außendurchmessers ergaben die Messungen im Falle verseilter Bögen und hier insbesondere bei den verseilten NiTi-Bögen generell kleinere Kräfte und Drehmomente. Es fiel jedoch auf, dass die maximal erzeugten Kräfte die in der Literatur empfohlenen Werte teilweise erheblich überschritten und insgesamt als zu groß bezeichnet werden müssen.

Schlussfolgerungen:

Die initialen Kraftsysteme unterscheiden sich signifikant für verschiedene Nivellierungsbögen verschiedener Art und Materialzusammensetzung. Dabei erzeugen verseilte Bögen geringere initiale Kräfte und Drehmomente. Für den Einsatz zu Beginn einer orthodontischen Therapie sollte diesen Bögen der Vorzug gegeben werden.