Pre-drilling Force and Insertion Torques during Orthodontic Mini-implant Insertion in Relation to Root Contact

Abstract

Background and Aim:

The use of mini-implants for skeletal anchorage has greatly broadened the therapeutic spectrum in orthodontics over the last few years. The alveolar ridge is the most frequent insertion site, which however is associated with tooth injury, a risk not to be underestimated. The objective of this study was to examine the quantitative parameters of pre-drilling and implant insertion in association with the degree of a root contact.

Material and Methods:

Eleven lower jaw bones of adult pigs were prepared and embedded in resin. At 320 sites in the toothbearing alveolar ridge a 1.3 mm pre-drilling was carried out up to the complete implant length. The vertical force exerted against the pre-drilling upon penetration of the different bone layers and at a root contact was measured at a drift-speed of 0.5 mm/s. Dual Top™ screws (1.6 × 8 mm) were then inserted into the prepared implant sites, the insertion torques were measured, and recorded as a function of the rotation angle. After explantation, we prepared histological slides from the level of the implant's maximum diameter. The implant's contact with cortical and cancellous bone and to the roots was measured and correlated to vertical pre-drilling forces and insertion torques.

Results:

Vertical pre-drilling forces and insertion torques of orthodontic mini-implants varied in relation to the type of tissue penetrated and the degree of root contact. The insertion torques ranged from 32 to 345 Nmm and pre-drilling forces up to 6 N overall.

Conclusion:

Root contact can be recognized during pre-drilling by a distinct increase in resistance, and during mini-implant insertion by higher torques.

Zusammenfassung

Hintergrund und Ziel:

Die Mini-Implantat-gestützte skelettale Verankerung hat die Behandlungsmöglichkeiten in der Kieferorthopädie in den letzten Jahren stark erweitert. Die häufigste Insertionsregion ist der Alveolarfortsatz, wo eine Zahnverletzung ein nicht zu unterschätzendes Risiko darstellt. Ziel der Studie war es, Vorbohr-Widerstand und Eindrehmomente bei der Insertion kieferorthopädischer Mini-Implantate in Abhängigkeit zu einem Zahnwurzel-Kontakt zu untersuchen.

Material und Methodik:

Elf Unterkieferknochen von ausgewachsenen Schweinen wurden präpariert und in Kunststoff eingebettet. An 320 Stellen im zahntragenden Alveolarfortsatz wurde eine Vorbohrung mit 1,3 mm Durchmesser für ein Mini-Implantat über die gesamte Implantat-Länge vorgenommen. Bei einer Vortriebsgeschwindigkeit von 0,5 mm/s wurde die vertikale Kraft gemessen, die dem Vorbohrer beim Durchdringen der verschiedenen Knochenschichten und bei einem Wurzelkontakt entgegengesetzt wurde. Anschließend wurden Dual Top™-Schrauben 1,6 mm × 8 mm in das vorbereitete Implantatbett inseriert, das Eindrehmoment gemessen und als Funktion des Drehwinkels aufgezeichnet. Nach Explantation wurden Schnitte in Höhe des maximalen Implantat-Durchmessers angefertigt, zudem wurde der Kontakt von Implantat zu Kompakta, Spongiosa und Zahnwurzel gemessen und in Korrelation zu der vertikalen Vorbohrkraft und dem Eindrehmoment gesetzt.

Ergebnisse:

Die vertikale Vorbohrkraft und das Eindrehmoment von kieferorthopädischen Mini-Implantaten variierten stark in Abhängigkeit von der Art des durchdrungenen Gewebes und dem Ausmaß eines Zahnwurzelkontaktes. Insgesamt ergaben sich Eindrehmomente in einem Bereich von 32 bis 345 Nmm und vertikale Kräfte bis 6 N.

Schlussfolgerung:

Der Kontakt mit einer Zahnwurzel lässt sich sowohl bei der Vorbohrung durch einen erhöhten Widerstand als auch bei der Insertion des Mini-Implantates durch ein höheres erforderliches Eindrehmoment bemerken.