Biomechanical effects of a new crimpable gate spring combined with conventional rectangular archwires for torque adjustment of individual anterior teeth : A comparative finite element study
- PMID: 39377793
- DOI: 10.1007/s00056-024-00554-x
Biomechanical effects of a new crimpable gate spring combined with conventional rectangular archwires for torque adjustment of individual anterior teeth : A comparative finite element study
Abstract
Objective: Precise root torque adjustment of anterior teeth is indispensable for optimizing dental esthetics and occlusal stability in orthodontics. The efficiency of traditional rectangular archwire manipulation within bracket slots seems to be limited. The crimpable gate spring, a novel device, has emerged as a promising alternative. Yet, there is a paucity of guidelines for its optimal clinical application. This study used finite element analysis (FEA) to investigate the biomechanical impact of the gate spring on torque adjustment of individual anterior teeth and to elucidate the most effective application strategy.
Methods: A FEA model was constructed by a maxillary central incisor affixed with an edgewise bracket featuring a 0.022 × 0.028 inch (in) slot. A range of stainless steel rectangular archwires, in conjunction with a gate spring, were modeled and simulated within the bracket slots. A control group utilized a conventional rectangular wire devoid of a gate spring. Palatal root moments were standardized to 9, 18, and 36 Nmm for both experimental and control groups.
Results: The gate spring significantly amplified palatal root movement, notably with the 0.019 × 0.025 in archwire. However, this was accompanied by an increase in stress on the tooth and periodontal ligament, particularly in the cervical regions. The synergistic use of a 0.019 × 0.025 in rectangular archwire with a gate spring in a 0.022 × 0.028 in bracket slot was identified as most efficacious for torque control of individual anterior teeth.
Conclusions: The gate spring is a viable auxiliary device for enhancing torque adjustment on individual teeth. However, caution is advised as excessive initial stress may concentrate in the cervical and apical regions of the periodontal ligament and tooth.
Zusammenfassung: ZIELSETZUNG: Die präzise Einstellung des Wurzeltorques von Frontzähnen ist für die Optimierung der Zahnästhetik und der okklusalen Stabilität in der Kieferorthopädie unerlässlich. Die Effizienz der traditionellen rechteckigen Bogenmanipulation innerhalb der Bracketslots scheint begrenzt zu sein. Die innovative klemmbare Gate-Feder hat sich als vielversprechende Alternative erwiesen. Es gibt jedoch nur wenige Richtlinien für ihre optimale klinische Anwendung. In dieser Studie wurde die Finite-Elemente-Analyse (FEA) eingesetzt, um die biomechanischen Auswirkungen der Gate-Feder auf die Drehmomenteinstellung einzelner Frontzähne zu untersuchen und die effektivste Anwendungsstrategie herauszufinden.
Methoden: Ein FEA-Modell wurde von einem oberen zentralen Schneidezahn erstellt, der mit einem hochkant stehenden Bracket mit einem 0,022 × 0,028″ großen Schlitz befestigt war. Eine Reihe von rechteckigen Edelstahldrähten wurde in Verbindung mit einer Gate-Feder in den Bracketslots modelliert und simuliert. In einer Kontrollgruppe wurde ein konventioneller rechteckiger Draht ohne Gate-Feder verwendet. Die palatinalen Wurzelmomente wurden sowohl für die Versuchs- als auch für die Kontrollgruppe auf 9 Nmm, 18 Nmm und 36 Nmm standardisiert.
Ergebnisse: Die Gate-Feder verstärkte die palatinalen Wurzelbewegungen signifikant, vor allem mit dem 0,019 × 0,025″-Bogendraht. Dies ging jedoch mit einer erhöhten Belastung des Zahns und des parodontalen Ligaments einher, insbesondere in den zervikalen Bereichen. Die synergetische Verwendung eines rechteckigen 0,019 × 0,025″-Bogens mit einer Gate-Feder in einem Bracket-Slot mit den Maßen 0,022 × 0,028″ erwies sich für die Torquekontrolle einzelner Frontzähne als am wirksamsten.
Schlussfolgerungen: Die Gate-Feder ist ein praktikables Hilfsmittel zur Verbesserung der Torqueeinstellung an einzelnen Zähnen. Es ist jedoch Vorsicht geboten, da sich eine übermäßige Belastung in den zervikalen und apikalen Bereichen des parodontalen Ligaments und des Zahns konzentrieren kann.
Keywords: Anterior torque control; Dental stress analysis; Finite element analysis; Orthodontic brackets; Periodontal ligament.
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References
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- Papageorgiou SN, Sifakakis I, Keilig L, Patcas R, Affolter S, Eliades T, Bourauel C (2017) Torque differences according to tooth morphology and bracket placement: a finite element study. Eur J Orthod 39(4):411–418 - PubMed
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- Archambault A, Lacoursiere R, Badawi H, Major PW, Carey J, Flores-Mir C (Torque expression in stainless steel orthodontic brackets. A systematic review) 2010. Angle Orthod 80(1):201–210
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