Objective: Generate a finite element (FE) model to simulate space closure and retraction mechanics for anterior maxillary teeth in periodontally compromised dentition, and compare the biomechanical effect of initial force systems with varying magnitude.
Materials and methods: The geometry of an idealized finite element model (FEM) of a maxilla was adapted such that the teeth showed reduced periodontal support together with extruded and flared incisors. In a first step, leveling and alignment of the front teeth were simulated. In a second step, force systems for orthodontic space closure of residual spaces on both sides distal to the lateral incisors were simulated. A combined intrusion and retraction cantilever was modeled, to simulate en masse retraction mechanics with segmented arches and elastic chains. A commercial FE system was used for all model generations and simulations.
Results: Results of the simulations indicated that a force of 1.0 N is too high for space closure of flared front teeth in periodontally damaged dentition, as extreme strains may occur. En masse retraction using cantilever mechanics with lower forces showed a uniform intrusion and retraction movement and thus proved to be a better option for treating patients with a periodontally compromised dentition.
Conclusion: The outcome of this study indicates that increased periodontal stresses resulting from severe attachment loss should be seriously considered by careful planning of the orthodontic mechanics and reduction of the applied forces is suggested. The presented cantilever mechanics seems to be an appropriate means for en masse retraction of periodontally compromised extruded front teeth.
Zusammenfassung: ZIELSETZUNG: Erstellung eines Finite-Elemente(FE)-Modells zur Simulation einer Lückenschlussmechanik und Retraktion von Oberkieferfrontzähnen in einem parodontal geschädigten Gebiss und Vergleich der biomechanischen Wirkung von initialen Kraftsystemen mit unterschiedlicher Größenordnung.
Materialien und methoden: Die Geometrie eines idealisierten Finite-Elemente-Modells (FEM) eines Oberkiefers wurde so angepasst, dass die Zähne ein reduziertes Parodont mit extrudierten und aufgefächerten Inzisiven aufwiesen. In einem ersten Schritt wurde die Nivellierung und Einordnung der Frontzähne simuliert. In einem zweiten Schritt wurden Kraftsysteme für den kieferorthopädischen Lückenschluss der Restlücken beidseits distal der seitlichen Inzisiven simuliert. Es wurde ein kombinierter Intrusions- und Retraktions-Cantilever modelliert, um die En-masse-Retraktionsmechanik mit segmentierten Bögen und elastischen Ketten zu simulieren. Für die Generationen aller Modelle und deren Simulationen wurde ein kommerzielles FE-System verwendet.
Ergebnisse: Die Ergebnisse der Simulationen zeigten, dass eine Kraft von 1,0 N für den Lückenschluss aufgefächerter Frontzähne im parodontal geschädigten Gebiss zu hoch ist, da extreme Spannungen auftreten können. Die En-masse-Retraktion mittels Cantilevermechanik mit geringeren Kräften zeigte eine gleichmäßige Intrusions- und Retraktionsbewegung und erwies sich somit als gute Option für die Behandlung von Patienten mit parodontal beeinträchtigtem Gebiss.
Schlussfolgerung: Die Ergebnisse dieser Studie zeigten, dass erhöhte parodontale Belastungen durch starken Attachmentverlust in die Planung der kieferorthopädischen Mechaniken eingehen sollten. Eine Reduzierung der eingesetzten Kraft wird vorgeschlagen. Die vorgestellte Cantilevermechanik scheint ein geeignetes Mittel für die En-masse-Retraktion von parodontal reduzierten extrudierten Frontzähnen zu sein.
Keywords: Biomechanics; Finite element method; Periodontal ligament; Periodontitis; Tooth migration.
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