Influence of material choice on the force delivery of bimaxillary tooth positioners on canine malpositions

Abstract

Objective

Since their introduction in 1945, tooth positioners have been used to treat a range of malpositions. Although the original appliance was made of natural rubber, today’s tooth positioners are fabricated from various elastic, transparent materials. It was the aim of this study to evaluate the forces and moments produced by current positioners on various upper canine malpositions.

Material and methods

Seven positioners of different materials were tested on 11 upper canine malpositions: 0.25, 0.5, 1 mm supraposition; 0.25, 0.5, 1 mm infraposition; 5°, 10°, 20° mesiorotation; 5° mesioinclination, 5° buccal root torque. We measured forces and moments in vitro after bite closure by 0.5 mm, and opening by 1 mm using a three-dimensional robotic device. All measurements were taken in a temperature-controlled environment at 36 °C.

Results

The forces and moments measured at the canine varied greatly among the different positioners, with the thermoformed EVA positioner showing much greater forces and moments in almost all malpositions. At initial closure, we observed intrusive forces of 6–32 N for suprapositions, 0–11 N intrusive forces for infrapositions, 0–20 Nmm for mesiorotations, 6–12 Nmm for mesioinclinations, and − 23 Nmm to 5 Nmm for buccal root torque. All positioners were most effective on suprapositioned teeth. Very low or negligible correctional forces and moments in conjunction with all infrapositions and 5° with rotation were noted. Labial root torque led to unpredictable moments.

Conclusion

Positioner material plays a major role in delivering forces to the teeth. However, tooth positioners did not induce corrective forces in all the malpositions tested. Clinically relevant correctional forces or moments in conjunction with all suprapositions, rotations of 10° and 20° as well as mesial tipping of the canine were observed.

Zusammenfassung

Ziel

Seit ihrer Einführung 1945 sind Zahnpositioner zur Behandlung einer Reihe von Fehlstellungen eingesetzt worden. Die ursprüngliche Apparatur bestand aus Naturgummi; heute dagegen werden Zahnpositioner aus verschiedenen elastischen, transparenten Materialien hergestellt. Ziel der vorliegenden Arbeit war die Bewertung der Kräfte und Drehmomente, mit denen die derzeit verwendeten Positioner auf verschiedene Fehlstellungen eines oberen Eckzahns einwirken.

Material und Methodik

Sieben Positioner aus verschiedenen Materialien wurden an 11 Fehlstellungen eines oberen Eckzahns getestet: 0,25, 0,5, 1 mm Supraposition; 0,25, 0,5, 1 mm Infraposition; 5°, 10°, 20° Mesiorotation; 5° Mesioinklination, 5° bukkaler Wurzeltorque. Die Kräfte und Drehmomente nach einer Schließung des Bisses um 0,5 mm und einer Öffnung um 1 mm wurden in einer In-vitro-Versuchsanordnung unter Verwendung einer dreidimensionalen robotisierten Vorrichtung getestet. Alle Messungen wurden in einer Umgebung mit einer kontrollierten Temperatur von 36°C vorgenommen.

Ergebnisse

Die am Eckzahn gemessenen Kräfte und Drehmomente wichen für die verschiedenen Positioner stark voneinander ab, wobei der thermogeformte EVA-Positioner für fast alle Fehlstellungen eine erheblich größere Kraft- und Momentabgabe zeigte. Beim initialen Kieferschluss wurden für Suprapositionen Intrusionskräfte von 6–32 N, für Infrapositionen Intrusionskräfte von 0−11 N, für Mesioinklinationen 0−20 Nmm und für bukkalen Wurzeltorque − 23−5 Nmm gemessen. Alle Positioner zeigten sich bei Zähnen mit Suprapositionen am wirksamsten. Sehr geringe oder vernachlässigbare Kräfte/Drehmomente wurden bei allen Infrapositionen und 5° Rotation festgestellt. Beim labialen Wurzeltorque ergaben sich nicht vorhersagbare Drehmomente.

Schlussfolgerung

Die für Positioner verwendeten Materialien spielen eine wichtige Rolle bei der Kraftabgabe an die Zähne. Jedoch wurden durch die Positioner nicht bei allen getesteten Fehlstellungen Korrekturkräfte induziert. Klinisch relevante Korrekturkräfte oder Drehmomente fanden sich für alle Suprapositionen, Rotationen von 10° und 20° sowie für Mesialkippungen des Eckzahns.