Numerische Analyse des Torqueverhaltens von selbstligierenden Brackets im Vergleich zu konventionellen kieferorthopädischen Brackets

Abstract

In der Kieferorthopädie werden Korrekturen von Zahnfehlstellungen durch kieferorthopädische Bracketsysteme ermöglicht. Ziel dieser theoretischen Arbeit war es, das Torqueverhalten von unterschiedlichen Bracketsystemen miteinander zu vergleichen. Hierbei sollte ein besonderes Augenmerk auf das biomechanische Verhalten sogenannter selbstligierender Brackets gelegt werden.<br /> Ziel der hier vorgelegten Untersuchung war, die Torqueeigenschaften selbstligierender kieferorthopädischer Brackets mit Hilfe der Finite-Elemente-Methode (FEM) zu untersuchen und mit den Eigenschaften eines ausgesuchten konventionellen Brackets zu vergleichen. Dabei sollte insbeondere geklärt werden, wie neben dem eigentlichen Bracketdesign die Parameter Drahtlegierung, Drahtquerschnitt, freie Drahtlänge sowie Bracketbreite und Ligierungsart das Torqueverhalten beeinflussen.<br /> Es wurden drei unterschiedliche Brackettypen untersucht, darunter auch die Hanson Speed™ (Strite Industries, Cambridge, Ontario, Canada) und Damon® MX-Brackets (Ormco, Glendora, CA, USA), die über spezielle selbstligierende Verschlussmechanismen verfügen. Des Weiteren wurde ein konventionelles Metall-Bracket (Discovery®, Dentaurum KG, Pforzheim) untersucht. Alle Brackettypen stammten aus dem 0,56mm-Slotsystem (0.022 inch). <br /> Die FE-Modelle wurden mit Hilfe einer eigens entwickelten Software auf der Basis von µCTScans erstellt. Für das Discovery-Bracket standen dreidimensionale CAD-Daten zur Verfügung, die zur Modellgenerierung verwendet wurden. Es wurden jeweils vier Brackets vom linken oberen Schneidezahn bis zum rechten oberen Eckzahn rekonstruiert und mit entsprechenden kieferorthopädischen Drähten verbunden. Es kamen drei Drahtlegierungen zum Einsatz: Edelstahl, Titan-Molybdän und Nickel-Titan (NiTi). Ein Torque von 20° wurde rechnerisch auf den rechten oberen Schneidezahn aufgegeben und das Torquedrehmoment wurde bei Torsion eines Drahtes der Dimension 0,46×0,64 mm² (0.018×0.025 inch) und 0,48×0,64 mm² (0.019×0.025 inch) mit dem FE System berechnet. Dabei wurden alle weiteren Brackets fest gehalten. Bei dem konventionellen Discovery®-Bracket wurden zwei unterschiedliche Ligaturen modelliert: einmal eine elastische und einmal eine Drahtligatur aus Stahl. Zur Berechnung des Effektes einer unterschiedlichen Bracketbreite auf das Torquevermögen selbstligierender und konventioneller Brackets und zur Bestimmung des Einflusses einer variierenden freien Drahtlänge wurden zusätzliche FE-Modelle generiert: Für die Speed- und Damon-Brackets wurden Modelle entwickelt, die die gleiche Bracketbreite wie das Discovery-Bracket aufwiesen, so dass diese direkt miteinander verglichen werden konnten. Dabei wurde die vollständige Drahtlänge jeweils konstant bei 12 mm für alle fünf Brackettypen gehalten. Für die Discovery-Brackets wurden FE-Modelle generiert, bei denen die Drahtlänge von 12 auf 16 mm in 2 mm-Schritten erhöht wurde. Dabei wurde ausschließlich mit der elastischen Ligatur gerechnet. <br /> Es zeigte sich, dass der Einfluss des Drahtes der dominierende Faktor bei der Erzeugung eines Frontzahntorque ist. Insofern ist eine korrekte Auswahl von Drahtquerschnitt und Drahtmaterial die ideale Vorgehensweise, um ein angepasstes und für die erwünschte Bewegung geeignetes Torquedrehmoment zu erzeugen. Der Einfluss der Ligierungsmethode, ob selbstligierend oder konventionell mittels Elastik oder Stahldraht, war dagegen von geringerem Einfluss. Eine Ausnahme bildete jedoch das ‚aktivselbstligierende’ Bracket Speed™, das über einen superelastischen NiTi-Verschluss verfügt. Dieses Bracket entwickelte in Verbindung mit dem NiTi-Draht der kleineren Dimension mit 4,0 Nmm die kleinsten maximalen Drehmomente und gleichzeitig das geringste Torquespiel. Dieser Wert lag unterhalb des in der Kieferorthopädie mit 5 Nmm empfohlenen Torquedrehmomentes. Die anderen Brackets entwickelten mit dem NiTi-Draht etwas höhere Drehmomente, die oberhalb des geforderten Wertes lagen (Discovery: 10,6 Nmm, Damon: 9,2 Nmm). Alle weitere Draht/Bracket-Kombinationen erzeugten deutliche höhere Drehmomente von bis zu 75 Nmm (Discovery mit Stahldraht). Insgesamt konnte festgestellt werden, dass das Bracketdesign und insbesondere die Ligierungsmethode gegenüber den anderen Einflüssen, wie Bracketbreite, freie Draht10 länge, Draht/Slot-Spiel oder Grad der Torque-Fehlstellung einen untergeordneten Einfluss auf Torquekontrolle und Torquedrehmoment hat.