Skip to main content
Erschienen in: Journal of Orofacial Orthopedics / Fortschritte der Kieferorthopädie 6/2013

01.11.2013 | Original article

Numerical simulation and biomechanical analysis of an orthodontically treated periodontally damaged dentition

verfasst von: A. Kettenbeil, Dr. S. Reimann, C. Reichert, L. Keilig, A. Jäger, C. Bourauel

Erschienen in: Journal of Orofacial Orthopedics / Fortschritte der Kieferorthopädie | Ausgabe 6/2013

Einloggen, um Zugang zu erhalten

Abstract

Background and objective

Once periodontitis has been completely resolved, one common follow-up method is to carry out orthodontic treatment to take advantage of the residual bone, i.e., via tooth intrusion. In this study, the biomechanical behavior of teeth in a reduced periodontium was studied by numerically simulating upper-incisor intrusion accomplished with various orthodontic mechanics.

Materials and methods

Using the finite element method, a patient-customized 3D model of a periodontally reduced dentition was generated in order to simulate tooth movement. The morphology of this upper-jaw model was derived from cone-beam computed tomography (CBCT) datasets of four patients. Material parameters were adopted from previous investigations, including teeth (E=20 GPa), periodontal ligament (PDL) (bilinear elastic; E1=0.05 MPa; E2=0.20 MPa; ε12=7%), and bone (homogeneous, isotropic; E=2 GPa). Two intrusion scenarios were used, the first drawing from Burstone’s segmented-arch technique to intrude four splinted incisors at a time, and the second one using cantilevers to intrude single incisors. The aforementioned PDL material parameters were varied in several ways to simulate different biological and biomechanical states of PDL. All simulations were recalculated with an idealized, periodontally intact model to assess the effect of bone loss by way of comparison.

Results

Single-tooth intrusion via cantilever mechanics was accompanied by less rotation than the segmented-arch approach. Both intrusion systems involved significantly greater degrees of tooth displacement and PDL load in the periodontally reduced model.

Conclusion

Periodontally reduced dentitions are associated with an increased load on periodontal tissue. This can be counteracted by reducing orthodontic force levels and by selecting mechanics that do not harm the tissue. In so doing, the use of numerical methods may greatly facilitate individualized computer-aided treatment-planning strategies.
Literatur
1.
Zurück zum Zitat Abé H, Hayashi K, Sato M (1996) Data book on mechanical properties of living cells, tissues and organs. Springer, Tokyo Abé H, Hayashi K, Sato M (1996) Data book on mechanical properties of living cells, tissues and organs. Springer, Tokyo
2.
Zurück zum Zitat Bourauel C, Freudenreich D, Vollmer D et al (1999) Simulation orthodontischer Zahnbewegungen. Ein Vergleich numerischer Modelle. Fortschr Kieferorthop 60:136–151CrossRef Bourauel C, Freudenreich D, Vollmer D et al (1999) Simulation orthodontischer Zahnbewegungen. Ein Vergleich numerischer Modelle. Fortschr Kieferorthop 60:136–151CrossRef
3.
Zurück zum Zitat Bourauel C, Reimann S, Rahimi A et al (2007) Anwendung numerischer Methoden in der Zahnheilkunde—Computersimulation kieferorthopädischer, implantologischer und prothetischer Behandlungsaufgaben Teil 1. Digit Dent News September:14–18 Bourauel C, Reimann S, Rahimi A et al (2007) Anwendung numerischer Methoden in der Zahnheilkunde—Computersimulation kieferorthopädischer, implantologischer und prothetischer Behandlungsaufgaben Teil 1. Digit Dent News September:14–18
5.
Zurück zum Zitat Burstone CJ (1966) The mechanics of segmented arch techniques. Am J Orthod 36:99–120 Burstone CJ (1966) The mechanics of segmented arch techniques. Am J Orthod 36:99–120
6.
7.
Zurück zum Zitat Cardaropoli D, Re S, Manuzzi W, Gaveglio L et al (2006) Bio-Oss collagen and orthodontic movement for the treatment of infrabony defects in the esthetic zone. Int J Periodontics Restorative Dent 26:553–539PubMed Cardaropoli D, Re S, Manuzzi W, Gaveglio L et al (2006) Bio-Oss collagen and orthodontic movement for the treatment of infrabony defects in the esthetic zone. Int J Periodontics Restorative Dent 26:553–539PubMed
8.
Zurück zum Zitat Cattaneo PM, Dalstra M, Melsen B (2005) The finite element method: a tool to study orthodontic tooth movement. J Dent Res 84:428–433PubMedCrossRef Cattaneo PM, Dalstra M, Melsen B (2005) The finite element method: a tool to study orthodontic tooth movement. J Dent Res 84:428–433PubMedCrossRef
9.
Zurück zum Zitat Cattaneo PM, Dalstra M, Melsen B (2008) Moment-to-force ratio, center of rotation, and force level: A finite element study predicting their interdependency for simulated orthodontic loading regimens. Am J Orthod Dentofacial Orthop 133:681–689PubMedCrossRef Cattaneo PM, Dalstra M, Melsen B (2008) Moment-to-force ratio, center of rotation, and force level: A finite element study predicting their interdependency for simulated orthodontic loading regimens. Am J Orthod Dentofacial Orthop 133:681–689PubMedCrossRef
10.
Zurück zum Zitat Diedrich P (1980) Parodontale Gesichtspunkte bei der kieferorthopädischen Behandlung Erwachsener. Fortschr Kieferorthop 41:602–617CrossRef Diedrich P (1980) Parodontale Gesichtspunkte bei der kieferorthopädischen Behandlung Erwachsener. Fortschr Kieferorthop 41:602–617CrossRef
11.
Zurück zum Zitat Diedrich P (1992) Die Korrektur aufgefächerter Frontzähne, ein wichtiger kieferorthopädischer Beitrag zur ästhetischen Zahnheilkunde. Fortschr Kieferorthop 53:304–311PubMedCrossRef Diedrich P (1992) Die Korrektur aufgefächerter Frontzähne, ein wichtiger kieferorthopädischer Beitrag zur ästhetischen Zahnheilkunde. Fortschr Kieferorthop 53:304–311PubMedCrossRef
12.
Zurück zum Zitat Diedrich PR (1996) Guided tissue regeneration associated with orthodontic therapy. Semin Orthod 2:39–45PubMedCrossRef Diedrich PR (1996) Guided tissue regeneration associated with orthodontic therapy. Semin Orthod 2:39–45PubMedCrossRef
13.
Zurück zum Zitat Diedrich P (2000) Kieferorthopädische Behandlung Erwachsener. In: Diedrich P (ed) Kieferorthopädie II. Urban & Fischer, München, pp 173–208 Diedrich P (2000) Kieferorthopädische Behandlung Erwachsener. In: Diedrich P (ed) Kieferorthopädie II. Urban & Fischer, München, pp 173–208
14.
Zurück zum Zitat Diedrich P, Fritz U (2006) Wechselwirkungen zwischen Parodontologie und der kieferorthopädischen Behandlung Erwachsener. Inf Orthod Kieferorthop 38:189–199CrossRef Diedrich P, Fritz U (2006) Wechselwirkungen zwischen Parodontologie und der kieferorthopädischen Behandlung Erwachsener. Inf Orthod Kieferorthop 38:189–199CrossRef
15.
Zurück zum Zitat Schneider J, Geiger M, Sander FG (2000) Effects of bone remodeling during tooth movement. Russian J Biomech 4:57–73 Schneider J, Geiger M, Sander FG (2000) Effects of bone remodeling during tooth movement. Russian J Biomech 4:57–73
16.
Zurück zum Zitat Ghezzi C, Masiero S, Silvestri M et al (2008) Orthodontic treatment of periodontally involved teeth after tissue regeneration. Int J Periodontics Restorative Dent 28:559–567PubMed Ghezzi C, Masiero S, Silvestri M et al (2008) Orthodontic treatment of periodontally involved teeth after tissue regeneration. Int J Periodontics Restorative Dent 28:559–567PubMed
17.
Zurück zum Zitat Goerigk B, Diedrich P, Wehrbein H (1992) Intrusion of the anterior teeth with the segmented-arch technic of Burstone—a clinical study. Fortschr Kieferorthop 53:16–25PubMedCrossRef Goerigk B, Diedrich P, Wehrbein H (1992) Intrusion of the anterior teeth with the segmented-arch technic of Burstone—a clinical study. Fortschr Kieferorthop 53:16–25PubMedCrossRef
18.
Zurück zum Zitat Göz G (2000) Zahnbewegung. In: Diedrich P (ed) Kieferorthopädie II. Urban & Fischer, München, pp 27–45 Göz G (2000) Zahnbewegung. In: Diedrich P (ed) Kieferorthopädie II. Urban & Fischer, München, pp 27–45
19.
Zurück zum Zitat Haase A, Bourauel C, Kobe D et al (1996) Finite-Elemente-Berechnungen zur Bestimmung der initialen Zahnbeweglichkeit und experimentelle Verifizierung. Biomed Tech 41 (Ergänzung 1):36–37CrossRef Haase A, Bourauel C, Kobe D et al (1996) Finite-Elemente-Berechnungen zur Bestimmung der initialen Zahnbeweglichkeit und experimentelle Verifizierung. Biomed Tech 41 (Ergänzung 1):36–37CrossRef
20.
Zurück zum Zitat Kayser D, Bourauel C, Braumann B et al (2002) Vergleich mechanischer Eigenschaften orthodontischer Nickel-Titan-Drähte. Biomed Tech 47:334–342CrossRef Kayser D, Bourauel C, Braumann B et al (2002) Vergleich mechanischer Eigenschaften orthodontischer Nickel-Titan-Drähte. Biomed Tech 47:334–342CrossRef
21.
Zurück zum Zitat Kettenbeil A (2012) Numerische Simulation und biomechanische Analyse einer kieferorthopädischen Behandlung im parodontal geschädigten Gebiss. Med Diss, Universität Bonn Kettenbeil A (2012) Numerische Simulation und biomechanische Analyse einer kieferorthopädischen Behandlung im parodontal geschädigten Gebiss. Med Diss, Universität Bonn
22.
Zurück zum Zitat Kojima Y, Mizuno T, Fukui H (2007) A numerical simulation of tooth movement produced by molar uprighting spring. Am J Orthod Dentofacial Orthop 132:630–638PubMedCrossRef Kojima Y, Mizuno T, Fukui H (2007) A numerical simulation of tooth movement produced by molar uprighting spring. Am J Orthod Dentofacial Orthop 132:630–638PubMedCrossRef
23.
Zurück zum Zitat Re S, Corrente G, Abundo R et al (2002) Orthodontic movement into bone defects augmented with bovine bone mineral and fibrin sealer: a reentry case report. Int J Periodontics Restorative Dent 22:138–145PubMed Re S, Corrente G, Abundo R et al (2002) Orthodontic movement into bone defects augmented with bovine bone mineral and fibrin sealer: a reentry case report. Int J Periodontics Restorative Dent 22:138–145PubMed
24.
Zurück zum Zitat Reichert C, Deschner J, Kasaj A et al (2009) Guided tissue regeneration and orthodontics. A review of the literature. J Orofac Orthop 70:6–19PubMedCrossRef Reichert C, Deschner J, Kasaj A et al (2009) Guided tissue regeneration and orthodontics. A review of the literature. J Orofac Orthop 70:6–19PubMedCrossRef
25.
Zurück zum Zitat Reichert C, Hagner M, Jepsen S et al (2011) Schnittstellen zwischen kieferorthopädischer und parodontaler Therapie. J Orofac Orthop 3:165–186CrossRef Reichert C, Hagner M, Jepsen S et al (2011) Schnittstellen zwischen kieferorthopädischer und parodontaler Therapie. J Orofac Orthop 3:165–186CrossRef
26.
Zurück zum Zitat Silva VC da, Cirelli CC, Ribeiro FS et al (2006) Orthodontic movement after periodontal regeneration of class II furcation: a pilot study in dogs. J Clin Periodontol 33:440–448PubMedCrossRef Silva VC da, Cirelli CC, Ribeiro FS et al (2006) Orthodontic movement after periodontal regeneration of class II furcation: a pilot study in dogs. J Clin Periodontol 33:440–448PubMedCrossRef
27.
Zurück zum Zitat Soares PB, Fernandes Neto AJ, Magalhães D et al (2011) Effect of bone loss simulation and periodontal splinting on bone strain: periodontal splints and bone strain. Arch Oral Biol 56:1373–1381PubMedCrossRef Soares PB, Fernandes Neto AJ, Magalhães D et al (2011) Effect of bone loss simulation and periodontal splinting on bone strain: periodontal splints and bone strain. Arch Oral Biol 56:1373–1381PubMedCrossRef
28.
Zurück zum Zitat Vollmer D, Bourauel C, Jäger A et al (1998) The location of the centre of resistance- a finite element analysis. Eur J Orthod 20:647 Vollmer D, Bourauel C, Jäger A et al (1998) The location of the centre of resistance- a finite element analysis. Eur J Orthod 20:647
29.
Zurück zum Zitat Wennström JL, Stokland BL, Nyman S et al (1993) Periodontal tissue response to orthodontic movement of teeth with infrabony pockets. Am J Orthod Dentofacial Orthop 103:313–319PubMedCrossRef Wennström JL, Stokland BL, Nyman S et al (1993) Periodontal tissue response to orthodontic movement of teeth with infrabony pockets. Am J Orthod Dentofacial Orthop 103:313–319PubMedCrossRef
Metadaten
Titel
Numerical simulation and biomechanical analysis of an orthodontically treated periodontally damaged dentition
verfasst von
A. Kettenbeil
Dr. S. Reimann
C. Reichert
L. Keilig
A. Jäger
C. Bourauel
Publikationsdatum
01.11.2013
Verlag
Springer Berlin Heidelberg
Erschienen in
Journal of Orofacial Orthopedics / Fortschritte der Kieferorthopädie / Ausgabe 6/2013
Print ISSN: 1434-5293
Elektronische ISSN: 1615-6714
DOI
https://doi.org/10.1007/s00056-013-0182-8

Weitere Artikel der Ausgabe 6/2013

Journal of Orofacial Orthopedics / Fortschritte der Kieferorthopädie 6/2013 Zur Ausgabe

Informationen

DGKFO-Mitteilungen

Newsletter

Bestellen Sie unseren kostenlosen Newsletter Update Zahnmedizin und bleiben Sie gut informiert – ganz bequem per eMail.