Dirk Wiechmann

A New Bracket System for Lingual Orthodontic Treatment Part 1: Theoretical Background and Development

AbstractBackground and Method: This paper presents a new lingual bracket system differing fundamentally both in design and in manufacturing methods from existing appliances. Using state-of-the-art CAD/CAM technology, the two normally separate processes of bracket production and bracket positioning are fused into one unit. In this process, the demand for maximum individuality with simultaneously minimized space requirements is put consistently into practice. Results and Conclusion: Improved patient comfort, simplified rebonding in the event of bracket loss, and enhanced finishing precision are the improvements resulting for the course of treatment. In addition, bracket manufacture by a Rapid Prototyping technique permits direct transfer to clinically purposeful further developments.ZusammenfassungHintergrund und Methode: In diesem Artikel wird ein neues linguales Bracketsystem vorgestellt, das sich von den bekannten Apparaturen sowohl in der Konzeption als auch in der Herstellung grundlegend unterscheidet. Die beiden gewöhnlich separat ablaufenden Prozesse der Bracketfertigung und Bracketpositionierung werden mit Hilfe moderner CAD/CAM-Technologie zur einer Einheit verschmolzen. Die Forderung nach maximaler Individualität bei gleichzeitig minimalem Platzbedarf wird dabei konsequent umgesetzt. Ergebnisse und Schlussfolgerung: Verbesserter Patientenkomfort, einfacheres Nachkleben im Falle eines Bracketverlustes und präziseres Finishing sind die für den Behandlungsverlauf resultierenden Verbesserungen. Die Bracketherstellung in einem Rapid-Prototyping-Verfahren ermöglicht zudem die unmittelbare Umsetzung klinisch sinnvoller Weiterentwicklungen.

Lingual orthodontics (part 1): laboratory procedure.

A key factor for successful correction of a malocclusion with lingual orthodontics is optimal bracket positioning.This presentation focuses on the development of an innovative laboratory procedure for indirect bracket positioning using a modified positioning device (TARG Professional) called Transfer Optimized Positioning System (TOP). In contrast to commonly used approaches to indirect bonding such as CLASS and BEST, the TOP System uses a target set-up technique in order to facilitate the 3-dimensional individualized positioning of brackets while allowing the brackets to be placed on the malocclusion model. The reliability and accuracy of this system in both the laboratory and the clinical environment are discussed.This discussion highlights the high precision of the TOP System and its significance in eliminating the usage of second and third order corrective archwire bends in the finishing stage of lingual orthodontic therapy. In other words the TOP System allows for the usage of almost flat orthodontic archwires to successfully treat a malocclusion with lingual braces. This is the key factor in enhancing the cost effectiveness and success of a lingual treatment concept.ZusammenfassungEin Grundstein für den Erfolg einer orthodontischen Korrektur von Zahnfehlstellungen mit der Lingualtechnik ist eine möglichst optimale Bracketpositionierung.In dieser Studie wird ein neuer Laborprozeß zur indirekten Positionierung lingualer Brackets mit Hilfe eines modifizierten Positionierungsgerätes (TARG Professional) vorgestellt. Von den bisher gängigen Verfahren (CLASS-System, BEST-System) unterscheidet sich dieses neue Positionierungskonzept (“Transfer Optimized Positioning System”, TOP) unter anderem dadurch, daß zwar ein individuelles Set-up die dreidimensionale Individualisierung der Bracketbasen definiert, die Brackets aber dennoch primär auf dem Malokklusionsmodell positioniert werden. Die Präzision dieses Verfahrens wird anschließend experimentell und anhand eines klinischen Beispiels überprüft.Es zeigt sich, daß aufgrund der hohen Präzision einer Bracketpositionierung nach dem TOP-System idealerweise im Finishing auf Korrekturbiegungen zweiter und dritter Ordnung verzichtet werden kann. Der Einsatz relativ planer Bögen vom Anfang bis zum Ende einer orthodontischen Behandlung mit der Lingualtechnik ist ein wesentlicher Faktor in einem ökonomischen lingualen Behandlungskonzept.

A New Bracket System for Lingual Orthodontic Treatment

Abstract.Background and Method:Almost 20 months of practical application of a new lingual bracket system have revealed some clinically relevant advantages and disadvantages deriving from the original design. Numerous modifications in the design of the bracket bodies and bases have contributed towards further optimization of the appliance. The efficiency of the appliance is discussed, taking five treated cases as examples.Results and Conclusions:The initial demands for low bracket loss rates and simplified rebonding, controlled finishing and enhanced patient comfort have been largely met by the customized design and the flexibility in the manufacture of the new appliance. However, in the triad of orthodontist, patient and appliance that is of such great importance to any orthodontic therapy, any future ideal appliance will still offer no guarantee of a successful treatment outcome.Zusammenfassung.Hintergrund und Methode:Nach fast 20-monatigem Einsatz eines neuen lingualen Bracketsystems haben sich klinisch einige Vor- und Nachteile des anfänglichen Designs herauskristallisiert. Zahlreiche Modifikationen bei der Gestaltung der Bracketkörper und der Basen haben bis heute zur weiteren Optimierung der Apparatur beigetragen. Die Leistungsfähigkeit der Apparatur wird anhand von fünf Behandlungsfällen exemplarisch diskutiert.Ergebnisse und Schlussfolgerungen:Die anfänglichen Forderungen nach geringeren Bracketverlustraten und einfacherem Nachkleben, kontrollierterem Finishing und besserem Patientenkomfort konnten durch das individuelle Design und die Flexibilität bei der Herstellung der neuen Apparatur weitgehend erfüllt werden. In der für jede kieferorthopädische Behandlung wichtigen Trias aus Behandler, Patient und Behandlungsgerät wird aber auch eine zukünftig verfügbare ideale Apparatur kein Garant für einen Behandlungserfolg sein können.

Lingual Orthodontics (Part 3): Intraoral Sandblasting and Indirect Bonding

Abstract: Bracket loss is a severe complication in the course of orthodontic treatment, especially when using lingual appliances. High adhesive strength between bracket and tooth is therefore an important requirement for the successfull integration of lingual orthodontics into everyday practice.The present article examines the influence of intraoral sandblasting prior to etching on the adhevise strength of indirect bonding. The shear bond strength of 20 cylinders made of composite were measured 24 hours after these had been bonded onto the enamel of bovine teeth. The enamel was prepared by sandblasting (Microetcher®, 50 μm AI2O3) for 3 seconds prior to bonding, followed by 30 seconds of enemal etching with 37% phosphoric acid. Twenty specimens were tested without sandblasting in the control group.The results show that intraoral sandblasting prior to etching can significantly (p < 0.001) increase the adhesive strength between enamel and bonding material. Thus intraoral sandblasting is an integral part of the indirect bonding record described in the second section of this article.Zusammenfassung: Der Verlust eines Brackets stellt besonders in der Lingualtechnik eine erhebliche Komplikation im Behandlungsablauf dar. Hohe Verbundfestigkeiten zwischen Bracket und Zahnoberfläche sind daher eine wichtige Voraussetzung für die erfolgreiche Integration der Lingualtechnik in die tägliche Praxis.Die vorliegende Arbeit untersucht den Einfluss des intraoralen Sandstrahlens vor der Säureätzung auf die resultierende Verbundfestigkeit bei einer indirekten Klebung. Dazu wurden die Biegebruchfestigkeiten von 20 indirekt hergestellten Kunststoffzylindern 24 Stunden nach dem Kleben auf Rinderschmelz gemessen. Der Schmelz wurde vor dem Bekleben drei Sekunden sandgestrahlt (Microetcher®, 50 μm AI2O3) und anschließend für 30 Sekunden mit 37%iger Phosphorsäure angeätzt.Bei der Kontrollgruppe mit ebenfalls 20 Proben wurde auf das Sandstrahlen verzichtet.Die Ergebnisse zeigen, dass durch intraorales Sandstrahlen vor dem Anätzen die Verbundfestigkeit zwischen Schmelz und Komposit bei einer indirekten Klebung signifikant (p < 0,001) erhöht werden kann. Intraorales Sandstrahlen ist damit ein wesentlicher Teil des im zweiten Abschnitt dieses Beitrags vorgestellten indirekten Klebeprotokolls.

Lingual orthodontics (Part 2): Archwire fabrication

One essential component of a successful lingual treatment concept is the precise calculation and manufacture of individual ligual archwires. As in several parts of daily life, the use of modern CAD/CAM technology leads in lingual orthodontic treatment to a rationalisation of working processes with maximized precision. The lingual module developed by the author is a new scanner-independent procedure for calculation and manufacture of individual lingual archwires with the Orthomate®/Orthotherm® system (OrthoTel, Berlin/Dallas, Tx). Especially the precise individualization of superelastic, shapememory materials reduces the archwire sequence and simplifies lingual treatment considerably. Individual second and third order overcorrections (incisal torque, reverse curve of Spee) can be programmed into the first archwire, with further threedimensional corrections being added for each single tooth during finishing. Embedded in a systematic treatment concept, the use of modern CAD/CAM technology for individual lingual archwire production with the Orthomate®/Orthotherm® system is an important aid to successful integration of lingual orthodontic treatment into routine practice.ZusammenfassungDie präzise Berechnung und Herstellung eines individuellen lingualen Bogens ist ein wesentlicher Bestandteil eines erfolgreichen lingualen Behandlungskonzepts. Der Einsatz moderner CAD/CAM-Technologie ermöglicht, wie in vielen Bereichen des täglichen Lebens, auch in der Lingualtechnik eine weitgehende Rationalisierung von Arbeitsprozessen bei gleichzeitiger Maximierung der Präzision. Das vom Autor entwickelte Lingualmodul ist ein neues scannerunabhängiges Verfahren zur Berechnung und Herstellung individueller lingualer Bögen mit dem Orthomate®/Orthotherm®-System (OrthoTel, Berlin/Dallas, Tx). Besonders die präzise Individualisierung pseudoelastischer Materialien mit Memory-Effekt ermöglicht eine reduzierte Bogensequenz und trägt erheblich zur Vereinfachung der Lingualbehandlung bei. Individuelle Überkorrekturen zweiter und dritter Ordnung (Frontzahntorque, Antispee) können vom ersten Bogen an wirken, weitere dreidimensionale Korrekturen sind im Finishing für jeden einzelnen Zahn möglich. Eingebettet in ein systematisches Behandlungskonzept, ist der Einsatz moderner CAD/CAM-Technologie zur Herstellung individueller lingualer Bögen in Form des Orthomate®/Orthotherm®-Systems ein wesentliches Hilfsmittel für die erfolgreiche Integration der Lingualtechnik in die tägliche Praxis.

Apical Root Resorption after Lingual Orthodontic Therapy

Abstract.Purpose:Apical root resorptions are among the undesirable side effects of orthodontic therapy. The aim of the present study was to investigate radiologically whether and to what extent resorptions occur in patients treated solely with a fixed lingual appliance, as well as the pathogenetic relevance of the extent and direction of the therapeutically induced apical movement.Patients and Methods:The collective comprised 33 female and seven male patients with a mean age of 24.2 ± 8.4 years. Permanent lower premolars were extracted in five, and permanent upper premolars in 22 patients. In total, 456 upper and lower incisors and canines were assessed. In order to evaluate the relative change in root length and the sagittal and vertical apical movements, pre- and posttherapeutic panoramic radiographs and/or lateral cephalograms were analyzed.Results:After completion of orthodontic treatment the mean root length was 96.3%, corresponding to a resorption rate of 3.7%. The resorption rates of teeth 11, 12 and 21 differed significantly from those of teeth 31, 32 and 43. Upper incisors presented increased mean resorption rates ≤ 10%. Only 18% of the 456 teeth analyzed were affected by pronounced resorptions > 10%. 82% of the teeth were resorption-free. A patient-related evaluation revealed that 26 of the 40 patients had no resorptions > 20%, while 14 had between one and four affected teeth. No significant relationship between extent of resorption and parameters such as age, gender, active treatment time, Angle class, or extent and direction of apical movement was recorded.Conclusions:The results suggest that lingual orthodontic therapy resulted in only slight root resorptions. Pronounced root shortenings were observed in some patients whose individual predisposition may constitute the main risk factor for the occurrence of root resorptions.Zusammenfassung.Ziel:Apikale Wurzelresorptionen gehören zu den unerwünschten Nebeneffekten einer kieferorthopädischen Therapie. Ziel der vorliegenden Studie war die röntgenologische Untersuchung, ob und in welchem Ausmaß Resorptionen bei Patienten auftreten, die ausschließlich mit einer festsitzenden Lingualapparatur behandelt wurden. Es sollte ebenfalls überprüft werden, inwieweit Ausmaß und Richtung der therapeutisch induzierten Apexbewegung pathogenetische Relevanz besitzen.Patienten und Methoden:Die Probandengruppe setzte sich aus 33 weiblichen und sieben männlichen Patienten zusammen, das Durchschnittsalter lag bei 24,2 ± 8,4 Jahren. Bei fünf Patienten wurden im Unterkiefer, bei 22 im Oberkiefer bleibende Prämolaren extrahiert. Es wurden insgesamt 456 obere und untere Frontund Eckzähne bewertet. Zur Bestimmung der relativen Wurzellängenveränderung und der sagittalen und vertikalen Apexbewegungen wurden prä- und posttherapeutische Panoramaschichtaufnahmen bzw. Fernröntgenseitenbilder ausgewertet.Ergebnisse:Nach Abschluss der kieferorthopädischen Behandlung betrug die durchschnittliche Wurzellänge 96,3%, das entspricht einer Resorptionsrate von 3,7%. Die Resorptionsraten von 11, 12, 21 unterschieden sich signifikant von 31, 32, 43. Obere Schneidezähne zeigten erhöhte mittlere Resorptionsraten von bis zu 10%. Von ausgeprägten Resorptionen > 10% waren nur 18% der 456 bewerteten Zähne betroffen. 82% der Zähne waren resorptionsfrei. Bei einer patientenbezogenen Auswertung ergab sich, dass von 40 Patienten 26 keine Resorptionen > 20% zeigten, 14 jedoch zwischen ein und vier betroffene Zähne aufwiesen. Es konnte keine signifikante Abhängigkeit von Resorptionsausmaß und Parametern wie Alter, Geschlecht, Behandlungszeit, Angle-Klasse, Ausmaß und Richtung der Apexbewegung ermittelt werden.Schlussfolgerungen:Aus den Ergebnissen lässt sich schließen, dass die orthodontische Therapie in Lingualtechnik zu nur geringfügigen Wurzelresorptionen führt. Ausgeprägte Wurzelverkürzungen wurden bei einzelnen Patienten beobachtet, deren individuelle Prädisposition möglicherweise Hauptrisikofaktor für das Auftreten von Wurzelresorptionen ist.

Comparison of the initial orthodontic force systems produced by a new lingual bracket system and a straight-wire appliance.

Background and Aim:Over the last few years, lingual appliances have become an established orthodontic treatment technique. Many studies have concentrated on various esthetic aspects, on laboratory and clinical procedures, and on patient comfort and compliance. The orthodontic force systems of these appliances, however, have not yet been investigated. The aim of this study was thus to determine the forces and moments produced by a new lingual bracket system during the leveling phase of orthodontic treatment and to compare those with the corresponding force system of a labial straight-wire appliance.Material and Method:The intra-oral situation of ten patients undergoing orthodontic treatment was replicated in measurement casts fitted with lingual and labial brackets. Special care was taken to precisely reproduce each patient’s interbracket geometry. We measured each tooth’s force systems as generated by a leveling arch inserted into the lingual and labial brackets.Results:The resulting force systems of both appliances were found to be quite similar with regard to the magnitude of most force and moment components. Only the first molars were subjected to considerably greater single forces with the lingual appliance. Tipping moments were found to be significantly smaller with the lingual technique, whereas the rotational moments were significantly smaller with the labial appliance. All in all we noted significant differences between the two techniques only in certain areas which upon closer examination were distributed over only a few tooth types.Conclusions:The initial force systems produced by the new lingual bracket system proved to be comparable with those delivered by a conventional straight-wire appliance. The actual levels of forces and moments, however, were found in certain cases to be too heavy with both techniques. We therefore recommend the development of leveling wires producing considerably lighter forces and moments.ZusammenfassungHintergrund und Ziel:In den vergangenen Jahren konnte sich die Lingualtechnik als eigenständige orthodontische Behandlungstechnik etablieren. Die bislang erschienenen Publikationen heben die ästhetischen Vorteile dieser Behandlungstechnik hervor und beschreiben klinische und labortechnische Prozesse sowie Aspekte des Patientenkomforts und der Compliance. Bisher sind jedoch noch keine Untersuchungen der orthodontischen Kraftsysteme dieser Apparaturen vorgenommen worden. Ziel dieser Arbeit war daher die Erfassung der während der Nivellierungsphase mit einem neu entwickelten Lingualbracketsystem auftretenden Kräfte und Drehmomente und der Vergleich mit den entsprechenden Kraftsystemen einer Straight-Wire-Apparatur.Material und Methode:Bei zehn kieferorthopädischen Patienten wurde die intraorale Situation auf ein Messmodell übertragen. Die Modellzähne wurden mit labialen und lingualen Brackets versehen, wobei die individuelle Interbracketgeometrie des einzelnen Patienten besonders berücksichtigt wurde. An jedem Zahn wurden für beide Bracketsysteme die von einem Nivellierungsbogen verursachten Kräfte und Drehmomente experimentell bestimmt.Ergebnisse:Die resultierenden Kraftsysteme waren in beiden Behandlungssystemen unter Berücksichtigung der Einzelkomponenten Kraftgröße und Drehmoment nahezu identisch. Lediglich die ersten Molaren wurden in der Lingualtechnik mit signifikant größeren Einzelkräften belastet. Für die Drehmomente ergaben sich signifikant kleinere angulatorische Momente in der Lingualtechnik und signifikant geringere rotatorische Momente in der Bukkaltechnik. Insgesamt zeigten die Ergebnisse nur in wenigen Bereichen signifikante Unterschiede zwischen den resultierenden Kraftsystemen beider Behandlungstechniken, die sich bei genauerer Betrachtung auf einige wenige Zahntypen verteilten.Schlussfolgerungen:Die initialen Kraftsysteme der neuen Lingualbrackets sind mit denen eines konventionellen Straight-Wire-Systems weitgehend vergleichbar. Dennoch müssen die resultierenden Kräfte und Drehmomente in Einzelfällen bei beiden Techniken als sehr hoch bezeichnet werden. Die Entwicklung ortho dontischer Bögen, die in der Nivellierungsphase der Therapie wesentlich kleinere Kräfte und Momente erzeugen, sollte daher angestrebt werden.

Effects of a Mechanical Interdental Cleaning Device on Oral Hygiene in Patients with Lingual Brackets

This study was aimed at determining the influence of a battery-operated interdental cleaning device (icd) (WaterPik Flosser) on the oral hygiene of 32 female right-handed patients (mean age 25.9 years) with lingual brackets in the upper (n = 29) and or in the lower arch (n = 25). Approximal plaque index (API) and bleeding on probing (BOP) were recorded at the lingual surfaces by a single blinded examiner before application (t0), on average 38.6 days after (t1), and again on average 46.0 days after (t2) the application of the icd. The patients used the icd once a day in the second and fourth quadrants only (icdq). In all quadrants (icdq and non-icd quadrants [n-icdq]), oral hygiene was performed with a manual toothbrush. Of the patients enrolled in the study, 96.9% found the icd subjectively very helpful to moderately helpful for cleaning their teeth and 65.6% had the subjective impression that their teeth were cleaner with the appliance. Despite those positive subjective assessments, an objective comparison of the icdqs with the n-icdqs revealed no statistically significant differences in the mean changes in API and BOP from t0 to t1, from t0 to t2, or from t1 to t2. Because there were spectacular improvements in API in all quadrants, the improvements could be interpreted as an outcome of the instruction and motivation given to the patients, the increasing awareness of oral hygiene, and the greater skill in using the toothbrush in the course of time.

Lingual orthodontics (Part 4): Economic lingual treatment (ECO-lingual therapy).

Abstract: One key factor in the economic lingual treatment concept presented in this series of articles is the use of prefabricated, customized nickel titanium archwires with supraelasticity and temperature-dependent springback qualities (memory effect). Using a modern, e-modulus driven archwire sequence, a non-extraction case can be treated with 1 or 2 wires per arch, and an extraction case with 2 or 3 wires per arch.This article, the last in the Lingual Orthodontics series, uses clinical examples to show the various clinical potentials of these wires with temperature-dependent superelasticity, as not only part of but occasionally all the treatment is done with these prefabricated, customized nickel titanium wires.Zusammenfassung: Der Einsatz von vorgefertigten individuellen Nickeltitanbögen mit pseudoelastischen Materialeigenschaften und temperaturabhängigem Rückstellverhalten (Memory-Effekt) ist ein wesentlicher Punkt des in dieser Artikelserie vorgestellten, ökonomischen lingualen Behandlungskonzepts (ECO-Lingual Therapy). Mit einer modernen E-Modul-orientierten Bogensequenz ist eine Lingualbehandlung mit ein bis zwei Bögen pro Kiefer bei Fällen ohne Extraktionen und zwei bis drei Bögen pro Kiefer bei Extraktionsfällen möglich.Da nicht nur ein wesentlicher Teil, sondern manchmal sogar die gesamte Behandlung mit den vorgefertigten individuellen Nickeltitanbögen durchgeführt wird, sollen in diesem Beitrag zum Abschluss der Serie “Lingualtechnik” die unterschiedlichen klinischen Einsatzmöglichkeiten dieser Bögen mit temperaturabhängig pseudoelastischem Rückstellverhalten anhand klinischer Beispiele aufgezeigt werden.