Franz Martin Sander

Influence of different modeling strategies for the periodontal ligament on finite element simulation results

INTRODUCTION The finite element method is a promising tool to investigate the material properties and the structural response of the periodontal ligament (PDL). To obtain realistic and reproducible results during finite element simulations of the PDL, suitable bio-fidelic finite element meshes of the geometry are essential. METHODS In this study, 4 independent coworkers generated altogether 17 volume meshes (3-dimensional) based on the same high-resolution computed-tomography image data set of a tooth obtained in vivo to compare the influence of the different model generation techniques on the predicted response to loading for low orthodontic forces. RESULTS It was shown that the thickness of the PDL has a significant effect on initial tooth mobility but only a remarkably moderate effect on the observed stress distribution in the PDL. Both the tooth and the bone can be considered effectively rigid when exploring the response of the PDL under low loads. The effect of geometric nonlinearities could be neglected for the applied force system. CONCLUSIONS Most importantly, this study highlights the sensitivity of the finite element simulation results for accurate geometric reconstruction of the PDL.

Initial results regarding force exertion during rapid maxillary expansion in children.

Aim and Method:We developed a method to measure the forces occurring during rapid maxillary expansion and carried out the University of Ulm rapid maxillary expansion method, similar to that of Chatellier & Chateau, in ten patients.Results:The forces occurring on the maxilla increased up to 120 N. There was considerable variation in force level from patient to patient. After “rupture” of the midpalatal suture, the forces decreased. The remaining forces seemed to be the result from stress on soft tissue and bone.ZusammenfassungZiel und Methodik:Zur Messung der bei der Gaumennahterweiterung entstehenden Kräfte wurde ein spezielles Messverfahren entwickelt. Mit Hilfe dieses Messverfahrens wurde bei zehn Patienten eine Gaumennahterweiterung nach der Ulmer Methode durchgeführt; diese ist vergleichbar mit der Methode von Chatellier & Chateau.Ergebnisse:Die hierbei auf den Oberkiefer wirkenden Kräfte stiegen auf bis zu 120 N an. Das Kraftniveau schwankte von Patient zu Patient deutlich. Nach erfolgter Erweiterung der Gaumennaht fielen die Kräfte ab. Es blieb eine Restspannung übrig, die vermutlich auf die noch bestehenden Spannungen durch die Weichteile und die Knochen zu begründen sind.

Dental care with manual toothbrushes during fixed orthodontic treatment--a new testing procedure.

Aim:The aim of this investigation was to employ a new in-vitro testing system for manual toothbrushes in order to distinguish the more effective from those less so for dental care during fixed appliance treatment.Materials and Methods:The testing apparatus consisted of a sliding carriage able to execute a horizontal brushing movement, and a row of artificial teeth upon which the various toothbrushes were manipulated. The artificial row of teeth was fixed on a sensor that recorded in all three dimensions the forces and moments caused by the toothbrushes on the toothbrush field. All the tests were executed with a weight of 110 g on a tooth field with a multibracket appliance. Tests were also carried out with five toothbrushes having weights of 200 g, 250 g and 300 g. Here, the decisive target values were 1) the degree of exertion necessary in the brushing direction to move a brush over the artificial teeth, and 2) the maximum force occurring in the brushing direction. High target values indicated high interaction between toothbrush bristles and the surfaces being brushed.Results:From testing five toothbrushes with four different weights, we have established profiles confirming the beneficial and less beneficial properties of certain toothbrushes involving various high contact forces.ZusammenfassungZiel:Das Ziel dieser Untersuchung war, ein neues In-vitro-Testsystem für manuelle Zahnbürsten zu nutzen, um günstige von weniger günstigen Beborstungen für die Pflege von Zähnen mit Multibracketapparaturen zu unterscheiden.Material und Methoden:Die Testapparatur bestand aus einem Schlitten, der eine horizontale Bürstbewegung ausführen konnte, und einer künstlichen Zahnreihe, auf der die verschiedenen Zahnbürsten bewegt wurden. Die künstliche Zahnreihe war auf einem Sensor befestigt, der Kräfte und Drehmomente, die durch die Zahnbürsten auf dem Zahnbürstenfeld verursacht wurden, in allen Raumebenen aufzeichnete. Alle Tests wurden mit einem Auflagegewicht von 110 g auf einem Zahnfeld mit einer Multibracketapparatur durchgeführt. Mit fünf Bürsten erfolgten zusätzliche Tests mit Gewichten von 200 g, 250 g und 300 g. Die ausschlaggebenden Zielgrößen waren dabei 1) die Arbeit, die in Putzrichtung geleistet werden musste, um eine Bürste über die künstlichen Zähne zu bewegen, und 2) die maximal auftretenden Kräfte in Putzrichtung. Hohe Zielwerte lassen auf eine hohe Interaktion zwischen Zahnbürstenborsten und den zu reinigenden Flächen schließen.Ergebnisse:Aus den Tests der fünf Zahnbürsten mit vier unterschiedlichen Gewichten ließen sich Profile erstellen, die einer Zahnbürste günstige oder ungünstige Eigenschaften bei verschieden hohen Anpresskräften bescheinigen.

Dental care during orthodontic treatment with electric toothbrushes.

Objective:In an in-vitro experimental set-up, we tested the efficacy of different electric toothbrushes in cleaning teeth with a multibracket appliance.Material and Methods:The efficacy of three sonic and four rotating toothbrushes were compared; the brushes removed artificial plaque from plastic teeth. The amount of removed plaque substitute was determined via a comparative photo-analysis with one picture of the teeth before and one picture after the brushing cycle. Two views of the tooth segment were chosen: one vestibular view and one apical view of the areas behind the bracket wings. All tests were carried out with water, elmex® and Pearls & Dents as brushing media.Results:The data showed greater brushing efficacy when Pearls & Dents toothpaste was used. The Sonicare® toothbrush was the most efficient. The Sonicmax™ and rotating Oral-B® ProfessionalCare ™ 7000 were also very efficacious. On average, all the other toothbrushes performed less well. All toothbrushes were capable of brushing the undercut areas behind the bracket wings, with plaque removal being the greatest when the Sonicare® toothbrush was used together with Pearls & Dents.Conclusions:The best electric toothbrushes did not demonstrate good tooth cleaning. Longer brushing times, mastery of the proper brushing technique, and/or special toothbrush heads are absolutely necessary.ZusammenfassungZiel:In einem In-vitro-Versuchsaufbau wurden verschiedene elektrische Zahnbürsten auf ihre Effizienz hin getestet, Zähne mit einer Multibracket-Apparatur zu reinigen.Material und Methodik:Es wurden drei Schallzahnbürsten und vier rotierende Zahnbürsten verglichen. Zur Analyse der Effizienz putzten die Bürsten künstliche Plaque von Kunststoffzähnen. Der entfernte Plaqueersatz wurde mit einer vergleichenden Fotoanalyse durch ein Bild der Zähne vor und eines nach dem Putzvorgang bestimmt. Dabei wurden zwei Ansichten auf das Zahnsegment gewählt: eine von vestibulär und eine von apikal auf die Bereiche hinter den Bracket-Flügeln. Alle Versuche wurden mit Wasser, elmex® und Pearls & Dents als Putzmedium durchgeführt.Ergebnisse:Die Ergebnisse zeigten eine höhere Putzeffizienz bei der Anwendung der Pearls & Dents Zahnpaste. Die Zahnbürste Sonicare® erreichte die höchste Effizienz; ebenfalls hoch war die Effizienz bei der Bürste Sonicmax™ und der rotierenden Oral-B® ProfessionalCare™ 7000. Die restlichen Bürsten lagen alle im Mittel hinter diesen Bürsten. Bei allen Bürsten konnte ein Putzeffekt in den Bereichen hinter den Bracket-Flügeln gezeigt werden. Dieser Effekt war am höchsten bei Anwendung der Zahnbürste Sonicare® in Verbindung mit Pearls & Dents.Schlussfolgerungen:Auch die besten elektrischen Zahnbürsten führten nicht zu einer guten Zahnreinigung. Längere Putzzeiten, das Erlernen einer geeigneten Putztechnik oder spezielle Köpfe für die Zahnbürste sind unbedingt erforderlich.

Alignment of displaced or impacted teeth with the traction chain.

To align those teeth in the dental arch that cannot erupt or are displaced, they must be surgically exposed. After the traction device is attached, the tooth is again covered with the mucoperiosteal flap to protect the tissues involved. For this reason, the loss of this traction device must be absolutely avoided in order to prevent another surgical intervention.Here at the University of Ulm, we have developed and tested an optimized traction chain for that purpose. The chain is attached to the tooth with a laser-roughened pad applying the acid-etching technique. The chain links serve as fixation elements for traction devices such as elastic ligatures or piggyback archwires. At the same time, one can determine the distance covered by the tooth by the number of the erupting chain links.We demonstrate the clinical application of this traction device in two cases.ZusammenfassungUm Zähne, die nicht aus eigenem Antrieb durchbrechen oder verlagert sind, kieferorthopädisch in den Zahnbogen einzuordnen, ist eine chirurgische Freilegung des betroffenen Zahns nötig. Zur Schonung der beteiligten Gewebe wird der Zahn nach dem Anbringen eines Zugbehelfs wieder mit dem Mukoperiostlappen gedeckt. Aus diesem Grund ist der Verlust dieser Zughilfe unbedingt zu vermeiden, da dies einen erneuten chirurgischen Eingriff bedeuten würde.An der Universität Ulm wurde zu diesem Zweck eine optimierte Zugkette entwickelt und erprobt. Die Kette wird mit einem laseraufgerauten Pad mittels Säure-Ätz-Technik an dem Zahn befestigt. Die Kettenglieder dienen als Befestigungselement für Zugbehelfe wie elastische Ligaturen oder Piggyback-Bögen. Gleichzeitig kann anhand der Anzahl der eruptierenden Kettenglieder der vom Zahn zurückgelegte Weg bestimmt werden.Die Anwendung der Zugkette wird in zwei Fällen demonstriert.

Leveling of the second molar with a superelastic spring.

Background:Second permanent molars often erupt during fixed appliance treatment. When they are to be incorporated into the fixed appliance, it is often not possible to bond the buccal tube in the correct position.Material and Methods:We describe herein a method for aligning second permanent molars by means of a superelastic segmental archwire. This involves the application of a rigid steel archwire extending from the right first molar to the left first molar for anchorage. This method was investigated in-vitro and in its clinical application. The in-vitro test was carried out with a hexapode simulating the vertical deviation of the second molar.Results:A .016″ × .022″ stainless steel archwire achieved forces of 13 N; a TMA archwire attained 5 N (both with a deflection of 2 mm), and the superelastic late-leveler achieved a maximum force of 1.3 N with a 5 mm deflection. The maximum uprighting torquing moments were 55 Nmm with the stainless steel archwire, 25 Nmm with the TMA archwire and 2 mm deflection, and 4 Nmm with the late-leveler and 5 mm deflection.Conclusions:The forces and moments of stainless-steel and TMA archwires are too high for the alignment of second permanent molars. The moderate forces and moments occurring with the superelastic late-leveler are capable of intruding, derotating and uprighting the second molar. The vertical component prevents artificial opening of the bite.ZusammenfassungHintergrund:Zweite Molaren brechen häufig während einer Multibandbehandlung durch. Wenn diese Zähne in die Multibandapparatur miteinbezogen werden sollen, ist es oft nicht möglich, das Bukkalröhrchen an die korrekte Position zu kleben.Material und Methodik:In dieser Studie wird eine Methode beschrieben, zweite Molaren mittels eines superelastischen Teilbogens einzuordnen. Dabei ist ein rigider Stahlbogen von 6–6 als Verankerung vorhanden. Diese Methode wurde in vitro sowie in ihrer klinischen Anwendung untersucht. Der In-vitro-Test wurde mit einem Hexapod durchgeführt, der die vertikale Abweichung des zweiten Molaren simulierte.Ergebnisse:Ein Stahldraht der Dimension .016″ × .022″ erreichte Kräfte von 13 N, ein TMA-Bogen 5 N (jeweils bei einer Auslenkung von 2 mm) und die superelastische Nivellierungsfeder ein Maximum von 1,3 N bei einer Auslenkung von 5 mm. Die maximalen aufrichtenden Torquemomente betrugen 55 Nmm mit dem Stahlbogen, 25 Nmm mit dem TMA-Bogen bei 2 mm Auslenkung und 4 Nmm mit der Nivellierungsfeder bei 5 mm Auslenkung.Schlussfolgerungen:Die Kräfte und Momente zur Einordnung des zweiten Molaren sind bei den Stahlbögen und den TMA-Bögen zu hoch. Moderate Kräfte treten bei der superelastischen Nivellierungsfeder auf. Durch die entstehenden Kräfte können Molaren intrudiert, derotiert und aufgerichtet werden. Durch die vertikale Komponente wird ein iatrogen offener Biss vermieden.