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Depuis les années 1970 et la démocratisation de l’orthodontie par appareillages fixes, de nombreuses évolutions oeuvrant chacune pour une efficacité accrue des traitements ont été développées.
Aujourd’hui, la diversité de l’offre en matière de brackets et de fils rend difficile et parfois incertain le choix de l’appariement bracket-arc.
Cet article, en décrivant les différents types de brackets, les caractéristiques des arcs et les modes de ligature, propose un choix raisonnable de construction de ce couple en fonction des mouvements dentaires souhaités.
Il pose aussi la question des limites et contradictions du matériel actuel et de l’existence d’un bracket idéal.
Une évolution est elle possible ?
I- Brackets contemporains
Actuellement, les brackets utilisés sont pré-informés de façon à obtenir les mouvements dentaires souhaités dans les trois ordres à l’aide d’arcs « droits » associés parfois à quelques pliures. Il existe trois principaux types de brackets dont les variations résident dans la manière de ligaturer les arcs :
1-1 Bracket conventionnel
Le fil orthodontique y est ligaturé soit par un anneau elastomerique ou un toron métallique.
Il trouve son origine « moderne » dans les principes du « straignt wire aplliance » d’ Andrews ayant développé un bracket pré-informé pour les trois ordres.
En 1972 ANDREWS détermine sur l’observation des points communs à 120 cas n’ayant pas nécessité de traitement orthodontique six clefs constantes et communes (1).
Il imagine alors un appareillage totalement pré-informé pouvant exprimer Tip, Torque et In-Out à l’aide d’arcs sans déformations. Chaque dent aura alors son propre bracket. Il s’agit du « Straight Wire Appliance » définissant les bases de l’orthodontie moderne. (2)
Le choix des dimensions des gorges des boitiers s’oriente vers .022 /.028 inches.
En 2002, WIECHMANN (3) (4), définit en technique linguale la fabrication d’un système comportant boitiers et arcs sur mesure. L’appareillage ainsi individualisé bénéficiant d’une conception assistée par ordinateur permet d’atteindre un niveau de finitions inégalées en orthodontie linguale.
La technique utilise l’arc Ribbonwise présentant pour les sections rectangulaires sa plus grande dimension verticale.
Les brackets ont une gorge rectangulaire de dimension .018/.025. L’insertion des arcs est verticale pour les brackets incisivo-canins et horizontale pour les autres.
Lors d’une brève interview, le Pr WIECHMANN a répondu à nos deux questions :
Question 1 : Quels sont les intérêts de l’utilisation d’un bracket comportant une gorge à insertion verticale pour le secteur incisivo-canin ?
Réponse : L’insertion verticale permet tout d’abord de faciliter la mise en place des premiers arcs lors de rotations dentaires et de corriger celles ci efficacement et rapidement. Aussi, comparativement à une technique edgewise, l’insertion et l’expression d’un arc de finitions comportant des pliures de premier ordre sont beaucoup plus aisées.
Question 2 : Pourquoi conserver une gorge rectangulaire aux dimensions habituelles de .019/.025 inches ?
Réponse : Il est plus aisé d obtenir auprès de nos fournisseurs, des arcs répondant à des dimensions rectangulaires standardisées que d’autres dimensions n’existant pas encore.
1-2 Bracket autoligaturant actif
Le fil est ligaturé par une porte active souple plaquant avec plus ou moins d’intensité l’arc au fond de la gorge
La version contemporaine est mise au point par Voudouris qui decrit en 1997 les sept principes cliniques des mécanismes interactifs propres aux brackets autoligaturants : « Interractives Twin Brackets ». (5)
1- Arch flow : le mouvement de déplacement dentaire obtenu par des forces légères est similaire à la mécanique d’un fluide quand il est comparé à un système de ligature elastomerique ou métallique toronné de l’arc en acier.
2-Acculock : positionnement permanent de l’arc dans la gorge du boitier par la porte autoligaturante comparé à un système non autoligaturant dont l’efficacité diminue avec le temps engendrant alors une perte du contrôle lors du mouvement dentaire.
3- Autoseat : placement automatique de l’arc rond ou rectangulaire contre la base de la gorge permettant un contrôle permanent du premier ordre.
4- Arch Flexibility : La friction arc-boitier ainsi que l’élasticité de la porte autoligaturante permet une diminution de la flexion de l’arc entre les boitiers
5- Anchorage conservation : Le degré de friction arc-boitier diminué lors des mouvements de translation dentaire permet l’utilisation de forces faibles sollicitant ainsi très peu l’ancrage postérieur.
6- Asepsis : les ligatures conventionnelles provoquent une augmentation des dépôts de plaque, tartre, et débris alimentaires. Les ligatures intégrées aux boitiers permettent une diminution de l’apparition de déminéralisation amellaire et de l’inflammation gingivale.
7- Adaptation : Lors des mouvements terminaux du traitement orthodontique, l’utilisation des tractions intermaxillaires verticales de petite intensité de force permettent au système musculaire manducateur d’assister ces mouvements verticaux sans provoquer de déformation des arcs.
En 2010, VOUDOURIS compare les boitiers autoligaturants interactifs (ISL) et les boitiers autoligaturants conventionnels (CL) et conclue une friction inferieure pour les boitiers interactifs. (6)
1-3 Bracket autoligaturant passif
Le fil est maintenu par une porte coulissante formant la quatrième paroi du tube dans lequel il est maintenu
En 1998, DAMON (7) répond à la demande d’un boitier autoligaturant à basse friction selon le cahier des charges suivant :
-Concept d’arc droit d’ ANDREWS
-Configuration bi-plot du boitier
-La gorge du boitier une fois fermée doit former un tube aux dimensions invariables
-La porte du boitier doit assurer une ligature passive
-L’ouverture de la porte vers le bas (gingivo-occlusale pour les boitiers maxillaires et occluso-gingivale pour les boitiers mandibulaires)
-Utilisation d’arcs sous-dimensionnés.
-Dimension de la gorge .022/.028.
Selon DAMON la comparaison des boitiers autoligaturants passifs et actifs lui permet les conclusions suivantes :
-Boitiers actifs : Le principe est de maintenir l’arc au fond de la gorge du boitier afin d’obtenir un meilleur contrôle des rotations et du torque.
Certains boitiers actifs présentent une configuration passive pour les arcs de petite section et deviennent actifs avec l’utilisation d’arcs de section plus importante. Selon DAMON même en configuration passive, la lumière des gorges est toujours diminuée augmentant alors la friction dans les cas présentant un encombrement sévère.
Lors des mécaniques de glissement, l’utilisation d’arcs de section importante engendre une augmentation de la friction due au contact de la surface de l’arc contre le fond de la gorge du boitier.
-Boitiers passifs :
Une fois la porte fermée, la gorge du boitier présente et conserve ses dimensions maximales.
Les rotations dentaires sont exprimées en utilisant la flexion d’arcs super-elastiques et/ou à mémoire de forme remplissant presque toute la lumière de la gorge du boitier.
Cependant lors des mouvements en translation, il est nécessaire d’appliquer un sous dimensionnement de l’arc par rapport aux mensurations de la gorge au risque de voir un effet de friction apparaitre. Ainsi, le respect d’un sous dimensionnement de .0010 inches est préconisé.
L’organisation de la séquence des arcs et des rendez-vous d’activation permet une vascularisation ininterrompue du ligament alvéolo-dentaire.
L’expression du torque se fera par l’action des angles de l’arc rectangulaire sous dimensionné (« edges of the wire ») contre les parois supérieure et inferieure de la gorge.
L’obtention du torque désiré par le praticien se fera par une proposition de plusieurs valeurs disponibles.
-Mécanique Biocompatible :
Les arcs de début de traitement de diamètre .014 ou .012 inches permettent les mouvements verticaux de nivellement sans déplacements parasites des dents adjacentes du fait de la faible friction.
La musculature orbiculaire et jugale ne sera pas contrainte par les forces des arcs ne devant pas dépasser 45g obtenant ainsi un effet « lip bumper ».
Une diminution des résorptions radiculaires apicales par l’utilisation de force ininterrompues est observée.
En tenant compte de ces trois familles principales de brackets pouvant eux même être proposés avec une gorge de .018/.025 ou .022/.028 inches et en y associant d’autre part l’offre étoffée du marché, il existe une multitude de possibilités d’utilisations d’arcs tant en dimensions qu’en matériaux afin d’obtenir les mouvements dentaires désirés.
II- Choix rationnel du couple arc-bracket en fonction des connaissances et matériaux actuels
Nous distinguerons trois séquences primordiales communes à l’ensemble des traitements orthodontiques :
- Mouvements dentaire initiaux : correction des rotations dentaires, nivellement
- Translation dentaire
- Expression du torque
Chacun de ces déplacements dentaires est directement lié aux forces et couples de forces générés par la déformation des arcs lors de leur insertion dans la gorge du bracket, la composition des alliages utilisés et la nature de la ligature.
Trois caractéristiques mécaniques et physiques des fils sont alors étudiées :
-Rapport charge/flexion
-Glissement/friction
-Couple de forces en torsion (torque).
Enfin, la connaissance des différents modes de ligature en fonction du déplacement dentaire souhaité permet de finaliser le choix d’appariement bracket-fil
2-1 Alignement dentaire initial, correction des rotations, nivèlement :
Ce premier mouvement dentaire permettant l initiation du traitement orthodontique par l’alignement, le nivellement et la correction des rotations met en jeu principalement l’élasticité des fils orthodontiques.
La connaissance du rapport charge-flexion des fils représente le socle du choix de fil :
A mensurations égales, le blue Egiloy (BE) sans traitement thermique initial offre des forces égales à l’acier lors de déformations de 0,5 mm et des forces inferieures lors de déformations de 1mm et au-delà.
La limite d’élasticité est plus rapidement atteinte par le Blue Egiloy puis l’acier et enfin le TMA qui lui, génère des forces moins importantes. (8)
A 0,5mm de déformation la force obtenue suit la décroissance : Acier-Timolium-Tiniobium-TMA
A 1mm de déformation la décroissance est la même (9)
Le fléchissement sous contrainte égale est plus important pour les arcs niti-thermiques que pour les arcs niti superélastiques de même diamètre (10)
L’hystérésis entres les courbes de flexion et de déflexion est plus important pour les arcs niti thermiques
Lors des mouvements dentaires initiaux, le diamètre de l’arc a un effet sur la force délivrée après contrainte (11).
On observe une majoration de 50% de la force restituée lors d’une augmentation du diamètre de fil de .002 inch entre .012 et .014 inch.
Le mode de ligature représente le deuxième paramètre du choix :
La mesure de l’efficacité de nivellement d’un encombrement dentaire complexe (12) ne montre pas de différence significative entre les boitiers autoligaturants et conventionnels. Le choix est alors orienté par le confort et l’esthétique.
En synthèse le choix sera :
Arcs : Sous dimensionné .012, .014, .016 inches
Niti Super élastique ou thermique
Ligature : Il n’existe pas de différence d’efficacité entre ligatures intégrées et conventionnelles. Le choix sera donc orienté vers un boitier autoligaturant permettant un confort d’utilisation, un maintien constant de l’arc dans sa gorge et une meilleure hygiene.
2-2 Translation dentaire, friction, glissement :
Le déplacement dentaire en translation est obtenu par l’application d’une force devant être supérieure à la friction existante entre l’arc et la gorge des boitiers.
La friction suit les règles suivantes (13) :
Augmente lorsque les dimensions de la gorge des boitiers diminuent.
Proportionnelle aux mensurations des arcs.
Dépendante de la nature des alliages d’arc et de boitier.
Dépendante du type de ligature en étant plus importante pour une ligature elastomerique en comparaison avec une ligature metallique.
L environnement (augmentation de la friction en milieu humide).
L’acier est l’alliage le moins rugueux, générant le moins de frictions, dont le module élastique est le plus élevé
Le TMA est le plus rugueux, générant le plus de frictions, présentant une force élastique intermédiaire
Le Btitanium présente une rugosité et une friction intermédiaires, une force élastique plus faible que l’acier et le TMA (14)
L’étude de la friction entre différents arcs en fonction du type de ligature (15) apporte les résultats :
Les boitiers autoligaturants passifs présentent la friction la plus faible en comparaison avec les boitiers conventionnels et autoligaturants actifs.
Enfin, l’ajout d’une composante de troisième ordre majorera la friction (16) :
Le choix sera :
Arc : Le meilleur glissement est obtenu par l’utilisation d’arcs en acier associés à une gorge de bracket en acier.
Un sous dimensionnement important de l’arc permet un meilleur glissement, cependant au delà d’un angle critique un arc-boutement est plus rapidement observé et le contrôle de la version et des rotations dentaires s’avère plus incertain.
Sera préconisé un arc .016/.022 en acier pour une gorge de .018/.025 inch et .019/.025 en acier pour une gorge de .022/.028.
Ligature : Un boitier autoligaturant passif présente la plus faible friction.
2-3 Expression du torque
C’est le contact entre l’arc et l’une ou plusieurs faces de la gorge du boitier qui génère un couple de forces provoquant un mouvement de torque de la dent.
Il est communément admis que le moment de forces « efficace » permettant le déplacement radiculaire dentaire est inclus entre une valeur minimale de 5Nm et maximale de 20 Nm. Au delà, un phénomène de résorption radiculaire est fréquemment observé.
L’étude (17) croisant 8 boitiers et 24 types d’arcs montre les valeurs d’angulation nécessaires entre la gorge du boitier et l’arc pour situer le moment de forces obtenu entre 5 et 20 Nm.
Les arcs Niti nécessitent un angle d’insertion très important afin d’obtenir une couple de forces efficace et ne permettent jamais d’atteindre la valeur maximale critique de 20Nm
Pour les boitiers de gorge .022 il existe un plus grand nombre de possibilités pour l’obtention d’un torque efficace. Cependant la limite de 20Nm est plus rapidement atteinte du fait d’un module d’élasticité supérieur présenté par les arcs aux dimensions plus importantes. Le choix d’alliage sera celui de l’acier ou du TMA.
La mesure du couple en fonction des arcs (18) apporte les résultats suivants
A dimensions et contraintes égales, les arcs en acier apportent une valeur de couple 1,5 fois celle du Niti. Les arcs TMA ont une valeur de couple égale à 50% de celle des arcs en acier
L’étude mathématique par la méthode des éléments finis (19) modélisant des boitiers conventionnels et autoligaturants et visant à calculer l’expression du moment de force montre que les facteurs prépondérants quels que soient le type de ligature (métallique, autoligaturante active et passive) sont la largeur des boitiers et la longueur d’arc libre entre les boitiers.
Ainsi la capacité d’expression du torque est plus importante avec l’augmentation de la largeur des boitiers et la diminution de la longueur d’arc libre entre les boitiers.
Dans le cas particulier de la technique du Dr WIECHMANN (boitier linguaux individualisés à insertion verticale pour la zone incisivo-canine) (20)
La limite inférieure de 2Nm est obtenue pour un jeu allant de 7° pour les arcs .0175/.0175 Btitanium à 2° pour les arcs .018/.018 et .018/.025 Btitanium.
L’insertion verticale associée à une rigueur des dimensions des gorges permet
L’obtention de couple dans des petites valeurs d’angle d’insertion.
L’absence de différence d’intensité du couple entre les arcs .018/.025 et .018/.018 montre que dans le cas particulier d’un boitier à insertion verticale, la valeur de la hauteur de l’arc (ribbonwise) n’affecte pas l’expression du torque.
Synthétiquement :
Arc : Contrairement à l’acier dont le module élastique est le plus important, le fil en TMA faiblement sous dimensionné permet avec une plage importante d’angles d’insertion l’obtention de couples de forces situé entre 5 et 20nm.
Le choix s’orientera vers le TMA .0175/.0175 dans une gorge de .018/0.25 inch et le TMA .019/.025 pour une gorge .022/.028.
Ligature : Peu de variations en fonction de la méthode de ligature sont observées, cependant une ligature élastomérique perdra de son efficacité dans le temps. La préférence ira donc vers une ligature intégrée.
Boitier : Il existe une influence de la largeur du boitier et de la longueur d’arc libre entre les boitiers. Un boitier plus large apportera une expression plus complète du couple. Un choix sera donc effectué en fonction de l’encombrement matériel.
3 DISCUSSION
Ainsi, considérant les éléments étudiés, les questions de la conservation d’une gorge de
boitier aux dimensions rectangulaires se pose. Une telle géométrie ayant été un avantage avant l’apparition des brackets autoligaturants peut se révéler être un inconvénient dans de nombreuses situations.
Lors des mouvements dentaires initiaux, l’utilisation d’arcs sous dimensionnés de section ronde est préconisée et communément admise. L’expression complète de l’élasticité de tels arcs ne peut se faire que lorsque le jeu de l’arc dans la gorge du bracket est réduit. Afin d’obtenir une telle combinaison avec une gorge rectangulaire horizontale, la porte des boitiers autoligaturants actifs vient plaquer le fil au fond de la gorge à l’image d’une ligature conventionnelle au détriment du glissement. Pour un boitier autoligaturant passif, le glissement de l’arc initial est respecté mais compte tenu de la profondeur vestibulo-linguale de sa gorge (.028 ou .025 inches) l’entière correction des rotations ne sera obtenue qu’avec des arcs de section carrée ou rectangulaire. Considérant par ailleurs l’efficacité élevée de la correction des rotations de la technique linguale ribbonwise pour les boitiers à insertion verticale présentant une gorge aux dimensions linguo-vestibulaires réduites par rapport à la technique edgewise, il est envisageable d imaginer qu’un boitier proposant une gorge aux mensurations carrées réduites associé à une ligature intégrée passive permettrait de conserver un glissement de l’arc et une expression entière de son élasticité.
Lors des mouvements de translation, les facteurs prépondérants de rigidité et glissement orientent le choix vers l’acier. Cependant, le souhait de contrôler les rotations associées au déplacement dentaire en technique edgewise impose l’utilisation d’un arc rectangulaire présentant un module d’élasticité élevé apportant ainsi en contrepartie une composante élevée de troisième ordre ralentissant indéniablement le déplacement dentaire.
Une ligature intégrée active permet d’éviter les mouvements de rotation dentaire efficacement mais augmente la friction et l’expression du torque en plaquant l’arc au fond de la gorge. L’association d’un arc en acier légèrement sous dimensionné de section carrée au module élastique intermédiaire n’ imposant alors que peu de composante de troisieme ordre, d’une gorge aux dimensions carrées et d’une ligature intégrée passive permettrait de conserver les qualités de glissement et de contrôle des mouvements parasites.
Lors de l’expression du troisième ordre le choix est orienté vers un arc en TMA de section carrée. Une gorge rectangulaire ne s’avère donc pas indispensable.
Enfin, les mouvements d’ajustement de premier ordre obtenus par l’expression de pliures de l’arc de finition seraient simplifiés par l’utilisation d’un arc de section carré dans une gorge carrée. Il est tout d’abord plus aisé d obtenir une déformation de premier ordre précise sur un arc de section carrée plutôt que rectangulaire en technique edgewise, et, contrairement à l’utilisation d’un arc carré dans une gorge rectangulaire, l’expression de la déformation sera entière.
Le choix d’un boitier idéal serait alors:
Gorge : Une gorge aux dimensions carrées et légèrement réduites permettrait une expression rapide des informations pour chacun des trois ordres à l’aide d’arcs au module d’élasticité intermédiaire.
Insertion verticale apportant un placement facilité des arcs initiaux, la correction rapide des rotations et le contrôle de celle ci lors des translations dentaires.
Ligature : Ligature intégrée apportant un gain de temps de manipulation et une hygiène facilitée.
Ligature passive assurant un glissement optimisé, l’application de forces de faible intensité et un maintien permanent de l’arc dans une gorge aux dimensions constantes afin de contrôler l’ angulation mesio-distale.
Cependant, l’offre en matière de boitiers vestibulaires tout en étant très étoffée ne se résume qu’à des variations autour du même dogme :
Insertion horizontale
Gorge rectangulaire
L’ingéniosité développée par chaque fabricant voulant conserver l’esprit fondateur de la technique edgewise n’apporte ses innovations qu’au niveau de la ligature, imposant ainsi une forme de sclérose.
Par conséquent, actuellement et depuis 1970, Il est communément admis que les dimensions de gorge des brackets sont .018/.025 ou .022/.028 inches et que l’insertion de l’arc sera horizontale.
La conservation de ce dogme comme une vérité immuable bloque alors toute exploration vers d’autres possibilités telles que la proposition d’un bracket autoligaturant à insertion verticale et la variation des dimensions de la lumière des gorges pouvant indéniablement apporter leurs atouts a notre arsenal thérapeutique.
Il apparaît légitime de poser la question : Est-il toujours nécessaire de conserver un boitier présentant une gorge horizontale rectangulaire ?
Bibliographie
1 : Andrews LF. The six keys to normal occlusion. Am J Orthod. 1972 Sep;62(3):296-309. PubMed PMID: 4505873.
2 : Andrews LF. The straight-wire appliance. Explained and compared. J Clin Orthod. 1976 Mar;10(3):174-95. PubMed PMID: 1074877.
3 : Wiechmann D. A new bracket system for lingual orthodontic treatment. Part 1: Theoretical background and development. J Orofac Orthop. 2002 May;63(3):234-45. English, German. PubMed PMID: 12132311.
4 : Wiechmann D. A new bracket system for lingual orthodontic treatment. Part 2: First clinical experiences and further development. J Orofac Orthop. 2003 Sep;64(5):372-88. English, German. PubMed PMID: 14692051.
8 : Alobeid A, Hasan M, Al-Suleiman M, El-Bialy T. Mechanical properties of cobalt-chromium wires compared to stainless steel and β-titanium wires. J Orthod Sci. 2014 Oct;3(4):137-41. doi: 10.4103/2278-0203.143237. PubMed PMID: 25426458; PubMed Central PMCID: PMC4238082.
9 : Vijayalakshmi RD, Nagachandran KS, Kummi P, Jayakumar P. A comparative evaluation of metallurgical properties of stainless steel and TMA archwires with timolium and titanium niobium archwires--an in vitro study. Indian J Dent Res. 2009 Oct-Dec;20(4):448-52. doi: 10.4103/0970-9290.59450. PubMed PMID: 20139569.
10 : Gatto E, Matarese G, Di Bella G, Nucera R, Borsellino C, Cordasco G. Load-deflection characteristics of superelastic and thermal nickel-titanium wires. Eur J Orthod. 2013 Feb;35(1):115-23. doi: 10.1093/ejo/cjr103. Epub 2011 Oct 23. PubMed PMID: 22023884.
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20 : Lossdörfer S, Bieber C, Schwestka-Polly R, Wiechmann D. Analysis of the torque capacity of a completely customized lingual appliance of the next generation. Head Face Med. 2014 Feb 7;10:4. doi: 10.1186/1746-160X-10-4. PubMed PMID: 24502426; PubMed Central PMCID: PMC3922015.
Translation - English Introduction
Depuis les années 1970 et la démocratisation de l’orthodontie par appareillages fixes, de nombreuses évolutions oeuvrant chacune pour une efficacité accrue des traitements ont été développées.
Aujourd’hui, la diversité de l’offre en matière de brackets et de fils rend difficile et parfois incertain le choix de l’appariement bracket-arc.
Cet article, en décrivant les différents types de brackets, les caractéristiques des arcs et les modes de ligature, propose un choix raisonnable de construction de ce couple en fonction des mouvements dentaires souhaités.
Il pose aussi la question des limites et contradictions du matériel actuel et de l’existence d’un bracket idéal.
Une évolution est elle possible ?
I- Brackets contemporains
Actuellement, les brackets utilisés sont pré-informés de façon à obtenir les mouvements dentaires souhaités dans les trois ordres à l’aide d’arcs « droits » associés parfois à quelques pliures. Il existe trois principaux types de brackets dont les variations résident dans la manière de ligaturer les arcs :
1-1 Bracket conventionnel
Le fil orthodontique y est ligaturé soit par un anneau elastomerique ou un toron métallique.
Il trouve son origine « moderne » dans les principes du « straignt wire aplliance » d’ Andrews ayant développé un bracket pré-informé pour les trois ordres.
En 1972 ANDREWS détermine sur l’observation des points communs à 120 cas n’ayant pas nécessité de traitement orthodontique six clefs constantes et communes (1).
Il imagine alors un appareillage totalement pré-informé pouvant exprimer Tip, Torque et In-Out à l’aide d’arcs sans déformations. Chaque dent aura alors son propre bracket. Il s’agit du « Straight Wire Appliance » définissant les bases de l’orthodontie moderne. (2)
Le choix des dimensions des gorges des boitiers s’oriente vers .022 /.028 inches.
En 2002, WIECHMANN (3) (4), définit en technique linguale la fabrication d’un système comportant boitiers et arcs sur mesure. L’appareillage ainsi individualisé bénéficiant d’une conception assistée par ordinateur permet d’atteindre un niveau de finitions inégalées en orthodontie linguale.
La technique utilise l’arc Ribbonwise présentant pour les sections rectangulaires sa plus grande dimension verticale.
Les brackets ont une gorge rectangulaire de dimension .018/.025. L’insertion des arcs est verticale pour les brackets incisivo-canins et horizontale pour les autres.
Lors d’une brève interview, le Pr WIECHMANN a répondu à nos deux questions :
Question 1 : Quels sont les intérêts de l’utilisation d’un bracket comportant une gorge à insertion verticale pour le secteur incisivo-canin ?
Réponse : L’insertion verticale permet tout d’abord de faciliter la mise en place des premiers arcs lors de rotations dentaires et de corriger celles ci efficacement et rapidement. Aussi, comparativement à une technique edgewise, l’insertion et l’expression d’un arc de finitions comportant des pliures de premier ordre sont beaucoup plus aisées.
Question 2 : Pourquoi conserver une gorge rectangulaire aux dimensions habituelles de .019/.025 inches ?
Réponse : Il est plus aisé d obtenir auprès de nos fournisseurs, des arcs répondant à des dimensions rectangulaires standardisées que d’autres dimensions n’existant pas encore.
1-2 Bracket autoligaturant actif
Le fil est ligaturé par une porte active souple plaquant avec plus ou moins d’intensité l’arc au fond de la gorge
La version contemporaine est mise au point par Voudouris qui decrit en 1997 les sept principes cliniques des mécanismes interactifs propres aux brackets autoligaturants : « Interractives Twin Brackets ». (5)
1- Arch flow : le mouvement de déplacement dentaire obtenu par des forces légères est similaire à la mécanique d’un fluide quand il est comparé à un système de ligature elastomerique ou métallique toronné de l’arc en acier.
2-Acculock : positionnement permanent de l’arc dans la gorge du boitier par la porte autoligaturante comparé à un système non autoligaturant dont l’efficacité diminue avec le temps engendrant alors une perte du contrôle lors du mouvement dentaire.
3- Autoseat : placement automatique de l’arc rond ou rectangulaire contre la base de la gorge permettant un contrôle permanent du premier ordre.
4- Arch Flexibility : La friction arc-boitier ainsi que l’élasticité de la porte autoligaturante permet une diminution de la flexion de l’arc entre les boitiers
5- Anchorage conservation : Le degré de friction arc-boitier diminué lors des mouvements de translation dentaire permet l’utilisation de forces faibles sollicitant ainsi très peu l’ancrage postérieur.
6- Asepsis : les ligatures conventionnelles provoquent une augmentation des dépôts de plaque, tartre, et débris alimentaires. Les ligatures intégrées aux boitiers permettent une diminution de l’apparition de déminéralisation amellaire et de l’inflammation gingivale.
7- Adaptation : Lors des mouvements terminaux du traitement orthodontique, l’utilisation des tractions intermaxillaires verticales de petite intensité de force permettent au système musculaire manducateur d’assister ces mouvements verticaux sans provoquer de déformation des arcs.
En 2010, VOUDOURIS compare les boitiers autoligaturants interactifs (ISL) et les boitiers autoligaturants conventionnels (CL) et conclue une friction inferieure pour les boitiers interactifs. (6)
1-3 Bracket autoligaturant passif
Le fil est maintenu par une porte coulissante formant la quatrième paroi du tube dans lequel il est maintenu
En 1998, DAMON (7) répond à la demande d’un boitier autoligaturant à basse friction selon le cahier des charges suivant :
-Concept d’arc droit d’ ANDREWS
-Configuration bi-plot du boitier
-La gorge du boitier une fois fermée doit former un tube aux dimensions invariables
-La porte du boitier doit assurer une ligature passive
-L’ouverture de la porte vers le bas (gingivo-occlusale pour les boitiers maxillaires et occluso-gingivale pour les boitiers mandibulaires)
-Utilisation d’arcs sous-dimensionnés.
-Dimension de la gorge .022/.028.
Selon DAMON la comparaison des boitiers autoligaturants passifs et actifs lui permet les conclusions suivantes :
-Boitiers actifs : Le principe est de maintenir l’arc au fond de la gorge du boitier afin d’obtenir un meilleur contrôle des rotations et du torque.
Certains boitiers actifs présentent une configuration passive pour les arcs de petite section et deviennent actifs avec l’utilisation d’arcs de section plus importante. Selon DAMON même en configuration passive, la lumière des gorges est toujours diminuée augmentant alors la friction dans les cas présentant un encombrement sévère.
Lors des mécaniques de glissement, l’utilisation d’arcs de section importante engendre une augmentation de la friction due au contact de la surface de l’arc contre le fond de la gorge du boitier.
-Boitiers passifs :
Une fois la porte fermée, la gorge du boitier présente et conserve ses dimensions maximales.
Les rotations dentaires sont exprimées en utilisant la flexion d’arcs super-elastiques et/ou à mémoire de forme remplissant presque toute la lumière de la gorge du boitier.
Cependant lors des mouvements en translation, il est nécessaire d’appliquer un sous dimensionnement de l’arc par rapport aux mensurations de la gorge au risque de voir un effet de friction apparaitre. Ainsi, le respect d’un sous dimensionnement de .0010 inches est préconisé.
L’organisation de la séquence des arcs et des rendez-vous d’activation permet une vascularisation ininterrompue du ligament alvéolo-dentaire.
L’expression du torque se fera par l’action des angles de l’arc rectangulaire sous dimensionné (« edges of the wire ») contre les parois supérieure et inferieure de la gorge.
L’obtention du torque désiré par le praticien se fera par une proposition de plusieurs valeurs disponibles.
-Mécanique Biocompatible :
Les arcs de début de traitement de diamètre .014 ou .012 inches permettent les mouvements verticaux de nivellement sans déplacements parasites des dents adjacentes du fait de la faible friction.
La musculature orbiculaire et jugale ne sera pas contrainte par les forces des arcs ne devant pas dépasser 45g obtenant ainsi un effet « lip bumper ».
Une diminution des résorptions radiculaires apicales par l’utilisation de force ininterrompues est observée.
En tenant compte de ces trois familles principales de brackets pouvant eux même être proposés avec une gorge de .018/.025 ou .022/.028 inches et en y associant d’autre part l’offre étoffée du marché, il existe une multitude de possibilités d’utilisations d’arcs tant en dimensions qu’en matériaux afin d’obtenir les mouvements dentaires désirés.
II- Choix rationnel du couple arc-bracket en fonction des connaissances et matériaux actuels
Nous distinguerons trois séquences primordiales communes à l’ensemble des traitements orthodontiques :
- Mouvements dentaire initiaux : correction des rotations dentaires, nivellement
- Translation dentaire
- Expression du torque
Chacun de ces déplacements dentaires est directement lié aux forces et couples de forces générés par la déformation des arcs lors de leur insertion dans la gorge du bracket, la composition des alliages utilisés et la nature de la ligature.
Trois caractéristiques mécaniques et physiques des fils sont alors étudiées :
-Rapport charge/flexion
-Glissement/friction
-Couple de forces en torsion (torque).
Enfin, la connaissance des différents modes de ligature en fonction du déplacement dentaire souhaité permet de finaliser le choix d’appariement bracket-fil
2-1 Alignement dentaire initial, correction des rotations, nivèlement :
Ce premier mouvement dentaire permettant l initiation du traitement orthodontique par l’alignement, le nivellement et la correction des rotations met en jeu principalement l’élasticité des fils orthodontiques.
La connaissance du rapport charge-flexion des fils représente le socle du choix de fil :
A mensurations égales, le blue Egiloy (BE) sans traitement thermique initial offre des forces égales à l’acier lors de déformations de 0,5 mm et des forces inferieures lors de déformations de 1mm et au-delà.
La limite d’élasticité est plus rapidement atteinte par le Blue Egiloy puis l’acier et enfin le TMA qui lui, génère des forces moins importantes. (8)
A 0,5mm de déformation la force obtenue suit la décroissance : Acier-Timolium-Tiniobium-TMA
A 1mm de déformation la décroissance est la même (9)
Le fléchissement sous contrainte égale est plus important pour les arcs niti-thermiques que pour les arcs niti superélastiques de même diamètre (10)
L’hystérésis entres les courbes de flexion et de déflexion est plus important pour les arcs niti thermiques
Lors des mouvements dentaires initiaux, le diamètre de l’arc a un effet sur la force délivrée après contrainte (11).
On observe une majoration de 50% de la force restituée lors d’une augmentation du diamètre de fil de .002 inch entre .012 et .014 inch.
Le mode de ligature représente le deuxième paramètre du choix :
La mesure de l’efficacité de nivellement d’un encombrement dentaire complexe (12) ne montre pas de différence significative entre les boitiers autoligaturants et conventionnels. Le choix est alors orienté par le confort et l’esthétique.
En synthèse le choix sera :
Arcs : Sous dimensionné .012, .014, .016 inches
Niti Super élastique ou thermique
Ligature : Il n’existe pas de différence d’efficacité entre ligatures intégrées et conventionnelles. Le choix sera donc orienté vers un boitier autoligaturant permettant un confort d’utilisation, un maintien constant de l’arc dans sa gorge et une meilleure hygiene.
2-2 Translation dentaire, friction, glissement :
Le déplacement dentaire en translation est obtenu par l’application d’une force devant être supérieure à la friction existante entre l’arc et la gorge des boitiers.
La friction suit les règles suivantes (13) :
Augmente lorsque les dimensions de la gorge des boitiers diminuent.
Proportionnelle aux mensurations des arcs.
Dépendante de la nature des alliages d’arc et de boitier.
Dépendante du type de ligature en étant plus importante pour une ligature elastomerique en comparaison avec une ligature metallique.
L environnement (augmentation de la friction en milieu humide).
L’acier est l’alliage le moins rugueux, générant le moins de frictions, dont le module élastique est le plus élevé
Le TMA est le plus rugueux, générant le plus de frictions, présentant une force élastique intermédiaire
Le Btitanium présente une rugosité et une friction intermédiaires, une force élastique plus faible que l’acier et le TMA (14)
L’étude de la friction entre différents arcs en fonction du type de ligature (15) apporte les résultats :
Les boitiers autoligaturants passifs présentent la friction la plus faible en comparaison avec les boitiers conventionnels et autoligaturants actifs.
Enfin, l’ajout d’une composante de troisième ordre majorera la friction (16) :
Le choix sera :
Arc : Le meilleur glissement est obtenu par l’utilisation d’arcs en acier associés à une gorge de bracket en acier.
Un sous dimensionnement important de l’arc permet un meilleur glissement, cependant au delà d’un angle critique un arc-boutement est plus rapidement observé et le contrôle de la version et des rotations dentaires s’avère plus incertain.
Sera préconisé un arc .016/.022 en acier pour une gorge de .018/.025 inch et .019/.025 en acier pour une gorge de .022/.028.
Ligature : Un boitier autoligaturant passif présente la plus faible friction.
2-3 Expression du torque
C’est le contact entre l’arc et l’une ou plusieurs faces de la gorge du boitier qui génère un couple de forces provoquant un mouvement de torque de la dent.
Il est communément admis que le moment de forces « efficace » permettant le déplacement radiculaire dentaire est inclus entre une valeur minimale de 5Nm et maximale de 20 Nm. Au delà, un phénomène de résorption radiculaire est fréquemment observé.
L’étude (17) croisant 8 boitiers et 24 types d’arcs montre les valeurs d’angulation nécessaires entre la gorge du boitier et l’arc pour situer le moment de forces obtenu entre 5 et 20 Nm.
Les arcs Niti nécessitent un angle d’insertion très important afin d’obtenir une couple de forces efficace et ne permettent jamais d’atteindre la valeur maximale critique de 20Nm
Pour les boitiers de gorge .022 il existe un plus grand nombre de possibilités pour l’obtention d’un torque efficace. Cependant la limite de 20Nm est plus rapidement atteinte du fait d’un module d’élasticité supérieur présenté par les arcs aux dimensions plus importantes. Le choix d’alliage sera celui de l’acier ou du TMA.
La mesure du couple en fonction des arcs (18) apporte les résultats suivants
A dimensions et contraintes égales, les arcs en acier apportent une valeur de couple 1,5 fois celle du Niti. Les arcs TMA ont une valeur de couple égale à 50% de celle des arcs en acier
L’étude mathématique par la méthode des éléments finis (19) modélisant des boitiers conventionnels et autoligaturants et visant à calculer l’expression du moment de force montre que les facteurs prépondérants quels que soient le type de ligature (métallique, autoligaturante active et passive) sont la largeur des boitiers et la longueur d’arc libre entre les boitiers.
Ainsi la capacité d’expression du torque est plus importante avec l’augmentation de la largeur des boitiers et la diminution de la longueur d’arc libre entre les boitiers.
Dans le cas particulier de la technique du Dr WIECHMANN (boitier linguaux individualisés à insertion verticale pour la zone incisivo-canine) (20)
La limite inférieure de 2Nm est obtenue pour un jeu allant de 7° pour les arcs .0175/.0175 Btitanium à 2° pour les arcs .018/.018 et .018/.025 Btitanium.
L’insertion verticale associée à une rigueur des dimensions des gorges permet
L’obtention de couple dans des petites valeurs d’angle d’insertion.
L’absence de différence d’intensité du couple entre les arcs .018/.025 et .018/.018 montre que dans le cas particulier d’un boitier à insertion verticale, la valeur de la hauteur de l’arc (ribbonwise) n’affecte pas l’expression du torque.
Synthétiquement :
Arc : Contrairement à l’acier dont le module élastique est le plus important, le fil en TMA faiblement sous dimensionné permet avec une plage importante d’angles d’insertion l’obtention de couples de forces situé entre 5 et 20nm.
Le choix s’orientera vers le TMA .0175/.0175 dans une gorge de .018/0.25 inch et le TMA .019/.025 pour une gorge .022/.028.
Ligature : Peu de variations en fonction de la méthode de ligature sont observées, cependant une ligature élastomérique perdra de son efficacité dans le temps. La préférence ira donc vers une ligature intégrée.
Boitier : Il existe une influence de la largeur du boitier et de la longueur d’arc libre entre les boitiers. Un boitier plus large apportera une expression plus complète du couple. Un choix sera donc effectué en fonction de l’encombrement matériel.
3 DISCUSSION
Ainsi, considérant les éléments étudiés, les questions de la conservation d’une gorge de
boitier aux dimensions rectangulaires se pose. Une telle géométrie ayant été un avantage avant l’apparition des brackets autoligaturants peut se révéler être un inconvénient dans de nombreuses situations.
Lors des mouvements dentaires initiaux, l’utilisation d’arcs sous dimensionnés de section ronde est préconisée et communément admise. L’expression complète de l’élasticité de tels arcs ne peut se faire que lorsque le jeu de l’arc dans la gorge du bracket est réduit. Afin d’obtenir une telle combinaison avec une gorge rectangulaire horizontale, la porte des boitiers autoligaturants actifs vient plaquer le fil au fond de la gorge à l’image d’une ligature conventionnelle au détriment du glissement. Pour un boitier autoligaturant passif, le glissement de l’arc initial est respecté mais compte tenu de la profondeur vestibulo-linguale de sa gorge (.028 ou .025 inches) l’entière correction des rotations ne sera obtenue qu’avec des arcs de section carrée ou rectangulaire. Considérant par ailleurs l’efficacité élevée de la correction des rotations de la technique linguale ribbonwise pour les boitiers à insertion verticale présentant une gorge aux dimensions linguo-vestibulaires réduites par rapport à la technique edgewise, il est envisageable d imaginer qu’un boitier proposant une gorge aux mensurations carrées réduites associé à une ligature intégrée passive permettrait de conserver un glissement de l’arc et une expression entière de son élasticité.
Lors des mouvements de translation, les facteurs prépondérants de rigidité et glissement orientent le choix vers l’acier. Cependant, le souhait de contrôler les rotations associées au déplacement dentaire en technique edgewise impose l’utilisation d’un arc rectangulaire présentant un module d’élasticité élevé apportant ainsi en contrepartie une composante élevée de troisième ordre ralentissant indéniablement le déplacement dentaire.
Une ligature intégrée active permet d’éviter les mouvements de rotation dentaire efficacement mais augmente la friction et l’expression du torque en plaquant l’arc au fond de la gorge. L’association d’un arc en acier légèrement sous dimensionné de section carrée au module élastique intermédiaire n’ imposant alors que peu de composante de troisieme ordre, d’une gorge aux dimensions carrées et d’une ligature intégrée passive permettrait de conserver les qualités de glissement et de contrôle des mouvements parasites.
Lors de l’expression du troisième ordre le choix est orienté vers un arc en TMA de section carrée. Une gorge rectangulaire ne s’avère donc pas indispensable.
Enfin, les mouvements d’ajustement de premier ordre obtenus par l’expression de pliures de l’arc de finition seraient simplifiés par l’utilisation d’un arc de section carré dans une gorge carrée. Il est tout d’abord plus aisé d obtenir une déformation de premier ordre précise sur un arc de section carrée plutôt que rectangulaire en technique edgewise, et, contrairement à l’utilisation d’un arc carré dans une gorge rectangulaire, l’expression de la déformation sera entière.
Le choix d’un boitier idéal serait alors:
Gorge : Une gorge aux dimensions carrées et légèrement réduites permettrait une expression rapide des informations pour chacun des trois ordres à l’aide d’arcs au module d’élasticité intermédiaire.
Insertion verticale apportant un placement facilité des arcs initiaux, la correction rapide des rotations et le contrôle de celle ci lors des translations dentaires.
Ligature : Ligature intégrée apportant un gain de temps de manipulation et une hygiène facilitée.
Ligature passive assurant un glissement optimisé, l’application de forces de faible intensité et un maintien permanent de l’arc dans une gorge aux dimensions constantes afin de contrôler l’ angulation mesio-distale.
Cependant, l’offre en matière de boitiers vestibulaires tout en étant très étoffée ne se résume qu’à des variations autour du même dogme :
Insertion horizontale
Gorge rectangulaire
L’ingéniosité développée par chaque fabricant voulant conserver l’esprit fondateur de la technique edgewise n’apporte ses innovations qu’au niveau de la ligature, imposant ainsi une forme de sclérose.
Par conséquent, actuellement et depuis 1970, Il est communément admis que les dimensions de gorge des brackets sont .018/.025 ou .022/.028 inches et que l’insertion de l’arc sera horizontale.
La conservation de ce dogme comme une vérité immuable bloque alors toute exploration vers d’autres possibilités telles que la proposition d’un bracket autoligaturant à insertion verticale et la variation des dimensions de la lumière des gorges pouvant indéniablement apporter leurs atouts a notre arsenal thérapeutique.
Il apparaît légitime de poser la question : Est-il toujours nécessaire de conserver un boitier présentant une gorge horizontale rectangulaire ?
Bibliographie
1 : Andrews LF. The six keys to normal occlusion. Am J Orthod. 1972 Sep;62(3):296-309. PubMed PMID: 4505873.
2 : Andrews LF. The straight-wire appliance. Explained and compared. J Clin Orthod. 1976 Mar;10(3):174-95. PubMed PMID: 1074877.
3 : Wiechmann D. A new bracket system for lingual orthodontic treatment. Part 1: Theoretical background and development. J Orofac Orthop. 2002 May;63(3):234-45. English, German. PubMed PMID: 12132311.
4 : Wiechmann D. A new bracket system for lingual orthodontic treatment. Part 2: First clinical experiences and further development. J Orofac Orthop. 2003 Sep;64(5):372-88. English, German. PubMed PMID: 14692051.
8 : Alobeid A, Hasan M, Al-Suleiman M, El-Bialy T. Mechanical properties of cobalt-chromium wires compared to stainless steel and β-titanium wires. J Orthod Sci. 2014 Oct;3(4):137-41. doi: 10.4103/2278-0203.143237. PubMed PMID: 25426458; PubMed Central PMCID: PMC4238082.
9 : Vijayalakshmi RD, Nagachandran KS, Kummi P, Jayakumar P. A comparative evaluation of metallurgical properties of stainless steel and TMA archwires with timolium and titanium niobium archwires--an in vitro study. Indian J Dent Res. 2009 Oct-Dec;20(4):448-52. doi: 10.4103/0970-9290.59450. PubMed PMID: 20139569.
10 : Gatto E, Matarese G, Di Bella G, Nucera R, Borsellino C, Cordasco G. Load-deflection characteristics of superelastic and thermal nickel-titanium wires. Eur J Orthod. 2013 Feb;35(1):115-23. doi: 10.1093/ejo/cjr103. Epub 2011 Oct 23. PubMed PMID: 22023884.
11 : Lombardo L, Marafioti M, Stefanoni F, Mollica F, Siciliani G. Load deflection characteristics and force level of nickel titanium initial archwires. Angle Orthod. 2012 May;82(3):507-21. doi: 10.2319/032511-213.1. Epub 2011 Sep 13. PubMed PMID: 21913852.
12 : Fansa M, Keilig L, Reimann S, Jäger A, Bourauel C. The leveling effectiveness of self-ligating and conventional brackets for complex tooth malalignments. J Orofac Orthop. 2009 Jul;70(4):285-96. doi: 10.1007/s00056-009-9916-z. Epub 2009 Aug 2. English, German. PubMed PMID: 19649576.
13 : Leite VV, Lopes MB, Gonini Júnior A, Almeida MR, Moura SK, Almeida RR. Comparison of frictional resistance between self-ligating and conventional brackets tied with elastomeric and metal ligature in orthodontic archwires. Dental Press J Orthod. 2014 May-Jun;19(3):114-9. PubMed PMID: 25162575; PubMed Central PMCID: PMC4296630.
14 : Juvvadi SR, Kailasam V, Padmanabhan S, Chitharanjan AB. Physical, mechanical, and flexural properties of 3 orthodontic wires: an in-vitro study. Am J Orthod Dentofacial Orthop. 2010 Nov;138(5):623-30. doi: 10.1016/j.ajodo.2009.01.032. PubMed PMID: 21055604.
15 : Kumar S, Singh S, Hamsa P R R, Ahmed S, Prasanthma, Bhatnagar A, Sidhu M, Shetty P. Evaluation of friction in orthodontics using various brackets and archwire combinations-an in vitro study. J Clin Diagn Res. 2014 May;8(5):ZC33-6. doi: 10.7860/JCDR/2014/7990.4364. Epub 2014 May 15. PubMed PMID: 24995241; PubMed Central PMCID: PMC4080062.
16 : Muguruma T, Iijima M, Brantley WA, Ahluwalia KS, Kohda N, Mizoguchi I. Effects of third-order torque on frictional force of self-ligating brackets. Angle Orthod. 2014 Nov;84(6):1054-61. doi: 10.2319/111913-845.1. Epub 2014 Apr 16. PubMed PMID: 24738791.
17 : Arreghini A, Lombardo L, Mollica F, Siciliani G. Torque expression capacity of 0.018 and 0.022 bracket slots by changing archwire material and cross section. Prog Orthod. 2014 Sep 25;15:53. doi: 10.1186/s40510-014-0053-x. PubMed PMID: 25329505; PubMed Central PMCID: PMC4176837.
18 : Gatto E, Matarese G, Di Bella G, Nucera R, Borsellino C, Cordasco G. Load-deflection characteristics of superelastic and thermal nickel-titanium wires. Eur J Orthod. 2013 Feb;35(1):115-23. doi: 10.1093/ejo/cjr103. Epub 2011 Oct 23. PubMed PMID: 22023884.
19 : Huang Y, Keilig L, Rahimi A, Reimann S, Bourauel C. Torque capabilities of self-ligating and conventional brackets under the effect of bracket width and free wire length. Orthod Craniofac Res. 2012 Nov;15(4):255-62. doi: 10.1111/j.1601-6343.2012.01553.x. Epub 2012 Aug 27. PubMed PMID: 23020696.
20 : Lossdörfer S, Bieber C, Schwestka-Polly R, Wiechmann D. Analysis of the torque capacity of a completely customized lingual appliance of the next generation. Head Face Med. 2014 Feb 7;10:4. doi: 10.1186/1746-160X-10-4. PubMed PMID: 24502426; PubMed Central PMCID: PMC3922015.
Italian to English: Article 3 Orthodontie General field: Medical Detailed field: Medical: Dentistry
Source text - Italian Introduction
Depuis les années 1970 et la démocratisation de l’orthodontie par appareillages fixes, de nombreuses évolutions oeuvrant chacune pour une efficacité accrue des traitements ont été développées.
Aujourd’hui, la diversité de l’offre en matière de brackets et de fils rend difficile et parfois incertain le choix de l’appariement bracket-arc.
Cet article, en décrivant les différents types de brackets, les caractéristiques des arcs et les modes de ligature, propose un choix raisonnable de construction de ce couple en fonction des mouvements dentaires souhaités.
Il pose aussi la question des limites et contradictions du matériel actuel et de l’existence d’un bracket idéal.
Une évolution est elle possible ?
I- Brackets contemporains
Actuellement, les brackets utilisés sont pré-informés de façon à obtenir les mouvements dentaires souhaités dans les trois ordres à l’aide d’arcs « droits » associés parfois à quelques pliures. Il existe trois principaux types de brackets dont les variations résident dans la manière de ligaturer les arcs :
1-1 Bracket conventionnel
Le fil orthodontique y est ligaturé soit par un anneau elastomerique ou un toron métallique.
Il trouve son origine « moderne » dans les principes du « straignt wire aplliance » d’ Andrews ayant développé un bracket pré-informé pour les trois ordres.
En 1972 ANDREWS détermine sur l’observation des points communs à 120 cas n’ayant pas nécessité de traitement orthodontique six clefs constantes et communes (1).
Il imagine alors un appareillage totalement pré-informé pouvant exprimer Tip, Torque et In-Out à l’aide d’arcs sans déformations. Chaque dent aura alors son propre bracket. Il s’agit du « Straight Wire Appliance » définissant les bases de l’orthodontie moderne. (2)
Le choix des dimensions des gorges des boitiers s’oriente vers .022 /.028 inches.
En 2002, WIECHMANN (3) (4), définit en technique linguale la fabrication d’un système comportant boitiers et arcs sur mesure. L’appareillage ainsi individualisé bénéficiant d’une conception assistée par ordinateur permet d’atteindre un niveau de finitions inégalées en orthodontie linguale.
La technique utilise l’arc Ribbonwise présentant pour les sections rectangulaires sa plus grande dimension verticale.
Les brackets ont une gorge rectangulaire de dimension .018/.025. L’insertion des arcs est verticale pour les brackets incisivo-canins et horizontale pour les autres.
Lors d’une brève interview, le Pr WIECHMANN a répondu à nos deux questions :
Question 1 : Quels sont les intérêts de l’utilisation d’un bracket comportant une gorge à insertion verticale pour le secteur incisivo-canin ?
Réponse : L’insertion verticale permet tout d’abord de faciliter la mise en place des premiers arcs lors de rotations dentaires et de corriger celles ci efficacement et rapidement. Aussi, comparativement à une technique edgewise, l’insertion et l’expression d’un arc de finitions comportant des pliures de premier ordre sont beaucoup plus aisées.
Question 2 : Pourquoi conserver une gorge rectangulaire aux dimensions habituelles de .019/.025 inches ?
Réponse : Il est plus aisé d obtenir auprès de nos fournisseurs, des arcs répondant à des dimensions rectangulaires standardisées que d’autres dimensions n’existant pas encore.
1-2 Bracket autoligaturant actif
Le fil est ligaturé par une porte active souple plaquant avec plus ou moins d’intensité l’arc au fond de la gorge
La version contemporaine est mise au point par Voudouris qui decrit en 1997 les sept principes cliniques des mécanismes interactifs propres aux brackets autoligaturants : « Interractives Twin Brackets ». (5)
1- Arch flow : le mouvement de déplacement dentaire obtenu par des forces légères est similaire à la mécanique d’un fluide quand il est comparé à un système de ligature elastomerique ou métallique toronné de l’arc en acier.
2-Acculock : positionnement permanent de l’arc dans la gorge du boitier par la porte autoligaturante comparé à un système non autoligaturant dont l’efficacité diminue avec le temps engendrant alors une perte du contrôle lors du mouvement dentaire.
3- Autoseat : placement automatique de l’arc rond ou rectangulaire contre la base de la gorge permettant un contrôle permanent du premier ordre.
4- Arch Flexibility : La friction arc-boitier ainsi que l’élasticité de la porte autoligaturante permet une diminution de la flexion de l’arc entre les boitiers
5- Anchorage conservation : Le degré de friction arc-boitier diminué lors des mouvements de translation dentaire permet l’utilisation de forces faibles sollicitant ainsi très peu l’ancrage postérieur.
6- Asepsis : les ligatures conventionnelles provoquent une augmentation des dépôts de plaque, tartre, et débris alimentaires. Les ligatures intégrées aux boitiers permettent une diminution de l’apparition de déminéralisation amellaire et de l’inflammation gingivale.
7- Adaptation : Lors des mouvements terminaux du traitement orthodontique, l’utilisation des tractions intermaxillaires verticales de petite intensité de force permettent au système musculaire manducateur d’assister ces mouvements verticaux sans provoquer de déformation des arcs.
En 2010, VOUDOURIS compare les boitiers autoligaturants interactifs (ISL) et les boitiers autoligaturants conventionnels (CL) et conclue une friction inferieure pour les boitiers interactifs. (6)
1-3 Bracket autoligaturant passif
Le fil est maintenu par une porte coulissante formant la quatrième paroi du tube dans lequel il est maintenu
En 1998, DAMON (7) répond à la demande d’un boitier autoligaturant à basse friction selon le cahier des charges suivant :
-Concept d’arc droit d’ ANDREWS
-Configuration bi-plot du boitier
-La gorge du boitier une fois fermée doit former un tube aux dimensions invariables
-La porte du boitier doit assurer une ligature passive
-L’ouverture de la porte vers le bas (gingivo-occlusale pour les boitiers maxillaires et occluso-gingivale pour les boitiers mandibulaires)
-Utilisation d’arcs sous-dimensionnés.
-Dimension de la gorge .022/.028.
Selon DAMON la comparaison des boitiers autoligaturants passifs et actifs lui permet les conclusions suivantes :
-Boitiers actifs : Le principe est de maintenir l’arc au fond de la gorge du boitier afin d’obtenir un meilleur contrôle des rotations et du torque.
Certains boitiers actifs présentent une configuration passive pour les arcs de petite section et deviennent actifs avec l’utilisation d’arcs de section plus importante. Selon DAMON même en configuration passive, la lumière des gorges est toujours diminuée augmentant alors la friction dans les cas présentant un encombrement sévère.
Lors des mécaniques de glissement, l’utilisation d’arcs de section importante engendre une augmentation de la friction due au contact de la surface de l’arc contre le fond de la gorge du boitier.
-Boitiers passifs :
Une fois la porte fermée, la gorge du boitier présente et conserve ses dimensions maximales.
Les rotations dentaires sont exprimées en utilisant la flexion d’arcs super-elastiques et/ou à mémoire de forme remplissant presque toute la lumière de la gorge du boitier.
Cependant lors des mouvements en translation, il est nécessaire d’appliquer un sous dimensionnement de l’arc par rapport aux mensurations de la gorge au risque de voir un effet de friction apparaitre. Ainsi, le respect d’un sous dimensionnement de .0010 inches est préconisé.
L’organisation de la séquence des arcs et des rendez-vous d’activation permet une vascularisation ininterrompue du ligament alvéolo-dentaire.
L’expression du torque se fera par l’action des angles de l’arc rectangulaire sous dimensionné (« edges of the wire ») contre les parois supérieure et inferieure de la gorge.
L’obtention du torque désiré par le praticien se fera par une proposition de plusieurs valeurs disponibles.
-Mécanique Biocompatible :
Les arcs de début de traitement de diamètre .014 ou .012 inches permettent les mouvements verticaux de nivellement sans déplacements parasites des dents adjacentes du fait de la faible friction.
La musculature orbiculaire et jugale ne sera pas contrainte par les forces des arcs ne devant pas dépasser 45g obtenant ainsi un effet « lip bumper ».
Une diminution des résorptions radiculaires apicales par l’utilisation de force ininterrompues est observée.
En tenant compte de ces trois familles principales de brackets pouvant eux même être proposés avec une gorge de .018/.025 ou .022/.028 inches et en y associant d’autre part l’offre étoffée du marché, il existe une multitude de possibilités d’utilisations d’arcs tant en dimensions qu’en matériaux afin d’obtenir les mouvements dentaires désirés.
II- Choix rationnel du couple arc-bracket en fonction des connaissances et matériaux actuels
Nous distinguerons trois séquences primordiales communes à l’ensemble des traitements orthodontiques :
- Mouvements dentaire initiaux : correction des rotations dentaires, nivellement
- Translation dentaire
- Expression du torque
Chacun de ces déplacements dentaires est directement lié aux forces et couples de forces générés par la déformation des arcs lors de leur insertion dans la gorge du bracket, la composition des alliages utilisés et la nature de la ligature.
Trois caractéristiques mécaniques et physiques des fils sont alors étudiées :
-Rapport charge/flexion
-Glissement/friction
-Couple de forces en torsion (torque).
Enfin, la connaissance des différents modes de ligature en fonction du déplacement dentaire souhaité permet de finaliser le choix d’appariement bracket-fil
2-1 Alignement dentaire initial, correction des rotations, nivèlement :
Ce premier mouvement dentaire permettant l initiation du traitement orthodontique par l’alignement, le nivellement et la correction des rotations met en jeu principalement l’élasticité des fils orthodontiques.
La connaissance du rapport charge-flexion des fils représente le socle du choix de fil :
A mensurations égales, le blue Egiloy (BE) sans traitement thermique initial offre des forces égales à l’acier lors de déformations de 0,5 mm et des forces inferieures lors de déformations de 1mm et au-delà.
La limite d’élasticité est plus rapidement atteinte par le Blue Egiloy puis l’acier et enfin le TMA qui lui, génère des forces moins importantes. (8)
A 0,5mm de déformation la force obtenue suit la décroissance : Acier-Timolium-Tiniobium-TMA
A 1mm de déformation la décroissance est la même (9)
Le fléchissement sous contrainte égale est plus important pour les arcs niti-thermiques que pour les arcs niti superélastiques de même diamètre (10)
L’hystérésis entres les courbes de flexion et de déflexion est plus important pour les arcs niti thermiques
Lors des mouvements dentaires initiaux, le diamètre de l’arc a un effet sur la force délivrée après contrainte (11).
On observe une majoration de 50% de la force restituée lors d’une augmentation du diamètre de fil de .002 inch entre .012 et .014 inch.
Le mode de ligature représente le deuxième paramètre du choix :
La mesure de l’efficacité de nivellement d’un encombrement dentaire complexe (12) ne montre pas de différence significative entre les boitiers autoligaturants et conventionnels. Le choix est alors orienté par le confort et l’esthétique.
En synthèse le choix sera :
Arcs : Sous dimensionné .012, .014, .016 inches
Niti Super élastique ou thermique
Ligature : Il n’existe pas de différence d’efficacité entre ligatures intégrées et conventionnelles. Le choix sera donc orienté vers un boitier autoligaturant permettant un confort d’utilisation, un maintien constant de l’arc dans sa gorge et une meilleure hygiene.
2-2 Translation dentaire, friction, glissement :
Le déplacement dentaire en translation est obtenu par l’application d’une force devant être supérieure à la friction existante entre l’arc et la gorge des boitiers.
La friction suit les règles suivantes (13) :
Augmente lorsque les dimensions de la gorge des boitiers diminuent.
Proportionnelle aux mensurations des arcs.
Dépendante de la nature des alliages d’arc et de boitier.
Dépendante du type de ligature en étant plus importante pour une ligature elastomerique en comparaison avec une ligature metallique.
L environnement (augmentation de la friction en milieu humide).
L’acier est l’alliage le moins rugueux, générant le moins de frictions, dont le module élastique est le plus élevé
Le TMA est le plus rugueux, générant le plus de frictions, présentant une force élastique intermédiaire
Le Btitanium présente une rugosité et une friction intermédiaires, une force élastique plus faible que l’acier et le TMA (14)
L’étude de la friction entre différents arcs en fonction du type de ligature (15) apporte les résultats :
Les boitiers autoligaturants passifs présentent la friction la plus faible en comparaison avec les boitiers conventionnels et autoligaturants actifs.
Enfin, l’ajout d’une composante de troisième ordre majorera la friction (16) :
Le choix sera :
Arc : Le meilleur glissement est obtenu par l’utilisation d’arcs en acier associés à une gorge de bracket en acier.
Un sous dimensionnement important de l’arc permet un meilleur glissement, cependant au delà d’un angle critique un arc-boutement est plus rapidement observé et le contrôle de la version et des rotations dentaires s’avère plus incertain.
Sera préconisé un arc .016/.022 en acier pour une gorge de .018/.025 inch et .019/.025 en acier pour une gorge de .022/.028.
Ligature : Un boitier autoligaturant passif présente la plus faible friction.
2-3 Expression du torque
C’est le contact entre l’arc et l’une ou plusieurs faces de la gorge du boitier qui génère un couple de forces provoquant un mouvement de torque de la dent.
Il est communément admis que le moment de forces « efficace » permettant le déplacement radiculaire dentaire est inclus entre une valeur minimale de 5Nm et maximale de 20 Nm. Au delà, un phénomène de résorption radiculaire est fréquemment observé.
L’étude (17) croisant 8 boitiers et 24 types d’arcs montre les valeurs d’angulation nécessaires entre la gorge du boitier et l’arc pour situer le moment de forces obtenu entre 5 et 20 Nm.
Les arcs Niti nécessitent un angle d’insertion très important afin d’obtenir une couple de forces efficace et ne permettent jamais d’atteindre la valeur maximale critique de 20Nm
Pour les boitiers de gorge .022 il existe un plus grand nombre de possibilités pour l’obtention d’un torque efficace. Cependant la limite de 20Nm est plus rapidement atteinte du fait d’un module d’élasticité supérieur présenté par les arcs aux dimensions plus importantes. Le choix d’alliage sera celui de l’acier ou du TMA.
La mesure du couple en fonction des arcs (18) apporte les résultats suivants
A dimensions et contraintes égales, les arcs en acier apportent une valeur de couple 1,5 fois celle du Niti. Les arcs TMA ont une valeur de couple égale à 50% de celle des arcs en acier
L’étude mathématique par la méthode des éléments finis (19) modélisant des boitiers conventionnels et autoligaturants et visant à calculer l’expression du moment de force montre que les facteurs prépondérants quels que soient le type de ligature (métallique, autoligaturante active et passive) sont la largeur des boitiers et la longueur d’arc libre entre les boitiers.
Ainsi la capacité d’expression du torque est plus importante avec l’augmentation de la largeur des boitiers et la diminution de la longueur d’arc libre entre les boitiers.
Dans le cas particulier de la technique du Dr WIECHMANN (boitier linguaux individualisés à insertion verticale pour la zone incisivo-canine) (20)
La limite inférieure de 2Nm est obtenue pour un jeu allant de 7° pour les arcs .0175/.0175 Btitanium à 2° pour les arcs .018/.018 et .018/.025 Btitanium.
L’insertion verticale associée à une rigueur des dimensions des gorges permet
L’obtention de couple dans des petites valeurs d’angle d’insertion.
L’absence de différence d’intensité du couple entre les arcs .018/.025 et .018/.018 montre que dans le cas particulier d’un boitier à insertion verticale, la valeur de la hauteur de l’arc (ribbonwise) n’affecte pas l’expression du torque.
Synthétiquement :
Arc : Contrairement à l’acier dont le module élastique est le plus important, le fil en TMA faiblement sous dimensionné permet avec une plage importante d’angles d’insertion l’obtention de couples de forces situé entre 5 et 20nm.
Le choix s’orientera vers le TMA .0175/.0175 dans une gorge de .018/0.25 inch et le TMA .019/.025 pour une gorge .022/.028.
Ligature : Peu de variations en fonction de la méthode de ligature sont observées, cependant une ligature élastomérique perdra de son efficacité dans le temps. La préférence ira donc vers une ligature intégrée.
Boitier : Il existe une influence de la largeur du boitier et de la longueur d’arc libre entre les boitiers. Un boitier plus large apportera une expression plus complète du couple. Un choix sera donc effectué en fonction de l’encombrement matériel.
3 DISCUSSION
Ainsi, considérant les éléments étudiés, les questions de la conservation d’une gorge de
boitier aux dimensions rectangulaires se pose. Une telle géométrie ayant été un avantage avant l’apparition des brackets autoligaturants peut se révéler être un inconvénient dans de nombreuses situations.
Lors des mouvements dentaires initiaux, l’utilisation d’arcs sous dimensionnés de section ronde est préconisée et communément admise. L’expression complète de l’élasticité de tels arcs ne peut se faire que lorsque le jeu de l’arc dans la gorge du bracket est réduit. Afin d’obtenir une telle combinaison avec une gorge rectangulaire horizontale, la porte des boitiers autoligaturants actifs vient plaquer le fil au fond de la gorge à l’image d’une ligature conventionnelle au détriment du glissement. Pour un boitier autoligaturant passif, le glissement de l’arc initial est respecté mais compte tenu de la profondeur vestibulo-linguale de sa gorge (.028 ou .025 inches) l’entière correction des rotations ne sera obtenue qu’avec des arcs de section carrée ou rectangulaire. Considérant par ailleurs l’efficacité élevée de la correction des rotations de la technique linguale ribbonwise pour les boitiers à insertion verticale présentant une gorge aux dimensions linguo-vestibulaires réduites par rapport à la technique edgewise, il est envisageable d imaginer qu’un boitier proposant une gorge aux mensurations carrées réduites associé à une ligature intégrée passive permettrait de conserver un glissement de l’arc et une expression entière de son élasticité.
Lors des mouvements de translation, les facteurs prépondérants de rigidité et glissement orientent le choix vers l’acier. Cependant, le souhait de contrôler les rotations associées au déplacement dentaire en technique edgewise impose l’utilisation d’un arc rectangulaire présentant un module d’élasticité élevé apportant ainsi en contrepartie une composante élevée de troisième ordre ralentissant indéniablement le déplacement dentaire.
Une ligature intégrée active permet d’éviter les mouvements de rotation dentaire efficacement mais augmente la friction et l’expression du torque en plaquant l’arc au fond de la gorge. L’association d’un arc en acier légèrement sous dimensionné de section carrée au module élastique intermédiaire n’ imposant alors que peu de composante de troisieme ordre, d’une gorge aux dimensions carrées et d’une ligature intégrée passive permettrait de conserver les qualités de glissement et de contrôle des mouvements parasites.
Lors de l’expression du troisième ordre le choix est orienté vers un arc en TMA de section carrée. Une gorge rectangulaire ne s’avère donc pas indispensable.
Enfin, les mouvements d’ajustement de premier ordre obtenus par l’expression de pliures de l’arc de finition seraient simplifiés par l’utilisation d’un arc de section carré dans une gorge carrée. Il est tout d’abord plus aisé d obtenir une déformation de premier ordre précise sur un arc de section carrée plutôt que rectangulaire en technique edgewise, et, contrairement à l’utilisation d’un arc carré dans une gorge rectangulaire, l’expression de la déformation sera entière.
Le choix d’un boitier idéal serait alors:
Gorge : Une gorge aux dimensions carrées et légèrement réduites permettrait une expression rapide des informations pour chacun des trois ordres à l’aide d’arcs au module d’élasticité intermédiaire.
Insertion verticale apportant un placement facilité des arcs initiaux, la correction rapide des rotations et le contrôle de celle ci lors des translations dentaires.
Ligature : Ligature intégrée apportant un gain de temps de manipulation et une hygiène facilitée.
Ligature passive assurant un glissement optimisé, l’application de forces de faible intensité et un maintien permanent de l’arc dans une gorge aux dimensions constantes afin de contrôler l’ angulation mesio-distale.
Cependant, l’offre en matière de boitiers vestibulaires tout en étant très étoffée ne se résume qu’à des variations autour du même dogme :
Insertion horizontale
Gorge rectangulaire
L’ingéniosité développée par chaque fabricant voulant conserver l’esprit fondateur de la technique edgewise n’apporte ses innovations qu’au niveau de la ligature, imposant ainsi une forme de sclérose.
Par conséquent, actuellement et depuis 1970, Il est communément admis que les dimensions de gorge des brackets sont .018/.025 ou .022/.028 inches et que l’insertion de l’arc sera horizontale.
La conservation de ce dogme comme une vérité immuable bloque alors toute exploration vers d’autres possibilités telles que la proposition d’un bracket autoligaturant à insertion verticale et la variation des dimensions de la lumière des gorges pouvant indéniablement apporter leurs atouts a notre arsenal thérapeutique.
Il apparaît légitime de poser la question : Est-il toujours nécessaire de conserver un boitier présentant une gorge horizontale rectangulaire ?
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Translation - English Introduction
Since the 1970s and the democratization of fixed orthodontic appliances, numerous advances have been developed in the field of orthodontics, each one aimed at increasing the effectiveness of treatments.
Today, the wide array of brackets and wires available make the choice of a bracket-archwire combination difficult and sometimes confusing.
By describing the different types of brackets, the characteristics of archwires and the different ligation methods, this article is aimed at offering a rational choice for the construction of this combination, based on the desired tooth movements.
This article will also discuss the limits and contradictions of current materials and raise the question of whether an ideal bracket exists.
Is an evolution possible?
I- Contemporary Brackets
Currently, the brackets used are pre-adjusted so as to obtain the desired third-order tooth movements with the help of straight archwires, sometimes combined with several second order bends. There are three main types of brackets which vary according to archwire ligation methods:
1-1 Conventional Brackets
The orthodontic wire is ligated to the bracket by an elastic O-ring or a metal stranded wire. It finds its modern-day origins in the principles of the straight wire appliance of Andrews, who developed a third-order pre-adjusted bracket.
In 1972 ANDREWS observed the common characteristics of 120 cases not requiring orthodontic treatment and found six constant and common key factors (1).
He then devised a completely pre-adjusted appliance which could express Tip, Torque and In-Out with help of archwires, without deformation. In this way, each tooth would have its own bracket. It was called the Straight Wire Appliance and it is the basis for modern-day orthodontics. (2)
The choice of bracket slot height ranges between .022 /.028 inches.
In 2002, WIECHMANN (3) (4), developed a lingual technique by devising a system using customized brackets and archwires. This individualized system using computer-assisted design made it possible to achieve a finishing level previously unequalled in lingual orthodontics.
This technique used the Ribbon-wise archwire which has the largest vertical dimension for its rectangular sections.
The brackets have a rectangular slot dimension of .018/.025. The insertion of the archwires is vertical for the incisor-canine brackets and horizontal for the others.
During a brief interview, Professor WIECHMANN answered two questions:
Question 1: What are the advantages of using a bracket with a vertical slot in the incisor-canine area?
Response: First of all, vertical insertion facilitates the placement of the initial archwires during tooth rotation and promotes the rapid and effective correction of teeth. Also, compared to the edgewise technique, the insertion and expression of a finishing archwire with first-order bends are much easier.
Question 2: Why keep a rectangular slot at the regular dimensions of .019/.025 inches?
Response: It is easier to obtain archwires compatible with standard rectangular dimensions from our suppliers, as opposed to wires with different dimensions.
1-2 Active Self-Ligating Brackets
The wire is ligated to a moveable door that holds the archwire to the base of the slot with varying degrees of force. The modern version was devised by Voudouris who, in 1997, described the seven clinical principles of the interactive twin mechanisms in self-ligating brackets: « Interractive Twin Brackets ». (5)
1- Arch flow: tooth movement obtained by light forces is similar to the mechanics of a flowing liquid when it is compared to an elastomeric or metal stranded stainless steel archwire system.
2-Acculock: permanent placement of the archwire in the bracket slot by a self-ligating door, compared to a non-self-ligating system whose effectiveness diminishes with time, thereby causing a loss of control during tooth movement.
3- Autoseat: automatic seating of either a round or rectangular archwire in the base of the slot providing optimal permanent control.
4- Arch Flexibility: The low friction of the archwire-bracket along with the elasticity of the self-ligating door, reduce inter-bracket archwire deflection.
5- Anchorage conservation: The reduction of archwire-bracket friction with tooth movement permits the use of light forces, thereby reducing posterior anchorage loss.
6- Asepsis: Conventional ligatures cause an increase in plaque deposits, tartar build-up and trapped food particles. Ligatures integrated into the brackets permit a reduction in the appearance of enamel decalcification and gingival inflammation.
7- Adaptation: During final tooth movement in orthodontic treatment, the use of vertical intermaxillary traction with a low-force intensity allows the muscles of mastication to assist with these vertical movements without causing archwire deformation.
In 2010, VOUDOURIS compared interactive self-ligating brackets (ISL) and conventional self-ligating brackets (CL) and concluded that the interactive brackets had a lower frictional resistance. (6)
1-3 Passive Self-Ligating Brackets
The wire is held in place by a sliding door forming the fourth wall of the tube in which it is held.
In 1998, DAMON (7) responded to the need for a self-ligating low-friction bracket based on the following criteria:
-ANDREWS Straight-Wire Appliance concept
-Twin bracket configuration
-Once closed, the bracket must form a tube of invariable dimensions
-The door of the bracket must ensure a passive ligation.
-Downwards opening of the door (gingival-occlusal for maxillary brackets and occlusal-gingival for mandibular brackets)
-Use of undersized archwires.
-Slot dimension of .022/.028.
According to DAMON a comparison between passive and active self-ligating brackets leads to the following conclusions:
-Active brackets: The principle is to hold the archwire in the base of the bracket slot in order to obtain an optimal control of rotations and torque.
Certain active brackets have a passive configuration with small archwires and become active with the use of larger wires. According to DAMON, even in a passive configuration, the slot width is always narrow, thereby increasing friction in cases of severe crowding.
During sliding mechanics, the use of large archwires causes an increase in friction due to contact with the surface of the archwire against the base of the bracket slot.
-Passive brackets:
Once the door is closed, the bracket slot has and maintains its maximum dimensions.
Tooth rotations are expressed using flexed super-elastic and/or shape memory archwires filling almost all the space in the bracket slot. However, during bodily movements, it is necessary to apply an archwire which is undersized compared to the slot size in order to avoid friction. Therefore a slot height of .0010 inches is recommended.
Careful planning of archwire sequencing and of activation appointments permits an uninterrupted vascularization of the periodontal ligament.
Torque expression is a result of the action of the edges of undersized rectangular archwire against the upper and lower walls of the bracket.
A practitioner can achieve the desired torque by analysing the various possible values.
-Biocompatible Mechanics:
The archwires used in the initial phase of treatment with a diameter of .014 or .012 inches permit vertical levelling without parasitic movements of the adjacent teeth due to low friction. The orbicular and cheek muscles will not be strained by the force of the archwires since it will not exceed 45 g, thereby providing a « lip bumper » effect.
A reduction of apical root resorption due to the use of uninterrupted force is observed.
Taking into account these three main types of brackets for which a slot of .018/.025 or .022/.028 inches is recommended, and also considering the great number of brackets on the market, there are a multitude of archwire options, both with respect to size and materials, which will achieve the desired tooth movements.
II- Rational choice of an archwire-bracket combination based on knowledge of current materials
There are three main sequences to orthodontic treatments
- Initial tooth movement: correction of tooth rotations, levelling
- Bodily tooth movement
- Torque expression
Each of these tooth movements is directly tied to the forces and force couples generated by the deformation of archwires at the time of their insertion into the bracket slot, the composition of the alloys used, and the method of ligation. Therefore three mechanical and physical properties of the wires are studied:
-Load/deflection ratios
-Sliding/ friction
-Force couples (torque).
Finally, an understanding of the different types of ligation based on the desired tooth movement will determines the final choice of a bracket-wire combination.
2-1 Initial tooth alignment, correction of rotations, levelling:
Initial tooth movement at the beginning of orthodontic treatment by alignment, levelling and the correction of rotations is mainly dependent on the elasticity of the orthodontic wires used.
A knowledge of the load/deflexion ratio of the wires is the basis for wire choice:
All measurements being equal, Blue Egiloy (BE) without initial heat treatment offers the same strength as stainless steel when deformed to 0.5 mm and a lesser strength when deformed to 1 mm and beyond.
The elasticity limit is more rapidly reached by Blue Egiloy, followed by stainless steel and finally, by TMA, which generates the least force (8).
At 0.5 mm of deformation the force obtained decreases in the following order: Steel-Timolium-Tinobium-TMA.
At 1 mm of deformation the decrease is the same. (9)
The deflection under equal load is greater for NiTi-thermal wires than for NiTi super-elastic archwires of the same diameter (10).
The hysteresis between the flexion and deflection curves is greater for NiTi thermal archwires.
During initial tooth movement, the diameter of the archwire has an effect on the force delivered following stress (11).
There is a 50% increase in the force rendered with an increase in the wire diameter of .002 between 0.12 and 0.14 inches.
The method of ligation is the second parameter to consider:
The measurement of the levelling effectiveness for complex tooth malalignments (12) does not show a significant difference between self-ligating and conventional brackets. Therefore, this decision can be made on the basis of its wearing comfort and aesthetic advantages.
To summarize, the recommended choice is:
Archwires: Undersized .012, .014, .016 inches
NiTi super-elastic or thermal
Ligation: There is no difference in effectiveness between integrated and conventional ligatures. The recommended choice would be a self-ligating bracket which would offer comfort of use, permanent seating of the archwire into the slot, and optimal oral hygiene.
2-2 Bodily Tooth Movement, Friction, Sliding :
Bodily tooth movement is achieved by applying a force which must be greater than the friction existing between the archwire and the bracket slots. The laws of friction are as follows (13):
Friction increases when the slot dimensions decrease.
It is proportional to the archwire dimensions.
It is dependent on the type of alloys used for archwires and brackets.
It is dependent on the type of ligation, being greater for an elastomeric ligation compared to a metal ligation.
It is affected by the environment (increase in friction in a moist environment)
Stainless steel is the smoothest alloy, generating the lowest friction and having the highest modulus of elasticity.
TMA is the roughest alloy, generating the most friction and having an intermediate elastic force.
βtitanium is intermediate for smoothness and friction, with an elastic force lower than stainless steel and TMA (14).
An evaluation of friction using various archwire and bracket combinations (15) produced the following results:
Passive self-ligating brackets showed a lower friction
compared to conventional and active self-ligating brackets
Finally, the addition of a third-order torque will increase friction (16):
The recommended choice is:
Archwire: Optimal sliding is obtained by using stainless steel archwires combined with a stainless steel bracket slot.
A considerably undersized archwire will permit better sliding, however, when the angle exceeds the critical value, binding is more rapidly observed and the control of turning and rotations becomes more unpredictable.
A .016/.022 stainless steel archwire is recommended for a slot measuring .018/.025 inches and a .019/.025 stainless steel wire is recommended for a slot measuring .022/.028.
Ligation: A passive self-ligating bracket has the least friction.
2-3 Torque Expression
Torque expression is defined as the contact of the archwire with one or several walls of the bracket slot, which generates a force couple and causes a torque movement of the tooth.
It is generally agreed that the effective moment of force permitting tooth root movement is between a minimum of 5Nm and a maximum of 20 Nm. If the maximum torque value is exceeded, a phenomenon of root resorption is frequently observed.
A study (17) of a cross section of 8 brackets and 24 types of archwires indicates the angulation values necessary between the bracket slot and the archwire to determine the moment of force obtained between 5 and 20 Nm.
NiTi archwires require a very significant insertion angle in order to obtain an effective force couple and never allow the maximum critical value to reach 20Nm.
For .022 bracket slots, there are a greater number of possibilities to achieve optimal torque. However, the 20Nm threshold is more rapidly reached due to a superior elastic modulus found in the oversized archwires. Stainless steel or TMA are the recommended alloy choices.
The couple measurement of the archwires (18) produced the following results. When comparing wires of the same size and load, the stainless steel archwires showed a force couple value 1.5 times that of the NiTi. The TMA archwires had a couple value of 50% of that of the stainless steel archwires.
A mathematical investigation using the finite element method (19) modelling conventional and self-ligating brackets, and aimed at calculating the expression of the moment of force, shows that the main determining factors, no matter what type of ligature (metal, active and passive self-ligating), are bracket width of the and the free archwire inter-bracket length.
Therefore, the capacity of torque expression is greater with an increase in the width of the brackets and a decrease in free archwire inter-bracket length.
In the particular case of Dr. WIECHMANN’s technique (customized vertical insertion for the incisor-canine area) (20) the lower limit of 2Nm was obtained for a play ranging from 7 ̊ for β-titanium .0175/.0175 archwires to 2° for β-titanium .018/.018 and .018/.025 archwires. Vertical insertion combined with an appropriate slot size results in low angle insertion torque values.
The absence of a difference in torque between the .018/.025 and .018/.018 archwires shows that, in the case of a vertical slot bracket, the height of the archwire (ribbon-wise) does not affect torque expression.
To summarize:
Archwire: Unlike stainless steel, which has the highest modulus of elasticity, the slightly undersized TMA archwire permits a considerable range of insertion angles of force couples, between 5 and 20nm.
This justifies a choice of TMA .0175/.0175 for a .018/0.25 inch slot and TMA .019/.025 for a .022/.028 slot.
Ligation: There was little variation with respect to the method of ligation; however an elastomeric ligation will lose its effectiveness with time. Therefore, the preference would be an integrated ligature.
Bracket: The bracket width and the free archwire inter-bracket length affect torque. A wider bracket will produce a more complete torque expression. For this reason, the choice should be made on the basis of material size.
3 DISCUSSION
Therefore, considering the elements studied, a question arises concerning whether or not to continue to use a rectangular bracket. This shape, which was an advantage before the appearance of self-ligating brackets, could be a disadvantage in numerous situations.
During initial tooth movement, the use of round undersized arch wires is recommended and commonly accepted. The complete expression of the elasticity of these archwires can only occur when the archwire play in the bracket slot is reduced. In order to obtain such a combination with a horizontal rectangular slot, the door of an active self-ligating bracket holds the wire in the base of the slot like a conventional ligature, to the detriment of sliding. For a passive self-ligating bracket, the sliding of the initial archwire is preserved but, because of the vestibular-lingual depth of its slot (.028 or .025 inches), a complete correction of rotations can only be obtained with square or rectangular archwires. Moreover, considering the high effectiveness of rotation correction using the lilngual ribbon-wise technique for vertical slot brackets with small vestibular-lingual dimensions compared to the edgewise technique, it is conceivable that a bracket with a reduced square slot combined with an integrated passive ligature would preserve the sliding of the archwire and the complete expression of its elasticity.
During bodily tooth movement, the overriding factors of rigidity and sliding would warrant the choice of stainless steel. However, the desire to control rotations associated with tooth movement using the edgewise technique requires the use of a rectangular archwire with a high modulus of elasticity which, in turn, results in a high torque, undeniably slowing down tooth movement.
An active integrated ligation would effectively prevent tooth rotation movements but would increase torque friction and expression by holding the archwire securely in the base of the slot. A combination of a slightly undersized rectangular stainless steel archwire with an intermediate elasticity modulus, causing minimal torque, with a square slot and passive ligature, would preserve the properties of sliding and control of parasitic movements.
For third-order torque expression, a square TMA archwire would be recommended. A rectangular bracket would therefore not be absolutely necessary.
Finally, first-order adjustment movements resulting from the expression of the finishing archwire bends would be simplified by using a square archwire in a square slot. First of all, it is easier to obtain a precise first-order deformation on a square rather than a rectangular archwire with the edgewise technique and, unlike a square archwire in a rectangular slot, the expression of the deformation would be complete.
Therefore, the ideal bracket choice would be:
Slot: A square, slightly undersized slot permits rapid torque expression for each of the three orders with the help of archwires with an intermediate modulus of elasticity.
A vertical slot facilitates the placement of the initial archwires, rapid correction of rotations and control during bodily tooth movement.
Ligation : An integrated ligature saves manipulation time and promotes better oral hygiene.
Passive ligation ensures optimal sliding, the application of low intensity force and a permanent placement of the archwire in a slot with constant dimensions in order to control mesiodistal angulation.
However, despite the wide array of vestibular brackets available, there are only two variations of the same concept:
Horizontal slot
Rectangular slot
Orthodontic advances developed by manufacturers wishing to preserve the founding principles of the edgewise technique have brought about innovations only in the area of ligation, which has created a form of stagnation.
As a result, currently and since 1970, it is a commonly accepted belief that bracket slot size should be .018/.025 or .022/.028 inches and that archwire slots should be horizontal.
Therefore, the continuation of this practice as an unchangeable truth hinders any exploration of other possibilities, such as the vertical slot self-ligating bracket and a variation of bracket dimensions, which would undeniably enrich our arsenal of therapeutic techniques.
It seems appropriate to ask the following question: Should we still be using a bracket with a horizontal rectangular slot?
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