Effect of arch wire size on orthodontic reverse closing loop and retraction force in canine tooth distalization: Three-dimensional finite element analysis

Abstract

AimThe purpose of this study is to compare the effects of different wire size reverse closing loop and retraction forces in canine tooth distalization using the finite element analysis method.Materials and methodsMaxillary alveolar bone, maxillary first molar, second premolar and canine teeth were constructed in three dimensions along with their periodontal ligaments and standard edgewise brackets of 0.022inch and stainless-steel reverse closing loop of 0.016x0.022inch and 0.019x0.025inch were designed. Force of 0.98N and 1.96N were applied to the arch wire from the posterior region of the molar tooth in the distal direction for activating the reverse closing loop. The stress distribution and displacement of the maxillary canine tooth were performed using the three-dimensional finite element analysis method.ResultsThe maximum deformation on the canine tooth was higher in the x-, y-, and z-axes in both arch wires with 1.96N force activation. Moreover, 1.96N caused more stress on the canine tooth in both arch wires compared to the application of 0.98N. In terms of von Mises stress distribution on alveolar bones, the amount of stress was higher during the application of 1.96N than the application of 0.98N.ConclusionThe finite element method is areliable instrument which allows the effects of biomechanics applied in orthodontics to be evaluated. The finite element analysis method precisely predicted the mechanical effects of reverse closing loop of different wire sizes and different retraction forces. ZusammenfassungZielZiel der vorliegenden Studie war es, die Auswirkungen unterschiedlicher Bogendimensionen auf die Retraktionskrafte von Reverse-Closing-Loops mittels Finite-Elemente-Analyse zu vergleichen.Material und MethodenAlveolarknochen des Oberkiefers, erster oberer Molar, zweiter oberer Pramolar und obere Eckzahne wurden dreidimensional mit Paradontalligamenten und Standard Edgewise Brackets (22er Slotsystem) und Edelstahl Reverse Closing Loops (0,016x 0,022 Zoll und 0,019x 0,025 Zoll) konstruiert. Auf den Bogendraht wurden von der Molarenregion aus in distaler Richtung Krafte von 0,98N und 1,96N aufgebracht, um den Reverse-Closing-Loop zu aktivieren. Die Spannungsverteilung und -verschiebung des oberen Eckzahnes wurde mit der dreidimensionalen Finite-Elemente-Methode evaluiert.ErgebnisseDie maximale Verformung am Eckzahn war in der x-, y- und z-Achse bei beiden Bogendimensionen nach 1,96-N-Aktivierung erhoht. Daruber hinaus verursachte die Anwendung von 1,96 N bei beiden Bogendimensionen eine hohere Belastung des Eckzahnes als die Kraftapplikation von 0,98 N. In Bezug auf die Von-Mises-Spannungsverteilung auf den Alveolarknochen war die Belastung bei der Anwendung von 1,96 N hoher als bei der Anwendung von 0,98 N.FazitDie Finite-Elemente-Methode ist eine zuverlassige Methodik, mit dem sich die Auswirkungen orthodontisch induzierter Kraftsysteme bewerten lassen. Mit dem Finite-Elemente-Modell lie ss en sich die Effekte verschiedener Drahtdimensionen auf die Retraktionskrafte von bei Reverse-Closing-Loops prazise vorhersagen.