Objective: To gain basic information regarding the biologic stability of plasma ion-implanted miniscrews and their potential clinical applications. Methods: Sixteen plasma ion-implanted and 16 sandblasted and acid-etched (SLA) miniscrews were bilaterally inserted in the mandibles of 4 beagles (2 miniscrews of each type per quadrant). Then, 250 - 300 gm of force from Ni-Ti coil springs was applied for 2 different periods: 12 weeks on one side and 3 weeks contralaterally. Thereafter, the animals were sacrificed and mandibular specimens including the miniscrews were collected. The insertion torque and mobility were compared between the groups. The bone-implant contact and bone volume ratio were calculated within 800 mm of the miniscrews and compared between the loading periods. The number of osteoblasts was also quantified. The measurements were expressed as percentages and analyzed by independent t-tests (p < 0.05). Results: No significant differences in any of the analyzed parameters were noted between the groups. Conclusions: The preliminary findings indicate that plasma ion-implanted miniscrews have similar biologic characteristics to SLA miniscrews in terms of insertion torque, mobility, bone-implant contact rate, and bone volume rate.
Objective: To evaluate the bioactivity, and the biomechanical and bone-regenerative properties of Ti6Al4V miniscrews subjected to anodization, cyclic precalcification, and heat treatment (APH treatment) and their potential clinical use. Methods: The surfaces of Ti6Al4V alloys were modified by APH treatment. Bioactivity was assessed after immersion in simulated body fluid for 3 days. The hydrophilicity and the roughness of APH-treated surfaces were compared with those of untreated (UT) and anodized and heat-treated (AH) samples. For in vivo tests, 32 miniscrews (16 UT and 16 APH) were inserted into 16 Wistar rats, one UT and one APH-treated miniscrew in either tibia. The miniscrews were extracted after 3 and 6 weeks and their osseointegration (n = 8 for each time point and group) was investigated by surface and histological analyses and removal torque measurements. Results: APH treatment formed a dense surface array of nanotubular TiO2 layer covered with a compact apatite-like film. APH-treated samples showed better bioactivity and biocompatibility compared with UT and AH samples. In vivo, APH-treated miniscrews showed higher removal torque and bone-to-implant contact than did UT miniscrews, after both 3 and 6 weeks (p < 0.05). Also, early deposition of densely mineralized bone around APH-treated miniscrews was observed, implying good bonding to the treated surface. Conclusions: APH treatment enhanced the bioactivity, and the biomechanical and bone regenerative properties of the Ti6Al4V alloy miniscrews. The enhanced initial stability afforded should be valuable in orthodontic applications.
Objective: The purpose of this study was to analyze stress distributions in the roots, periodontal ligaments (PDLs), and bones around cylindrical and tapered miniscrews inserted at different angles using a finite element analysis. Methods: We created a three-dimensional (3D) maxilla model of a dentition with extracted first premolars and used 2 types of miniscrews (tapered and cylindrical) with 1.45-mm diameters and 8-mm lengths. The miniscrews were inserted at $30^{\circ}$, $60^{\circ}$, and $90^{\circ}$ angles with respect to the bone surface. A simulated horizontal orthodontic force of 2 N was applied to the miniscrew heads. Then, the stress distributions, magnitudes during miniscrew placement, and force applications were analyzed with a 3D finite element analysis. Results: Stresses were primarily absorbed by cortical bone. Moreover, very little stress was transmitted to the roots, PDLs, and cancellous bone. During cylindrical miniscrew insertion, the maximum von Mises stress increased as insertion angle decreased. Tapered miniscrews exhibited greater maximum von Mises stress than cylindrical miniscrews. During force application, maximum von Mises stresses increased in both groups as insertion angles decreased. Conclusions: For both cylindrical and tapered miniscrew designs, placement as perpendicular to the bone surface as possible is recommended to reduce stress in the surrounding bone.
Objective: This study aimed to analyze the effect of changing various parameters of the bone-borne rapid palatal expander (RPE) using the finite element method (FEM). Methods: In eight experimental groups, we investigated the effect of the number, position, and length of miniscrews; positional changes of the expander; and changes in the hook length on maxillary expansion. In finite element analysis, we compared the magnitude and distribution of stress, and the displacement changes following expansion of the bone-borne RPE. Results: When we compared the number and position of miniscrews, placing miniscrews in the anterior and posterior sides was advantageous for maxillary expansion in terms of stress distribution and displacement changes. Miniscrew length did not significantly affect stress distribution and displacement changes. Furthermore, anteroposterior displacement of the expander did not significantly affect transverse maxillary expansion but had various effects on vertical changes of the maxilla. The maxilla rotated clockwise when the miniscrews were placed in the anterior region. The hook length of the expander did not show consistent results in terms of changes in stress distribution and magnitude or in displacement changes. Conclusions: The findings of this study suggest that changes in the location and length of the miniscrews and displacement of the bone-borne RPE could affect the pattern of the maxillary expansion, depending on the combination of these factors.
Objective: This study was conducted to perform histomorphometric evaluations of the bone surrounding orthodontic miniscrews according to their proximity to the adjacent tooth roots in the posterior mandible of beagle dogs. Methods: Four male beagle dogs were used for this study. Six orthodontic miniscrews were placed in the interradicular spaces in the posterior mandible of each dog (n = 24). The implanted miniscrews were classified into no loading, immediate loading, and delayed loading groups according to the loading time. At 6 weeks after screw placement, the animals were sacrificed, and tissue blocks including the miniscrews were harvested for histological examinations. After analysis of the histological sections, the miniscrews were categorized into three additional groups according to the root proximity: high root proximity, low root proximity, and safe distance groups. Differences in the bone-implant contact (BIC, %) among the root proximity groups and loading time groups were determined using statistical analyses. Results: No BIC was observed within the bundle bone invaded by the miniscrew threads. Narrowing of the periodontal ligament space was observed in cases where the miniscrew threads touched the bundle bone. BIC (%) was significantly lower in the high root proximity group than in the low root proximity and safe distance groups. However, BIC (%) showed no significant differences among the loading time groups. Conclusions: Regardless of the loading time, the stability of an orthodontic miniscrew is decreased if it is in contact with the bundle bone as well as the adjacent tooth root.
The purpose of this experimental study was to evaluate the effect of immediate orthodontic loading on the stability at the bone-implant interface of titanium miniscrews in a rabbit model. Methods: Forty titanium miniscrews (1.6 mm diameter, 8 mm length) were inserted in the tibiae of 10 rabbits. Twenty test group miniscrews were subjected to continuous orthodontic forces of 200g immediately after implantation for a period of 6 weeks. The remaining 20 control group miniscrews were left unloaded for the same follow-up interval. Removal torque values were recorded using a digital torque gauge. An independent t-test was performed. Results: All the miniscrews were stable, and exhibited no mobility or displacement throughout the experimental period. Histologically, miniscrews were well-integrated into bone. No statistically significant differences in removal torque data were found between the loaded test and the unloaded control groups. Conclusions: These findings suggest that titanium miniscrews can be used as anchoring units for orthodontic tooth movement immediately after insertion.
Objective: The aim of this study was to measure tumor necrosis factor-${\alpha}$ (TNF-${\alpha}$) levels around miniscrews used for anchorage during a 3-month period of canine distalization. Methods: Sixteen patients (8 boys, 8 girls; mean age, $16.6{\pm}2.4$ years) whose upper first premolars were extracted for orthodontic treatment were included in this study. Miniscrews were used as an anchorage unit in canine distalization. Thirty-two (32) miniscrew implants were placed bilaterally in the alveolar bone between the maxillary second premolars and first molars. The treatment, miniscrew, and control groups comprised upper canines, miniscrew implants, and upper first premolars, respectively. Peri-miniscrew implant crevicular fluid and gingival crevicular fluid were obtained before applying force and at 1, 24, and 48 hours, and at 7 and 21 days, and 3 months after applying force. Results: During the 3-month period, the (TNF-${\alpha}$) levels increased significantly at 24 hours only in the treatment group (p < 0.01). In the miniscrew and control groups, there were no statistically Significant changes. No significant differences were observed between groups. Conclusions: Miniscrews can be conveniently used for anchorage in orthodontics.
Objective: The purpose of this study was to compare the treatment duration and dentoskeletal changes between two different anchorage systems used to treat maxillary dentoalveolar protrusion and to examine the effectiveness of en-masse retraction using two miniscrews placed in the midpalatal suture. Methods: Fifty-seven patients (9 men, 48 women), who had undergone level anchorage system treatment at Aichi-Gakuin University Dental Hospital (Nagoya, Japan) were divided into two groups according to the method of maxillary posterior anchorage reinforcement: midpalatal miniscrews (25 patients, mean age 22 years) and conventional anchorage (32 patients, mean age 19 years). The en-masse retraction period, overall treatment duration, pre-treatment effective ANB angle, and change in the effective ANB angle were compared with an independent-samples t -test. Results: Compared to the headgear group, the duration of en-masse retraction was longer by approximately 4 months in the miniscrew group (p < 0.001). However, we found no significant difference in the total treatment duration between the groups. Moreover, a greater change in the effective ANB angle was observed in patients treated with miniscrews than in those treated with the conventional method (p < 0.05). Conclusions: The level anchorage system treatment using miniscrews placed in the midpalatal area will allow orthodontists more time to control the anterior teeth during en-masse retraction, without increasing the total treatment duration. Furthermore, it achieves better dentoskeletal control than does the conventional anchorage method, thereby improving the quality of the treatment results.
Titanium miniscrews we being used increasingly as an anchorage for tooth movement, because they ate easy to place and to remove, increase the number of sites available, give minimum strain to patients regarding surgical procedures, and offer uneventful healing alter removal. The use of titanium miniscrews as an orthodontic anchorage has been reported in clinical case reports, but clinicians have experienced screw loosening when using such screws.' To our knowledge, there are no published reports evaluating the stability of miniscrews. Information about the length of miniscrews used in relation to the location is of some importance, as stability will vary depending on bone duality The purpose of this study was to evaluate a variety of Lengths of miniscrews (dimeter: 2mm) which were inserted in maxilla or mandible and to demonstrate in a dog model which miniscrew provides fundamental stability in the jaws. 10 mm long miniscrews in the maxilla and 8mm long: miniscrews in the mandible showed no clinical mobility and retained their position throughout an 8 weeks force (200g) application. The mucosal condition around the screws was healthy in cases in which miniserews were inserted in the alveolar bone between the roots and the head of the screws emerged into the attached gingiva. When the force application was terminated, radiographic analysis revealed neither rent resorption not periodontal pathology around the miniscrews that remained stable during the entire treatment period. This study suggests that if titanium miniscrews with adequate length are properly used depending on the location, they provide sufficient stability for orthodontic anchorage.
Objective: The purpose of this study was to measure the insertion torque of orthodontic miniscrews regarding changes in their shape, diameter, and length. Methods: Torque values were measured during continuous insertion of the miniscrews into solid rigid polyurethane foam, using a torque tester of driving motor type with a regular speed of 3 rpm. Orthodontic miniscrews (Biomaterials Korea, Seoul, Korea) of cylindrical type and taper type were used. Results: Increasing the length and diameter of the miniscrews increased the maximum insertion torque value in both cylindrical and taper type screws. Insertion torque was increased at the incomplete head of the cylindrical type screw, and at the tapered part of the taper type screw. The insertion torque value of miniscrews was influenced most by diameter, then shape and length. As a result, it was shown that the diameter of the screw had the most influence on insertion torque, and the taper type screw had a higher torque value than the cylindrical type screw. Conclusion: Therefore, a large diameter or taper type screw are adequate for areas of thin cortical bone with a large interdental space, and a small diameter or cylindrical type screw are adequate in the mandibular molar area or the midpalatal area having thick cortical bone.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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