The Sydney intrusion spring SIS An appliance for the intrusion of posterior maxillary teeth A ...

166 Pages·2011·4.74 MB·English

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The Sydney Intrusion Spring (SIS): 
An appliance for the intrusion of 
posterior maxillary teeth. 
A Prospective Clinical Study 

Riaan Foot B.Ch.D, GradDip.Dent (Ortho) 

Discipline of Orthodontics 
Faculty of Dentistry 
University of Sydney 
Australia 

A thesis submitted in partial fulfilment of the requirements for the degree of Doctor of 
Clinical Dentistry (Orthodontics) 
October 2011
Dedication 

To my beautiful and loving wife Kristelle, for your love, support and encouragement. You have 
travelled across the world and sacrificed so much in order for me to fulfil my dreams.  I am eternally 
indebted to you. I love you with all my heart, now and forever. 
To my mother and father, Elize and Wynand Foot. Thank you for instilling in me the values of hard 
work, dedication and perseverance. Your love, support and nurturing have made me the man I am 
today. Thank you for the tremendous sacrifices that you have made over the years, so your children 
may have a better life. Words will never be enough. 
To my brother, Adriaan for keeping me grounded. 
To all the teachers and coaches that I’ve had over the years. Thank you for moulding me, 
encouraging me and sharing so freely of your time, knowledge and passion.  
To all my friends, who’ve made life’s journey such an exhilarating, interesting and fruitful 
experience. 

Continuous effort - not strength or intelligence - is the key to unlocking our potential.  
~Sir Winston Churchill~ 

2 | P a g e
Acknowledgement 
Sincere gratitude is expressed to the following: 

Professor M Ali Darendeliler, Head of Department, Discipline of Orthodontics, University of 
Sydney for his supervision and support throughout this thesis. 

Dr Oyku Dalci, Lecturer, Discipline of Orthodontics, University of Sydney for her supervision 
of the project. 

Dr Carmen Gonzales, Senior Lecturer, Discipline of Orthodontics, University of Sydney for 
her supervision of the project. 

Ms Maria Missikos, Mr’s Steve Warczac, Jose Mendez and Daniel Baek at the Orthodontic 
Laboratory, SDH for the construction of the bonded acrylic appliance (often to very 
demanding deadlines) and laboratory support during the project. 

Mr Chaiy Rungsiyakull and Prof Qing Li at the School of Aerospace, Mechanical and 
Mechatronic engineering, University of Sydney for the laboratory testing of several 
generations and incarnations of the Sydney Intrusion Spring. 
3 | P a g e
Dr Peter Petocz, Department of Mathematical Sciences, Macquarie University for his 
assistance with the statistical analysis. 

Ms Natalie Dolnik and American Orthodontics for their generosity in the donation of the 
miniscrews and surgical equipment used for placement, during the project. 

Mrs Dee Macpherson and Dentaurum for the generous donation of the β‐titanium wire 
used in the construction of the Sydney Intrusion Spring. 

Colgate Oral Care, Australia for the donation of the post‐operative mouthwash used during 
the project.  

To those that have provided assistance and guidance in proofreading‐ Dr Olivia Rogers,      
Dr Sarah Neitzert and Mrs Johanna Rossouw. Your sharp eyes, keen minds and continuous 
encouragement have been invaluable.  

Finally, to my classmates and colleagues, Saad Al‐Mozany, Johnathan Grove and Daniel Tan. 
Truly, no man could have asked for a better ‘bunch of lads’ to undertake this journey of 
‘baptism through fire’ with. Your strength of character and dedication has been an 
inspiration.  Thank you for forging the bonds of friendship that will last a lifetime. 
4 | P a g e
Declaration 

CANDIDATE CERTIFICATION 

This is to certify that the candidate carried out the work in this thesis in the Orthodontic Department 
at the University of Sydney, and this work has not been submitted to any other university or 
institution for a higher degree. 

5 | P a g e
Table of Contents 
Dedication ............................................................................................................................................... 2 
Acknowledgement .................................................................................................................................. 3 
Declaration .............................................................................................................................................. 5 
1. Basic facial growth: ........................................................................................................................... 10 
1.1 Maxilla: ........................................................................................................................................ 10 
1.1.1 Embryology .......................................................................................................................... 10 
1.1.2 Post‐natal Maxillary growth ................................................................................................. 10 
1.2 Mandible ..................................................................................................................................... 13 
1.2.1 Embryology .......................................................................................................................... 13 
1.2.2 Post‐natal Mandibular growth ............................................................................................. 13 
2.0 Skeletal Anterior Open Bite malocclusion ...................................................................................... 16 
2.1 Definition .................................................................................................................................... 16 
2.2 Prevalence ................................................................................................................................... 16 
2.3 Aetiology ..................................................................................................................................... 16 
2.3.1 Hereditary Factors ............................................................................................................... 17 
2.3.2 Environmental Factors ......................................................................................................... 19 
2.4 Clinical features ........................................................................................................................... 20 
2.5 Cephalometric features .............................................................................................................. 22 
2.6 Neuromuscular features ............................................................................................................. 23 
2.7 Features of associated malocclusion .......................................................................................... 24 
2.8 Differences between Skeletal and Dental Open bite malocclusion ............................................ 24 
3.0 Conventional methods of Open bite Treatment ............................................................................. 26 
3.1 Extra‐oral appliances ................................................................................................................... 26 
3.1.1 Headgear: ............................................................................................................................. 26 
3.1.2 Vertical Pull Chin Cup therapy: ............................................................................................ 28 
3.2 Functional orthopaedic appliances ............................................................................................. 29 
3.2.1 Functional Regulator‐4 appliance (FR‐4): ............................................................................ 29 
3.2.2 Bionator/Activator appliance: .............................................................................................. 30 
3.3 Orthodontic appliances ............................................................................................................... 31 
3.3.1 Passive posterior bite blocks: ............................................................................................... 31 
3.3.2 Magnetic bite block appliance: ............................................................................................ 32 
3.3.3 Spring‐loaded bite block appliance: ..................................................................................... 33 
6 | P a g e
3.3.4 Multiloop Edgewise Archwire therapy (MEAW): ................................................................. 34 
3.3.5 Fixed appliances and elastics: .............................................................................................. 35 
3.3.6 Other tooth borne intrusion appliances: ............................................................................. 35 
3.4 Extraction treatment ................................................................................................................... 36 
3.5 Combination Orthodontic and Orthognathic surgical treatment ............................................... 37 
3.6 Muscle exercise treatment ......................................................................................................... 39 
3.7 Stability of treatment .................................................................................................................. 40 
3.7.1 Non‐surgical orthodontic treatment .................................................................................... 40 
3.7.2 Combined orthodontic‐orthognathic surgical treatment .................................................... 42 
4.0 Skeletal anchorage and molar intrusion ......................................................................................... 44 
4.1 History ......................................................................................................................................... 44 
4.2 Animal studies ............................................................................................................................. 45 
4.3 Human studies ............................................................................................................................ 46 
4.4 Physiological effects of molar intrusion ...................................................................................... 51 
4.4.1 Periodontal implications ...................................................................................................... 51 
4.4.2 Pulpal neurovascular implications ....................................................................................... 51 
4.4.3 Root resorption .................................................................................................................... 52 
4.4.4 Adjacent anatomical structures ........................................................................................... 53 
4.5 Stability of molar intrusion treatment using skeletal anchorage ............................................... 53 
5.0 Biomechanics .................................................................................................................................. 55 
5.1 Intrusion ...................................................................................................................................... 55 
5.2 Orthodontic Miniscrew anchorage ............................................................................................. 56 
5.2.1 History .................................................................................................................................. 56 
5.2.2 Miniscrews versus miniplates .............................................................................................. 57 
5.2.3 Miniscrew placement ........................................................................................................... 58 
5.2.4 Miniscrew loading ................................................................................................................ 60 
5.2.5 Stability and failure of miniscrews ....................................................................................... 61 
5.2.6 Adverse effects associated with miniscrews ....................................................................... 63 
5.2.7 The Aarhus Anchorage System™ ......................................................................................... 67 
6.0 The Sydney Intrusion Spring ........................................................................................................... 68 
6.1 Introduction ................................................................................................................................ 68 
6.2 Wire properties, Beta titanium wire ........................................................................................... 69 
6.3 Beta titanium wire welding ......................................................................................................... 70 
6.4 Force delivery characteristics ..................................................................................................... 72 
7 | P a g e
7.0 Cone beam computed tomography (CBCT) .................................................................................... 73 
7.1 History and basic principles ........................................................................................................ 73 
7.2 Radiation exposure ..................................................................................................................... 74 
7.3 Accuracy of measurements ......................................................................................................... 74 
7.4 Dolphin Imaging® (V 11.0) rendered cephalograms and digital tracing ..................................... 75 
7.5 Superimposition .......................................................................................................................... 76 
8.0 Aims................................................................................................................................................. 79 
9.0 References: ..................................................................................................................................... 80 
10. Manuscript ...................................................................................................................................... 95 
10.1 Abstract ......................................................................................................................................... 99 
10.2 Introduction and Literature review............................................................................................. 101 
10.3 Materials and Methods ............................................................................................................... 110 
Patient selection ............................................................................................................................. 110 
Appliance components and design ................................................................................................. 110 
Miniscrew placement ...................................................................................................................... 111 
Appliance placement and loading ................................................................................................... 112 
Data analysis ................................................................................................................................... 112 
10.4 Results ......................................................................................................................................... 114 
10.5 Discussion .................................................................................................................................... 116 
10.6 Conclusion ................................................................................................................................... 125 
10.7 Acknowledgements ..................................................................................................................... 126 
10.8 References .................................................................................................................................. 127 
10.9 List of Figures .............................................................................................................................. 133 
Figure 1‐ Sydney Intrusion Spring (SIS) and bonded acrylic appliance ........................................... 134 
Figure 2‐ Patient KB at appliance placement .................................................................................. 135 
Figure 3‐ Subject KB at the conclusion of active intrusion ............................................................. 138 
Figure 4‐ Subject KB after appliance removal and the placement of retention appliances ........... 139 
Figure 5‐ Cephalometric landmark identification and legend ........................................................ 140 
Figure 6‐ Sydney Intrusion Spring (SIS) force delivery graph .......................................................... 143 
Figure 7‐ Posterior open bite, post intrusion, due to anterior occlusal interferences ................... 144 
Figure 8‐ Maxillary regional superimposition ................................................................................. 145 
Figure 9‐ Sydney Intrusion Spring (SIS) in the presence of poor oral hygiene ................................ 146 
10.10 List of Tables ............................................................................................................................. 147 
Table I‐ Summarized cephalometric changes from T1 to T2 .......................................................... 148 
8 | P a g e
11. Future directions ........................................................................................................................... 149 
12. Appendix ....................................................................................................................................... 153 
Appendix 1‐ Three dimensional superimposition, Subject KB ........................................................ 154 
Appendix 2‐ Subject ME, prior to appliance placement ................................................................. 156 
Appendix 3‐ Subject ME, at start of active intrusion ...................................................................... 157 
Appendix 4‐ Subject ME, at end of active intrusion........................................................................ 157 
Appendix 5‐ Subject ME, after appliance removal ......................................................................... 158 
Appendix 6‐ The Sydney Intrusion Spring ....................................................................................... 159 
Appendix 7‐ Sydney Intrusion Spring laboratory testing ................................................................ 161 
Appendix 8‐ Baasel Lasertec, Dentaurum desktop laser welder .................................................... 162 
Appendix 9‐ Cephalometric measurements of Subjects at T1 ........................................................ 163 
Appendix 10‐ Cephalometric measurements of Subjects at T2 ...................................................... 164 

9 | P a g e