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Mini-implantsin OrthodonticsInnovative Anchorage ConceptsEdited by:Dr. Björn LudwigDr. Sebastian BaumgaertelDr. S. Jay BowmanAuthors:Dr. Björn LudwigDr. Sebastian BaumgaertelDr. Bernhard BöhmDr. S. Jay BowmanDr. Bettina GlaslProf. Lysle E. JohnstonPhD Dr. Dr. Constantin LandesDr. Thomas LietzProf. Peter SchopfDr. Benedict WilmesQuintessence Publishing Co LtdLondon, Berlin, Chicago, London, Tokyo, Barcelona, Beijing, Istanbul, Milan,Moscow, New Delhi, Paris, Prague, Sao Paulo, Seoul and Warsaw
ForewordIn orthodontics, a theoretical basis commonly is little more than an imaginative, after-the-factrationalization. A century ago, orthodontists who used jackscrews argued that intermittentforces are “more physiologic”. Competing orthodontists who used springs, elastics, grass line,etc. argued that continuous forces are better. Traditionally, the appliance comes first; the biological justification, if any, comes later and only in sufficient doses to “sell” the appliance. In contemporary orthodontics, a classic example would be the claims that a clever piece of plastic ora given bracket–archwire combination can speak the language of the osteoclast and osteoblastand thereby permit treatment effects that the literature argues are impossible. Implants aresomething of an anomaly: theory preceded and spurred the development of the appliance.The fact that bone cannot grow interstitially, combined with the success of implants in restorative dentistry, implied that implants ought to be able to enhance anchorage. In other words,there was sufficient theoretical basis to warrant investigation. Given that the history of orthodontics is strewn with the wreckage of popular but ultimately flawed “philosophies” and treatments, sound biological theory is not the enemy, but rather a veritable sixth sense, designed toprotect both patient and provider. With respect to temporary anchorage devices, theoryimplies not only that they are worth investigating, but also that, if successful, they will revolutionize patient care and return “diagnosis and treatment planning” to its rightful position inclinical practice. Therein lies the rub. An ability to put teeth where they need to be put, ratherthan where the appliance du jour tends to leave them, imposes a considerable obligation onthe clinician. For a given patient, where should the teeth be placed? This question is the essenceof “evidence-based treatment”. The fabrication of an answer will be intellectually stimulatingand, it is hoped, clinically significant. The process may well presage an orthodontic “golden age”that has nothing to do with money.Lysle E. Johnston, Jr., DDS, MS, PhD, FDS RCS(E)Torch Lake, Michigan 49627V
AuthorsDr. Sebastian BaumgaertelAssistant Clinical ProfessorDepartment of OrthodonticsSchool of Dental Medicine, Case Western Reserve University10900 Euclid Avenue, Cleveland, OH 44106, USADr. Bernhard BöhmOtto-Hahn-str. 263179 Obertshausen, GermanyDr. S. Jay BowmanAdjunct Associate Professor, Saint Louis UniversityInstructor, The University of MichiganKalamazoo Orthodontics, P.C.1314 West Milham Avenue, Portage, MI 49024, USADr. Bettina GlaslPrivate PracticeAm Bahnhof 54, 56841 Traben-Trarbach, GermanyProf. Lysle E. Johnston, Jr.Professor Emeritus of Dentistry, The University of MichiganProfessor Emeritus of Orthodontics, Saint Louis University12305 3rd Street, Torch Lake, MI 49627, USAPhD Dr. Dr. Constantin LandesMund-, kiefer- und Plastische GesichtschirurgieUniversitätsklinikum FrankfurtTheodor-Stern-Kai 760596 Frankfurt/Main, GermanyDr. Thomas LietzWeinbrennerstr. 39, 75245 Neulingen, GermanyDr. Björn LudwigPrivate Practice and Poliklinik für Kieferorthopädie,Universität Hamburg Saar,Am Bahnhof 54, 56841 Traben-Trarbach, GermanyProf. Peter SchopfPoliklinik für KieferorthopädieZZMK “Carolinum“Theodor Stern Kai 7, 60596 Frankfurt/Main, GermanyDr. Benedict WilmesPoliklink für KieferorthopädieWestdeutsche KieferklinikHeinrich-Heine-Universität DüsseldorfMoorenstr. 5, 40225 Düsseldorf , GermanyVI
Contents1Introduction.1Björn Ludwig, Thomas Lietz, S. Jay Bowman, Sebastian Baumgaertel1.1References . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 42The Problem of Anchorage . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5Peter Schopf, Björn Ludwig, S. Jay Bowman2.12.22.3Tooth Movement and Anchorage . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5Types of Anchorage . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6References . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 103Mini-screws – Aspects of Assessmentand Selection Among Different Systems . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11Thomas Lietz. Edited by Sebastian Baumgaertel and S. Jay Bowman3.1Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 113.2General Aspects of Mini-screws . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 123.3Screw Design . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 143.3.1The Screw Program . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 143.3.1.1Materials . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 153.3.1.2Size and Number of Mini-screws . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 193.3.2The Screw Head . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 233.3.3The Transgingival Collar . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 263.3.4Shank and Thread . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 303.4Accessories in the Delivery Program . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 353.4.1Aids to Find and Mark the Insertion Position . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 353.4.2Instruments for Soft Tissue Perforation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 373.4.3Pilot Drill . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 373.4.4Instruments for Insertion . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 39VII
3.9Aspects Dependent on the System of Application of Mini-screws . . . . . . . . . . . . . . . 44Delivery of the Screw . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 44Insertion of the Screw . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 47Interconnection with Orthodontic Devices . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 49Screw Removal . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 52Rate of Success for Screws . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 52Publications on the Description of Screws and Systems . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 53Information from Manufacturers . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 54Summary . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 55References . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 58Appendices . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 644Insertion of Mini-screws. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 73Björn Ludwig, Bettina Glasl, Constantin Landes, Thomas Lietz, S. Jay Bowman4.1Preparation for Insertion of Mini-screws . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 734.1.1Pre-surgical Planning . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 734.1.2Model Analysis and Clinical Treatment Planning . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 754.1.3X-ray Analysis . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 764.2Procedure of Insertion of the Mini-screw/Pin . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 784.2.1Self-cutting or Self-drilling? . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 784.2.2Choice of an Appropriate Mini-screw . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 794.2.3Instruments and Insertion Preparation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 804.2.4Insertion of the Mini-screws/Pins Step-by-Step . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 824.2.4.1Anesthesia . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 824.2.4.2Measurement of the Gingival Thickness . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 834.2.4.3Tissue Punch . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 834.2.4.4Bone Indentation and Pilot Drill . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 844.2.4.5Manual Insertion of Mini-screws/Pins . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 854.2.4.6Inserting Mini-screws with a Dental Handpiece . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 874.3Post-operative Phase . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 874.3.1Healing Phase . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 874.3.2Explantation of Mini-screws . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 884.4References . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 89VIII
Contents5Fields of Application of Mini-Implants. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 91Benedict Wilmes. Edited by S. Jay Bowman, Sebastian Baumgaertel5.1Direct versus Indirect Anchorage . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 915.1.1Direct anchorage . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 915.1.2Indirect Anchorage . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 935.2Clinical Solutions for Different Indications . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 955.2.1 Anterior Teeth . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 965.2.1.1Anchorage of Anterior Teeth . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 965.2.1.2Intrusion/Extrusion of Anterior Teeth . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 975.2.1.3Retraction of Anterior Teeth . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1015.2.2Canines . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1025.2.2.1Canine Retraction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1025.2.2.2Integration of Displaced Canines . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1045.2.3Posterior Teeth . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1055.2.3.1Anchorage of Posterior Teeth . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1055.2.3.2Intrusion of Posterior Teeth . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1085.2.3.3Uprighting of Tipped Molars . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1105.2.3.4Mesialization of Posterior Teeth . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1115.2.3.5Distalization of Posterior Teeth . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1135.2.4Dental Arch Coordination . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .1195.2.4.1Palatal Expansion and Rapid Palatal Expansion (RPE) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1195.2.4.2Transverse Dental Movements . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1215.2.4.3Corrections in the Sagittal Plane and Vertical Dimension . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1215.3Conclusion . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1225.4References . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1226Risks and Prevention 6.6Technical and Physical Criteria . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 123The Patient . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 124Anamnestic Criteria . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 124Morphological Criteria . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 127Iatrogenic Risk Potential . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 128Pre-surgical Factors . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 128Intra-surgical Factors . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 128Post-surgical Factors . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 131Application-related Factors . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 132System-related Factors . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 133References . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 136. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 123Bettina Glasl, Björn Ludwig, Thomas Lietz, S. Jay Bowman, Sebastian BaumgaertelIX
Contents7Integration into Clinical Practice . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 139Bernhard Böhm, S. Jay Bowman, Sebastian ditions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 139Practice Setting for the Insertion of Mini-screws . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 140Devices and Instrumental Equipment . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 140Hygiene Requirements and Legal Basis . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 140Hygiene Conditions with Mini-screws . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 142Documentation of the Procedure . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 143Patient and Mini-screws . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 143Patient Education and Approval . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 144References . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 145Consent Form . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1468Outlook: The Shape of Things to Come . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 149S. Jay Bowman, Bettina Glasl, Björn Ludwig, Thomas Lietz, Lysle E. Johnston, Jr.8.1A Spike in the Ice: a Real Paradigm Shift . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1498.1.1An Orthodontic Tug of War . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .1498.1.2Primer, Preparation, and Performance . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .1508.1.3Doing the Due Diligence . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .1508.1.4Multitudes of Systems: The Paradox of Choice . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .1518.1.5Education and Informed Consent . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .1518.1.5.1Consulting with the Patient . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .1518.1.5.2Informed Consent . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .1528.1.5.3Adolescents: Special Considerations . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .1528.2Innovations on the Horizon – The Future is Now . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .1548.2.1The Changing Face of Orthodontics:Alteri
The process may well presage an orthodontic “golden age” . Professor Emeritus of Dentistry, The University of Michigan Professor Emeritus of Orthodontics, Saint Louis University 12305 3rd Street, Torch Lake, MI 49627, USA PhD Dr. Dr. Constant
