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Palatal bone resorption in bone-anchored maxillary expander treatment
Ó 2012 CEO Published by / E´dite´ par Elsevier Masson SAS All rights reserved / Tous droits re´serve´s
Original article Article original
Palatal bone resorption in bone-anchored maxillary expander treatment sorption de l’os palatin dans le traitement par La re appareil d’expansion maxillaire a ancrage osseux REb,* Arazm FARHANGFARa, Paul BOGOWICZb, Giseon HEOb, Manuel O. LAGRAVE a
Department of Agriculture, Food & Nutritional Science, Faculty of Agricultural, Life & Environmental Sciences, University of Alberta, Edmonton, Alberta, Canada b Department of Dentistry, Faculty of Medicine and Dentistry, University of Alberta, Edmonton, Alberta, Canada Available online: 18 August 2012 / Disponible en ligne : 18 aouˆt 2012
Summary
sume Re
Objectives: Evaluate the effect of bone-anchored maxillary expander (BAME) treatment on palatal cortical bone in adolescent patients. Study design: Forty-two patients were assigned to two groups: treatment and control. CBCT scans were obtained for patients at baseline and 12 months later. Landmarks were placed between the second maxillary premolar and first maxillary molar following the palatal plate. Morphometric analysis of the palate was carried out. Individual differences in terms of the response to BAME treatment were assessed.
Objectifs : E valuer l’impact de traitements a` l’aide de l’appareil d’expansion maxillaire a` ancrage osseux (BAME en anglais) sur l’os cortical palatin chez des patients adolescents. e Organisation de l’etude : Quarante-deux patients ont et ^ Des scanrepartis en deux groupes : traitement et controle. e realis es en debut ners CBCT ont et de traitement et 12 mois e places entre la seconde premo plus tard. Des reperes ont et molaire maxillaires suivant le plateau palalaire et la premiere e effectuee. tin et une analyse morphometrique du palais a et Les differences entre les sujets en termes de reponse au e evalu traitement BAME ont et ees. Resultats : Les distances moyennes entre les six reperes dans le groupe traite avec le droits et gauches, mesurees ^ a` T1 et T2 ont montre BAME et dans le groupe de controle etre que le perim palatin a augmente dans le groupe BAME a` la difference du groupe temoin. Nous avons releve de tres eres leg indentations dans la region ou` se trouvaient les plaques d’ancrage chez les deux groupes. Ces indentations cliniquement significatives. n’etaient pas jugees Conclusion : Le traitement BAME ne provoque pas de resorption significative de l’os palatin. Ó 2012 CEO. E´dite´ par Elsevier Masson SAS. Tous droits re´serve´s
Results: Mean distance measurements between the six counterpart landmarks in BAME and control groups at T1 and T2 showed that the palatal perimeter increases after 12 months in the BAME group but not in the control group. There were very mild indentations in the area where the onplants were located in both groups. These indentations were not to be considered clinically significant. Conclusions: BAME treatment does not cause significant palatal bone resorption. Ó 2012 CEO. Published by Elsevier Masson SAS. All rights reserved
* Correspondence and reprints / Correspondance et tires a` part : M.O. LAGRAVERE, Room 5524, Edmonton Clinic Health Academy, University of Alberta, Edmonton, Alberta, Canada T6G 1C9. e-mail address / Adresse e-mail : [email protected]
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International Orthodontics 2012 ; 10 : 274-288 doi:10.1016/j.ortho.2012.06.005
Palatal bone resorption in bone-anchored maxillary expander treatment
sorption de l’os palatin dans le traitement par appareil d’expansion maxillaire a ancrage osseux La re
Key-words
·· ··
Rapid maxillary expansion. Three-dimensional analysis. Palatal bone. Cone beam computerized tomography.
s Mots-cle
·· ··
Expansion maxillaire rapide. Analyse tridimensionnelle. Os palatin. Tomographie a` faisceau conique.
Introduction
Introduction
Maxillary deformities are common in orthodontics patients, occurring mostly as transverse maxillary deficiencies [1]. Proffit et al. have reported that 30% of adults seeking consultation for treatment of dentofacial deformity have some degree of transverse maxillary deficiency [2]. These patients commonly present with unilateral or bilateral posterior crossbite and anterior dental crowding [1]. Various maxillary expansion appliances and treatment protocols have been used to attenuate this situation. The most common treatment currently used is rapid maxillary expansion (RME). This treatment often involves the use of a tooth-anchored expander; however, there are several disadvantages related to toothborne forces, including undesirable tooth movement [3], root resorption [4], limited skeletal movement [5], lack of firm anchorage to maintain sutural long-term expansion [6], alveolar bending, tooth tipping and extrusion [7], periodontal membrane compression and buccal root resorption [8–11], fenestration of the buccal cortex [7,11–13], and instabilityrelapse with necessity for overcorrection [7,11,12,14–18].
formations maxillaires sont fre quentes chez les Les de patients orthodontiques, se manifestant surtout comme des ficiences transversales du maxillaire [1]. Proffit et al. ont de que 30% des adultes cherchant un traitement pour rapporte formation dentofaciale pre sentent plus ou moins de une de ficience transversale du maxillaire [2]. Fre quemment, chez de croise unilate ral ou ces patients, on observe un articule ral de me ^me qu’un encombrement dentaire ante rieur bilate [1]. Divers appareils d’expansion maxillaire et protocoles de te utilise s pour atte nuer cette situation. Le traitements ont e en ce moment est l’expantraitement le plus souvent adopte sion rapide du maxillaire (ERM). Ce traitement implique sou. Cependant, il y a vent l’utilisation d’un disjoncteur dento-porte nients lie s a` l’utilisation des forces a` ancrage plusieurs inconve sirables [3], la dentaire, dont des mouvements dentaires inde sorption radiculaire [4], la limitation des mouvements squere lettiques [5], un ancrage insuffisant pour maintenir l’expansion oles, la version suturale au long cours [6], l’incurvation des alve gression des dents [7], la compression de la membrane et l’e sorption de la racine vestibulaire [8–11], la parodontale et la re / fenestration du cortex vestibulaire [7,11–13], et l’instabilite cidive ne cessitant une hypercorrection [7,11,12,14–18]. re te Un dispositif d’expansion palatine relativement nouveau a e res anne es ou` le ve rin est connecte a` l’os introduit ces dernie ^t qu’aux dents. Cet appareil, de nomme palatin pluto « disjoncteur a` ancrage osseux », comporte des disques onplants et soit des minivis soit des implants qui servent d’ancrage pour l’application directe de forces au niveau de l’os maxillaire afin de surmonter, si possible, les limites des appareils ERM traditionnels a` ancrage dentaire. Cette nouvelle thode a e te propose e comme alternative a` l’expansion me maxillaire a` ancrage dentaire puisqu’elle permet d’obtenir sultats e quivalents en matie re d’expansion transversale des re soudre un certain nom[19]. Cependant, il est important de re s souleve es par ces nouveaux appareils bre de difficulte mes concerne l’utilisad’expansion maxillaire. Un des proble talliques sur lesquels sont applique es les tion d’onplants me rales permettant d’obtenir l’expansion transversale forces late puisque les onplants pourraient s’encastrer dans l’os provosorption de l’os palatin et neutralisant une quant ainsi la re ne re es par l’appareil. partie des forces d’expansion ge tude est d’e tudier l’impact des onplants L’objectif de cette e talliques sur le cortex palatin chez des adolescents traite s me par ERM.
A relatively new appliance for use in palatal expansion treatment has been introduced in recent years, where the jackscrew is connected to the palatal bone rather than the teeth. These appliances have been names bone-borne expanders and consist of metal onplant discs and miniscrews or implants as anchors for applying forces directly to the maxillary bone in the hopes of ultimately overcoming the limitations of traditional tooth-anchored RME appliances. This new method has been proposed as an alternative to tooth anchored maxillary expansion, as it yields similar transverse expansion results [19]. However, there are concerns regarding the new appliances to be used for maxillary expansion that need to be addressed. One possible issue in this regard is that by inserting the lateral forces on metal onplants for transverse expansion, onplants may immerse into bone and cause the palatal bone to resorb, and therefore neutralize some fraction of the expansion forces generated by the device. The purpose of this study is to investigate the effects of metal onplants on palatal cortical bone in adolescent patients receiving RME treatment.
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Arazm FARHANGFAR et al.
Material and methods
thodes Patients et me
The sample used was obtained from records taken from a previous randomized clinical trial involving bone-anchored maxillary expansion [19]. Ethics approval was obtained from the Health Research Ethics Board at the University of Alberta. The sample consisted of 42 patients, 21 controls and 21 who received maxillary expansion treatment with a bone-anchored expander. Sex and age distributions are shown in Table I for both groups. The subjects in the control group had treatment delayed for 12 months to serve as controls. The delay of one year had no negative consequences regarding the patients’ treatment outcome. Subjects in the treatment group received a bone-anchored maxillary expander (BAME) comprised of two custom-milled stainless steel onplants (diameter, 8 mm; height, 3 mm), two miniscrews (length, 12 mm; diameter, 1.5 mm; Straumann GBR-System, Andover, MA, USA) and an expansion screw (Palex II Extra-Mini Expander, Summit Orthodontic Services, Munroe Falls, OH, USA). The appliance was placed on each side of the palate between the projection of the permanent first molars and second premolar roots, by means of one miniscrew on each side, deep into the palatal vault and 6 mm from the suture. The appliance was seated so that the onplant would have maximum direct contact with the bony surface of the palate. The device was activated by one turn of the screw every other day until overcorrection was achieved. After active expansion treatment, the screws were fixed with light cured acrylic and kept in place passively until 6 months had passed since insertion of the appliance. Both groups had cone-beam computed tomography (CBCT) images taken twice, at baseline (T1) and before fixed bonding (12 months, T2).
chantillon utilise a e te obtenu a` partir d’archives datant L’e tude clinique pre ce dente portant sur l’expansion du d’une e maxillaire a` l’aide de dispositifs a` ancrage osseux [19]. d’e thique en recherche me dicale a L’approbation du comite te obtenue a` l’universite d’Alberta. L’e chantillon comprenait e ^ les et 21 sujets qui avaient e te traite s par 42 patients, 21 contro expansion maxillaire utilisant un disjoncteur a` ancrage osseux. ^ge est donne e pour les deux La distribution par sexe et par a groupes en Tableau I. Le traitement des sujets dans le groupe moin a e te retarde de 12 mois pour qu’ils puissent servir de te ^ les. Ce report d’un an n’a eu aucun impact ne gatif sur le contro sultat du traitement de ces patients. Chez les sujets dans le re , nous avons place un disjoncteur maxillaire a` ancgroupe traite rage osseux (BAME en anglais) comprenant deux onplants en s sur mesure (diame tre : 8 mm ; hauacier inoxydable usine tre teur 3 mm), deux minivis (longueur : 12 mm ; diame 1,5 mm, Straumann GBR-System, Andover, MA, E-U) et un rin d’expansion (Palex II Extra-Mini Expander, Summit ve Orthodontic Services, Munroe Falls, OH, E-U). L’appareil a te place de part et d’autre du palais entre la projection forme e e res molaires et des seconde pre mopar les racines des premie ^te laires permanentes en utilisant une minivis de chaque co e vers le fond de la vouˆte palatine et a` 6 mm de la positionne te place de manie re a` maximiser le suture. L’appareil a e contact direct entre l’onplant et la surface osseuse du palais. rin tous les deux jours jusqu’a` Il s’activait avec un tour du ve l’obtention d’une hypercorrection. Suite a` la phase d’expante immobilise es avec une re sine acrysion active, les vis ont e risable et maintenues en place passivement juslique polyme s l’insertion de l’appareil. Des images cone qu’a` six mois apre te re alise es a` deux reprises chez les deux beam (CBCT) ont e but de traitement (T1) et avant le collage groupes en de d’immobilisation a` 12 mois (T2).
Table I
Tableau I
Distribution par sexe et par ^age des deux groupes.
Sex and age distribution of the groups. Group/Groupe
Age (y)/Aˆge (ans) Mean/Moyenne
SD/ET
8
14.13
1.58
Female/Femmes
13
14.31
1.07
Total
21
14.24
1.32
6
13.13
1.42
Female/Femmes
15
12.75
1.03
Total
21
12.86
1.19
n BAME Male/Hommes
^ Control/Controle
Male/Hommes
BAME: bone-anchored maxillary expander. BAME : appareil expansion maxillaire a` ancrage osseux.
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Palatal bone resorption in bone-anchored maxillary expander treatment
sorption de l’os palatin dans le traitement par appareil d’expansion maxillaire a ancrage osseux La re
[(Figure_1)TD$IG]
Figure 1: Reconstructed CBCT image of 12 used landmarks in a XZ slice between second maxillary premolar and first molar. res utilise s pour une Figure 1 : Image CBCT reconstruite des 12 repe molaire et la premie re molaire coupe XZ entre la seconde pre maxillaires.
All CBCT images were taken with a NewTom 3G device (Aperio Services, Verona, Italy) at 110 kV, 6.19 mAs, and 8 mm aluminium filtration. Images were converted to DICOM format using the NewTom software to a voxel size of 0.25 mm. With AVIZO software (Mercury Computer Systems, Berlin, Germany), the DICOM-formatted images were rendered into volumetric images. Sagittal, axial, and coronal volumetric slices as well as the 3D reconstructions of the images were used for determining landmark positions. The landmarks used are shown in fig. 1. Twelve landmarks (six on each side) were placed in the XZ plane on the medial border of the palate cortex to distinguish maxillary bone from adjacent tissues. Landmarks were located on three different slices between the second maxillary premolar and the first maxillary molar in the XZ plane. The slices were chosen from posterior to anterior, where the medial border of the palatal cortical bone could be clearly seen in the image. This process was repeated for each patient’s images after 12 months (T2). The principal investigator located the landmarks on each image (at 10 images per day). Intra-examiner reliability of landmark identification was assessed through the landmarking of 10 randomly selected patients (three images per patient). Digital spherical markers, 0.5 mm in diameter, were placed on the images to indicate the position of the landmark with the center of each marker in the exact location of the landmark.
te re alise es avec un NewTom 3G Toutes les images CBCTont e rone, Italie) a` 110 kV, 6,19 mAs et 8 mm (Aperio Services, Ve te converties au de filtration en aluminium. Les images ont e format DICOM en utilisant le logiciel NewTom avec une dimension de voxel de 0,25 mm. A` l’aide du logiciel AVIZO Software (Mercury Computer Systems, Berlin, Allemagne), les images es en DICOM ont e te transforme es en images volume formate triques. Des coupes sagittales, axiales et coronales aussi bien te utilise es pour que les reconstructions 3D des images ont e terminer la position des repe res. Les repe res sont donne s de res (six de chaque co ^te ) ont e te place s a` la (fig. 1). Douze repe diale du cortex palatin afin de dans le plan XZ a` la marge me rencier l’os maxillaire et les tissus environnants. Les diffe res e taient positionne s sur trois coupes diffe rentes entre repe molaire maxillaire et la premie re molaire maxla seconde pre te se lectionne es sur illaire dans le plan XZ. Les coupes ont e rieur a` ante rieur ou` il e tait possible de bien visualiser l’axe poste diale du cortex palatin. Ce processus a a` l’image la limite me te re pe te a` 12 mois sur les images de chaque patient (T2). Le e les repe res sur chaque image au chercheur principal a localise intra-examinateur rythme de dix images par jour. La fiabilite res a e te e value e gra ^ce aux pour l’identification des repe res releve s sur dix patients se lectionne s au hasard (trois repe riques nume riques images par patient). Des marqueurs sphe tre ont e te place s sur les images afin de 0,5 mm de diame re, le centre de chaque marqueur d’indiquer la position du repe re. indiquant exactement l’emplacement du repe
Statistical analysis and methods of measurement
thodes de mesure Analyse statistique et me
Palate expansion distance assessment
d’expansion palatine Evaluation de la quantite
Linear distances, D, between each landmark and its contralateral counterpart were calculated according to the following equation: D = SQRT ((x1 x2)(x1 x2) + (y1 y2)(y1 y2) + (z1 z2)(z1 z2)).
aires, D, entre chaque repe re et son Les distances line quivalent du co ^ te oppose ont e te calcule es selon l’e quation e suivante : D = SQRT ((x1 x2)(x1 x2) + (y1 y2)(y1 y2) + (z1 z2)(z1 z2)).
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Arazm FARHANGFAR et al.
Morphometric analysis of the palate before and after expansion
trique du palais avant et apre s Analyse morphome l’expansion
In the second part of the study, we used landmark-derived average shapes to assess whether there were any morphometric differences between control and BAME patients. Discrete curves were formed by connecting the landmark coordinates for each set of 12 landmarks at each time point. Closed curves were obtained by connecting the 12th landmark with the first. The curves were superimposed using a Procrustes transformation (R Foundation for Statistical Computing, Austria), adjusting size, position, and orientation. Mean discrete curves were then obtained for both time points (T1 and T2) and further stratified by sex (F and M) and treatment group (control and BAME). Mean curves were assessed visually by two researchers for group differences. Within group dimorphism was examined at each time point using a Hotelling T^2 test, with Pvalues calculated via bootstrap resampling. Permutation tests were used to determine whether changes had occurred over time, for each group (Female, Male, controls, and BAME). Separate analyses were carried out for each slice.
me partie de l’e tude, nous avons utilise des Lors de la deuxie res pour calculer formes moyennes obtenues a` partir des repe rences morphome triques e ventuelles entre les les diffe ^ les. Des courbes discre tes ont patients BAME et les contro te obtenues en reliant les coordonne es des repe res pour e res a` chaque point temporel. chaque ensemble de 12 repe es ont e te obtenues en reliant le douzie me Des courbes ferme re et le premier. Les courbes ont e te surimpose es par une repe transformation de Procruste (R Foundation for Statistical Computing, Autriche), en ajustant les dimensions, la position tes moyennes ont et l’orientation. Ensuite, des courbes discre te obtenues pour les deux points temporels (T1 et T2) avant e ^tre stratifie es par sexe (H et F) et par groupes de traitement d’e ^ le et BAME). Des courbes moyennes ont e te calcule es (contro visuellement par deux chercheurs pour calculer les rences entre les groupes. Le dimorphisme de chaque diffe te e tudie a` chaque point temporel gra ^ce a` un test groupe a e es par la T^2 de Hotelling avec des valeurs de p calcule thode bootstrap. Des tests de permutation ont permis de me terminer pour chaque groupe (Femmes, Hommes, conde ^ les, BAME) les changements e ventuels survenus au cours tro pare es ont e te effectue es pour du temps. Des analyses se chaque coupe.
Individual differences in response to BAME
rences de re ponse individuelle au BAME Les diffe
In the third part of the study, we examined each individual’s T1 and T2 curves to take individual variation into account. A total of 123 figures were generated, each containing superimposed T1 and T2 curves for one slice (S1, S2, or S3) corresponding to one patient. Two researchers assessed the figures in a random order for evidence of bone resorption. By definition, both researchers categorized as resorption when the T1 curve right, left or both were going inside T2 curves. From the 12 points, the resorption score was given to difference in points 2, 3 and 4 on the right side and 8, 9 and 10 in the left side. Both were blinded with respect to slice, patient, gender, and treatment group. Possible outcomes included no evidence, evidence of bilateral resorption, and evidence of unilateral resorption (left or right). The entire process was then repeated using a second set of randomly ordered figures. Intra-examiner reliability was assessed via McNemar’s test and through raw agreement measures. Inter-examiner reliability was assessed at each time point using Cohen’s Kappa statistic. Relative frequencies were calculated for each possible outcome, group, slice, and examiner, to compare evidence of resorption for control and BAME patients, using the second set of assessments.
me partie de l’e tude, nous avons e tudie les Dans la troisie courbes de chaque individu a` T1 et T2 afin de tenir compte te des variations individuelles. Un total de 123 figures a e ne re , chacune contenant des courbes surimposant les ge courbes T1 et T2 pour une coupe (S1, S2 ou S3) corresponvalue les figures dant a` un seul patient. Deux chercheurs ont e e afin de relever les traces e ventuelles de de fa¸con randomise sorption osseuse. Par de finition, les deux chercheurs ont re comme re sorption les figures ou` les courbes T1 vers classe rieur des la droite, la gauche, ou les deux passaient a` l’inte sorption courbes T2. Parmi les 12 points, les scores de re rencier aux points 2, 3 et 4 du co ^ te avaient tendance a` se diffe ^ te gauche. Les analyses droit et aux points 8, 9 et 10 du co taient effectue es en aveugle en ce qui concernait la coupe, le e sultats pospatient, le sexe et le groupe de traitement. Les re taient les suivants : pas de preuve, preuve de sibles e sorption bilate rale et preuve de re sorption unilate rale re te entie rement (gauche ou droite). Le processus a ensuite e ite re en utilisant un second ensemble de nume ros re s. La fiabilite intra-examinateur a e te calcule e pour randomise chaque point temporel selon le test statistique Kappa de quences relatives ont e te calcule es pour chaCohen. Les fre sultat e ventuel et pour chaque groupe, coupe et examque re sorption entre les inateur afin de comparer les preuves de re ^ les avec le second paquet de patients BAME et les contro calculs.
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Palatal bone resorption in bone-anchored maxillary expander treatment
sorption de l’os palatin dans le traitement par appareil d’expansion maxillaire a ancrage osseux La re
Results
sultats Re
T2 Images of one patient from the control group were excluded from the study due to poor quality of reconstructed CBCT images and unclear border of the palate.
moin ont e te Les images a` T2 d’un patient dans le groupe te tude en raison de la mauvaise qualite de la exclues de l’e s d’interreconstruction des images CBCT et des difficulte tation des limites du palais. pre
Palate expansion distance assessment
d’expansion palatine Evaluation de la quantite
Mean distance measurements between the six counterpart landmarks in BAME and control groups at T1 and T2 are shown in fig. 2. As expected, linear measurements of distance between counterpart landmarks show that the palatal perimeter increases after 12 months in the BAME group but not in the control group (fig. 2). Moving along the plotted curves, it is apparent that there are very mild indentations in the area
res Les valeurs des distances moyennes entre les six repe s dans les groupes BAME et de contro ^ le a` T1 et T2 apparie es dans la (fig. 2). Comme pre vu, les mesures sont donne aires de la distance entre les repe res apparie s ont montre line rime tre palatin a augmente apre s 12 mois dans le que le pe moin (fig. 2). Le long groupe BAME mais pas dans le groupe te es, on relevait de le ge res indentations visides courbes releve
[(Figure_2)TD$IG]
Figure 2: Mean linear distance measurement between counterpart landmarks in two sides of palate. aires moyenne entre les repe res Figure 2 : Valeurs des distances line s des deux co ^te s du palais. apparie
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analyzed. Nevertheless, these indentations were not considered clinically significant.
gion analyse e. Ne anmoins, ces indentations bles dans la re taient pas cliniquement significatives. n’e
Morphometric analysis of the palate before and after expansion
trique du palais avant et apre s Analyse morphome l’expansion
Plots of the mean curves were similar for males and females at T1 for all three slices, and indeed Hotelling’s tests failed to find any evidence of sexual dimorphism (S1, P = 0.7413; S2, P = 0.4478; S3, P = 0.7065) in terms of shape. Moreover, plots comparing mean curves at T1 and T2 for all four gender and treatment group categories were all very similar, again for all three slices. Hence, a pooled sample was used in our analysis. Plots of the mean curves at T1 by treatment group are given in fig. 3. The curves are all very similar in shape, and Hotelling’s tests for shape dimorphism yield insignificant Pvalues (S1, P = 0.9005; S2, P = 0.9204; S3, P = 0.7562), as expected. Analogous T2 plots are given in fig. 4. The mean curves for controls appear to be taller in shape than the BAME group mean curves, in all three slices though to a greater extent in slices 2 and 3. The differences are insignificant however using Hotelling’s test (S1, P = 0.7463; S2, P = 0.5124; S3, P = 0.5821).
s des courbes moyennes e taient similaires entre Les trace les deux sexes a` T1 pour les trois coupes et les tests ve le de dimorphisme sexuel (S1, d’Hotelling n’ont pas re p = 0,7413 ; S2, p = 0,4478 ; S3, p = 0,7065). Par ailleurs, s comparant les courbes moyennes a` T1 et T2 pour les trace s par sexe et par traitement e taient les quatre groupes divise s similaires, encore une fois pour les trois coupes. tous tre quent, pour les besoins de notre analyse, nous Par conse un e chantillon commun. Les trace s des avons constitue courbes moyennes a` T1 par groupe de traitement sont s a` la (fig. 3). Les formes de toutes les courbes e taient donne s similaires et, comme pre vu, les tests d’Hotelling pour le tre dimorphisme n’ont pas fourni de valeurs p significatives (S1, s p = 0,9005 ; S2, p = 0,9204 ; S3, p = 0,7562). Les trace s a` la (fig. 4). Les courbes analogues a` T2 sont donne ^ les semblaient re ve ler une forme plus moyennes des contro haute que les courbes moyennes du groupe BAME et cela e pour pour les trois coupes, quoique de fa¸con plus prononce rences, cependant, e taient insigles coupes 2 et 3. Les diffe nifiantes selon le test d’Hotelling (S1, p = 0,7463 ; S2, p = 0,5124 ; S3, p = 05821). galement analyse les changements de forme Nous avons e s avec le temps pour les deux groupes de traitement. Les trace ^ les a` T1 et T2 sont donne s des courbes moyennes des contro dans les trois a` la (fig. 5). Entre T1 et T2, nous avons releve tirement vertical le ger mais statistiquement insigcoupes un e nifiant selon les tests de permutation (S1, p = 0,9038 ; S2, s analogues du groupe p = 0,6277 ; S3, p = 0,5285). Les trace s a` la (fig. 6). Ils montrent des courbes T2 BAME sont donne ge rement comprime es par rapport a` celles du T1 avec une le de re sorption bilate rale visible sur la coupe 1 certaine quantite ^ te gauche sur la coupe 2. La re sorption e tait et du co
[(Figure_3)TD$IG]
We also examined shape change over time, for both treatment groups. Plots of the mean curves for controls at T1 and T2 are given in fig. 5. There is some slight vertical stretching of the shape from T1 to T2 in all three slices, though these changes are insignificant according to permutation tests (S1, P = 0.9038; S2, P = 0.6277; S3, P = 0.5285). Analogous plots for the BAME group are given in fig. 6. Here we see that the T2 curves are slightly compressed relative to those at T1, with some degree of resorption visible bilaterally in slice 1 and on the left side in slice 2. Resorption is negligible in slice 3. These shape changes are not significant, however, according
Figure 3: Plots of the mean curves at T1 by groups. s des courbes moyennes des groupes a` T1. Figure 3 : Trace
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Palatal bone resorption in bone-anchored maxillary expander treatment
sorption de l’os palatin dans le traitement par appareil d’expansion maxillaire a ancrage osseux La re
[(Figure_4)TD$IG]
Figure 4: Plots of the mean curves at T2 by groups. s des courbes moyennes des groupes a` T2. Figure 4 : Trace
[(Figure_5)TD$IG]
Figure 5: Plots of the mean curves at T1 and T2 for the control group. s des courbes moyennes des groupes a` T1 et T2 pour le groupe de contro ^ le. Figure 5 : Trace
[(Figure_6)TD$IG]
Figure 6: Plots of the mean curves at T1 and T2 for the BAME group. s des courbes moyennes des groupes a` T1 et T2 pour le groupe BAME. Figure 6 : Trace
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Arazm FARHANGFAR et al.
to permutation tests (S1, P = 0.5984; S2, P = 0.6944; S3, P = 0.7581).
gligeable sur la coupe 3. Ne anmoins, d’apre s les tests de ne permutation (S1, p = 0,5984 ; S2, p = 0,6944 ; S3, taient pas p = 0,7581), ces changements de forme n’e significatifs.
Individual differences in response to BAME
rences individuelles en re ponse au BAME Les diffe
The McNemar’s test P-values and raw agreement measures of intra-examiner reliability are given in Table II. The P-values for the “both” category are significant for both examiners (at a = 0.05). P-values for the other categories are not significant. The Pall measures for the “both” category are relatively low (AF, 0.8699; MLV, 0.8537) while the rest are above 0.9000. The majority of the Pyes measures are in the 0.8000–0.9000 range, with the exception of the “both” category (MLV, 0.7500). The Pno measures are all above 0.9000 except for one of the “both” category measures (MLV, 0.8966). Cohen’s Kappa statistics of inter-examiner reliability are given in Table III. The statistics are all greater than 0.8000, indicating that the level of agreement between the two researchers was
Les valeurs p du test de McNemar et les mesures relatives intra-examinateur sont donne es au Tableau II. a` la fiabilite gorie « tous les deux » e taient Les valeurs p pour la cate significatives pour les deux examinateurs (a = 0,05). Les gories n’e taient pas significavaleurs p pour les autres cate gorie « tous les deux » tives. Les valeurs Pall pour la cate taient relativement faibles (AF, 0,8699 ; MLV, 0,8537) alors e gories de passaient 0,9000. La majorite que les autres cate des valeurs Pyes se situaient entre 0,8000 et 0,9000, a` l’exgorie « tous les deux » (MLV, 0,7500). Les ception de la cate taient toutes au-dessus de 0,9000 a` l’exception valeurs Pno e gorie « tous les deux » qui de l’une des valeurs dans la cate tait MLV, 0,8966. Les statistiques Kappa de Cohen relatives e
Table II
Tableau II
Intra-examiner reliability for the assessment of individual differences.
Fiabilite intra-examinateur pour l’evaluation des differences individuelles.
Category/Categorie
McNemar’s Test/
Raw agreements (probabilities)/Concordace brute (probabilites)
Test de McNemar
P-value/Valeur p
Pall
Pyes
Pno
AF
MLV
AF
MLV
AF
MLV
AF
MLV
None/Aucune
0.505
0.4497
0.9268
0.9431
0.8163
0.8627
0.9543
0.9641
Both/Les deux
0.0245
0.0339
0.8699
0.8537
0.814
0.75
0.9
0.8966
L only/Gauche
0.7518
0.7728
0.9187
0.9024
0.8485
0.8378
0.9444
0.9302
R only/Droite
0.1824
0.1824
0.9268
0.9268
0.8
0.8163
0.9552
0.9543
Table III
Tableau III
Inter-examiner reliability for the assessment of individual differences.
Fiabilite interexaminateurs pour l’evaluation des differences individuelles.
Category/Categorie
Kappa statistic/Kappa statistique First set of assessments/Premier
ensemble d’evaluations
Second set of assessments/Deuxieme
ensemble d’evaluations
None/Aucune
0.88
0.869
Both/Les deux
0.82
0.807
L only/Gauche
0.922
0.838
R only/Droite
0.854
0.828
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International Orthodontics 2012 ; 10 : 274-288
Palatal bone resorption in bone-anchored maxillary expander treatment
sorption de l’os palatin dans le traitement par appareil d’expansion maxillaire a ancrage osseux La re
Table IV
Tableau IV
Percentage frequencies for the assessment of individual differences.
Frequences en pourcentage pour l’evaluation des differences individuelles.
Examiner/Examinateur
No resorption (%)/Aucune
Resorption (%)/Resorption (%)
resorption (%)
Overall/Global
Both/Les deux
Left only/
Right only/
Gauche
Droite
AF
MLV
AF
MLV
AF
MLV
AF
MLV
AF
MLV
Control
14.29
19.05
85.71
80.95
38.1
38.1
28.57
28.57
19.05
14.29
BAME
20.00
20.00
80.00
80.00
35.00
35.00
30.00
30.00
15.00
15.00
Control
9.52
14.29
90.48
85.71
57.14
47.62
14.29
14.29
19.05
23.81
BAME
15.00
15.00
85.00
85.00
30.00
25.00
45.00
50.00
10.00
10.00
^ Control/Controle
19.05
19.05
80.95
80.95
47.62
33.33
14.29
19.05
19.05
28.57
BAME
35.00
30.00
65.00
70.00
25.00
20.00
25.00
35.00
15.00
15.00
Slice 1/Coupe 1
Slice 2/Coupe 2
Slice 3/Coupe 3
BAME: bone-anchored maxillary expander. BAME : appareil expansion maxillaire a` ancrage osseux.
very high. The relative frequencies for each category are given in Table IV, stratified by treatment group, slice, and examiner. Both examiners consistently assigned a higher proportion of control subjects to the three slices (under Resorption– Overall).
Relative frequencies were generally higher for control subjects in the “both” and “right only” categories, with consistently lower relative frequencies in the “left only” category. It is important to note that scoring resorption or no resorption did not depend on the quantity of the discrepancy in distance between the points used but just position.
interexaminateurs sont donne es au Tableau III. a` la fiabilite passaient 0,8000, ce qui indique un Toutes les valeurs de s e leve entre les deux examinateurs. niveau d’accord tre quences relatives pour chaque cate gorie stratifie es Les fre es au Tableau par groupe, coupe et examinateur sont donne matiquement alloue une IV. Les deux examinateurs ont syste leve e aux trois tranches (sous Re sorption – proportion plus e Global). re ge ne rale, les fre quences relatives e taient plus De manie leve es chez les sujets « contro ^ le » dans les cate gories e gorie « droite uniquement » et « tous les deux ». Dans la cate quences relatives e taient « gauche uniquement », les fre matiquement moins e leve es. Il est important de noter syste sorption » ou « non re sorption » que le fait d’enregistrer « re pendait pas de l’importance de la diffe rence de distance ne de entre les points mais de leur position uniquement.
Discussion
Discussion
Bone-anchored rapid maxillary expanders can be used as an alternative appliance to tooth-borne expanders, as BAME results in similar expansion. BAME appliances are recommended when the patient is missing permanent upper teeth or when the health of the teeth is compromised, as this type of appliance allows for better oral hygiene given its smaller size and design [19]. Harzer et al. tested a similar style of appliance in adult patients needing surgically assisted rapid palatal
Les appareils d’expansion maxillaire rapide a` ancrage osseux ^tre utilise s comme dispositifs alternatifs aux (BAME) peuvent e s puisque les BAME permettent disjoncteurs dento-porte sultats similaires. Les BAME sont d’obtenir des re s en cas d’absence de dents maxillaires permarecommande dentaire est compromise puisque nentes ou lorsque la sante ne orale en raice type d’appareil permet une meilleure hygie son de sa conception et de sa petite taille [19]. Harze et al. ont
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Arazm FARHANGFAR et al.
expansion. They reported that when expansion by a boneanchored rapid maxillary expander was carried out by midpalatal suture separation and guided with crossed sliding wires fixed with brackets at the incisors and canines, direct force application to the bone and the torque effect of rectangular arch wires resulted in less tipping of teeth. No root resorption, jiggling, or alveolar bone loss was observed [20].
CBCT images to detect palatal bone resorption was used, as this technology is potentially a better tool in diagnosis and treatment planning of complex maxillofacial structures than traditional cephalometric x-rays. CBCT technology overcomes the drawbacks of traditional auxiliary examinations, thus ensuring more reliable and accurate measurements between a subject’s anatomic landmarks [21,22]. Unlike conventional computed tomography systems, CBCT has a reduced acquisition time, uses lower radiation doses [22], and provides relatively small isotropic voxels, hence giving a high spatial resolution [22,23]. One issue regarding the use of CBCT is that although the resolution of CBCT reconstructed images (using AVIZO software) is, at 0.25 mm, thought to yield only a small degree of measurement uncertainty, this small error can cause clinically significant uncertainty in coordinate system alignment when superimposing serial CBCT images [24]. Another issue we encountered regarding the use of CBCT images is that some reconstructed images were unclear and made the identification of maxillofacial structures difficult or in one case practically impossible, requiring us to omit that case from the study.
The main finding of our study was that BAME treatment does not cause significant palatal bone resorption, since this treatment does not change palate shape compared to control (figs. 3 and 4). Although some slight differences in shape at T2 between BAME and control groups and in each group over time (may suggest some degree of resorption), none of these shape changes were significant according to Hotelling’s and permutation tests. During infancy and childhood, bone apposition occurs on the entire inferior surface of the palate, accompanied by concomitant resorption from its superior (nasal) surface. This bone remodelling results in the descent of the palate and enlargement of the nasal cavity. Lateral appositional growth of the palate continues until age 7, by which time the palate achieves its full anterior width. Posterior appositional growth continues after lateral growth has ceased, so that the palate becomes longer than wider during late childhood [25]. The patient
284
un type d’appareil semblable chez des patients adultes teste ayant besoin d’expansion palatine rapide chirurgicalement e. Ils ont rapporte que lorsque l’expansion a e te assiste alise e avec un appareil a` expansion rapide a` ancrage re diane guide e osseux, par disjonction de la suture palatine me s, fixe s sur des brackets sur les par des fils glissants croise incisives et les canines, la force s’appliquait directement a` l’os sulte en moins de et l’effet de torque des fils rectangulaires a re sorption radiculaire, aucune perte tipping des dents. Aucune re olaire et aucun mouvement de va-et-vient dentaire d’os alve te releve s [20]. n’ont e tecter la re sorption Des images cone beam ont permis de de ventuelle de l’os palatin puisque cette technologie est potene tiellement plus efficace que les radiographies phalome triques conventionnelles pour le diagnostic et la ce sence de structures maxplanification du traitement en pre illo-faciales complexes. La technologie CBCT surmonte les nients des examens auxiliaires traditionnels, garantisinconve cises et plus fiables des sant ainsi des mesures plus pre res anatomiques des sujets [21,22]. A` la diffe rence des repe mes de tomographie conventionnels, le cone beam a un syste duit, e met des doses d’irradiation plus temps d’acquisition re faibles [22] et fournit des voxels isotropiques relativement solution spatiale e leve e petits, ce qui permet d’obtenir une re relative au cone beam concerne la [22,23]. Une difficulte solution des images reconstruites (a` l’aide du logiciel re ^me si cette re solution ne donnerait lieu, AVIZO). Me a` 0,25 mm, qu’a` une incertitude minime en ce qui concerne les mesures, cette petite erreur peut donner lieu a` une incertitude cliniquement significative au niveau de l’alignement du me de coordonne es lors de la surimposition des images syste rielles [24]. Une autre difficulte que nous avons CBCT se e au sujet des images CBCT concerne l’aspect flou rencontre made certaines images reconstruites, ce qui rendait proble tique et, dans un cas, pratiquement impossible, l’identification des structures maxillo-faciales, nous obligeant ainsi a` exclure tude. ce cas de l’e sultat principal de l’e tude e tait que le traitement par Le re sorption osseuse palatine sigBAME ne provoque pas de re nificative puisque le traitement ne modifie pas la forme du ^ les (fig. 3 et 4). Certains changepalais par rapport aux contro te observe s a` T2 entre le groupe ments de forme mineurs ont e ^ le ainsi que dans chaque groupe BAME et le groupe de contro au fil du temps. Ces changements de forme pouvaient indiquer de re sorption mais aucun des changements un certain degre tait significatif selon les tests de Hotelling et les tests de n’e permutation. Pendant la petite enfance et l’enfance, l’apposition osseuse se rieure du palais accompagne e produit sur toute la surface infe sorption concomitante au niveau de sa surface d’une re rieure (nasale). Ce remodelage osseux re sulte en la dessupe nasale. La cente du palais et l’agrandissement de la cavite rale du palais se poursuit juscroissance appositionnelle late ^ge de sept ans, moment auquel le palais atteint sa qu’a` l’a rieure maximale. La croissance appositionnelle largeur ante rieure se poursuit me ^me apre s l’arre ^ t de la croissance poste
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Palatal bone resorption in bone-anchored maxillary expander treatment
sorption de l’os palatin dans le traitement par appareil d’expansion maxillaire a ancrage osseux La re
group in this study, individuals who would benefit from nonsurgically assisted bone anchored rapid palatal expansion, are in late childhood and during adolescence. This means that the posterior part of the palate in these patients, where the pressure for expansion is applied by BAME, is still under growth. Expansion forces and possible bone resorption caused by this force may interfere with longitudinal growth of the palate in this region. The purpose of this study was not to investigate changes in palate length after BAME, however our findings indicate that after 12 months of BAME treatment, the palate has generally widened from top to bottom, in the posterior region (between the second maxillary premolar and first molar where the appliance was inserted and expansion force was applied) (fig. 2). Lagravere et al. compared the anteroposterior changes after BAME appliance with a control group and found that anterior skeletal or dental movement of the BAME treated group was not significantly different from control [19], and thus BAME does not appear to have any negative effect on hard palate anteroposterior growth.
Some of the complications related to bone borne palatal expansion include: asymmetrical distraction and instable occlusion that necessitated surgical treatment for correction (mainly Le Fort I osteotomy) [26], loss of the transpalatal distraction module (which resulted in replacement with a tooth borne device) [26] an unfavourable split of the interradicular septum between the central incisors, which puts the patient at high risk of periodontal breakdown in the long-term [27], and formation of periodontal pockets and minimal gingival recession on incisors after distraction and orthodontic treatment [26]. To emphasise the importance of periodontal condition in bone borne expansion, Laudemann et al. recommended that these devices be used on patients with good periodontal attachments [28]. To the best of our knowledge this is the first investigation on the effect of bone anchored rapid palatal expansion on hard palate bone. However, it is now well established that continuous and/or intermittent mechanical pressure is one of the causative factors involved in bone resorption [29]. One example is through the denture prosthesis; bone resorption beneath a denture is related to the compressive stresses transmitted to the bone [30]. The denture factors which may affect alveolar bone include occlusal forms of teeth, alignment, deformation of the denture base, tooth material and loss of occlusal vertical dimension [31].
In the present study, no evidence of significant palatal bone resorption, in comparing the palatal shape of subjects receiving BAME treatment and control subjects. Similar to the results from the analysis of individual level resorption, visual
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rale de telle sorte que le palais devient plus long que large late tude, tous a` la fin de l’enfance [25]. Les patients dans cette e ne ficier d’une expansion palatine rapide susceptibles de be taient aux a` ancrage osseux sans assistance chirurgicale, e stades de fin d’enfance et d’adolescence. De ce fait, chez ces rieure du palais, ou` s’applique la force sujets, la partie poste tait toujours en voie de d’expansion du dispositif de BAME, e ventuelle re sorption croissance. Les forces de croissance et l’e e par la force d’expansion pouvaient influer osseuse engendre gion. sur la croissance longitudinale du palais dans cette re tude n’e tait pas d’analyser les changeL’objectif de cette e s traitement par BAME. ments de longueur palatine apre sultats indiquent qu’apre s 12 mois de traiCependant, nos re tait e largi de fa¸con ge ne rale tement par BAME, le palais s’e gion poste rieure (entre la entre le haut et le bas dans la re molaire maxillaire et la premie re molaire ou` seconde pre te inse re et ou` la force d’expansion a e te l’appareil a e e) (fig. 2). Lagrave re et al. ont compare les changeapplique roposte rieurs chez un groupe traite avec l’appareil ments ante ^ le et ont trouve que le mouvement BAME a` un groupe de contro rieur dans le groupe traite par squelettique et dentaire ante tait pas significativement diffe rent du groupe de BAME n’e ^ le [19]. Il semblerait donc que le dispositif BAME n’ait contro gatif sur la croissance ante roposte rieure du pas d’effet ne palais dur. es a` l’expansion palatine oste oLes complications associe e comprennent : distraction asyme trique et occlusion porte cessitant une correction par traitement chirurgical instable ne otomies Le Fort I) [26]; perte du mod(principalement des oste par un dispositif ule de distraction transpalatine remplace [26]; se paration de favorable du septum inter-radidento-porte culaire entre les incisives centrales, ce qui peut entraıˆner un te rioration parodontale au long risque pour le patient de de ge re cours [27]; et formation de poches parodontales et le cession gingivale sur les incisives apre s expansion et traitere ment orthodontique [26]. Afin de souligner l’importance de la parodontale dans l’expansion faisant appel a` des dissante o-porte s, Laudemann et al. ont recommande que positifs oste s chez des patients ayant de bons ces appareils soient utilise ` notre connaissance, l’e tude attachements parodontaux [28]. A sente est la premie re a` analyser l’impact de l’expansion pre palatine rapide a` ancrage osseux sur l’os du palais dur. sormais bien e tabli qu’une pression Cependant, il est de canique continue et/ou intermittente est l’un des facteurs me sorption osseuse [29]. Les prothe ses responsables de la re sorption osseuse dentaires peuvent servir d’exemple : la re se dentaire est lie e aux forces se produisant sous une prothe de compression transmise a` l’os [30]. Les facteurs qui peuvent olaire comprennent les formes occlusales impacter l’os alve formation de la base de la des dents, l’alignement, la de se, les mate riaux dentaires et la perte de la dimension prothe verticale occlusale [31]. tude comparant la forme du palais chez des Dans cette e s avec un dispositif BAME et chez des sujets de sujets traite ^ le, nous n’avons pas releve de re sorption osseuse palacontro ^me qu’avec les re sultats de l’analyse tine significative. De me
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Arazm FARHANGFAR et al.
assessment of resorption is highly subjective. Despite the use of standardized assessment criteria, there were still some statistically significant McNemar’s test P-values and some relatively low raw agreement measures of intra-examiner reliability. There are several limitations associated with our study. First, as aforementioned assessment of bone resorption is a subjective process. Direct visualization of bone resorption in the palatal surface is almost impossible due to the surgery itself of inserting and retrieving the onplants and miniscrews. Although we have attempted to control for this by using a standardized criteria, some degree of subjectivity remains. Secondly, our morphometric analysis did not take into account any change in palate size. During the expansion treatment, the palate did change in size by widening thus this change could sometimes be mistaken for resorption especially if the resorption was very mild.
sorption individuelle, l’e valuation visuelle de la de la re sorption est tre s subjective. Malgre l’utilisation de crite res re valuation standardise s, nous avons trouve des valeurs p d’e statistiquement significatives avec le test de McNemar et quelques accords statistiques relativement faibles en ce qui con intra-examinateur. cerne la fiabilite tude comporte plusieurs limitations. D’abord, comme Notre e ja` signale , l’e valuation de la re sorption nous l’avons de osseuse est un processus subjectif. La visualisation directe sorption osseuse a` la surface du palais est pratiquede la re ment impossible en raison de l’intervention chirurgicale elle^me qui consiste a` inse rer et a` de poser des onplants et des me a` limiter ce contretemps en utiminivis. Nous avons cherche res standardise s mais il subsiste tout de me ^me lisant des crite le ment de subjectivite . Secondement, notre analyse morun e trique n’a pas tenu compte des changements possibles phome aux dimensions du palais. Pendant la disjonction, le palais largi, changement qui pourrait e ^tre mis s’est effectivement e sorption surtout si celle-ci e tait tre s sur le compte de la re ge re. le
Conclusion
Conclusion
This study has examined the effects of BAME treatment on palatal cortical bone in adolescent patients. We confirmed treatment effectiveness and compared individual and mean palatal shapes to determine whether significant resorption had occurred. Our findings are summarized as follows:
tude a porte e sur l’impact du traitement avec dispositif Cette e BAME sur l’os cortical du palais chez des patients adoles l’efficacite du traitement et cents. Nous avons confirme les formes de palais individuelles et moyennes afin compare terminer si une quantite de re sorption significative s’e tait de de sultats peuvent se re sumer comme suit : produite. Nos re * apre s le traitement BAME, aucune re sorption osseuse sig te releve e sur les images CBCT ; nificative n’a e * aucune modification importante de forme palatine n’a e te e entre T1 et T2 dans aucun des deux groupes, de observe ne rale et au niveau individuel. fa¸con ge En conclusion, les cliniciens ne devraient pas envisager la surviter une expansion ou la sur-activation de l’appareil afin d’e ventuelle re sorption osseuse des plaques palatines mais e ^t compenser une re cidive future du re sultat final de pluto l’expansion maxillaire.
after BAME treatment, no significant bone resorption was visible in the CBCT images; * no gross differences in palatal shape were identified between T1 and T2 in either group, overall and on an individual level. *
In conclusion, clinicians should not consider overexpansion or overactivation of the appliance to counteract possible bone resorption of the palatal plates but to compensate for future relapse of the end results of maxillary expansion.
Disclosure of interest
claration d’inte re ^ts De
The authors declare that they have no conflicts of interest concerning this article.
clarent ne pas avoir de conflits d’inte re ^ ts en Les auteurs de relation avec cet article
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Palatal bone resorption in bone-anchored maxillary expander treatment
sorption de l’os palatin dans le traitement par appareil d’expansion maxillaire a ancrage osseux La re
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Original article Article original
Palatal bone resorption in bone-anchored maxillary expander treatment sorption de l’os palatin dans le traitement par La re appareil d’expansion maxillaire a ancrage osseux REb,* Arazm FARHANGFARa, Paul BOGOWICZb, Giseon HEOb, Manuel O. LAGRAVE a
Department of Agriculture, Food & Nutritional Science, Faculty of Agricultural, Life & Environmental Sciences, University of Alberta, Edmonton, Alberta, Canada b Department of Dentistry, Faculty of Medicine and Dentistry, University of Alberta, Edmonton, Alberta, Canada Available online: 18 August 2012 / Disponible en ligne : 18 aouˆt 2012
Summary
sume Re
Objectives: Evaluate the effect of bone-anchored maxillary expander (BAME) treatment on palatal cortical bone in adolescent patients. Study design: Forty-two patients were assigned to two groups: treatment and control. CBCT scans were obtained for patients at baseline and 12 months later. Landmarks were placed between the second maxillary premolar and first maxillary molar following the palatal plate. Morphometric analysis of the palate was carried out. Individual differences in terms of the response to BAME treatment were assessed.
Objectifs : E valuer l’impact de traitements a` l’aide de l’appareil d’expansion maxillaire a` ancrage osseux (BAME en anglais) sur l’os cortical palatin chez des patients adolescents. e Organisation de l’etude : Quarante-deux patients ont et ^ Des scanrepartis en deux groupes : traitement et controle. e realis es en debut ners CBCT ont et de traitement et 12 mois e places entre la seconde premo plus tard. Des reperes ont et molaire maxillaires suivant le plateau palalaire et la premiere e effectuee. tin et une analyse morphometrique du palais a et Les differences entre les sujets en termes de reponse au e evalu traitement BAME ont et ees. Resultats : Les distances moyennes entre les six reperes dans le groupe traite avec le droits et gauches, mesurees ^ a` T1 et T2 ont montre BAME et dans le groupe de controle etre que le perim palatin a augmente dans le groupe BAME a` la difference du groupe temoin. Nous avons releve de tres eres leg indentations dans la region ou` se trouvaient les plaques d’ancrage chez les deux groupes. Ces indentations cliniquement significatives. n’etaient pas jugees Conclusion : Le traitement BAME ne provoque pas de resorption significative de l’os palatin. Ó 2012 CEO. E´dite´ par Elsevier Masson SAS. Tous droits re´serve´s
Results: Mean distance measurements between the six counterpart landmarks in BAME and control groups at T1 and T2 showed that the palatal perimeter increases after 12 months in the BAME group but not in the control group. There were very mild indentations in the area where the onplants were located in both groups. These indentations were not to be considered clinically significant. Conclusions: BAME treatment does not cause significant palatal bone resorption. Ó 2012 CEO. Published by Elsevier Masson SAS. All rights reserved
* Correspondence and reprints / Correspondance et tires a` part : M.O. LAGRAVERE, Room 5524, Edmonton Clinic Health Academy, University of Alberta, Edmonton, Alberta, Canada T6G 1C9. e-mail address / Adresse e-mail : [email protected]
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International Orthodontics 2012 ; 10 : 274-288 doi:10.1016/j.ortho.2012.06.005
Palatal bone resorption in bone-anchored maxillary expander treatment
sorption de l’os palatin dans le traitement par appareil d’expansion maxillaire a ancrage osseux La re
Key-words
·· ··
Rapid maxillary expansion. Three-dimensional analysis. Palatal bone. Cone beam computerized tomography.
s Mots-cle
·· ··
Expansion maxillaire rapide. Analyse tridimensionnelle. Os palatin. Tomographie a` faisceau conique.
Introduction
Introduction
Maxillary deformities are common in orthodontics patients, occurring mostly as transverse maxillary deficiencies [1]. Proffit et al. have reported that 30% of adults seeking consultation for treatment of dentofacial deformity have some degree of transverse maxillary deficiency [2]. These patients commonly present with unilateral or bilateral posterior crossbite and anterior dental crowding [1]. Various maxillary expansion appliances and treatment protocols have been used to attenuate this situation. The most common treatment currently used is rapid maxillary expansion (RME). This treatment often involves the use of a tooth-anchored expander; however, there are several disadvantages related to toothborne forces, including undesirable tooth movement [3], root resorption [4], limited skeletal movement [5], lack of firm anchorage to maintain sutural long-term expansion [6], alveolar bending, tooth tipping and extrusion [7], periodontal membrane compression and buccal root resorption [8–11], fenestration of the buccal cortex [7,11–13], and instabilityrelapse with necessity for overcorrection [7,11,12,14–18].
formations maxillaires sont fre quentes chez les Les de patients orthodontiques, se manifestant surtout comme des ficiences transversales du maxillaire [1]. Proffit et al. ont de que 30% des adultes cherchant un traitement pour rapporte formation dentofaciale pre sentent plus ou moins de une de ficience transversale du maxillaire [2]. Fre quemment, chez de croise unilate ral ou ces patients, on observe un articule ral de me ^me qu’un encombrement dentaire ante rieur bilate [1]. Divers appareils d’expansion maxillaire et protocoles de te utilise s pour atte nuer cette situation. Le traitements ont e en ce moment est l’expantraitement le plus souvent adopte sion rapide du maxillaire (ERM). Ce traitement implique sou. Cependant, il y a vent l’utilisation d’un disjoncteur dento-porte nients lie s a` l’utilisation des forces a` ancrage plusieurs inconve sirables [3], la dentaire, dont des mouvements dentaires inde sorption radiculaire [4], la limitation des mouvements squere lettiques [5], un ancrage insuffisant pour maintenir l’expansion oles, la version suturale au long cours [6], l’incurvation des alve gression des dents [7], la compression de la membrane et l’e sorption de la racine vestibulaire [8–11], la parodontale et la re / fenestration du cortex vestibulaire [7,11–13], et l’instabilite cidive ne cessitant une hypercorrection [7,11,12,14–18]. re te Un dispositif d’expansion palatine relativement nouveau a e res anne es ou` le ve rin est connecte a` l’os introduit ces dernie ^t qu’aux dents. Cet appareil, de nomme palatin pluto « disjoncteur a` ancrage osseux », comporte des disques onplants et soit des minivis soit des implants qui servent d’ancrage pour l’application directe de forces au niveau de l’os maxillaire afin de surmonter, si possible, les limites des appareils ERM traditionnels a` ancrage dentaire. Cette nouvelle thode a e te propose e comme alternative a` l’expansion me maxillaire a` ancrage dentaire puisqu’elle permet d’obtenir sultats e quivalents en matie re d’expansion transversale des re soudre un certain nom[19]. Cependant, il est important de re s souleve es par ces nouveaux appareils bre de difficulte mes concerne l’utilisad’expansion maxillaire. Un des proble talliques sur lesquels sont applique es les tion d’onplants me rales permettant d’obtenir l’expansion transversale forces late puisque les onplants pourraient s’encastrer dans l’os provosorption de l’os palatin et neutralisant une quant ainsi la re ne re es par l’appareil. partie des forces d’expansion ge tude est d’e tudier l’impact des onplants L’objectif de cette e talliques sur le cortex palatin chez des adolescents traite s me par ERM.
A relatively new appliance for use in palatal expansion treatment has been introduced in recent years, where the jackscrew is connected to the palatal bone rather than the teeth. These appliances have been names bone-borne expanders and consist of metal onplant discs and miniscrews or implants as anchors for applying forces directly to the maxillary bone in the hopes of ultimately overcoming the limitations of traditional tooth-anchored RME appliances. This new method has been proposed as an alternative to tooth anchored maxillary expansion, as it yields similar transverse expansion results [19]. However, there are concerns regarding the new appliances to be used for maxillary expansion that need to be addressed. One possible issue in this regard is that by inserting the lateral forces on metal onplants for transverse expansion, onplants may immerse into bone and cause the palatal bone to resorb, and therefore neutralize some fraction of the expansion forces generated by the device. The purpose of this study is to investigate the effects of metal onplants on palatal cortical bone in adolescent patients receiving RME treatment.
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Arazm FARHANGFAR et al.
Material and methods
thodes Patients et me
The sample used was obtained from records taken from a previous randomized clinical trial involving bone-anchored maxillary expansion [19]. Ethics approval was obtained from the Health Research Ethics Board at the University of Alberta. The sample consisted of 42 patients, 21 controls and 21 who received maxillary expansion treatment with a bone-anchored expander. Sex and age distributions are shown in Table I for both groups. The subjects in the control group had treatment delayed for 12 months to serve as controls. The delay of one year had no negative consequences regarding the patients’ treatment outcome. Subjects in the treatment group received a bone-anchored maxillary expander (BAME) comprised of two custom-milled stainless steel onplants (diameter, 8 mm; height, 3 mm), two miniscrews (length, 12 mm; diameter, 1.5 mm; Straumann GBR-System, Andover, MA, USA) and an expansion screw (Palex II Extra-Mini Expander, Summit Orthodontic Services, Munroe Falls, OH, USA). The appliance was placed on each side of the palate between the projection of the permanent first molars and second premolar roots, by means of one miniscrew on each side, deep into the palatal vault and 6 mm from the suture. The appliance was seated so that the onplant would have maximum direct contact with the bony surface of the palate. The device was activated by one turn of the screw every other day until overcorrection was achieved. After active expansion treatment, the screws were fixed with light cured acrylic and kept in place passively until 6 months had passed since insertion of the appliance. Both groups had cone-beam computed tomography (CBCT) images taken twice, at baseline (T1) and before fixed bonding (12 months, T2).
chantillon utilise a e te obtenu a` partir d’archives datant L’e tude clinique pre ce dente portant sur l’expansion du d’une e maxillaire a` l’aide de dispositifs a` ancrage osseux [19]. d’e thique en recherche me dicale a L’approbation du comite te obtenue a` l’universite d’Alberta. L’e chantillon comprenait e ^ les et 21 sujets qui avaient e te traite s par 42 patients, 21 contro expansion maxillaire utilisant un disjoncteur a` ancrage osseux. ^ge est donne e pour les deux La distribution par sexe et par a groupes en Tableau I. Le traitement des sujets dans le groupe moin a e te retarde de 12 mois pour qu’ils puissent servir de te ^ les. Ce report d’un an n’a eu aucun impact ne gatif sur le contro sultat du traitement de ces patients. Chez les sujets dans le re , nous avons place un disjoncteur maxillaire a` ancgroupe traite rage osseux (BAME en anglais) comprenant deux onplants en s sur mesure (diame tre : 8 mm ; hauacier inoxydable usine tre teur 3 mm), deux minivis (longueur : 12 mm ; diame 1,5 mm, Straumann GBR-System, Andover, MA, E-U) et un rin d’expansion (Palex II Extra-Mini Expander, Summit ve Orthodontic Services, Munroe Falls, OH, E-U). L’appareil a te place de part et d’autre du palais entre la projection forme e e res molaires et des seconde pre mopar les racines des premie ^te laires permanentes en utilisant une minivis de chaque co e vers le fond de la vouˆte palatine et a` 6 mm de la positionne te place de manie re a` maximiser le suture. L’appareil a e contact direct entre l’onplant et la surface osseuse du palais. rin tous les deux jours jusqu’a` Il s’activait avec un tour du ve l’obtention d’une hypercorrection. Suite a` la phase d’expante immobilise es avec une re sine acrysion active, les vis ont e risable et maintenues en place passivement juslique polyme s l’insertion de l’appareil. Des images cone qu’a` six mois apre te re alise es a` deux reprises chez les deux beam (CBCT) ont e but de traitement (T1) et avant le collage groupes en de d’immobilisation a` 12 mois (T2).
Table I
Tableau I
Distribution par sexe et par ^age des deux groupes.
Sex and age distribution of the groups. Group/Groupe
Age (y)/Aˆge (ans) Mean/Moyenne
SD/ET
8
14.13
1.58
Female/Femmes
13
14.31
1.07
Total
21
14.24
1.32
6
13.13
1.42
Female/Femmes
15
12.75
1.03
Total
21
12.86
1.19
n BAME Male/Hommes
^ Control/Controle
Male/Hommes
BAME: bone-anchored maxillary expander. BAME : appareil expansion maxillaire a` ancrage osseux.
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Palatal bone resorption in bone-anchored maxillary expander treatment
sorption de l’os palatin dans le traitement par appareil d’expansion maxillaire a ancrage osseux La re
[(Figure_1)TD$IG]
Figure 1: Reconstructed CBCT image of 12 used landmarks in a XZ slice between second maxillary premolar and first molar. res utilise s pour une Figure 1 : Image CBCT reconstruite des 12 repe molaire et la premie re molaire coupe XZ entre la seconde pre maxillaires.
All CBCT images were taken with a NewTom 3G device (Aperio Services, Verona, Italy) at 110 kV, 6.19 mAs, and 8 mm aluminium filtration. Images were converted to DICOM format using the NewTom software to a voxel size of 0.25 mm. With AVIZO software (Mercury Computer Systems, Berlin, Germany), the DICOM-formatted images were rendered into volumetric images. Sagittal, axial, and coronal volumetric slices as well as the 3D reconstructions of the images were used for determining landmark positions. The landmarks used are shown in fig. 1. Twelve landmarks (six on each side) were placed in the XZ plane on the medial border of the palate cortex to distinguish maxillary bone from adjacent tissues. Landmarks were located on three different slices between the second maxillary premolar and the first maxillary molar in the XZ plane. The slices were chosen from posterior to anterior, where the medial border of the palatal cortical bone could be clearly seen in the image. This process was repeated for each patient’s images after 12 months (T2). The principal investigator located the landmarks on each image (at 10 images per day). Intra-examiner reliability of landmark identification was assessed through the landmarking of 10 randomly selected patients (three images per patient). Digital spherical markers, 0.5 mm in diameter, were placed on the images to indicate the position of the landmark with the center of each marker in the exact location of the landmark.
te re alise es avec un NewTom 3G Toutes les images CBCTont e rone, Italie) a` 110 kV, 6,19 mAs et 8 mm (Aperio Services, Ve te converties au de filtration en aluminium. Les images ont e format DICOM en utilisant le logiciel NewTom avec une dimension de voxel de 0,25 mm. A` l’aide du logiciel AVIZO Software (Mercury Computer Systems, Berlin, Allemagne), les images es en DICOM ont e te transforme es en images volume formate triques. Des coupes sagittales, axiales et coronales aussi bien te utilise es pour que les reconstructions 3D des images ont e terminer la position des repe res. Les repe res sont donne s de res (six de chaque co ^te ) ont e te place s a` la (fig. 1). Douze repe diale du cortex palatin afin de dans le plan XZ a` la marge me rencier l’os maxillaire et les tissus environnants. Les diffe res e taient positionne s sur trois coupes diffe rentes entre repe molaire maxillaire et la premie re molaire maxla seconde pre te se lectionne es sur illaire dans le plan XZ. Les coupes ont e rieur a` ante rieur ou` il e tait possible de bien visualiser l’axe poste diale du cortex palatin. Ce processus a a` l’image la limite me te re pe te a` 12 mois sur les images de chaque patient (T2). Le e les repe res sur chaque image au chercheur principal a localise intra-examinateur rythme de dix images par jour. La fiabilite res a e te e value e gra ^ce aux pour l’identification des repe res releve s sur dix patients se lectionne s au hasard (trois repe riques nume riques images par patient). Des marqueurs sphe tre ont e te place s sur les images afin de 0,5 mm de diame re, le centre de chaque marqueur d’indiquer la position du repe re. indiquant exactement l’emplacement du repe
Statistical analysis and methods of measurement
thodes de mesure Analyse statistique et me
Palate expansion distance assessment
d’expansion palatine Evaluation de la quantite
Linear distances, D, between each landmark and its contralateral counterpart were calculated according to the following equation: D = SQRT ((x1 x2)(x1 x2) + (y1 y2)(y1 y2) + (z1 z2)(z1 z2)).
aires, D, entre chaque repe re et son Les distances line quivalent du co ^ te oppose ont e te calcule es selon l’e quation e suivante : D = SQRT ((x1 x2)(x1 x2) + (y1 y2)(y1 y2) + (z1 z2)(z1 z2)).
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Morphometric analysis of the palate before and after expansion
trique du palais avant et apre s Analyse morphome l’expansion
In the second part of the study, we used landmark-derived average shapes to assess whether there were any morphometric differences between control and BAME patients. Discrete curves were formed by connecting the landmark coordinates for each set of 12 landmarks at each time point. Closed curves were obtained by connecting the 12th landmark with the first. The curves were superimposed using a Procrustes transformation (R Foundation for Statistical Computing, Austria), adjusting size, position, and orientation. Mean discrete curves were then obtained for both time points (T1 and T2) and further stratified by sex (F and M) and treatment group (control and BAME). Mean curves were assessed visually by two researchers for group differences. Within group dimorphism was examined at each time point using a Hotelling T^2 test, with Pvalues calculated via bootstrap resampling. Permutation tests were used to determine whether changes had occurred over time, for each group (Female, Male, controls, and BAME). Separate analyses were carried out for each slice.
me partie de l’e tude, nous avons utilise des Lors de la deuxie res pour calculer formes moyennes obtenues a` partir des repe rences morphome triques e ventuelles entre les les diffe ^ les. Des courbes discre tes ont patients BAME et les contro te obtenues en reliant les coordonne es des repe res pour e res a` chaque point temporel. chaque ensemble de 12 repe es ont e te obtenues en reliant le douzie me Des courbes ferme re et le premier. Les courbes ont e te surimpose es par une repe transformation de Procruste (R Foundation for Statistical Computing, Autriche), en ajustant les dimensions, la position tes moyennes ont et l’orientation. Ensuite, des courbes discre te obtenues pour les deux points temporels (T1 et T2) avant e ^tre stratifie es par sexe (H et F) et par groupes de traitement d’e ^ le et BAME). Des courbes moyennes ont e te calcule es (contro visuellement par deux chercheurs pour calculer les rences entre les groupes. Le dimorphisme de chaque diffe te e tudie a` chaque point temporel gra ^ce a` un test groupe a e es par la T^2 de Hotelling avec des valeurs de p calcule thode bootstrap. Des tests de permutation ont permis de me terminer pour chaque groupe (Femmes, Hommes, conde ^ les, BAME) les changements e ventuels survenus au cours tro pare es ont e te effectue es pour du temps. Des analyses se chaque coupe.
Individual differences in response to BAME
rences de re ponse individuelle au BAME Les diffe
In the third part of the study, we examined each individual’s T1 and T2 curves to take individual variation into account. A total of 123 figures were generated, each containing superimposed T1 and T2 curves for one slice (S1, S2, or S3) corresponding to one patient. Two researchers assessed the figures in a random order for evidence of bone resorption. By definition, both researchers categorized as resorption when the T1 curve right, left or both were going inside T2 curves. From the 12 points, the resorption score was given to difference in points 2, 3 and 4 on the right side and 8, 9 and 10 in the left side. Both were blinded with respect to slice, patient, gender, and treatment group. Possible outcomes included no evidence, evidence of bilateral resorption, and evidence of unilateral resorption (left or right). The entire process was then repeated using a second set of randomly ordered figures. Intra-examiner reliability was assessed via McNemar’s test and through raw agreement measures. Inter-examiner reliability was assessed at each time point using Cohen’s Kappa statistic. Relative frequencies were calculated for each possible outcome, group, slice, and examiner, to compare evidence of resorption for control and BAME patients, using the second set of assessments.
me partie de l’e tude, nous avons e tudie les Dans la troisie courbes de chaque individu a` T1 et T2 afin de tenir compte te des variations individuelles. Un total de 123 figures a e ne re , chacune contenant des courbes surimposant les ge courbes T1 et T2 pour une coupe (S1, S2 ou S3) corresponvalue les figures dant a` un seul patient. Deux chercheurs ont e e afin de relever les traces e ventuelles de de fa¸con randomise sorption osseuse. Par de finition, les deux chercheurs ont re comme re sorption les figures ou` les courbes T1 vers classe rieur des la droite, la gauche, ou les deux passaient a` l’inte sorption courbes T2. Parmi les 12 points, les scores de re rencier aux points 2, 3 et 4 du co ^ te avaient tendance a` se diffe ^ te gauche. Les analyses droit et aux points 8, 9 et 10 du co taient effectue es en aveugle en ce qui concernait la coupe, le e sultats pospatient, le sexe et le groupe de traitement. Les re taient les suivants : pas de preuve, preuve de sibles e sorption bilate rale et preuve de re sorption unilate rale re te entie rement (gauche ou droite). Le processus a ensuite e ite re en utilisant un second ensemble de nume ros re s. La fiabilite intra-examinateur a e te calcule e pour randomise chaque point temporel selon le test statistique Kappa de quences relatives ont e te calcule es pour chaCohen. Les fre sultat e ventuel et pour chaque groupe, coupe et examque re sorption entre les inateur afin de comparer les preuves de re ^ les avec le second paquet de patients BAME et les contro calculs.
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Palatal bone resorption in bone-anchored maxillary expander treatment
sorption de l’os palatin dans le traitement par appareil d’expansion maxillaire a ancrage osseux La re
Results
sultats Re
T2 Images of one patient from the control group were excluded from the study due to poor quality of reconstructed CBCT images and unclear border of the palate.
moin ont e te Les images a` T2 d’un patient dans le groupe te tude en raison de la mauvaise qualite de la exclues de l’e s d’interreconstruction des images CBCT et des difficulte tation des limites du palais. pre
Palate expansion distance assessment
d’expansion palatine Evaluation de la quantite
Mean distance measurements between the six counterpart landmarks in BAME and control groups at T1 and T2 are shown in fig. 2. As expected, linear measurements of distance between counterpart landmarks show that the palatal perimeter increases after 12 months in the BAME group but not in the control group (fig. 2). Moving along the plotted curves, it is apparent that there are very mild indentations in the area
res Les valeurs des distances moyennes entre les six repe s dans les groupes BAME et de contro ^ le a` T1 et T2 apparie es dans la (fig. 2). Comme pre vu, les mesures sont donne aires de la distance entre les repe res apparie s ont montre line rime tre palatin a augmente apre s 12 mois dans le que le pe moin (fig. 2). Le long groupe BAME mais pas dans le groupe te es, on relevait de le ge res indentations visides courbes releve
[(Figure_2)TD$IG]
Figure 2: Mean linear distance measurement between counterpart landmarks in two sides of palate. aires moyenne entre les repe res Figure 2 : Valeurs des distances line s des deux co ^te s du palais. apparie
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analyzed. Nevertheless, these indentations were not considered clinically significant.
gion analyse e. Ne anmoins, ces indentations bles dans la re taient pas cliniquement significatives. n’e
Morphometric analysis of the palate before and after expansion
trique du palais avant et apre s Analyse morphome l’expansion
Plots of the mean curves were similar for males and females at T1 for all three slices, and indeed Hotelling’s tests failed to find any evidence of sexual dimorphism (S1, P = 0.7413; S2, P = 0.4478; S3, P = 0.7065) in terms of shape. Moreover, plots comparing mean curves at T1 and T2 for all four gender and treatment group categories were all very similar, again for all three slices. Hence, a pooled sample was used in our analysis. Plots of the mean curves at T1 by treatment group are given in fig. 3. The curves are all very similar in shape, and Hotelling’s tests for shape dimorphism yield insignificant Pvalues (S1, P = 0.9005; S2, P = 0.9204; S3, P = 0.7562), as expected. Analogous T2 plots are given in fig. 4. The mean curves for controls appear to be taller in shape than the BAME group mean curves, in all three slices though to a greater extent in slices 2 and 3. The differences are insignificant however using Hotelling’s test (S1, P = 0.7463; S2, P = 0.5124; S3, P = 0.5821).
s des courbes moyennes e taient similaires entre Les trace les deux sexes a` T1 pour les trois coupes et les tests ve le de dimorphisme sexuel (S1, d’Hotelling n’ont pas re p = 0,7413 ; S2, p = 0,4478 ; S3, p = 0,7065). Par ailleurs, s comparant les courbes moyennes a` T1 et T2 pour les trace s par sexe et par traitement e taient les quatre groupes divise s similaires, encore une fois pour les trois coupes. tous tre quent, pour les besoins de notre analyse, nous Par conse un e chantillon commun. Les trace s des avons constitue courbes moyennes a` T1 par groupe de traitement sont s a` la (fig. 3). Les formes de toutes les courbes e taient donne s similaires et, comme pre vu, les tests d’Hotelling pour le tre dimorphisme n’ont pas fourni de valeurs p significatives (S1, s p = 0,9005 ; S2, p = 0,9204 ; S3, p = 0,7562). Les trace s a` la (fig. 4). Les courbes analogues a` T2 sont donne ^ les semblaient re ve ler une forme plus moyennes des contro haute que les courbes moyennes du groupe BAME et cela e pour pour les trois coupes, quoique de fa¸con plus prononce rences, cependant, e taient insigles coupes 2 et 3. Les diffe nifiantes selon le test d’Hotelling (S1, p = 0,7463 ; S2, p = 0,5124 ; S3, p = 05821). galement analyse les changements de forme Nous avons e s avec le temps pour les deux groupes de traitement. Les trace ^ les a` T1 et T2 sont donne s des courbes moyennes des contro dans les trois a` la (fig. 5). Entre T1 et T2, nous avons releve tirement vertical le ger mais statistiquement insigcoupes un e nifiant selon les tests de permutation (S1, p = 0,9038 ; S2, s analogues du groupe p = 0,6277 ; S3, p = 0,5285). Les trace s a` la (fig. 6). Ils montrent des courbes T2 BAME sont donne ge rement comprime es par rapport a` celles du T1 avec une le de re sorption bilate rale visible sur la coupe 1 certaine quantite ^ te gauche sur la coupe 2. La re sorption e tait et du co
[(Figure_3)TD$IG]
We also examined shape change over time, for both treatment groups. Plots of the mean curves for controls at T1 and T2 are given in fig. 5. There is some slight vertical stretching of the shape from T1 to T2 in all three slices, though these changes are insignificant according to permutation tests (S1, P = 0.9038; S2, P = 0.6277; S3, P = 0.5285). Analogous plots for the BAME group are given in fig. 6. Here we see that the T2 curves are slightly compressed relative to those at T1, with some degree of resorption visible bilaterally in slice 1 and on the left side in slice 2. Resorption is negligible in slice 3. These shape changes are not significant, however, according
Figure 3: Plots of the mean curves at T1 by groups. s des courbes moyennes des groupes a` T1. Figure 3 : Trace
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Palatal bone resorption in bone-anchored maxillary expander treatment
sorption de l’os palatin dans le traitement par appareil d’expansion maxillaire a ancrage osseux La re
[(Figure_4)TD$IG]
Figure 4: Plots of the mean curves at T2 by groups. s des courbes moyennes des groupes a` T2. Figure 4 : Trace
[(Figure_5)TD$IG]
Figure 5: Plots of the mean curves at T1 and T2 for the control group. s des courbes moyennes des groupes a` T1 et T2 pour le groupe de contro ^ le. Figure 5 : Trace
[(Figure_6)TD$IG]
Figure 6: Plots of the mean curves at T1 and T2 for the BAME group. s des courbes moyennes des groupes a` T1 et T2 pour le groupe BAME. Figure 6 : Trace
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Arazm FARHANGFAR et al.
to permutation tests (S1, P = 0.5984; S2, P = 0.6944; S3, P = 0.7581).
gligeable sur la coupe 3. Ne anmoins, d’apre s les tests de ne permutation (S1, p = 0,5984 ; S2, p = 0,6944 ; S3, taient pas p = 0,7581), ces changements de forme n’e significatifs.
Individual differences in response to BAME
rences individuelles en re ponse au BAME Les diffe
The McNemar’s test P-values and raw agreement measures of intra-examiner reliability are given in Table II. The P-values for the “both” category are significant for both examiners (at a = 0.05). P-values for the other categories are not significant. The Pall measures for the “both” category are relatively low (AF, 0.8699; MLV, 0.8537) while the rest are above 0.9000. The majority of the Pyes measures are in the 0.8000–0.9000 range, with the exception of the “both” category (MLV, 0.7500). The Pno measures are all above 0.9000 except for one of the “both” category measures (MLV, 0.8966). Cohen’s Kappa statistics of inter-examiner reliability are given in Table III. The statistics are all greater than 0.8000, indicating that the level of agreement between the two researchers was
Les valeurs p du test de McNemar et les mesures relatives intra-examinateur sont donne es au Tableau II. a` la fiabilite gorie « tous les deux » e taient Les valeurs p pour la cate significatives pour les deux examinateurs (a = 0,05). Les gories n’e taient pas significavaleurs p pour les autres cate gorie « tous les deux » tives. Les valeurs Pall pour la cate taient relativement faibles (AF, 0,8699 ; MLV, 0,8537) alors e gories de passaient 0,9000. La majorite que les autres cate des valeurs Pyes se situaient entre 0,8000 et 0,9000, a` l’exgorie « tous les deux » (MLV, 0,7500). Les ception de la cate taient toutes au-dessus de 0,9000 a` l’exception valeurs Pno e gorie « tous les deux » qui de l’une des valeurs dans la cate tait MLV, 0,8966. Les statistiques Kappa de Cohen relatives e
Table II
Tableau II
Intra-examiner reliability for the assessment of individual differences.
Fiabilite intra-examinateur pour l’evaluation des differences individuelles.
Category/Categorie
McNemar’s Test/
Raw agreements (probabilities)/Concordace brute (probabilites)
Test de McNemar
P-value/Valeur p
Pall
Pyes
Pno
AF
MLV
AF
MLV
AF
MLV
AF
MLV
None/Aucune
0.505
0.4497
0.9268
0.9431
0.8163
0.8627
0.9543
0.9641
Both/Les deux
0.0245
0.0339
0.8699
0.8537
0.814
0.75
0.9
0.8966
L only/Gauche
0.7518
0.7728
0.9187
0.9024
0.8485
0.8378
0.9444
0.9302
R only/Droite
0.1824
0.1824
0.9268
0.9268
0.8
0.8163
0.9552
0.9543
Table III
Tableau III
Inter-examiner reliability for the assessment of individual differences.
Fiabilite interexaminateurs pour l’evaluation des differences individuelles.
Category/Categorie
Kappa statistic/Kappa statistique First set of assessments/Premier
ensemble d’evaluations
Second set of assessments/Deuxieme
ensemble d’evaluations
None/Aucune
0.88
0.869
Both/Les deux
0.82
0.807
L only/Gauche
0.922
0.838
R only/Droite
0.854
0.828
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International Orthodontics 2012 ; 10 : 274-288
Palatal bone resorption in bone-anchored maxillary expander treatment
sorption de l’os palatin dans le traitement par appareil d’expansion maxillaire a ancrage osseux La re
Table IV
Tableau IV
Percentage frequencies for the assessment of individual differences.
Frequences en pourcentage pour l’evaluation des differences individuelles.
Examiner/Examinateur
No resorption (%)/Aucune
Resorption (%)/Resorption (%)
resorption (%)
Overall/Global
Both/Les deux
Left only/
Right only/
Gauche
Droite
AF
MLV
AF
MLV
AF
MLV
AF
MLV
AF
MLV
Control
14.29
19.05
85.71
80.95
38.1
38.1
28.57
28.57
19.05
14.29
BAME
20.00
20.00
80.00
80.00
35.00
35.00
30.00
30.00
15.00
15.00
Control
9.52
14.29
90.48
85.71
57.14
47.62
14.29
14.29
19.05
23.81
BAME
15.00
15.00
85.00
85.00
30.00
25.00
45.00
50.00
10.00
10.00
^ Control/Controle
19.05
19.05
80.95
80.95
47.62
33.33
14.29
19.05
19.05
28.57
BAME
35.00
30.00
65.00
70.00
25.00
20.00
25.00
35.00
15.00
15.00
Slice 1/Coupe 1
Slice 2/Coupe 2
Slice 3/Coupe 3
BAME: bone-anchored maxillary expander. BAME : appareil expansion maxillaire a` ancrage osseux.
very high. The relative frequencies for each category are given in Table IV, stratified by treatment group, slice, and examiner. Both examiners consistently assigned a higher proportion of control subjects to the three slices (under Resorption– Overall).
Relative frequencies were generally higher for control subjects in the “both” and “right only” categories, with consistently lower relative frequencies in the “left only” category. It is important to note that scoring resorption or no resorption did not depend on the quantity of the discrepancy in distance between the points used but just position.
interexaminateurs sont donne es au Tableau III. a` la fiabilite passaient 0,8000, ce qui indique un Toutes les valeurs de s e leve entre les deux examinateurs. niveau d’accord tre quences relatives pour chaque cate gorie stratifie es Les fre es au Tableau par groupe, coupe et examinateur sont donne matiquement alloue une IV. Les deux examinateurs ont syste leve e aux trois tranches (sous Re sorption – proportion plus e Global). re ge ne rale, les fre quences relatives e taient plus De manie leve es chez les sujets « contro ^ le » dans les cate gories e gorie « droite uniquement » et « tous les deux ». Dans la cate quences relatives e taient « gauche uniquement », les fre matiquement moins e leve es. Il est important de noter syste sorption » ou « non re sorption » que le fait d’enregistrer « re pendait pas de l’importance de la diffe rence de distance ne de entre les points mais de leur position uniquement.
Discussion
Discussion
Bone-anchored rapid maxillary expanders can be used as an alternative appliance to tooth-borne expanders, as BAME results in similar expansion. BAME appliances are recommended when the patient is missing permanent upper teeth or when the health of the teeth is compromised, as this type of appliance allows for better oral hygiene given its smaller size and design [19]. Harzer et al. tested a similar style of appliance in adult patients needing surgically assisted rapid palatal
Les appareils d’expansion maxillaire rapide a` ancrage osseux ^tre utilise s comme dispositifs alternatifs aux (BAME) peuvent e s puisque les BAME permettent disjoncteurs dento-porte sultats similaires. Les BAME sont d’obtenir des re s en cas d’absence de dents maxillaires permarecommande dentaire est compromise puisque nentes ou lorsque la sante ne orale en raice type d’appareil permet une meilleure hygie son de sa conception et de sa petite taille [19]. Harze et al. ont
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Arazm FARHANGFAR et al.
expansion. They reported that when expansion by a boneanchored rapid maxillary expander was carried out by midpalatal suture separation and guided with crossed sliding wires fixed with brackets at the incisors and canines, direct force application to the bone and the torque effect of rectangular arch wires resulted in less tipping of teeth. No root resorption, jiggling, or alveolar bone loss was observed [20].
CBCT images to detect palatal bone resorption was used, as this technology is potentially a better tool in diagnosis and treatment planning of complex maxillofacial structures than traditional cephalometric x-rays. CBCT technology overcomes the drawbacks of traditional auxiliary examinations, thus ensuring more reliable and accurate measurements between a subject’s anatomic landmarks [21,22]. Unlike conventional computed tomography systems, CBCT has a reduced acquisition time, uses lower radiation doses [22], and provides relatively small isotropic voxels, hence giving a high spatial resolution [22,23]. One issue regarding the use of CBCT is that although the resolution of CBCT reconstructed images (using AVIZO software) is, at 0.25 mm, thought to yield only a small degree of measurement uncertainty, this small error can cause clinically significant uncertainty in coordinate system alignment when superimposing serial CBCT images [24]. Another issue we encountered regarding the use of CBCT images is that some reconstructed images were unclear and made the identification of maxillofacial structures difficult or in one case practically impossible, requiring us to omit that case from the study.
The main finding of our study was that BAME treatment does not cause significant palatal bone resorption, since this treatment does not change palate shape compared to control (figs. 3 and 4). Although some slight differences in shape at T2 between BAME and control groups and in each group over time (may suggest some degree of resorption), none of these shape changes were significant according to Hotelling’s and permutation tests. During infancy and childhood, bone apposition occurs on the entire inferior surface of the palate, accompanied by concomitant resorption from its superior (nasal) surface. This bone remodelling results in the descent of the palate and enlargement of the nasal cavity. Lateral appositional growth of the palate continues until age 7, by which time the palate achieves its full anterior width. Posterior appositional growth continues after lateral growth has ceased, so that the palate becomes longer than wider during late childhood [25]. The patient
284
un type d’appareil semblable chez des patients adultes teste ayant besoin d’expansion palatine rapide chirurgicalement e. Ils ont rapporte que lorsque l’expansion a e te assiste alise e avec un appareil a` expansion rapide a` ancrage re diane guide e osseux, par disjonction de la suture palatine me s, fixe s sur des brackets sur les par des fils glissants croise incisives et les canines, la force s’appliquait directement a` l’os sulte en moins de et l’effet de torque des fils rectangulaires a re sorption radiculaire, aucune perte tipping des dents. Aucune re olaire et aucun mouvement de va-et-vient dentaire d’os alve te releve s [20]. n’ont e tecter la re sorption Des images cone beam ont permis de de ventuelle de l’os palatin puisque cette technologie est potene tiellement plus efficace que les radiographies phalome triques conventionnelles pour le diagnostic et la ce sence de structures maxplanification du traitement en pre illo-faciales complexes. La technologie CBCT surmonte les nients des examens auxiliaires traditionnels, garantisinconve cises et plus fiables des sant ainsi des mesures plus pre res anatomiques des sujets [21,22]. A` la diffe rence des repe mes de tomographie conventionnels, le cone beam a un syste duit, e met des doses d’irradiation plus temps d’acquisition re faibles [22] et fournit des voxels isotropiques relativement solution spatiale e leve e petits, ce qui permet d’obtenir une re relative au cone beam concerne la [22,23]. Une difficulte solution des images reconstruites (a` l’aide du logiciel re ^me si cette re solution ne donnerait lieu, AVIZO). Me a` 0,25 mm, qu’a` une incertitude minime en ce qui concerne les mesures, cette petite erreur peut donner lieu a` une incertitude cliniquement significative au niveau de l’alignement du me de coordonne es lors de la surimposition des images syste rielles [24]. Une autre difficulte que nous avons CBCT se e au sujet des images CBCT concerne l’aspect flou rencontre made certaines images reconstruites, ce qui rendait proble tique et, dans un cas, pratiquement impossible, l’identification des structures maxillo-faciales, nous obligeant ainsi a` exclure tude. ce cas de l’e sultat principal de l’e tude e tait que le traitement par Le re sorption osseuse palatine sigBAME ne provoque pas de re nificative puisque le traitement ne modifie pas la forme du ^ les (fig. 3 et 4). Certains changepalais par rapport aux contro te observe s a` T2 entre le groupe ments de forme mineurs ont e ^ le ainsi que dans chaque groupe BAME et le groupe de contro au fil du temps. Ces changements de forme pouvaient indiquer de re sorption mais aucun des changements un certain degre tait significatif selon les tests de Hotelling et les tests de n’e permutation. Pendant la petite enfance et l’enfance, l’apposition osseuse se rieure du palais accompagne e produit sur toute la surface infe sorption concomitante au niveau de sa surface d’une re rieure (nasale). Ce remodelage osseux re sulte en la dessupe nasale. La cente du palais et l’agrandissement de la cavite rale du palais se poursuit juscroissance appositionnelle late ^ge de sept ans, moment auquel le palais atteint sa qu’a` l’a rieure maximale. La croissance appositionnelle largeur ante rieure se poursuit me ^me apre s l’arre ^ t de la croissance poste
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Palatal bone resorption in bone-anchored maxillary expander treatment
sorption de l’os palatin dans le traitement par appareil d’expansion maxillaire a ancrage osseux La re
group in this study, individuals who would benefit from nonsurgically assisted bone anchored rapid palatal expansion, are in late childhood and during adolescence. This means that the posterior part of the palate in these patients, where the pressure for expansion is applied by BAME, is still under growth. Expansion forces and possible bone resorption caused by this force may interfere with longitudinal growth of the palate in this region. The purpose of this study was not to investigate changes in palate length after BAME, however our findings indicate that after 12 months of BAME treatment, the palate has generally widened from top to bottom, in the posterior region (between the second maxillary premolar and first molar where the appliance was inserted and expansion force was applied) (fig. 2). Lagravere et al. compared the anteroposterior changes after BAME appliance with a control group and found that anterior skeletal or dental movement of the BAME treated group was not significantly different from control [19], and thus BAME does not appear to have any negative effect on hard palate anteroposterior growth.
Some of the complications related to bone borne palatal expansion include: asymmetrical distraction and instable occlusion that necessitated surgical treatment for correction (mainly Le Fort I osteotomy) [26], loss of the transpalatal distraction module (which resulted in replacement with a tooth borne device) [26] an unfavourable split of the interradicular septum between the central incisors, which puts the patient at high risk of periodontal breakdown in the long-term [27], and formation of periodontal pockets and minimal gingival recession on incisors after distraction and orthodontic treatment [26]. To emphasise the importance of periodontal condition in bone borne expansion, Laudemann et al. recommended that these devices be used on patients with good periodontal attachments [28]. To the best of our knowledge this is the first investigation on the effect of bone anchored rapid palatal expansion on hard palate bone. However, it is now well established that continuous and/or intermittent mechanical pressure is one of the causative factors involved in bone resorption [29]. One example is through the denture prosthesis; bone resorption beneath a denture is related to the compressive stresses transmitted to the bone [30]. The denture factors which may affect alveolar bone include occlusal forms of teeth, alignment, deformation of the denture base, tooth material and loss of occlusal vertical dimension [31].
In the present study, no evidence of significant palatal bone resorption, in comparing the palatal shape of subjects receiving BAME treatment and control subjects. Similar to the results from the analysis of individual level resorption, visual
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rale de telle sorte que le palais devient plus long que large late tude, tous a` la fin de l’enfance [25]. Les patients dans cette e ne ficier d’une expansion palatine rapide susceptibles de be taient aux a` ancrage osseux sans assistance chirurgicale, e stades de fin d’enfance et d’adolescence. De ce fait, chez ces rieure du palais, ou` s’applique la force sujets, la partie poste tait toujours en voie de d’expansion du dispositif de BAME, e ventuelle re sorption croissance. Les forces de croissance et l’e e par la force d’expansion pouvaient influer osseuse engendre gion. sur la croissance longitudinale du palais dans cette re tude n’e tait pas d’analyser les changeL’objectif de cette e s traitement par BAME. ments de longueur palatine apre sultats indiquent qu’apre s 12 mois de traiCependant, nos re tait e largi de fa¸con ge ne rale tement par BAME, le palais s’e gion poste rieure (entre la entre le haut et le bas dans la re molaire maxillaire et la premie re molaire ou` seconde pre te inse re et ou` la force d’expansion a e te l’appareil a e e) (fig. 2). Lagrave re et al. ont compare les changeapplique roposte rieurs chez un groupe traite avec l’appareil ments ante ^ le et ont trouve que le mouvement BAME a` un groupe de contro rieur dans le groupe traite par squelettique et dentaire ante tait pas significativement diffe rent du groupe de BAME n’e ^ le [19]. Il semblerait donc que le dispositif BAME n’ait contro gatif sur la croissance ante roposte rieure du pas d’effet ne palais dur. es a` l’expansion palatine oste oLes complications associe e comprennent : distraction asyme trique et occlusion porte cessitant une correction par traitement chirurgical instable ne otomies Le Fort I) [26]; perte du mod(principalement des oste par un dispositif ule de distraction transpalatine remplace [26]; se paration de favorable du septum inter-radidento-porte culaire entre les incisives centrales, ce qui peut entraıˆner un te rioration parodontale au long risque pour le patient de de ge re cours [27]; et formation de poches parodontales et le cession gingivale sur les incisives apre s expansion et traitere ment orthodontique [26]. Afin de souligner l’importance de la parodontale dans l’expansion faisant appel a` des dissante o-porte s, Laudemann et al. ont recommande que positifs oste s chez des patients ayant de bons ces appareils soient utilise ` notre connaissance, l’e tude attachements parodontaux [28]. A sente est la premie re a` analyser l’impact de l’expansion pre palatine rapide a` ancrage osseux sur l’os du palais dur. sormais bien e tabli qu’une pression Cependant, il est de canique continue et/ou intermittente est l’un des facteurs me sorption osseuse [29]. Les prothe ses responsables de la re sorption osseuse dentaires peuvent servir d’exemple : la re se dentaire est lie e aux forces se produisant sous une prothe de compression transmise a` l’os [30]. Les facteurs qui peuvent olaire comprennent les formes occlusales impacter l’os alve formation de la base de la des dents, l’alignement, la de se, les mate riaux dentaires et la perte de la dimension prothe verticale occlusale [31]. tude comparant la forme du palais chez des Dans cette e s avec un dispositif BAME et chez des sujets de sujets traite ^ le, nous n’avons pas releve de re sorption osseuse palacontro ^me qu’avec les re sultats de l’analyse tine significative. De me
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Arazm FARHANGFAR et al.
assessment of resorption is highly subjective. Despite the use of standardized assessment criteria, there were still some statistically significant McNemar’s test P-values and some relatively low raw agreement measures of intra-examiner reliability. There are several limitations associated with our study. First, as aforementioned assessment of bone resorption is a subjective process. Direct visualization of bone resorption in the palatal surface is almost impossible due to the surgery itself of inserting and retrieving the onplants and miniscrews. Although we have attempted to control for this by using a standardized criteria, some degree of subjectivity remains. Secondly, our morphometric analysis did not take into account any change in palate size. During the expansion treatment, the palate did change in size by widening thus this change could sometimes be mistaken for resorption especially if the resorption was very mild.
sorption individuelle, l’e valuation visuelle de la de la re sorption est tre s subjective. Malgre l’utilisation de crite res re valuation standardise s, nous avons trouve des valeurs p d’e statistiquement significatives avec le test de McNemar et quelques accords statistiques relativement faibles en ce qui con intra-examinateur. cerne la fiabilite tude comporte plusieurs limitations. D’abord, comme Notre e ja` signale , l’e valuation de la re sorption nous l’avons de osseuse est un processus subjectif. La visualisation directe sorption osseuse a` la surface du palais est pratiquede la re ment impossible en raison de l’intervention chirurgicale elle^me qui consiste a` inse rer et a` de poser des onplants et des me a` limiter ce contretemps en utiminivis. Nous avons cherche res standardise s mais il subsiste tout de me ^me lisant des crite le ment de subjectivite . Secondement, notre analyse morun e trique n’a pas tenu compte des changements possibles phome aux dimensions du palais. Pendant la disjonction, le palais largi, changement qui pourrait e ^tre mis s’est effectivement e sorption surtout si celle-ci e tait tre s sur le compte de la re ge re. le
Conclusion
Conclusion
This study has examined the effects of BAME treatment on palatal cortical bone in adolescent patients. We confirmed treatment effectiveness and compared individual and mean palatal shapes to determine whether significant resorption had occurred. Our findings are summarized as follows:
tude a porte e sur l’impact du traitement avec dispositif Cette e BAME sur l’os cortical du palais chez des patients adoles l’efficacite du traitement et cents. Nous avons confirme les formes de palais individuelles et moyennes afin compare terminer si une quantite de re sorption significative s’e tait de de sultats peuvent se re sumer comme suit : produite. Nos re * apre s le traitement BAME, aucune re sorption osseuse sig te releve e sur les images CBCT ; nificative n’a e * aucune modification importante de forme palatine n’a e te e entre T1 et T2 dans aucun des deux groupes, de observe ne rale et au niveau individuel. fa¸con ge En conclusion, les cliniciens ne devraient pas envisager la surviter une expansion ou la sur-activation de l’appareil afin d’e ventuelle re sorption osseuse des plaques palatines mais e ^t compenser une re cidive future du re sultat final de pluto l’expansion maxillaire.
after BAME treatment, no significant bone resorption was visible in the CBCT images; * no gross differences in palatal shape were identified between T1 and T2 in either group, overall and on an individual level. *
In conclusion, clinicians should not consider overexpansion or overactivation of the appliance to counteract possible bone resorption of the palatal plates but to compensate for future relapse of the end results of maxillary expansion.
Disclosure of interest
claration d’inte re ^ts De
The authors declare that they have no conflicts of interest concerning this article.
clarent ne pas avoir de conflits d’inte re ^ ts en Les auteurs de relation avec cet article
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Palatal bone resorption in bone-anchored maxillary expander treatment
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