Journal of Orofacial Orthopedics Fortschritte der Kieferorthopädie
Original article
Bone condition of the maxillary zygomatic process prior to orthodontic anchorage plate fixation Knöcherne Verhältnisse am Processus zygomaticus der Maxilla in Hinblick auf kieferorthopädische Verankerungsplatten Thomas-Michael Präger1 · Hans Georg Brochhagen2 · Robert Mischkowski3 · Paul-Georg Jost-Brinkmann1 · Ralf Müller-Hartwich1
Abstract
Zusammenfassung
Objectives. The clinical success of orthodontic miniplates depends on the stability of the miniscrews used for fixation. For good stability, it is essential that the application site provides enough bone of good quality. This study was performed to analyze the amount of bone available for orthodontic miniplates in the zygomatic process of the maxilla. Methods. We examined 51 dental CT scans (Somatom Plus 4; Siemens, Erlangen, Germany) obtained from 51 fully dentate adult patients (mean age 24.0±8.1 years; 27 male and 24 female) prior to third molar surgery. The amount of bone in the zygomatic process region at the level of the first molar root tips and at several other cranial levels as far as 15 mm from the root tips was measured Results. Bone thickness at the root tip level averaged 4.1±1.0 mm; the lowest value measured at this level in any of the patients was 2.7 mm. Bone thickness averaged 8.3±1.0 mm at 15 mm cranial to the root tips; 6.9 mm was the lowest value. Conclusion. The zygomatic process appears to provide sufficient bone to accommodate screws for miniplate fixation. While some patients may possess a borderline amount of bone at more caudal levels, lack of volume is not a problem near the zygomatic bone.
Ziel. Der klinische Erfolg kieferorthopädischer Verankerungsplatten ist von der Stabilität der sie befestigenden Minischrauben abhängig. Entscheidende Faktoren sind das Angebot und die Qualität des Knochens am Anwendungsort. Ziel dieser Untersuchung war es, das Knochenangebot im Bereich des Processus zygomaticus der Maxilla im Hinblick auf kieferorthopädische Verankerungsplatten zu untersuchen. Patienten und Methodik. 51 Dental-CTs (Somatom Plus 4, Siemens, Erlangen, Deutschland), die zur präoperativen Diagnostik vor Weisheitszahnosteotomie bei 51 voll bezahnten erwachsenen Patienten angefertigt worden waren (Durchschnittsalter 24,0±8,1 Jahre, 27 Männer, 24 Frauen), konnten ausgewertet werden. Bei allen CTs wurde das Knochenangebot im Bereich des Processus zygomaticus ausgehend von der Höhe der Apices der ersten Molaren bis zu einem Abstand von 15 mm von den Wurzelspitzen bestimmt. Ergebnisse. Die durchschnittliche Knochenstärke betrug 4,1±1,0 mm auf der Höhe der Wurzelspitzen, das Minimum war 2,7 mm. 15 mm kranial der Wurzelspitzen erreichte die Knochenstärke im Durchschnitt 8,3±1,0 mm, der geringste gemessene Wert war dort 6,9 mm. Schlussfolgerung. Das Knochenangebot erscheint ausreichend für Minischrauben zur Plattenverankerung. Obgleich die Knochenstärke im kaudalen Anteil bei einigen Patienten kritisch sein kann, ist das Angebot in Jochbeinnähe hinreichend.
Keywords Computed tomography · Maxilla · Cortical anchorage · Miniplates · Radiation
Schlüsselwörter 1
Department of Orthodontics, Dentofacial Orthopedics and Pedodontics, Charité - University Medicine Berlin, Berlin 2 Department of Radiology, University of Cologne, Cologne 3 Department of Oral and Maxillofacial Surgery, University of Cologne, Cologne Received: 23 December 2013; accepted: 4 April 2014; published online: 26 November 2014
Computertomographie · Maxilla · Kortikale Verankerung · Verankerungsplatten · Bestrahlung
J Orofac Orthop 2014; 76:3-13 DOI 10.1007/s00056-014-0261-5
J Orofac Orthop 2015 · No. 1 © Springer-Verlag Berlin Heidelberg
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Präger et al. Knöcherne Verhältnisse am Processus zygomaticus
Introduction
Einleitung
Since the turn of the millennium, some conventional techniques of orthodontic anchorage have been replaced or at least reasonably complemented by cortical anchorage. Depending on the indications, these can comprise the use of screws, plates or implants [47]. There is evidence that anchorage plates trigger the movement of single, or groups of teeth, particularly when treating open bite [21]. Furthermore, they have recently succeeded in helping to influence the position of craniofacial bones, with the treatment of skeletal class III considered particularly important. Miniplates were used to treat maxillary retrognathism with intraoral class III elastics to exert anterocaudally directed force in the infrazygomatic crest area [4]. The age at which miniplates should be inserted for anchorage is determined by the kind of orthodontic treatment. They have succeeded in 9-year-olds with skeletal class III [4], as well as in 53-year-old patients requiring the movement of specific groups of teeth [16]. The clinical success of miniplates depends on how stable the miniscrews used for fixation are. Secure, stable fixation requires enough bone of good quality [17, 34]. Previous studies, most of which relied on cone beam CT scans, assessed the bone structure’s suitability at the alveolar process for accommodation of cortical miniscrews. Precise data obtained by this technology are available on bone volume and nearby structures, such as the dental roots and maxillary sinus [19, 39]. Bone condition in the zygomatic process has been studied less extensively and when it has been, then mainly to address surgical questions. Maxillofacial surgeons describe it as a donor site for bone grafts and have contributed figures on its volume [26]. The zygomatic process has also been adequately evaluated and described in conjunction with miniplate osteosynthesis in cases of fracture of the zygomatic bone and maxilla [20]. Orthodontists have found the region well-suited for single cortical screws and have furnished data on the bone volume available for such application [5, 36]. However, these studies have not looked beyond the alveolar process and its immediate vicinity, as single screws are often associated with soft tissue complications when inserted into mobile mucosa. Miniplates, by contrast, may extend much further cranially, since they can be positioned to penetrate the mucosa within attached mucosa, even when placed at a greater distance. The zygomatic process region’s dimensions have been determined by spiral CT, cone beam CT and by taking measurements of the anatomical specimens themselves. Yates et al. [49] documented the lowest bone volume (mean 2.1 mm) in the oldest patient sample. Radiographic studies have revealed a range of 5.0–11.48 mm, whereas Farnsworth et al. [22] only specified cortical thickness. An overview of these studies is provided in Tab. 1. High-resolution CT is a suitable technology to evaluate bone condition [23], enabling clinicians to visualize anatomical details without superimposition, distortion or projection errors [27]. CT scans also enable the accurate measurement of bony jaw segments [11, 29, 40]. The aim of this study was to retro-
Die kortikale Verankerung hat seit der Jahrtausendwende konventionelle kieferorthopädische Verankerungsmethoden teilweise abgelöst oder zumindest sinnvoll ergänzt. Zu diesem Zweck werden je nach Indikation und Insertionsgebiet Schrauben, Platten oder Implantate eingesetzt [47]. Der Gebrauch von Verankerungsplatten wurde in der Kieferorthopädie zum Bewegen einzelner Zähne oder von Zahngruppen beschrieben, insbesondere bei der Behandlung des offenen Bisses [21]. Abgesehen vom Vorteil einer stabilen Verankerung für die Zahnbewegung, wurde jüngst auch über Behandlungen berichtet, bei denen mit ihrer Hilfe die Lage der Gesichtsschädelknochen beeinflusst wurde. Eine besondere Relevanz kommt dabei der Therapie der skelettalen Klasse III zu. Bei einer maxillären Retrognathie wurde mittels Miniplatten im Bereich der Crista zygomatico-alveolaris eine nach anterior-kaudal gerichtete Kraft mithilfe intraoraler Klasse-III-Gummizüge auf den Oberkiefer übertragen [15]. Das Alter der Patienten, bei denen Verankerungsplatten eingesetzt werden folgt der kieferorthopädischen Behandlungsaufgabe. Für die Korrektur einer skelettalen Klasse III wurden Platten bereits bei Patienten im Alter von 9 Jahren eingesetzt [4], für die Bewegung einzelner Zahngruppen oder Zähne betrug das Alter über 50 Jahre [16]. Folglich kann festgestellt werden, dass Verankerungsplatten bisher erfolgreich von 9 bis 53 Jahren appliziert wurden. Der klinische Erfolg kieferorthopädischer Verankerungsplatten ist von der Stabilität der sie befestigenden Minischrauben abhängig. Deren Stabilität basiert maßgeblich auf dem Knochenangebot und dessen Qualität im Insertionsgebiet [17, 34]. Das Knochenangebot im Alveolarfortsatz und seine Eignung für die Aufnahme kortikaler Verankerungsschrauben wurden bereits untersucht. Dabei wurden die Messungen meist auf der Basis von digitaler Volumentomographie durchgeführt und präzise Angaben zum verfügbaren Knochen sowie zu benachbarten Strukturen, wie den Zahnwurzeln oder der Kieferhöhle, gemacht [19, 39]. Die knöchernen Verhältnisse im Bereich des Processus zygomaticus der Maxilla wurden bisher seltener und vor allem unter chirurgischen Aspekten untersucht. Studien aus dem Gebiet der Mund-Kiefer-Gesichts-Chirurgie beschreiben das Gebiet als Reservoir für Knochentransplantate und machen Angaben über das verfügbare Knochenvolumen [26]. Auch die Nutzung des Bereichs für die Miniplattenosteosynthese bei Frakturen des Jochbeins und des Oberkiefers ist hinlänglich untersucht und beschrieben worden [20]. In der kieferorthopädischen Literatur wurde der Region eine gute Eignung zur Aufnahme einzelner kortikaler Verankerungsschrauben testiert, und man findet Angaben zum Knochenangebot für kortikale Verankerungsschrauben [5, 36]. Da einzelne Schrauben im Bereich der beweglichen Schleimhaut häufig mit Weichgewebskomplikationen einhergehen, beschränken sich die Untersuchungen auf den Alveolarfortsatz und das unmittelbar angrenzende Gebiet. Das für Verankerungsplatten relevante Gebiet reicht jedoch viel weiter nach kranial, da der Durchtrittsort einer Verankerungs-
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J Orofac Orthop 2015 · No. 1 © Springer-Verlag Berlin Heidelberg
Präger et al. Bone volume of the zygomatic process
Tab. 1 Important publications on bone thickness in the region of the maxillary zygomatic process Tab. 1 Wichtige Literaturstellen zur Knochenstärke im Bereich des Processus zygomaticus der Maxilla Study
No. participants
Gender Age (years)
Ethnic
Method
Bone thickness (mm)
Angle class
Orthodontic treatment
Baumgaertel and Hans [5] Farnsworth et al. [22]
29
26♂ 3♀ 26♂ 26♀
30.1±10.8
No information
11.48±1.92
No information
No information No information
No hint
11–16 and 20–45
Cadaver CBCT CBCT
Lee et al. [7]
16
7♂ 9♀
11.4 10–13
Asian
Spiral CT
III: 16
Liou et al. [36]
16
10♂ 6♀
27.0±5.2
Asian
Spiral CT
No information
Before anchorage plates No information
Yates et al. [49]
59
31♂ 28♀
22–92 Average 72
54 Caucasian 5 Afro-american
Cadaver, direct measurement
No information
No information
52
Cortical bone 1.44±0.39 1.58±0.34 5.0
5.2±1.1 8.8±2.3, depending on angle 2.10 [1.84–2.39]
Pre-orthodontics
CBCT cone beam CT.
spectively evaluate the volume of bone in the region of the zygomatic process according to existing CT datasets and to determine the suitability of those sites for orthodontic miniplate insertion.
Patients and methods Patients
Our inclusion criteria applied to 78 patients who had undergone dental CT prior to surgical third molar extraction. Only patients of Caucasian descent were included. All included patients were fully dentate as far as the molars (including all incisors and canines, at least one adjacent premolar per quadrant, and the first and second molars) and had available CT scans providing a complete view of the zygomatic process up to the zygomatic bone. Any orthodontic treatment had to have been completed at least 2 years previously. Patients presenting any evidence of systemic skeletal disease were excluded. A total of 51 patients were enrolled based on these criteria, including 24 females and 27 males, aged 23.2±8.5 years (16.0–52.2 years) and 24.0±7.1 years(16.6–47.4 years) at the time of the examinations, respectively. Total age regardless of gender was 24.0±8.1 years. Data were collected in accordance with the Declaration of Helsinki and all patients had consented to their data being used for scientific purposes. While spiral CT technology, on which all of our study data are based, does involve radiation exposure, our retrospective design meant that we used only preexisting datasets, so that no study patient was subjected to any extra radiation for study purposes.
CT scans
All scans had been obtained using a multislice spiral CT unit (Somatom Plus 4; Siemens, Erlangen, Germany) under standard conditions between 1997 and 2000. A lateral topogram was obtained first, followed by the main examination (slice
platte durch die Schleimhaut auch bei einer weiter entfernten Platzierung in den Bereich der befestigten Schleimhaut gelegt werden kann. Für den Bereich des Processus zygomaticus der Maxilla finden sich in der Literatur Werte, die mittels Spiralcomputertomographie, Digitaler Volumentomographie oder Direktmessungen an anatomischen Präparaten ermittelt wurden. Der zur Verfügung stehende Knochen ist bei Yates et al. [49] mit durchschnittlich 2,1 mm am geringsten, ihr Patientenkollektiv am ältesten. Die radiologischen Studien berichten über Werte zwischen 5,0 und 11,48 mm. Bei der Studie von Farnsworth et al. [22] wurden nur Angaben zu Kortikalisstärke gemacht. Eine Zusammenfassung findet sich in Tab. 1. Eine geeignete Methode zur Beurteilung knöcherner Verhältnisse ist die hochauflösende Computertomographie (CT; [23]). Sie ermöglicht eine überlagerungsfreie Darstellung anatomischer Details und weist keine Verzerrungs- und Projektionsfehler auf [27]. Das Verfahren erlaubt auch eine präzise Vermessung knöcherner Kieferabschnitte [11, 29, 40]. Ziel dieser Studie war es, retrospektiv anhand vorhandener computertomographischer Daten eine Beurteilung des Knochenangebots im Bereich des Processus zygomaticus der Maxilla vorzunehmen und die Frage nach der Eignung des Gebietes für kieferorthopädische Verankerungsplatten zu beantworten.
Patienten und Methodik Patienten
Aus einer Gruppe von 78 Patienten, bei denen zur Planung der operativen Entfernung dritter Molaren eine Dental-CT durchgeführt worden war, wurden jene Patienten ausgewählt, die folgende Einschlusskriterien erfüllten: kaukasische Herkunft, vollständige Bezahnung bis zu den Molaren (alle Schneidezähne, Eckzähne und mindestens ein benachbarter Prämolar je Quadrant, erste und zweite Molaren vorhanden), ausreichende Qualität der computertomographischen Bilder mit
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Präger et al. Knöcherne Verhältnisse am Processus zygomaticus
Tab. 2 Bone thickness in the zygomatic process according to gender. Mean values (in mm) are presented with standard deviations and ranges
(mm). The p-values refer to the comparison between genders Tab. 2 Knochenstärke im Processus zygomaticus. Darstellung von Mittelwerten (mm), Standardabweichungen und Extremwerten, nach Geschlecht getrennt. Die p-Werte beziehen sich auf den Vergleich zwischen den Geschlechtern
Females
Distance from apices (mm) Mean thickness Standard deviation Maximum Minimum p-value
0 3.9 0.9 6.2 2.7 0.112
Males 5 5.5 1.1 8.1 4.1 0.383
10 7.1 0.9 8.9 5.7 0.384
15 8.2 1.0 9.7 6.9 0.376
0 4.3 1.0 6.2 2.8
5 5.8 1.0 7.7 4
10 7.3 0.8 8.6 5.8
15 8.4 0.8 9.8 6.9
Tab. 3 Bone thickness in the zygomatic process according to Angle classes. Mean values (in mm) are presented with standard deviations and
ranges (mm) Tab. 3 Darstellung von Mittelwerten (mm), Standardabweichungen und Extremwerten, nach Angle-Klassen getrennt Angle class n Distance from apices Mean Standard deviation Maximum Minimum Angle class n Distance from apices Mean Standard deviation Maximum Minimum
I 40 0 4.1 1.0 6.2 2.7 II/2 2 0 3.6 0.6 4 3.1
5 5.6 1.1 8.1 4 5 5.8 0.6 6.2 5.4
10 7.2 0.8 8.9 5.7 10 7.2 0.8 7.7 6.6
thickness: 1 mm; table feed: 2 mm per rotation; no gantry tilting). For the image reconstruction interval, 1 mm increments were used. Images were computed based on a high-resolution, edge-emphasizing algorithm (AH 82) and the images were stored in a bone window (window 3000 HE, center 600 HE). Scans were conducted parallel to the occlusal plane from the zygomatic bone to the chin, so that the region of interest (i.e. the zygomatic process) could be viewed in its entirety. The resultant 2D datasets were used for multiplanar reconstructions with a layer thickness of 1 mm parallel to the occlusal plane. A 3D workstation (MagicView; Siemens) was used for analysis.
Measurements
These were taken by a radiologist with no knowledge of patient histories, gender or age. A MagicView workstation (Software version VA31Cs, Siemens) was used for measurements inside the bone window to identify the maximum distance between the lateral and medial bone surfaces of the zygomatic process on the axial slices (Fig. 1). After defining an endpoint at the lateral boundary, we drew a line perpendicular to the lateral surface to the most medial point on the bone. That dis-
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15 8.3 0.9 9.8 6.9 15 8.4 0.7 8.9 7.9
II/1 8 0 4.3 1.0 6.2 2.8 III 1 0 3.8 0 3.8 3.8
5 5.9 1.1 7.2 4.5 5 5.8 0 5.8 5.8
10 7.2 1.0 8.3 5.9 10 6.3 0 6.3 6.3
15 8.5 1.3 9.7 6.9 15 7.4 0 7.4 7.4
vollständiger Darstellung des Processus zygomaticus der Maxilla bis zum Jochbein. Wurde eine kieferorthopädische Behandlung durchgeführt, so sollte deren Abschluss mindestens 2 Jahre zurückliegen. Es durfte kein Anhalt für systemische Erkrankungen des skelettalen Systems bestehen. Nach Anwendung der Einschlusskriterien konnten 51 Patienten einbezogen werden. Das Durchschnittsalter dieser Patienten (27 Männer, 24 Frauen) lag bei 24,0±8,1 Jahren zum Zeitpunkt der Untersuchung. Das Durchschnittsalter der 24 weiblichen Patienten lag bei 23,2±8,5 Jahren, das der 27 männlichen Patienten bei 24,0±7,1 Jahren. Die jüngste Patientin war 16,0 Jahre alt, die älteste 52,2 Jahre, der jüngste männliche Patient war 16,6 Jahre, der älteste 47,4 Jahre. Alle Daten wurden in Einklang mit der Deklaration von Helsinki erhoben, von jedem Patienten lag eine Einverständniserklärung zur Nutzung der Daten für wissenschaftliche Zwecke vor. Die hier vorgestellten Daten wurden durch Spiral-CT ermittelt, einer Methode, die mit Strahlenbelastung verbunden ist. Da in dieser Untersuchung retrospektiv gearbeitet wurde und auf bestehende Datensätze zurückgegriffen werden konnte, wurde kein Patient einer zusätzlichen Strahlenbelastung ausgesetzt.
Präger et al. Bone volume of the zygomatic process
Fig. 2 9 Horizontal CT view including a yellow line indicating the relevant bone volume in this specific axial slice Abb. 2 9 CT-Bild in horizontaler Schichtung. Die gelbe Linie zeigt das relevante Knochenvolumen in diesem spezifischen axialen Schnitt Fig. 1 8 Anatomical specimen illustrating the zygomatic process for potential positioning of an orthodontic miniplate. Note the scale indicating the levels of measurement (mm) relative to the root tip of the first molar Abb. 1 8 Anatomisches Präparat zur Veranschaulichung der Lage des Processus zygomaticus und der möglichen Lage einer kieferorthopädischen Verankerungsplatte. Zur Orientierung ist eine Skala eingefügt, die den Abstand vom Sechsjahrmolaren in Millimetern veranschaulichen soll
tance was displayed and recorded in millimeters. Measurements were taken on axial slices starting at the most caudal level (where the first molar root tips were visible) and proceeding to more cranial (5, 10 and 15 mm) levels (Fig. 2).
Statistical analysis
Mean values, standard deviations and minimum/maximum values were determined separately for each gender at each measurement site. We carried out the Shapiro–Wilk test with each group’s data to determine whether the data were distributed normally. As the t-test for dependent samples had revealed no significant side-specific differences, we averaged each patient’s right and left values and applied the two-sample t-test for independent samples in order to assess gender-specific significances based on all averaged values. Differences were considered significant at p
Original article
Bone condition of the maxillary zygomatic process prior to orthodontic anchorage plate fixation Knöcherne Verhältnisse am Processus zygomaticus der Maxilla in Hinblick auf kieferorthopädische Verankerungsplatten Thomas-Michael Präger1 · Hans Georg Brochhagen2 · Robert Mischkowski3 · Paul-Georg Jost-Brinkmann1 · Ralf Müller-Hartwich1
Abstract
Zusammenfassung
Objectives. The clinical success of orthodontic miniplates depends on the stability of the miniscrews used for fixation. For good stability, it is essential that the application site provides enough bone of good quality. This study was performed to analyze the amount of bone available for orthodontic miniplates in the zygomatic process of the maxilla. Methods. We examined 51 dental CT scans (Somatom Plus 4; Siemens, Erlangen, Germany) obtained from 51 fully dentate adult patients (mean age 24.0±8.1 years; 27 male and 24 female) prior to third molar surgery. The amount of bone in the zygomatic process region at the level of the first molar root tips and at several other cranial levels as far as 15 mm from the root tips was measured Results. Bone thickness at the root tip level averaged 4.1±1.0 mm; the lowest value measured at this level in any of the patients was 2.7 mm. Bone thickness averaged 8.3±1.0 mm at 15 mm cranial to the root tips; 6.9 mm was the lowest value. Conclusion. The zygomatic process appears to provide sufficient bone to accommodate screws for miniplate fixation. While some patients may possess a borderline amount of bone at more caudal levels, lack of volume is not a problem near the zygomatic bone.
Ziel. Der klinische Erfolg kieferorthopädischer Verankerungsplatten ist von der Stabilität der sie befestigenden Minischrauben abhängig. Entscheidende Faktoren sind das Angebot und die Qualität des Knochens am Anwendungsort. Ziel dieser Untersuchung war es, das Knochenangebot im Bereich des Processus zygomaticus der Maxilla im Hinblick auf kieferorthopädische Verankerungsplatten zu untersuchen. Patienten und Methodik. 51 Dental-CTs (Somatom Plus 4, Siemens, Erlangen, Deutschland), die zur präoperativen Diagnostik vor Weisheitszahnosteotomie bei 51 voll bezahnten erwachsenen Patienten angefertigt worden waren (Durchschnittsalter 24,0±8,1 Jahre, 27 Männer, 24 Frauen), konnten ausgewertet werden. Bei allen CTs wurde das Knochenangebot im Bereich des Processus zygomaticus ausgehend von der Höhe der Apices der ersten Molaren bis zu einem Abstand von 15 mm von den Wurzelspitzen bestimmt. Ergebnisse. Die durchschnittliche Knochenstärke betrug 4,1±1,0 mm auf der Höhe der Wurzelspitzen, das Minimum war 2,7 mm. 15 mm kranial der Wurzelspitzen erreichte die Knochenstärke im Durchschnitt 8,3±1,0 mm, der geringste gemessene Wert war dort 6,9 mm. Schlussfolgerung. Das Knochenangebot erscheint ausreichend für Minischrauben zur Plattenverankerung. Obgleich die Knochenstärke im kaudalen Anteil bei einigen Patienten kritisch sein kann, ist das Angebot in Jochbeinnähe hinreichend.
Keywords Computed tomography · Maxilla · Cortical anchorage · Miniplates · Radiation
Schlüsselwörter 1
Department of Orthodontics, Dentofacial Orthopedics and Pedodontics, Charité - University Medicine Berlin, Berlin 2 Department of Radiology, University of Cologne, Cologne 3 Department of Oral and Maxillofacial Surgery, University of Cologne, Cologne Received: 23 December 2013; accepted: 4 April 2014; published online: 26 November 2014
Computertomographie · Maxilla · Kortikale Verankerung · Verankerungsplatten · Bestrahlung
J Orofac Orthop 2014; 76:3-13 DOI 10.1007/s00056-014-0261-5
J Orofac Orthop 2015 · No. 1 © Springer-Verlag Berlin Heidelberg
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Präger et al. Knöcherne Verhältnisse am Processus zygomaticus
Introduction
Einleitung
Since the turn of the millennium, some conventional techniques of orthodontic anchorage have been replaced or at least reasonably complemented by cortical anchorage. Depending on the indications, these can comprise the use of screws, plates or implants [47]. There is evidence that anchorage plates trigger the movement of single, or groups of teeth, particularly when treating open bite [21]. Furthermore, they have recently succeeded in helping to influence the position of craniofacial bones, with the treatment of skeletal class III considered particularly important. Miniplates were used to treat maxillary retrognathism with intraoral class III elastics to exert anterocaudally directed force in the infrazygomatic crest area [4]. The age at which miniplates should be inserted for anchorage is determined by the kind of orthodontic treatment. They have succeeded in 9-year-olds with skeletal class III [4], as well as in 53-year-old patients requiring the movement of specific groups of teeth [16]. The clinical success of miniplates depends on how stable the miniscrews used for fixation are. Secure, stable fixation requires enough bone of good quality [17, 34]. Previous studies, most of which relied on cone beam CT scans, assessed the bone structure’s suitability at the alveolar process for accommodation of cortical miniscrews. Precise data obtained by this technology are available on bone volume and nearby structures, such as the dental roots and maxillary sinus [19, 39]. Bone condition in the zygomatic process has been studied less extensively and when it has been, then mainly to address surgical questions. Maxillofacial surgeons describe it as a donor site for bone grafts and have contributed figures on its volume [26]. The zygomatic process has also been adequately evaluated and described in conjunction with miniplate osteosynthesis in cases of fracture of the zygomatic bone and maxilla [20]. Orthodontists have found the region well-suited for single cortical screws and have furnished data on the bone volume available for such application [5, 36]. However, these studies have not looked beyond the alveolar process and its immediate vicinity, as single screws are often associated with soft tissue complications when inserted into mobile mucosa. Miniplates, by contrast, may extend much further cranially, since they can be positioned to penetrate the mucosa within attached mucosa, even when placed at a greater distance. The zygomatic process region’s dimensions have been determined by spiral CT, cone beam CT and by taking measurements of the anatomical specimens themselves. Yates et al. [49] documented the lowest bone volume (mean 2.1 mm) in the oldest patient sample. Radiographic studies have revealed a range of 5.0–11.48 mm, whereas Farnsworth et al. [22] only specified cortical thickness. An overview of these studies is provided in Tab. 1. High-resolution CT is a suitable technology to evaluate bone condition [23], enabling clinicians to visualize anatomical details without superimposition, distortion or projection errors [27]. CT scans also enable the accurate measurement of bony jaw segments [11, 29, 40]. The aim of this study was to retro-
Die kortikale Verankerung hat seit der Jahrtausendwende konventionelle kieferorthopädische Verankerungsmethoden teilweise abgelöst oder zumindest sinnvoll ergänzt. Zu diesem Zweck werden je nach Indikation und Insertionsgebiet Schrauben, Platten oder Implantate eingesetzt [47]. Der Gebrauch von Verankerungsplatten wurde in der Kieferorthopädie zum Bewegen einzelner Zähne oder von Zahngruppen beschrieben, insbesondere bei der Behandlung des offenen Bisses [21]. Abgesehen vom Vorteil einer stabilen Verankerung für die Zahnbewegung, wurde jüngst auch über Behandlungen berichtet, bei denen mit ihrer Hilfe die Lage der Gesichtsschädelknochen beeinflusst wurde. Eine besondere Relevanz kommt dabei der Therapie der skelettalen Klasse III zu. Bei einer maxillären Retrognathie wurde mittels Miniplatten im Bereich der Crista zygomatico-alveolaris eine nach anterior-kaudal gerichtete Kraft mithilfe intraoraler Klasse-III-Gummizüge auf den Oberkiefer übertragen [15]. Das Alter der Patienten, bei denen Verankerungsplatten eingesetzt werden folgt der kieferorthopädischen Behandlungsaufgabe. Für die Korrektur einer skelettalen Klasse III wurden Platten bereits bei Patienten im Alter von 9 Jahren eingesetzt [4], für die Bewegung einzelner Zahngruppen oder Zähne betrug das Alter über 50 Jahre [16]. Folglich kann festgestellt werden, dass Verankerungsplatten bisher erfolgreich von 9 bis 53 Jahren appliziert wurden. Der klinische Erfolg kieferorthopädischer Verankerungsplatten ist von der Stabilität der sie befestigenden Minischrauben abhängig. Deren Stabilität basiert maßgeblich auf dem Knochenangebot und dessen Qualität im Insertionsgebiet [17, 34]. Das Knochenangebot im Alveolarfortsatz und seine Eignung für die Aufnahme kortikaler Verankerungsschrauben wurden bereits untersucht. Dabei wurden die Messungen meist auf der Basis von digitaler Volumentomographie durchgeführt und präzise Angaben zum verfügbaren Knochen sowie zu benachbarten Strukturen, wie den Zahnwurzeln oder der Kieferhöhle, gemacht [19, 39]. Die knöchernen Verhältnisse im Bereich des Processus zygomaticus der Maxilla wurden bisher seltener und vor allem unter chirurgischen Aspekten untersucht. Studien aus dem Gebiet der Mund-Kiefer-Gesichts-Chirurgie beschreiben das Gebiet als Reservoir für Knochentransplantate und machen Angaben über das verfügbare Knochenvolumen [26]. Auch die Nutzung des Bereichs für die Miniplattenosteosynthese bei Frakturen des Jochbeins und des Oberkiefers ist hinlänglich untersucht und beschrieben worden [20]. In der kieferorthopädischen Literatur wurde der Region eine gute Eignung zur Aufnahme einzelner kortikaler Verankerungsschrauben testiert, und man findet Angaben zum Knochenangebot für kortikale Verankerungsschrauben [5, 36]. Da einzelne Schrauben im Bereich der beweglichen Schleimhaut häufig mit Weichgewebskomplikationen einhergehen, beschränken sich die Untersuchungen auf den Alveolarfortsatz und das unmittelbar angrenzende Gebiet. Das für Verankerungsplatten relevante Gebiet reicht jedoch viel weiter nach kranial, da der Durchtrittsort einer Verankerungs-
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J Orofac Orthop 2015 · No. 1 © Springer-Verlag Berlin Heidelberg
Präger et al. Bone volume of the zygomatic process
Tab. 1 Important publications on bone thickness in the region of the maxillary zygomatic process Tab. 1 Wichtige Literaturstellen zur Knochenstärke im Bereich des Processus zygomaticus der Maxilla Study
No. participants
Gender Age (years)
Ethnic
Method
Bone thickness (mm)
Angle class
Orthodontic treatment
Baumgaertel and Hans [5] Farnsworth et al. [22]
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26♂ 3♀ 26♂ 26♀
30.1±10.8
No information
11.48±1.92
No information
No information No information
No hint
11–16 and 20–45
Cadaver CBCT CBCT
Lee et al. [7]
16
7♂ 9♀
11.4 10–13
Asian
Spiral CT
III: 16
Liou et al. [36]
16
10♂ 6♀
27.0±5.2
Asian
Spiral CT
No information
Before anchorage plates No information
Yates et al. [49]
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31♂ 28♀
22–92 Average 72
54 Caucasian 5 Afro-american
Cadaver, direct measurement
No information
No information
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Cortical bone 1.44±0.39 1.58±0.34 5.0
5.2±1.1 8.8±2.3, depending on angle 2.10 [1.84–2.39]
Pre-orthodontics
CBCT cone beam CT.
spectively evaluate the volume of bone in the region of the zygomatic process according to existing CT datasets and to determine the suitability of those sites for orthodontic miniplate insertion.
Patients and methods Patients
Our inclusion criteria applied to 78 patients who had undergone dental CT prior to surgical third molar extraction. Only patients of Caucasian descent were included. All included patients were fully dentate as far as the molars (including all incisors and canines, at least one adjacent premolar per quadrant, and the first and second molars) and had available CT scans providing a complete view of the zygomatic process up to the zygomatic bone. Any orthodontic treatment had to have been completed at least 2 years previously. Patients presenting any evidence of systemic skeletal disease were excluded. A total of 51 patients were enrolled based on these criteria, including 24 females and 27 males, aged 23.2±8.5 years (16.0–52.2 years) and 24.0±7.1 years(16.6–47.4 years) at the time of the examinations, respectively. Total age regardless of gender was 24.0±8.1 years. Data were collected in accordance with the Declaration of Helsinki and all patients had consented to their data being used for scientific purposes. While spiral CT technology, on which all of our study data are based, does involve radiation exposure, our retrospective design meant that we used only preexisting datasets, so that no study patient was subjected to any extra radiation for study purposes.
CT scans
All scans had been obtained using a multislice spiral CT unit (Somatom Plus 4; Siemens, Erlangen, Germany) under standard conditions between 1997 and 2000. A lateral topogram was obtained first, followed by the main examination (slice
platte durch die Schleimhaut auch bei einer weiter entfernten Platzierung in den Bereich der befestigten Schleimhaut gelegt werden kann. Für den Bereich des Processus zygomaticus der Maxilla finden sich in der Literatur Werte, die mittels Spiralcomputertomographie, Digitaler Volumentomographie oder Direktmessungen an anatomischen Präparaten ermittelt wurden. Der zur Verfügung stehende Knochen ist bei Yates et al. [49] mit durchschnittlich 2,1 mm am geringsten, ihr Patientenkollektiv am ältesten. Die radiologischen Studien berichten über Werte zwischen 5,0 und 11,48 mm. Bei der Studie von Farnsworth et al. [22] wurden nur Angaben zu Kortikalisstärke gemacht. Eine Zusammenfassung findet sich in Tab. 1. Eine geeignete Methode zur Beurteilung knöcherner Verhältnisse ist die hochauflösende Computertomographie (CT; [23]). Sie ermöglicht eine überlagerungsfreie Darstellung anatomischer Details und weist keine Verzerrungs- und Projektionsfehler auf [27]. Das Verfahren erlaubt auch eine präzise Vermessung knöcherner Kieferabschnitte [11, 29, 40]. Ziel dieser Studie war es, retrospektiv anhand vorhandener computertomographischer Daten eine Beurteilung des Knochenangebots im Bereich des Processus zygomaticus der Maxilla vorzunehmen und die Frage nach der Eignung des Gebietes für kieferorthopädische Verankerungsplatten zu beantworten.
Patienten und Methodik Patienten
Aus einer Gruppe von 78 Patienten, bei denen zur Planung der operativen Entfernung dritter Molaren eine Dental-CT durchgeführt worden war, wurden jene Patienten ausgewählt, die folgende Einschlusskriterien erfüllten: kaukasische Herkunft, vollständige Bezahnung bis zu den Molaren (alle Schneidezähne, Eckzähne und mindestens ein benachbarter Prämolar je Quadrant, erste und zweite Molaren vorhanden), ausreichende Qualität der computertomographischen Bilder mit
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Präger et al. Knöcherne Verhältnisse am Processus zygomaticus
Tab. 2 Bone thickness in the zygomatic process according to gender. Mean values (in mm) are presented with standard deviations and ranges
(mm). The p-values refer to the comparison between genders Tab. 2 Knochenstärke im Processus zygomaticus. Darstellung von Mittelwerten (mm), Standardabweichungen und Extremwerten, nach Geschlecht getrennt. Die p-Werte beziehen sich auf den Vergleich zwischen den Geschlechtern
Females
Distance from apices (mm) Mean thickness Standard deviation Maximum Minimum p-value
0 3.9 0.9 6.2 2.7 0.112
Males 5 5.5 1.1 8.1 4.1 0.383
10 7.1 0.9 8.9 5.7 0.384
15 8.2 1.0 9.7 6.9 0.376
0 4.3 1.0 6.2 2.8
5 5.8 1.0 7.7 4
10 7.3 0.8 8.6 5.8
15 8.4 0.8 9.8 6.9
Tab. 3 Bone thickness in the zygomatic process according to Angle classes. Mean values (in mm) are presented with standard deviations and
ranges (mm) Tab. 3 Darstellung von Mittelwerten (mm), Standardabweichungen und Extremwerten, nach Angle-Klassen getrennt Angle class n Distance from apices Mean Standard deviation Maximum Minimum Angle class n Distance from apices Mean Standard deviation Maximum Minimum
I 40 0 4.1 1.0 6.2 2.7 II/2 2 0 3.6 0.6 4 3.1
5 5.6 1.1 8.1 4 5 5.8 0.6 6.2 5.4
10 7.2 0.8 8.9 5.7 10 7.2 0.8 7.7 6.6
thickness: 1 mm; table feed: 2 mm per rotation; no gantry tilting). For the image reconstruction interval, 1 mm increments were used. Images were computed based on a high-resolution, edge-emphasizing algorithm (AH 82) and the images were stored in a bone window (window 3000 HE, center 600 HE). Scans were conducted parallel to the occlusal plane from the zygomatic bone to the chin, so that the region of interest (i.e. the zygomatic process) could be viewed in its entirety. The resultant 2D datasets were used for multiplanar reconstructions with a layer thickness of 1 mm parallel to the occlusal plane. A 3D workstation (MagicView; Siemens) was used for analysis.
Measurements
These were taken by a radiologist with no knowledge of patient histories, gender or age. A MagicView workstation (Software version VA31Cs, Siemens) was used for measurements inside the bone window to identify the maximum distance between the lateral and medial bone surfaces of the zygomatic process on the axial slices (Fig. 1). After defining an endpoint at the lateral boundary, we drew a line perpendicular to the lateral surface to the most medial point on the bone. That dis-
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15 8.3 0.9 9.8 6.9 15 8.4 0.7 8.9 7.9
II/1 8 0 4.3 1.0 6.2 2.8 III 1 0 3.8 0 3.8 3.8
5 5.9 1.1 7.2 4.5 5 5.8 0 5.8 5.8
10 7.2 1.0 8.3 5.9 10 6.3 0 6.3 6.3
15 8.5 1.3 9.7 6.9 15 7.4 0 7.4 7.4
vollständiger Darstellung des Processus zygomaticus der Maxilla bis zum Jochbein. Wurde eine kieferorthopädische Behandlung durchgeführt, so sollte deren Abschluss mindestens 2 Jahre zurückliegen. Es durfte kein Anhalt für systemische Erkrankungen des skelettalen Systems bestehen. Nach Anwendung der Einschlusskriterien konnten 51 Patienten einbezogen werden. Das Durchschnittsalter dieser Patienten (27 Männer, 24 Frauen) lag bei 24,0±8,1 Jahren zum Zeitpunkt der Untersuchung. Das Durchschnittsalter der 24 weiblichen Patienten lag bei 23,2±8,5 Jahren, das der 27 männlichen Patienten bei 24,0±7,1 Jahren. Die jüngste Patientin war 16,0 Jahre alt, die älteste 52,2 Jahre, der jüngste männliche Patient war 16,6 Jahre, der älteste 47,4 Jahre. Alle Daten wurden in Einklang mit der Deklaration von Helsinki erhoben, von jedem Patienten lag eine Einverständniserklärung zur Nutzung der Daten für wissenschaftliche Zwecke vor. Die hier vorgestellten Daten wurden durch Spiral-CT ermittelt, einer Methode, die mit Strahlenbelastung verbunden ist. Da in dieser Untersuchung retrospektiv gearbeitet wurde und auf bestehende Datensätze zurückgegriffen werden konnte, wurde kein Patient einer zusätzlichen Strahlenbelastung ausgesetzt.
Präger et al. Bone volume of the zygomatic process
Fig. 2 9 Horizontal CT view including a yellow line indicating the relevant bone volume in this specific axial slice Abb. 2 9 CT-Bild in horizontaler Schichtung. Die gelbe Linie zeigt das relevante Knochenvolumen in diesem spezifischen axialen Schnitt Fig. 1 8 Anatomical specimen illustrating the zygomatic process for potential positioning of an orthodontic miniplate. Note the scale indicating the levels of measurement (mm) relative to the root tip of the first molar Abb. 1 8 Anatomisches Präparat zur Veranschaulichung der Lage des Processus zygomaticus und der möglichen Lage einer kieferorthopädischen Verankerungsplatte. Zur Orientierung ist eine Skala eingefügt, die den Abstand vom Sechsjahrmolaren in Millimetern veranschaulichen soll
tance was displayed and recorded in millimeters. Measurements were taken on axial slices starting at the most caudal level (where the first molar root tips were visible) and proceeding to more cranial (5, 10 and 15 mm) levels (Fig. 2).
Statistical analysis
Mean values, standard deviations and minimum/maximum values were determined separately for each gender at each measurement site. We carried out the Shapiro–Wilk test with each group’s data to determine whether the data were distributed normally. As the t-test for dependent samples had revealed no significant side-specific differences, we averaged each patient’s right and left values and applied the two-sample t-test for independent samples in order to assess gender-specific significances based on all averaged values. Differences were considered significant at p
