Le vecteur de force se déplace du bras à l’esprit : l’emploi de la technologie informatique...

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� 2010 CEOPublished by / Edite par Elsevier Masson SAS

All rights reserved / Tous droits reserves

A shift of force vector from arm to brain: 3Dcomputer technology in orthodontictreatment management§

Le vecteur de force se d�eplace du bras �a l’esprit :l’emploi de la technologie informatique 3D dans lagestion du traitement orthodontique

Gabriele VASSURAa,�, Massimiliano VASSURAb, Alessandro BAZZACCHIc,Antonio GRACCOd

aVia XX Settembre 29, 26839 Zelo Buon Persico (Lodi), ItalybVia XX Settembre 29, 26839 Zelo Buon Persico (Lodi), ItalycCorso Europa 10, 10122 Milan, ItalydD�epartement d’orthodontie, Universit�e de Ferrara, Via Montebello 31, 44100 Ferrara, Italy

Available online: 4 March 2010 / Disponible en ligne : 4 mars 2010

SummaryFor many years, we have been witnessing changes in what ittakes to make a good orthodontist. A gradual shift has occurredfrom a manual to a technological approach, from professionalintuition to image-based diagnosis and from craftsmanship tostandardization of materials and procedures. Result-forecast-ing, reproducibility of outcomes, the transfer of, and agreementon, information and the delegation of functions, such are thefuture challenges our profession will have to meet. For manyyears already, information technology has been an indispens-able partner of orthodontists to a point where we can now predicttooth movements in the occlusion and use this information in thecomplex mechanical manufacturing of the appliances requiredto achieve these displacements. Three-dimensional InformationTechnology (3D IT) is opening up new frontiers in this domainallowing the ever-greater use of industrially-manufacturedappliances while respecting the biomechanical field. It hasprovided end-results which are totally positive for orthodonticpatients, as was already the case in implantology andprosthetics.� 2010 CEO. Published by Elsevier Masson SAS. All rightsreserved

R�esum�e

Depuis longtemps, nous assistons au d�eplacement progressifdes crit�eres d�efinissant un bon orthodontiste : du caract�eremanuel �a la technologie, du coup d’œil professionnel audiagnostic par les images, de l’artisanat �a la standardisationdes mat�eriaux et des processus. Pr�evision des r�esultats,reproductibilit�e des mouvements, transfert et individualisationdes informations, d�el�egation des taches : c’est sur ces objec-tifs que nous devons fonder les futurs d�efis de notre profes-sion. La technologie informatique devient un partenaire irrem-placable de l’orthodontiste. Actuellement, elle pr�evisualise lesd�eplacements dentaires dans l’occlusion et elle permetl’�elaboration m�ecanique complexe desmat�eriaux indispensa-bles �a la production de ces d�eplacements. La technologieinformatique 3D (IT 3D) ouvre de nouvelles perspectives enpermettant une construction industrielle des appareillagesorthodontiques et en respectant les donn�ees biom�ecaniquespour des r�esultats finaux tout �a fait positifs pour les patients,comme cela est d�ej�a le cas pour l’implantologie et la proth�ese.

� 2010 CEO. Edite par Elsevier Masson SAS. Tous droitsreserves

§French Translation: Silvia FERRARI.�Correspondence and reprints / Correspondance et tir�es �a part.

e-mail address / Adresse e-mail : [email protected] (Gabriele VASSURA).

International Orthodontics 2010 ; 8 : 46-63doi:10.1016/j.ortho.2009.12.004

mailto: [email protected]

A shift of force vector from arm to brain: 3D computer technology in orthodontic treatment managementLe vecteur de force se d�eplace du bras �a l’esprit : l’emploi de la technologie informatique 3D dans la gestion du traitement orthodontique

Key-words

·Cad/Cam.·Self-ligation.·Individualization.Introduction

The real revolution in orthodontics during the current decadehas been our ability to acquire, process and share 3D images ofevery tooth, of entire arches and even of the patient’s skull.

To achieve these results, we use new technologies involvingradiology, photography, CT-scans and, generally speaking,any form of computer software which can manage variousperipheral appliances [1].The advent of 3D technology has changed orthodontics forever. In future, it will be applied increasingly in all areas ofour profession: research, diagnosis, treatment decisions, com-munication with the patient, checking results, stability, thearchiving of data and even the daily operational and clinicalmanagement of patients.

Likewise, from the theoretical and speculative standpoint, wecan claim that technology has dramatically changed the epis-temology of orthodontics as a science. Technology has broughtwith it new concepts and has helped eliminate ill-foundedconvictions by generating a new body of knowledge in a vir-tuous cycle of progress and culture.How does technology produce a new culture?How does a technical revolution become a cultural revolution?

These changes have come about as our knowledge have grad-ually expanded, thus making technologically feasible whatwas previously considered impossible and, in the process,transforming the very premises on which our knowledge isgenerated. With the implementation of new procedures, weare able to harvest a mass of genuine clinical data which, usinga “bottom-up” process, has changed the very nature of ourdiscipline by making it possible to undertake new experimentsand obtain fresh insights.

However, it should be borne in mind that the possibilitiesopened up by technology should also be beneficial, necessaryand ethical.Henry Ford once said, famously: “It is only when a new tech-nology is available to everyone that we can talk of realprogress”.

We might add that a given technology only becomes realitywhen it:— can be understood and used by everyone;— has significant and pressing practical implications;

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Mots-cl�es

·Cad/Cam.

·Auto-liguaturant.·Individualisation.Introduction

La vraie r�evolution des ann�ees 2000 dans le domaine ortho-dontique est repr�esent�ee par la possibilit�e d’acqu�erir,d’�elaborer et de partager des images tridimensionnelles dechaque dent, des arcades enti�eres ou meme du crane dupatient.Pour obtenir ces r�esultats, de nouvelles technologies inter-viennent qui engagent la radiologie, la photographie, les scan-ners et, en g�en�eral, toutes les applications informatiques pou-vant g�erer diff�erents appareillages p�eriph�eriques [1].L’apparition de la technologie tridimensionnelle a chang�el’orthodontie pour toujours et �a jamais. Dans le futur, cettetechnologie concernera de plus en plus toutes les activit�es :la recherche, le diagnostic, les choix relatifs au traitement, lacommunication avec le patient, le controle des r�esultats, lastabilit�e, la mise en archives des donn�es et meme la gestionop�erationnelle et clinique quotidienne du patient.Sur le plan th�eoricosp�eculatif aussi, nous pouvons direque la technologie a chang�e d’une facon draconiennel’�epist�emologie de l’orthodontie en tant que science. La tech-nologie a introduit de nouveaux concepts en contribuant �a�eliminer de fausses convictions et en produisant un nouveausavoir, dans un cercle vertueux de progr�es et de culture.Comment une technologie produit-elle une nouvelle culture ?Comment une r�evolution technique devient-elle une r�evolutionculturelle ?Ces transformations se produisent dans la mesure ou leslimites �a l’int�erieur desquelles le savoir s’est d�evelopp�e, sesont �elargies en rendant techniquement possible ce qui�etait d’abord impossible, et en modifiant le terrain ded�eveloppement du savoir meme. Pendant la mise en œuvrede nouvelles proc�edures, il se produit une moisson dedonn�ees cliniques r�eelles qui, au moyen d’un proc�ed�e dit « debas en haut » (bottom up), modifie l’arch�etype de la connais-sance sp�ecifique en permettant de nouvelles exp�erimenta-tions et de nouvelles donn�ees.Toutefois, il convient de garder �a l’esprit que les possibilit�esoffertes par la technologie devraient �egalement etre utiles,n�ecessaires et �ethiques.Dans une c�el�ebre citation de Henry Ford, il est dit que« seulement quand une nouvelle technologie est disponiblepour tout le monde, nous pouvons parler de v�eritableprogr�es ».Nous pouvons ajouter qu’une technologie devient r�ealit�e seu-lement quand cette technologie :— est compr�ehensible et utilisable par tout le monde ;— a des implications pratiques significatives et auxquellesnous ne pouvons pas renoncer ;

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Gabriele VASSURA et al.

— produces real results which confirm the forecasts;

— reduces working time without sacrificing the quality of theservice provided;— increases profits in equal proportion to the time worked or,alternatively, reduces the cost to the patient;

— standardizes procedures by reducing subjective judgmentsand interpretations to a minimum;

— provides benefits to the patient in terms of time, well-being, cooperation and, even, the quality of the end-result;— guarantees and respects the greatest possible freedom ofaction for the practitioner;— allows optimum scope for communication and constitutesan effective marketing tool.Excellent examples have been provided by pioneers such asDirk Wiechmann [2] who made the difficult lingual approachavailable to all by supplying highly customized appliances,which ensure the highest and most effective levels of quality.

Other instances have emerged in recent years [3–5] in relationwith volumetric radiology, which has made 3D radiology bothaffordable and ethically acceptable and which has helped to:

— reduce dependency on the conventional points of referenceused in image-based orthodontic diagnosis, i.e. cephalometry;

— revise concepts which appeared to be written in stone, e.g.our ideas concerning the limits of dentition;— foster critical analysis of the biomechanical feasibility of atreatment and critical analysis of failures;

— enable all to see what, formerly, only the expert eye coulddiscern.Recent 3D technologies used in prosthetics provide yetanother illustration. These techniques now supply virtualocclusal models, allow manufacture of prostheses in real time,make it possible to communicate remotely and permit thesharing of information with the patient while providing a betterand quicker service [6–8].Paradoxically, fixed vestibular orthodontics, the most com-monly used technique worldwide, appears to have fallenbehind other approaches regarding the practical and episte-mological benefits of 3D technology.

Today, however, thanks to the Ormco Insignia system, ortho-dontists using the fixed appliance vestibular technique canenjoy the following advantages:— prediction of treatment outcome;— forecasting of tooth movements;— customization of every appliance, including both thebrackets and NiTi archwires;— higher minimum quality standards;— enhancement of individual orthodontic skills;— reduction of chairtime;

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— permet d’approcher les r�esultats r�eels avec les r�esultatspr�evisibles ;— permet de r�eduire le temps de travail sans modifier laqualit�e du service rendu ;— permet d’augmenter les marges de profit �a proportion�egale des heures travaill�ees, ou bien, comme alternative, der�eduire les couts pour le patient ;— permet de standardiser les proc�edures en r�eduisant aumaximum lamarge de discernement op�eratif et de subjectivit�einterpr�etative ;— entraıne des b�en�efices pour le patient en termes de temps,bien-etre, collaboration et meme de qualit�e du r�esultat ;— garantit et respecte la plus grande libert�e d’action del’op�erateur ;— permet les opportunit�es de communication les meilleureset devient un excellent instrument de marketing.Des exemples ont �et�e montr�es magistralement par un pr�ecur-seur comme Dirk Wiechmann [2]. Il a donn�e la possibilit�e derendre disponible pour tout le monde, une technique difficilecomme le lingual avec des appareillages tr�es personnalis�es etune �el�evation du niveau de qualit�e productifs et efficaces.D’autres exemples ont �et�e montr�es, pendant les derni�eresann�ees [3–5], en rapport avec la radiologie volum�etrique qui,en permettant une diffusion �ethique et �economiquementaccessible �a la radiologie 3D, a contribu�e �a :— minimiser l’utilisation des points de r�ef�erence historiquesdu diagnostic orthodontique fond�e sur les images (lac�ephalom�etrie) ;— changer certains concepts qui semblaient �eternels commecelui qui d�efinissait les limites de la denture ;— permettre une analyse critique de la faisabilit�ebiom�ecanique du traitement et une analyse critique des�echecs ;— rendre disponible pour n’importe qui, la visualisation de cequi �etait d’abord r�eserv�e �a un œil expert.Un autre exemple peut aussi etre tir�e des technologiesmodernes 3D appliqu�ees en proth�ese qui ont rendu dispon-ibles des mod�eles virtuels de l’occlusion, la r�ealisation entemps r�eel des produits manufactur�es, la possibilit�e decommuniquer �a distance et de partager les informations avecle patient en lui rendant un servicemeilleur et plus rapide [6–8].Paradoxalement, seule l’orthodontie fixe vestibulaire (m�ethodede traitement la plus utilis�ee au monde) semble accuser unretard par rapport aux autres disciplines pour ce qui concerneles avantages pratiques et �epist�emologiques de la technologie3D.Aujourd’hui, le syst�eme Insignia d’Ormco, permet de reportersur l’orthodontie fixe vestibulaire, les avantages suivants :

— pr�edire les effets du traitement ;— pr�evoir les mouvements dentaires ;— personnaliser chaque appareillage, tant en termesd’attaches que d’arcs Ni-Ti ;— �elever les standards de qualit�e minimum ;— faire progresser le niveau professionnel des praticiens ;— �economiser le temps au fauteuil ;

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— better results for patients.The entire history of orthodontics, a provocative wag onceremarked, lies in the rapid transition from an initial periodin which the clever orthodontist was a clever bender of wires toan intermediary stage when the clever orthodontist was aclever positioner of appliances to the modern-day settingwhere the clever orthodontist is one who manages his/hertreatment and business better than the competition.

The Insignia system

The Insignia system comprises standardized sequential oper-ational stages:— impression-taking and other records;— assessment of the case and establishment of the treatmentplan;— uploading of the case via internet and dispatching of thetreatment prescription;— material records dispatched to the laboratory;— 3D acquisition of the models;— case set-up;— approval of, or modifications to, the virtual set-up;— manufacture of the appliance (brackets and archwires);— dispatching of the appliance (a critical step requiringimprovement);— indirect bonding using transfer jigs;— archwire sequence.

Impression-taking

Impressions must be taken using high-quality materials suffi-ciently accurate to ensure (figs. 1 and 2):— clear and precise tooth anatomy;— margins around each tooth completely free of organicdebris;— no stretching or bubbles on impressions.

Fig. 1 a-b: Impression-taking: tooth anatomy iFig. 1 a-b : Prise d’empreintes : anatomie denta


— obtenir de meilleurs r�esultats pour le patient.L’histoire enti�ere de l’orthodontie a �et�e r�esum�ee, d’une faconprovocante et succincte par l’affirmation que nous sommespass�es, en peu de temps, d’une phase primitive dans laquellel’orthodontiste comp�etent �etait un plieur de fils comp�etent, �aune phase interm�ediaire dans laquelle l’orthodontiste comp�e-tent �etait un positionneur d’appareillage comp�etent, puis �a unephase moderne dans laquelle l’orthodontiste comp�etent estcelui qui g�ere le traitement et son organisation mieux que lesautres.

Le syst�eme Insignia

Le syst�eme Insignia pr�evoit des passages op�erationnelss�equentiels et standardis�es :— prise d’empreintes et autres documents de travail ;— �etude du cas et d�efinition du plan de traitement ;

— t�el�echargement du cas par internet et envoi de la prescrip-tion th�erapeutique « on-line » ;— envoi physique de la documentation au laboratoire ;— acquisition des mod�eles en 3D ;— set-up du cas ;— approbation ou modifications du set-up virtuel ;— r�ealisation de l’appareillage (attaches et arcs) ;— envoi de l’appareillage (�el�ement critique �a am�eliorer) ;

— collage indirect par cl�es de transfert ;— s�equence d’arcs.

Prise d’empreintes

Les empreintes doivent etre r�ealis�ees avec un mat�eriaud’excellente qualit�e dont la pr�ecision garantit (fig. 1 et 2) :— une anatomie dentaire nette et pr�ecise ;— des marges d�efinies autour de chaque dent, sans aucunetrace de d�ebris organiques ;— l’absence d’�etirements et de bulles sur les empreintes.

s clear and well-defined.ire nette et d�efinie.

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Fig. 2 a-b: Downloading the case: patient history and current status.Fig. 2 a-b : T�el�echargement du cas : historique des patients avec l’indication du statut actuel.


Examination of the case and establishment oftreatment plan

Insignia is a systematic operating technique which does notimpinge upon the diagnostic methods and philosophy of theindividual orthodontist. It can help by allowing a fuller under-standing of the case but does not affect the convictions andtheoretical preferences of the practitioner who, at this stage,continues treatment as usual with arch expansion, extractions,compensations, surgery, etc.

Uploading of the case via internet and on-linedispatching of the prescription

The case is loaded on the server using a straightforward inter-net interface following the authentication procedure to ensuredata security. Once logged in, the user has access to his/herown page which will contain patient histories and currentstatus: patients waiting to receive documentation, patientswaiting to receive the orthodontist’s approval, patients whohave been prepared but who are waiting to be fitted with theirappliance, and patients whose treatment cycle is complete(fig. 2).

Material records dispatched to the laboratory

Once the images have been uploaded, the internet applicationinstructs the user to dispatch the material records namely, thepolyvinylsiloxane impressions, the occlusal wax-up and anyX-rays which have not been uploaded (fig. 3).

Along with the appended records, it is also necessary to sendthe prescription document detailing the type of appliancerequired in order to allow the specifications required for the

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�Etude du cas et d�efinition du plan de traitement

Insignia est une technique de travail syst�ematique quin’empi�ete pas sur la m�ethodologie et la philosophie diagnos-tique sp�ecifique de chaque orthodontiste. Elle peut etre unsecours pour une meilleure compr�ehension du cas, mais ellene change pas les convictions et les pr�ef�erences th�eoriquesdu professionnel qui, dans cette phase, se conduit commed’habitude : expansion des arcades, extractions, compensa-tions, chirurgie, etc.

T�el�echargement du cas par internet et envoi de laprescription th�erapeutique « on-line »

Le cas est charg�e sur le serveur par une simple interfaceinternet apr�es la proc�edure d’authentification qui garantit las�ecurit�e des donn�ees. L’utilisateur inscrit acc�ede �a sa pagepersonnelle. Cette page contient l’historique des patients avecleur statut actuel : patients en attente de la r�eception de ladocumentation, patients en attente de l’approbation de l’ortho-dontiste, patients pr�epar�es mais en attente de recevoir leurappareillage, patients dont le cycle d’ex�ecution est termin�e(fig. 2).

Envoi physique de la documentation au laboratoire

Lorsque le chargement des images est termin�e, l’applicationinternet informe qu’il est n�ecessaire de r�ealiser l’envoi physi-que du mat�eriel : les empreintes en polivinilsynossilate (pvs),la cire d’occlusion et les radiographies �eventuelles nont�el�echarg�ees (fig. 3).Dans les pi�eces annexes, il faut aussi envoyer le document deprescription du type d’appareillage d�esir�e. Il est alors possibled’ins�erer les sp�ecifications requises pour le set-up du


Fig. 3: An e-mail informs the practitioner the records havearrived.Fig. 3 : Un message par courrier �electronique pr�evient de l’arriv�ee

de la documentation.


orthodontic set-up to be added by the laboratory as well as thespecifications needed to fabricate a customized appliance(fig. 4).For instance:— bracket slot dimensions;— type of brackets (self-ligating, edgewise, esthetic);— EOF hooks (J-Hook);— required archwire sequence (size, cross-section, material);

— dimensions of the transfer jigs;— line of the incisal margin;— correction of the inter-arch relationships (Angle Class);— desired overbite value;— transverse expansion requirement;— interproximal stripping, if any.

Fig. 4 a-b: Prescription of the type of appliancFig. 4 a-b : Prescription du type d’appareillage


traitement orthodontique qui sera fait par le laboratoire, maisaussi les sp�ecifications souhait�ees pour la r�ealisation d’unappareillage personnalis�e (fig. 4).Par exemple :— dimensions des lumi�eres des attaches ;— type d’attaches (auto-ligaturants, edgewise, esth�etiques) ;— pr�esence de crochets pour forces extra-orales (J-Hook) ;— s�equence des fils d�esir�ee (dimensions, sections,mat�eriau) ;— dimensions des cl�es de transfert ;— ligne du rebord incisif ;— correction des rapports inter-arcade (classe d’angle) ;— valeur du surplomb vertical (overbite) d�esir�e ;— demande d’expansion transversale ;— r�eductions am�eloproximales �eventuelles.

e requested.d�esir�e.

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Acquisition of the 3D models

The first contact with the laboratory consists in the digitalacquisition of the models. This is done using Geomagicsoftware, which creates a high-definition 3D model [9–11](fig. 5).

The data comprises 1 million points per arch and roughly20 thousand points per tooth. The software has a maximumresolution of 50 microns (fig. 6).

Case set-up

As the tooth movement is to take place within trabecular bone,it is important that the software should also define the limitsof the alveolo-skeletal arch base for each individual whileallowing for possible manual corrections (fig. 7).

Fig. 5: High-definition manufacturFig. 5 : R�ealisation d’un mod�ele trid

Fig. 6 a-b: Reconstitution with a 50-micron resFig. 6 a-b : Reconstitution avec une r�esolution d

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Acquisition des mod�eles en 3D

Le premier passage effectu�e au laboratoire est constitu�e parl’acquisition des mod�eles sous forme digitale. Ce passage seproduit �a travers le logiciel Geomagic qui pourvoit �a lar�ealisation d’un mod�ele tridimensionnel en haute d�efinition[9–11](fig. 5).Les informations sont de l’ordre d’un million de pointspar arcade et environ 20 000 points par dent. Le logiciel a unpouvoir de r�esolution maximum de 50 microns (fig. 6).

Set-up du cas

Comme le mouvement dentaire doit se passer �a l’int�erieur del’os trab�eculaire, il est important que le logiciel d�efinisse aussile plan de la base alv�eolosquelettique des arcades, d’unefacon individuelle pour chaque cas et avec la possibilit�ed’effectuer des corrections manuelles (fig. 7).

e of a 3D model.imensionnel en haute d�efinition.

olution.e 50 microns.


spongieux.

Fig. 7: Alveolo-skeletal arch base.Fig. 7 : Base alv�eolosquelettique des arcades.


In this way, the arch can be segmented with the teeth identi-fied as 3-dimensional discrete objects (fig. 8).

CAD/CAM (computer-aided design and manufacturing)breaks down each tooth using simple and traditional referencepoints which will enable to make future virtual intra- andinter-arch set-ups in occlusion (fig. 9).

The software reconstructs the tooth roots according to specificbiological characteristics in order to achieve optimum align-ment and accurate positioning of the teeth within the corticalbone (fig. 10).The software analyses the correct mandibular positioningof the roots and produces a tracing of the ideal arch-guide required to align the roots within the trabecularbone.

Fig. 8 a-c: The teeth are shown as three-dimensional objects.Fig. 8 a-c : Les dents sont repr�esent�ees comme des objets tridimensionn


Nous obtenons ainsi une segmentation de l’arcade par l’iden-tification des dents en tant qu’objets discrets tridimensionnels(fig. 8).Le syst�eme CAD/CAM (Computer Aided Design andManufacturing) permet la d�ecomposition de chaque dent �al’aide de points de r�ef�erence simples et traditionnels, qui per-mettront de r�ealiser le futur set-up virtuel intra- et inter-arcadeen occlusion (fig. 9).Le logiciel reconstruit les racines dentaires selon des car-act�eristiques biologiques sp�ecifiques de facon �a permettre lemeilleur alignement et la mise en place correcte des dents �al’int�erieur des corticales (fig. 10).Le logiciel analyse le trac�e anatomique mandibulaire correctsur lequel les racines seront positionn�ees et g�en�ere le trac�e del’arcade-guide id�eale pour aligner les racines dans l’os

els.

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Fig. 10: The software reconstructs the tooth roots.Fig. 10 : Le logiciel reconstruit les racines dentaires.

Fig. 9 a-b: Virtual intra- and inter-arch set-up.Fig. 9 a-b : Set-up virtuel intra- et inter-arcade.


The position of each patient’s tooth is calculated using theBest Fit Buccal Cusp Equation (BFBCE) in order to obtain ananatomically correct arch form (fig. 11).

The software uses sophisticated algorithms to align the archeswith a maximum number of occlusal contact points.The practitioner performs the esthetic fine-tuning.

The system establishes a normal Class I occlusion according tothe Andrews keys (fig. 12).

Approval or modifications

The appliance project is only implemented after receiving theorthodontist’s approval. At this point, the orthodontist

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La position des dents de chaque patient est d�etermin�ee selonla soi-disant �equation BFBCE (Best Fit Buccal Cusp Equation)pour une forme d’arcade correcte au niveau anatomique(fig. 11).Le logiciel utilise des algorithmes complexes pour aligner lesarcades en maximisant les points de contact occlusaux.Les op�erateurs interviennent sur la modulation esth�etique laplus fine.Le syst�eme �etablit une occlusion normale deClasse I selon lescl�es d’Andrews (fig. 12).

Approbation ou modifications

Le projet de l’appareillage n’est effectu�e qu’apr�es avoir obtenul’accord de l’orthodontiste. A ce stade, l’orthodontiste recoit


Fig. 11 a-c: Ideal arch-guide for cancellous bone.Fig. 11 a-c : Arcade-guide id�eale dans l’os spongieux.

Fig. 12 a-b: Optimization of occlusal contact points.Fig. 12 a-b : Optimisation des points de contact occlusaux.


receives another e-mail informing him/her that the set-up isnow ready. He/she can then give their agreement or make anynecessary changes. For instance, the orthodontist can checkand modify the arch form regarding the transverse widths andthe expansion in different segments as molar, premolar andcanine expansion can be performed (fig. 13).

The orthodontist can check and change the position of eachtooth with 6 degrees of freedom of movement: distal or mesialdisplacement, intrusion or extrusion, disto- or mesiocoronaltipping, distal or mesial rotation, coronal or linguovestibulartorque, vestibular or lingual movement (fig. 14).

It is possible to work on purely esthetic parameters such as thesmile line, alignment of the marginal ridges, degree of over-bite, and the anterior artistic bends.

Corrections can be made even to the occlusal relationshipsbetween antagonists. Elimination of a number of planes allowsthe orthodontist to view the depth of the contact points andthe marginal ridges along the entire length of the arches(fig. 15).


encore un message par courrier �electronique l’informant quele set-up est termin�e ; il peut donc donner son accordou apporter les modifications d�esir�ees. Par exemple, l’ortho-dontiste peut examiner et modifier la forme d’arcade au niveaudes diam�etres transversaux et de l’expansion dans diff�erentssecteurs. En effet, il est possible d’effectuer une expansiontransversale molaire, pr�emolaire ou canine (fig. 13).L’orthodontiste peut examiner et modifier la position de cha-que dent avec une libert�e de mouvement de six degr�es :d�eplacement distal ou m�esial, ingression ou egression, ver-sion disto- ou m�esiocoronaire, rotation distale ou m�esiale,torque corono- ou linguovestibulaire, mouvement vestibulaireou lingual (fig. 14).Il est possible d’intervenir sur des param�etres purement esth�e-tiques comme la ligne du sourire, l’alignement des cretesmarginales, la valeur de l’overbite et les plicatures artistiquesant�erieures.L’observation des rapports occlusaux avec les dents antago-nistes permet de faire des corrections meme au niveau decette relation. L’�elimination de certains plans permet �a l’ortho-dontiste de visualiser la profondeur des points de contact et lescretes marginales tout au long des arcades (fig. 15).

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Fig. 13: Representation of transverse expansion.Fig. 13 : Repr�esentation de l’expansion transversale.

Fig. 14: Each tooth has 6� of freedom of movement.Fig. 14 : Chaque dent peut effectuer librement un mouvement de 6�.

Fig. 15 a-b: Viewing the contact points and marginal ridges in order to fine-tune smileesthetics.Fig. 15 a-b : Visualisation des points de contact et des cretes marginales pour affiner l’esth�e-

tique du sourire.

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Fig. 16: Quantification of interproximal enamel reduction.Fig. 16 : Quantification des r�eductions am�eloproximales.

Fig. 17: Quantification of torque.Fig. 17 : Quantification du torque.


Interproximal enamel reduction can be programmed andassessments can be made of the changes in mesiodistal dia-meters at the points of contact (fig. 16).Special features can be requested on the appliance such asplacement of more or less torque in the anterior segments(fig. 17).

When the checking procedure is complete and the case hasbeen approved by the orthodontist, manufacture of the appli-ance begins, to be followed by dispatching.

Manufacture of the appliance

Following approval of the set-up, the laboratory manufacturesthe appliance using the reverse engineering process.


Nous pouvons programmer des r�eductions am�eloproximaleset quantifier les modifications des diam�etres m�esiodistaux auniveau des points de contact (fig. 16).Nous pouvons demander des sp�ecificit�es particuli�eres del’appareillage comme, par exemple, l’incorporation d’un tor-que plus ou moins important dans les secteurs ant�erieurs(fig. 17).Quand le processus de controle est termin�e et lorsque le cas arecu l’accord de l’orthodontiste, la phase de r�ealisation del’appareillage commence et sera suivie de l’envoi.

R�ealisation de l’appareillage

Apr�es l’approbation du set-up, le laboratoire r�ealise un appa-reillage par un proc�ed�e de reverse engineering.

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Fig. 18 a-b: Reverse engineering operation.Fig. 18 a-b : Op�eration de reverse engineering.

Fig. 19 a-b: Patient-specific manufacture of the appliance.Fig. 19 a-b : R�ealisation individuelle de l’appareillage.


Manufacturing is performed and the prescription of the brack-ets and their position are calculated individually in order toachieve the planned results.All appliances are unique (fig. 18).The final stage involves transforming the virtual applianceinto a real one using customized brackets and archwires whichare set according to the requests and preferences conveyed bythe orthodontist.The personalized Insignia brackets are made according to thetorque values, programmed second and first orders and thecontours of the dental surface of each tooth.

The archwires are coordinated perfectly and are adjusted tothe individual patient’s alveolo-skeletal bases (fig. 19).

Simulation of treatment according to theprescription

Once the set-up and the appliance design are complete, theoperator can perform an overall simulation of all the toothmovements which will occur during treatment.

The orthodontist can show the patient a morphing of their casefrom time t1 to time t2 in a short movie in the .WMV formatproduced by Insignia. This feature provides an excellent com-munication and marketing tool (fig. 20).

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La r�ealisation est alors entreprise : la prescription desattaches et leur positionnement sont d�efinis individuellementafin d’obtenir les r�esultats pr�evus.Tous les appareillages sont diff�erents l’un de l’autre (fig. 18).La derni�ere �etape de travail est repr�esent�ee par le passage del’appareillage virtuel au r�eel, avec des attaches et des arcsindividualis�es pour le patient et orient�es en fonction desdemandes et des pr�ef�erences de l’orthodontiste.Les attaches personnalis�ees Insignia sont r�ealis�ees sur labase des valeurs de torque, deuxi�eme et premier ordresprogramm�es et selon le dessin de la surface dentaire de cha-que dent.Les arcs sont parfaitement coordonn�es et adapt�es aux basesalv�eolosquelettiques individualis�ees (fig. 19).

Simulation du traitement selon la prescription

Une fois que le set-up et le dessin de l’appareillage sonttermin�es, il est possible pour l’op�erateur de r�ealiser une simu-lation d’ensemble de tous les d�eplacements dentaires qui seproduiront pendant le traitement.L’orthodontiste peut montrer aux patients lemorphing de leurscas du temps t1 au temps t2 dans un court film r�ealis�e parInsignia au format .wmv. Ce film peut etre facilement archiv�eou envoy�e par courrier �electronique. Cette possibbilit�erepr�esente un excellent outil de communication et de marke-ting (fig. 20).


Fig. 20 a-d: Morphing of treatment.Fig. 20 a-d : Morphing du traitement.


When the patient has agreed to treatment, manufacturing ofthe appliance goes ahead.

Indirect bonding

Precision transfer jigs speed up and delegate the bondingoperation (fig. 21).Even the prescription of the jigs complies with the orthodon-tist’s choices in as far as it is not possible to request a wholearch in one piece but rather by arch segments which can be assmall as a single tooth.

Each tooth on the arch can be clearly identified by both itscolor and number.Placing the transfer jig requires the practitioner to be familiarwith the system. The jig removal procedure is easy and safe.

All jigs are supplied in twos and a replacement is thereforeavailable in the event of debonding (fig. 22).

Fig. 21 a-b: Transfer jigs.Fig. 21 a-b : Cl�es de transfert.


Lorsque le patient a donn�e son accord au traitement, nouspouvons proc�eder �a la r�ealisation de l’appareillage.

Collage indirect

Des cl�es de transfert (jigs) permettent d’acc�el�erer et ded�el�eguer les op�erations de collage (fig. 21).Meme la prescription des cl�es de transfert est faite selon leschoix de l’orthodontiste dans lamesure ou il n’est pas possiblede demander une arcade enti�ere d’un seul tenant mais plutotpar secteurs d’arcade plus ou moins fractionn�es jusqu’�a descl�es unitaires.L’identification de chaque dent de l’arcade est rendue univo-que par sa couleur et par son num�ero.La pose des cl�es de transfert demande d’etre un peu fami-liaris�e avec le syst�eme et la lev�ee de ces cl�es est facile etsure.Toutes les cl�es de transfert sont livr�ees en deux exemplaires etl’un d’eux est donc disponible en cas de d�ecollement (fig. 22).

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Fig. 22 a-d: The prescriptions are oriented according to orthodontists’ preferences.Fig. 22 a-d : Les prescriptions sont orient�ees selon les pr�ef�erences de l’orthodontiste.

Fig. 23 a-b: Coordination and customization of the archwires (.014 and .019 � .025 Cu-Niti).Fig. 23 a-b : Coordination et individualisation des arcs (0,014 et 0,019 � 0,025 Cu-Niti).


Arch sequences

Finally, during the active treatment stage, all the differentpreformed archwires can be used as required according tothe approved set-up.As compared with the conventional Ni-Ti or similar straight-wires, these archwires offer major advantages:— customized arch form or according to prescription;— coordination;— first and second order bends.However, third order information is applied to the torque in thebracket slot (fig. 23).

Conclusions

What results can we expect to achieve with systems of thiskind?

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S�equences d’arcs

Finalement, dans la phase active du traitement, il est possibled’utiliser tous les jeux d’arcs requis et pr�eform�es selon le set-up approuv�e.Par rapport aux arcs straight-wire conventionnels en Ni-Ti ousimilaires, ces fils pr�esentent d’importants avantages :— forme d’arcade individuelle ou selon la prescription ;— coordination ;— plicatures de premier et deuxi�eme ordre.En revanche, les informations de troisi�eme ordre sontconfi�ees au torque dans la lumi�ere de l’attache (fig. 23).

Conclusions

Quels sont les r�esultats que nous nous proposons d’atteindreavec des syst�emes comme celui-ci ?



Basically, there are four types of result:1. correction of the drawbacks inherent in traditional straight-wire appliances, e.g.:— inaccurate positioning along with the need to frequentlyreposition brackets,— standardized bracket design,— inadequate anatomical contouring of the bracket base,— inadequate skeletal anatomical shaping of the archwiresand poor or non-existent coordination (NiTi archwires cannotbe shaped),— the frequent need to use finishing bends;

2. the ability to:— perform hypercorrections in early treatment for cases ofmalocclusion in the sagittal dimension,— expand the arches,— control ectopic eruptions,— incorporate extra torque in the anterior segment in extrac-tion cases in which hypertorque is often a must;

3. the ability to forecast all tooth movements and hence thefinal treatment outcome. Also to immediately forecast theinterproximal reduction;4. correction of certain typical clinical problems, e.g.:

— perfect case finishing,— longer treatment time due to round-tripping,

— forecasting the need for arch expansion.In the light of all the technical features we have outlined andour own experience with this system, we believe the followingpositive and negative conclusions can be drawn.

Positive observations

— the graphic interface available to the orthodontist is ofexcellent quality and the images can be handled very effec-tively allowing greater control and better communication withpatients;— the clinical set-ups are made automatically by the Insigniatechnicians and rarely require adjustments by the orthodon-tist. The orthodontist can contribute directly to the treatmentset-up and modify the design of the appliance proposed by thelaboratory, a feature not available with other systems;

— the bracket placement jigs can be grouped in segments atwill, or used as individual units;

— the e-mail ‘to’ and ‘from’ tracking system is both practicaland efficient;— the system automatically recognizes the orthodontist’s pre-ferences and adopts them during subsequent operations.Moreover, the orthodontist can submit various treatment pro-
tocols and appliance prescriptions;

Fondamentalement, il y a quatre types de r�esultats :1. le d�epassement des limites intrins�eques des appareillagestraditionnels straight-wire, comme :— le positionnement impr�ecis accompagn�e par la n�ecessit�efr�equente de repositionner les attaches,— le dessin standard des attaches,— la faible « anatomie » dentaire de la base des attaches,— le faible respect de l’anatomie squelettique des arcs etl’insuffisance ou l’absence de leur coordination (impossibilit�ede modeler les arcs en nickel-titane),— la n�ecessit�e de recourir souvent �a des plicatures definition ;2. la possibilit�e d’effectuer :— des hypercorrections d�es le d�ebut du traitement pour lescas de malocclusion du sens sagittal,— des expansions d’arcades,— de controller des �eruptions ectopiques,— d’incorporer un surplus de torque du secteur ant�erieur dansles cas avec extractions ou cet hypertorque est souventindispensable ;3. la possibilit�e d’effectuer la pr�evision compl�ete des mouve-ments dentaires et donc du r�esultat final du traitement, ainsique la pr�evision imm�ediate de la r�eduction am�eloproximale ;4. le d�epassement de certains probl�emes typiquement clini-ques, comme :— une finition parfaite du cas,— l’allongement du temps de traitement �a cause de soi-disantmouvements d’aller-retour (round tripping),— la pr�evision d’une expansion n�ecessaire des arcades.A la lumi�ere de tous les aspects techniques pr�esent�es et desexp�eriences directes personnelles avec ce syst�eme, nousestimons pouvoir tirer les conclusions critiques positives etn�egatives suivantes.

Remarques critiques positives

— l’interface graphique disponible pour l’orthodontiste estd’excellente qualit�e et il y a toutes les possibilit�es demanipulerles images, avec beaucoup de profits aussi bien au niveau ducontrole qu’au niveau de la communication avec le patient ;— le set-up clinique r�ealis�e automatiquement par lesop�erateurs Insignia requiert rarement des ajustements de lapart de l’orthodontiste ; l’orthodontiste peut intervenir directe-ment dans le set-up th�erapeutique et dans le dessin de l’appa-reillage en modifiant activement la proposition du laboratoire(possibilit�e qui n’est pas offerte par d’autres syst�emes) ;— les cl�es de transfert de placement des attaches peuventetre fractionn�ees �a volont�e en segments ou meme en unit�esindividuelles ;— le syst�eme d’alerte par courrier �electronique « de » et« vers » le laboratoire est pratique et efficace ;— le syst�eme reconnaıt automatiquement les pr�ef�erences del’orthodontiste en les proposant de nouveau pendant les inter-ventions suivantes ; de plus, l’orthodontiste peut �emettrediff�erents protocoles de traitement ainsi que les prescriptionsrelatives �a l’appareillage ;

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— the orthodontist has no storage requirements as the materi-als are supplied on request by the laboratory;— the virtual set-up matches very closely the clinical evolu-tion of the case.

Negative observations

To begin with, one needs to recognize that standardized sys-tematization such as we have described above tends to reducethe involvement of the practitioner, a risk which entails psy-chological more than practical repercussions. The real dangeris for the patient, as unskilled practitioners lacking the nec-essary clinical experience could be tempted to try their handat orthodontics. In all likelihood, more and more generaldentists will offer orthodontic treatment as techniques havebeen greatly simplified in recent years and many of the obsta-cles blocking the route to orthodontics have now beenremoved. It should be recognized, however, that this systemis not appropriate for complex or extreme cases, which are notalways easy to identify at first glance. As the more experiencedamong us are aware, some cases entail biological variablessuch that, during treatment, the case turns out to be morecomplex than the initial assessment seemed to indicate.

Following on from these somewhat philosophical considera-tions, the following negative observations can be made:— impressions and casts would need to be discarded andreplaced by radiographs of the maxillary volumes usingcomputerized axial tomography (CAT) or cone-beam digitalvolume tomography. Even direct digitalization of the archeswould make the work process both quicker and more econom-ical, as is already the case with prosthetics;

— representations of virtually reconstructed tooth roots havenot as yet proven their reliability. This problem could besolved by incorporating a cone-beam system;

— the time required to make and deliver the appliances is toolong, a factor which is sometimes critical for the managementof patient appointments (seven to eight weeks) especially asthe Glendora laboratory is the only one currently processingthis system;— the bracket transfer jigs designed for indirect bonding areimprecise, as reflected in the manual work performed by thetechnicians. This feature clashes with the principles of dele-gation and simplification which underpin the Insignia system;

— as compared with standard appliances, the additional costis high and disproportionate with the concomitant benefits (nostock, better communication with patients);

— it is impossible to communicate with the techniciansdirectly, unlike other similar systems (e.g. Incognito);

— currently, it is not possible to achieve total customization ofself-ligating brackets. This means that personalization is

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— l’orthodontiste n’a pas �a stocker de mat�eriel puisque celui-ci est fourni �a la demande par le laboratoire ;— il y a une stricte correspondance entre le set-up virtuel et laprogression clinique du cas.

Remarques critiques n�egatives

Tout d’abord, il faut reconnaıtre que la syst�ematisationstandardis�ee telle que nous venons de la d�ecrire tend �ad�eresponsabiliser l’op�erateur. Cela repr�esente un risque pluspsychologique que pratique. Cette situation comporte un ris-que r�eel pour le patient car il peut amener des op�erateursincomp�etents et sans l’exp�erience clinique n�ecessaire �a lapratique de l’orthodontie. Il est meme vraisemblable que deplus en plus d’omnipraticiens exerceront l’orthodontie car lavoie de la simplification a �et�e tr�es d�evelopp�ee pendant lesderni�eres ann�ees et beaucoup d’obstacles �a la professiond’orthodontiste ont �et�e lev�es. A ce sujet, il faut reconnaıtreque ce syst�eme n’est pas adapt�e aux cas complexes ouextremes dont l’identification n’est pas toujours �evidente apriori. Comme les plus experts d’entre nous le savent, certainscas ont des variables biologiques telles que, pendant le traite-ment, la complexit�e de leur environnement les r�ev�ele plusdifficiles que l’estimation faite initialement.Apr�es ces consid�erations philosophiques, il convient de rele-ver les consid�erations pratiques n�egatives suivantes :— il faudrait pr�evoir l’�elimination des empreintes et desmod�eles en les remplacant par l’acquisition radiologique desvolumes des maxillaires par tomographie axiale informatis�ee(TAC) ou par tomographie volumique num�eris�ee par faisceauconique (cone-beam). Meme la num�erisation directe desarcades rendrait plus rapide et plus �economique le cycle detravail comme cela se passe en proth�ese ;— il n’est pas certain que la repr�esentation des racinesdentaires reconstruites de facon virtuelle soit fiable (leprobl�eme sera r�esolu par l’int�egration avec un syst�emecone-beam) ;— le temps de r�ealisation des appareillages et leur livraisonest trop �elev�e et parfois critique pour la gestion des rapportsavec le patient (sept �a huit semaines), surtout en consid�erantqu’aujourd’hui il n’existe pas d’autre laboratoire que celui deGlendora pour ce syst�eme ;— les cl�es de transfert des attaches pour le collage indirectsont impr�ecises et il se ressent du caract�ere manuel del’op�erateur, ce qui est en contradiction avec les principes ded�el�egation et de simplification qui sont �a la base du syst�emeInsignia ;— les couts suppl�ementaires par rapport �a l’appareillagestandard sont �elev�es et en d�esaccord avec les avantagesqui en d�erivent : absence de stock, meilleure communicationavec le patient ;— impossibilit�e de communiquer directement avec lesop�erateurs comme il est possible de le faire avec dessyst�emes similaires (Incognito, par exemple) ;— indisponibilit�e actuelle de personnalisation totale desattaches auto-ligaturantes ; cela signifie que l’individualisation


productrice.


completely dependent on NiTi archwires and not on thebracket slots or bases;— transfer jigs should be supplied automatically for place-ment of bite turbos, which is often difficult to do manually;

— also, at present, it is not possible to add other appliancessuch as sagittal activators (Herbst and others).

Conflict of interest

None. The author declares that he has no interest in themarketing of the items mentioned in this article.Furthermore, he declares that he has received no remunera-tion, reimbursement, facility or advantage from themanufacturing company.


d�epend enti�erement des arcs Ni-Ti et non de la lumi�ere ou dela base des attaches ;— des cl�es de transfert devraient etre automatiquement four-nies pour la mise en place des cales occlusales (bite-turbo)dont la r�ealisation manuelle est difficile ;— �egalement et �a l’heure actuelle, il n’est pas possible d’adap-ter des appareillages additionnels comme les activateurssagittaux (Herbst ou similaires).

Conflit d’int�eret

Aucun. L’auteur d�eclare n’avoir aucun type d’int�eret dans lacommercialisation des produits dans cet article. De plus, ild�eclare ne percevoir aucune forme de r�emun�eration,remboursement, facilit�e ou avantage en g�en�eral de la soci�et�e

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Le vecteur de force se déplace du bras à l’esprit : l’emploi de la technologie informatique...

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