Age-dependent interactions of maxillary sutures during RME and their effects on palatal morphology : CBCT and dental cast analysis

Abstract

Purpose The effects of rapid maxillary expansion (RME) on the transverse palatine and midfacial sutures have been extensively scrutinized. Unlike the dentition stage, age-dependency was not yet regarded when investigating morphological changes of the tooth-bearing palate. Therefore, the first aim of the present study was to analyse age-dependent sutural and morphological changes of the palate in selected patients by cone-beam computed tomography (CBCT) and dental cast analysis. Secondly, age-dependent effects of RME on width, height, and depth of the palate in the region of the maxillary palatine processes were investigated by a comprehensive dental cast study, so that the combination of results could be used to provide a biomechanical explanation of the occurring changes. Methods CBCT datasets of 9 patients (between 7.3 and 13.8 years) were measured around the median palatal suture and compared with the results of an individualised dental cast analysis. In addition, possible effects on other maxillary sutures were investigated. In the dental cast study, changes after RME in the tooth-bearing palate were analysed three-dimensionally in 60 children and adolescents. It was possible to divide those into three equally sized, age-dependant groups (PG1: < 10 years, n= 20; PG2: ≥10 < 12 years, n= 20; PG3: ≥12 years, n= 20). Results The CBCT analysis reveals age-related differences in sutural responses. The opening width of the median palatine suture decreases cranially (frontal) and dorsally (horizontal). The opening mode thus changes from parallel to triangular in both planes. The transverse palatine suture completely opens in younger patients only (PG1 and PG2). The width increases are always significant in all patients. While in PG1 the width increase is greater posteriorly than anteriorly, this is always reversed in PG2 and PG3. The palatal height always increases significantly anteriorly, but posteriorly only in the youngest patients (PG 1) median and paramedian. In PG 2 and PG 3, the posterior height change is very small. That is the reason why the anteroposterior comparison reveals a much more pronounced height increase anteriorly than posteriorly. Conclusion The comparison of selected CBCT data with a dental cast analysis allows the conclusion that the maxillary expansion after RME in children up to 10 years is rather parallel, whereas it occurs V-shaped (anterior > posterior transversal, inferior > superior vertical) with increasing age, especially in adolescents from the age of 12. In addition to an age-progressive rigidity of the pterygopalatomaxillary junction, morphological changes of the transverse palatine suture during growth seem to be causal. Thus, age-dependent effects of palatal expansion occur due to a positional change of maxillary centres of rotation and resistance. From dental cast measurements, especially at the skeletal–basal level, conclusions can be drawn about the median palatal suture opening mode.

Ziel Die Effekte der „rapid maxillary expansion“ (RME) auf die Sutura palatina mediana und Suturen des Mittelgesichts wurden umfangreich wissenschaftlich evaluiert. Morphologische Veränderungen des zahntragenden Gaumens dagegen sind bislang nur in Abhängigkeit vom Dentitionsstadium, nicht aber vom Alter der Patienten untersucht worden. Ziel der vorliegenden Studie war deshalb zunächst, an selektierten Patienten unterschiedlicher Altersstufen durch DVT(digitale Volumentomographie)- und Modellanalyse altersabhängige suturale und morphologische Veränderungen des Gaumens zu analysieren. Anschließend sollten altersabhängige Auswirkungen der RME auf Breite, Höhe und Tiefe des Gaumens im Bereich der Processus palatini der Maxilla durch eine umfangreiche Modellstudie bestimmt werden, sodass die Kombination der Ergebnisse abschließend zur biomechanischen Erklärung der auftretenden Veränderungen genutzt werden konnte. Methoden Bei 9 Patienten (zwischen 7,3 und 13,8 Jahren) wurden DVT-Datensätze im Bereich der medianen Gaumensutur vermessen und mit den Ergebnissen einer individualisierten Modellanalyse abgeglichen. Zusätzlich wurden mögliche Auswirkungen auf weitere maxilläre Suturen untersucht. In der Modellstudie wurden bei n= 60 Kindern und Jugendlichen Veränderungen des zahntragenden Gaumens nach RME dreidimensional analysiert. Es konnte dabei in 3 gleich große Patientengruppen in Abhängigkeit vom Alter unterteilt werden (PG1: < 10 Jahre, n= 20; PG2: ≥10 < 12 Jahre, n= 20; PG3: ≥12 Jahre, n= 20). Ergebnisse Die DVT-Analyse offenbart altersabhängige Unterschiede der suturalen Reaktionen. Die Öffnungsweite der Sutura palatina mediana reduziert sich in der Vertikalen besonders nach kranial, in der Transversalen nach dorsal. Infolgedessen ändert sich der Öffnungsmodus in beiden Ebenen von parallel zu triangulär. Die Sutura palatina transversa ist nur bei jüngeren Patienten (PG1 und PG2) durchgehend geöffnet. Die durch Modellanalyse ermittelten Breitenzunahmen sind bei allen Patienten immer signifikant. Während bei PG 1 die Breitenzunahme im posterioren Bereich größer ist als anterior, verhält sich dies bei PG 2 und PG 3 umgekehrt. Bei älteren Patienten ist die Breitenzunahme auf allen Ebenen anterior deutlich größer als posterior. Die Gaumenhöhe nimmt anterior bei allen Patienten signifikant zu, im posterioren Bereich dagegen median sowie rechts und links paramedian nur bei den jüngsten Patienten (PG 1). Bei PG 2 und PG 3 ist die Veränderung der Höhe posterior sehr gering. Deshalb ist hier im anterioposterioren Vergleich die Höhenzunahme anterior wesentlich deutlicher ausgeprägt als posterior. Schlussfolgerung Der Vergleich selektierter DVT-Daten mit den Ergebnissen der Modellvermessung lässt die Interpretation zu, dass die maxilläre Erweiterung nach RME bei Kindern bis zum 10. Lebensjahr eher gleichförmig, mit zunehmendem Alter – besonders bei Jugendlichen ab dem 12. Lebensjahr – dagegen V-förmig (anterior > posterior transversal, inferior > superior vertikal) erfolgt. Ursächlich dafür scheinen neben einer altersprogredienten Rigidität der pterygopalatomaxillären Verbindung insbesondere morphologische Veränderungen der Sutura palatina transversa im Wachstumsverlauf zu sein. Somit beruhen altersabhängige Effekte der Gaumennahterweiterung auf einer sich verändernden Lage maxillärer Rotations- und Widerstandszentren. Aus der Modellvermessung, besonders auf skelettal-basaler Ebene, lassen sich Rückschlüsse auf die Art der medianen Gaumensuturöffnung in der Transversalebene ziehen.