Thesis (doctoral)--Karolinska Institutet, Stockholm, 1988. / Extra t.p. with thesis statement inserted. Includes bibliographical references.

Près d’un quart de la population mondiale présente au moins un signe de dysfonction de l’appareil manducateur, pour seulement 5 à 12% de prise en charge. Les différents composants de cet appareil fonctionnent en synergie et s’auto-influencent, ce qui entraîne des dysfonctions diverses, encore mal expliquées à ce jour. L’objectif de cette thèse est l’étude des mouvements mandibulaires pour la compréhension du fonctionnement de l’appareil manducateur, avec comme enjeu principal, la création d’un outil de diagnostic pour l’identification de dysfonctions. Pour cela, dans un premier temps, un protocole de mesures cinématiques, dont la précision et la répétabilité ont été caractérisées, a été proposé. Dans un second temps, les mesures cinématiques ont été réalisées sur 29 sujets asymptomatiques et 15 sujets avec dysfonctions mineures. Des mouvements élémentaires de la bouche en ouverture-fermeture, latéralité et propulsion ont été enregistrés. L’analyse des trajectoires des pôles condyliens dans différents plans anatomiques permet d’identifier des tendances générales mais met en évidence une grande variabilité inter-individuelle dans l’exécution des mouvements. L’étude des six mobilités de la mandibule complète cette information et démontre l’activation simultanée de translations et de rotations pour chacun des mouvements étudiés. Ceci constitue la première base de données de l’évolution des mobilités pour la mandibule humaine pour trois types de mouvements élémentaires. La comparaison de sujets présentant des dysfonctions mineures avec cette base de données montre que les mouvements de latéralité et de propulsion peuvent être des révélateurs de ces dysfonctions. Ces premiers résultats sont encourageants pour l’utilisation de l’analyse cinématique dans le cadre du diagnostic et du suivi de patients. / Nearly a quarter of the world's population has at least one sign of temporomandibular disorder, for only 5 to 12% of treatment. The different components of the masticatory system operate in synergy and self-influence, resulting in various dysfunctions which are still not well explained to date.The objective of this thesis is the study of the mandibular movements in order to understand the functioning of the masticatory system. The main challenge is the creation of a diagnostic tool for the identification of dysfunctions. To this end, a protocol of kinematic measurements was first proposed. Moreover, the precision and the repeatability of this protocol have been characterized. In a second step, the kinematic measurements were performed on 29 asymptomatic subjects and 15 subjects with minor dysfunctions. Basic movements of the mouth in opening-closing, lateral and propulsion were recorded. The analysis of condylar pathway in different anatomical planes makes it possible to identify general trends but shows a great interindividual variability in movements execution. The study of the six mobilities of the mandible completes this information and demonstrates the simultaneous activation of translations and rotations for each of the studied movements. This constitutes the first database of the evolution of mobilities for the human mandible for three types of basic movements. The comparison of subjects with minor dysfunctions with this database shows that the lateral and propulsion movements can be revealing of these dysfunctions. These first results are encouraging for the use of kinematic analysis in the diagnosis of temporomandibular disorders and patients monitoring.

Thesis (doctoral)--Karolinska Institutet, Stockholm, 1988. / Extra t.p. with thesis statement inserted. Includes bibliographical references.

Les chirurgies de l'os mandibulaire peuvent modifier la position anatomique des disques et des condyles de l'articulation temporo-mandibulaire (ATM). Les modifications de contraintes qui en résultent peuvent être à l'origine d'une dislocation temporaire ou permanente du disque et peuvent provoquer des dysfonctionnements s'exprimant par des douleurs buccales et faciales. L'objectif de ce travail était de prévoir les modifications de contraintes dans l'articulation temporo-mandibulaire (ATM) après un protocole de distraction symphysaire mandibulaire (DS). Ce traitement chirurgical sert à traiter les encombrements dentaires de la mandibule.De manière à étudier l'impact d'une telle intervention au niveau de l'ATM, nous avons fait le choix de réaliser un modèle d'approche numérique de mastication par éléments finis. Les données géométriques ont été obtenues à partir de l'imagerie scanner et IRM d'un patient dont les composants de l'ATM ont été maillés. La chirurgie de distraction symphysaire a été réalisée sur le modèle avec un élargissement de 10 mm dans la région médiane de la mandibule. La géométrie et le maillage du cal osseux ont été reconstruits. Le cal osseux a été caractérisé par un module d'élasticité correspondant à l'os consolidé pour prédire l'effet biomécanique à long terme de la DS. Pour simuler une fermeture de la mâchoire, les conditions aux limites ont été appliquées au modèle sous la forme de vecteurs de force. Les champs de contraintes de von Mises dans les deux disques et condyles ont été analysés et comparés avant et après la DS. Contrairement aux approches habituellement menées, le modèle proposé est complet et ne contient pas de symétrie, de manière à mettre en évidence d'éventuelles asymétries dans la répartition des contraintes. La répartition des contraintes était proche dans les disques et sur les surfaces condyliennes dans les modèles avant et après distraction. Les résultats de cette étude suggèrent que les changements anatomiques des structures de l'ATM ne prédisposent pas à une fatigue des tissus. La DS n'exposerait donc pas au risque de dysfonction des ATM et de symptômes cliniques. / Mandibular surgery such as distraction osteogenesis can generate anatomical modifications in the temporomandibular joint (TMJ) discs. The resulting stress modifications can be at the origin of a temporary or permanent disc dislocation with degeneration and may cause severe oral and facial pain or masticatory dysfunctions. The aim of this work was to predict stress modification in the temporomandibular joint (TMJ) after mandibular symphyseal distraction (SD). This surgical procedure is used to resolve dental crowding on the mandibular dental arch.In order to study the potential impact of such a surgery on TMJ discs a three-dimensional finite element analysis of a complete mastication model was performed. Geometric data were obtained from MRI and CT scans of a healthy male patient and each component was meshed individually. The distraction was performed on the model with a 10 mm expansion after simulation of a surgical vertical osteotomy line in the mandibular midline region. The geometry and mesh of the bone callus were generated. The bone callus was modeled as a strengthened region characterized by a Young's modulus corresponding to consolidated bone to predict the long-term biomechanical effect of SD. Boundary conditions for jaw closing simulations were represented by different jaw muscle load directions. The von Mises stress distributions in both joint discs and condyles during closing conditions were analyzed and compared before and after SD. Contrary to usual analyses, no symmetry was used, and the whole mandible was analyzed in order to exhibit potential asymmetries. Stress distribution was similar in discs and on condylar surfaces in the pre- and post-distraction models. The outcomes of this study suggest that anatomical changes in TMJ structures should not predispose to long-term tissue fatigue and demonstrate the absence of clinical permanent TMJ symptoms after SD.

Les chirurgies de l'os mandibulaire peuvent modifier la position anatomique des disques et des condyles de l'articulation temporo-mandibulaire (ATM). Les modifications de contraintes qui en résultent peuvent être à l'origine d'une dislocation temporaire ou permanente du disque et peuvent provoquer des dysfonctionnements s'exprimant par des douleurs buccales et faciales. L'objectif de ce travail était de prévoir les modifications de contraintes dans l'articulation temporo-mandibulaire (ATM) après un protocole de distraction symphysaire mandibulaire (DS). Ce traitement chirurgical sert à traiter les encombrements dentaires de la mandibule.De manière à étudier l'impact d'une telle intervention au niveau de l'ATM, nous avons fait le choix de réaliser un modèle d'approche numérique de mastication par éléments finis. Les données géométriques ont été obtenues à partir de l'imagerie scanner et IRM d'un patient dont les composants de l'ATM ont été maillés. La chirurgie de distraction symphysaire a été réalisée sur le modèle avec un élargissement de 10 mm dans la région médiane de la mandibule. La géométrie et le maillage du cal osseux ont été reconstruits. Le cal osseux a été caractérisé par un module d'élasticité correspondant à l'os consolidé pour prédire l'effet biomécanique à long terme de la DS. Pour simuler une fermeture de la mâchoire, les conditions aux limites ont été appliquées au modèle sous la forme de vecteurs de force. Les champs de contraintes de von Mises dans les deux disques et condyles ont été analysés et comparés avant et après la DS. Contrairement aux approches habituellement menées, le modèle proposé est complet et ne contient pas de symétrie, de manière à mettre en évidence d'éventuelles asymétries dans la répartition des contraintes. La répartition des contraintes était proche dans les disques et sur les surfaces condyliennes dans les modèles avant et après distraction. Les résultats de cette étude suggèrent que les changements anatomiques des structures de l'ATM ne prédisposent pas à une fatigue des tissus. La DS n'exposerait donc pas au risque de dysfonction des ATM et de symptômes cliniques.

Cette thèse s’inscrit dans un projet à long terme de conception de nouvelle prothèse de l’Articulation Temporo-Mandibulaire (ATM). Afin de faciliter une caractérisation non invasive de l’ATM, elle a conduit à l’élaboration d’un modèle élément finis plan de l’ATM. Le modèle, construit à partir de relevés IRM, intègre le ménisque ainsi que les insertions musculaires et ligamentaires. Il est commandé en déplacements imposés tout d’abord et en efforts imposés ensuite. Les déplacements ont été mesurés par analyse vidéo 3D et les efforts musculaires ont été évalués par EMG au cours de travaux antérieurs réalisés au sein du laboratoire. Le modèle est ici exploité pour simuler un mouvement d’ouverture et un serrage inter-incisives dans trois configurations qui correspondent à des ouvertures de 5 mm, 25 mm et 30 mm. Les résultats de ces simulations, validés par IRM, ont permis de caractériser le rôle du disque articulaire de l’ATM dans la réalisation des déplacements et la transmission des efforts. L’étude souligne la nécessité de rechercher des solutions technologiques de remplacement du disque articulaire lors de la conception d’une nouvelle prothèse. / This study presents a part of a long-term project that aims to design a new prosthesis for the Temporomandibular Joint (TMJ). In order to facilitate a non-invasive characterization of the TMJ, a plane finite element model of the joint has been elaborated starting from MRI images. The model integrates the meniscus as well as the principal ligaments and the main muscular insertions. It has been driven firstly with displacements and then with forces. The displacements have been measured using a 3D motion analysis system and the muscles forces have been taken from anterior former EMG studies led in the laboratory. An opening movement and inter-incisors clenching in three configurations which correspond to openings of 5, 25 and 30 mm have been simulated. The results of these simulations, validated by MRI, made it possible to characterize the function of the articular disk during the movement and the transmission of actions. This study underlines the necessity of seeking technological solutions to replace the meniscus when designing a new prosthesis.

Objectifs : L’objectif principal de cette étude était de décrire les caractéristiques des patients atteints d’arthrite juvénile idiopathique (AJI) qui ont fréquenté la nouvelle clinique dentaire spécialisée de l’articulation temporo-mandibulaire (ATM) développée au Centre hospitalier universitaire (CHU) Sainte-Justine. L’objectif secondaire visait à établir un portrait des ressources actuellement disponibles dans les hôpitaux pédiatriques canadiens pour les patients ayant un diagnostic d’AJI avec atteinte de l’ATM. Méthodes : Une collecte de données rétrospective des patients vus à la clinique spécialisée du CHU Sainte-Justine a été effectuée à partir des dossiers informatiques des patients. Les données comprenaient le sexe, l’âge, la spécialité du dentiste qui a vu le patient, le référent, le diagnostic, le type d’AJI, l’atteinte et la localisation à l’ATM, les symptômes, les plaintes signalées par le patient, le type d’imagerie utilisé, les traitements reçus et autres. Pour la deuxième partie de l’étude, des questionnaires ont été envoyés aux départements de rhumatologie et de médecine dentaire des 13 hôpitaux pédiatriques canadiens. Résultats : 86 patients atteints d’AJI de la clinique spécialisée ont été inclus, dont 42 % avaient une atteinte de l’ATM. L’imagerie panoramique était l’imagerie la plus prescrite chez les patients atteints d’AJI (91 %). Sept hôpitaux ont été inclus dans la deuxième partie de l’étude. Deux hôpitaux avaient une clinique spécialisée de l’ATM. Les réponses transmises entre les départements du même hôpital ne concordaient pas concernant les types d’imageries et de dentistes spécialistes accessibles. Conclusion : Les données des patients du CHU Sainte-Justine ne présentent pas d’écarts significatifs avec celles de la littérature. Les résultats des sondages montrent que peu d’hôpitaux pédiatriques canadiens disposent d’une clinique spécialisée de l’ATM pour l’AJI et que les rhumatologues ne semblent pas au fait de la prise en charge des patients atteints d’AJI par les différents dentistes spécialistes. / Objectives: The primary objective was to describe the characteristics of patients with juvenile idiopathic arthritis (JIA) in a newly developed specialized temporomandibular joint (TMJ) dental clinic at the Centre hospitalier universitaire (CHU) Sainte-Justine. The secondary objective aimed to describe a current portrait of the resources available in Canadian pediatric hospitals for JIA patients with TMJ involvement. Methods: A retrospective data collection of patients seen in the CHU Sainte-Justine specialized clinic was done from patient computer records. The data included sex, age, specialty of the dentist seen by the patient, referral source, diagnosis, JIA type, damage and location at the TMJ, symptoms, complaints reported by the patient, type of imaging used, treatments received and other. For the second part of the study, questionnaires were sent to the departments of rheumatology and dentistry of 13 Canadian pediatric hospitals. Results: A total of 86 JIA patients from the specialized clinic were included, of which 42% had TMJ involvement. The panoramic radiograph was the most prescribed imaging in patients with JIA (91%). A total of seven hospitals were included in the second part of the study. Two hospitals surveyed had a specialized TMJ clinic. Many results regarding the types of imaging and dental specialists accessible did not agree between the rheumatology and dentistry questionnaires within the same hospital. Conclusion: Most data from the CHU Sainte-Justine is consistent with findings in the literature. Results from surveys show that few Canadian pediatric hospitals have a specialized TMJ clinic for JIA and rheumatologists seem to lack understanding in the management of patients with JIA by different dental specialists.

Introduction: L’arthrite juvénile idiopathique (AJI) est la maladie rhumatologique la plus répandue chez les enfants. Lorsque l’articulation temporo-mandibulaire est touchée, le processus inflammatoire peut causer une perturbation de la croissance cranio-faciale et une destruction du condyle, ce qui peut engendrer des difformités dentofaciales et des malocclusions dentaires. Des facteurs environnementaux, tels que les médicaments et les habitudes parafonctionnelles, ont le potentiel d’influencer la progression de la maladie et, par conséquent, jouer un rôle dans l’étiologie des malocclusions des patients avec AJI. Objectifs : L’objectif principal est de comparer la fréquence et la sévérité des malocclusions des patients avec et sans AJI. L’objectif secondaire est d’investiguer la relation entre la sévérité des malocclusions des patients avec AJI et leurs médicaments et habitudes parafonctionnelles. Méthodes: L’échantillon était divisé en deux groupes: AJI (n=30) et contrôle (n=30). Un questionnaire médical, un examen orthodontique et un examen radiologique ont été complétés pour chaque patient. Résultats : Par rapport au groupe contrôle, les enfants avec AJI avaient plus d’asymétries dentofaciales (p=0.009), de classe II canines (p=0.05) et molaires (p<0.001), de surplombs vertical > 3.5 mm (p=0.011) et horizontal > 5.0 mm (p=0.033) augmentés, des courbes de Spee (p=0.044), de Wilson (p=0.044) et de Monson (p=0.003) accentuées, de chevauchement incisif mandibulaire (p=0.042) et de manque transverse maxillaire (p<0.001). Les médicaments et les habitudes parafonctionnelles n’avaient pas d’impact sur les malocclusions. Conclusion : Les enfants avec AJI avaient des malocclusions plus sévères. Un diagnostic précoce et des traitements médicaux et orthodontiques opportuns sont essentiels pour prévenir les dommages irréversibles causés par la maladie. / Introduction: Juvenile idiopathic arthritis (JIA) is the most common rheumatic disease found in children. In cases affecting the temporomandibular joint (TMJ), the inflammatory process may cause disturbances in craniofacial growth and condylar destruction, both of which can lead to dentofacial deformities and dental malocclusions. Environmental factors such as medication and parafunctional habits have the potential to influence the disease progression and therefore play a role in the etiology of malocclusions of children with JIA. Objectives: The main objective of this study was to compare the frequency and the severity of malocclusions of patients with and without JIA. The secondary objective was to investigate the relationship between the severity of malocclusions of patients with JIA and their medication and parafunctional habits. Methods: The sample was divided into two groups: JIA (n=30) and control (n=30). A health questionnaire, an orthodontic examination, and radiographic records were completed for each patient. Results: Compared to the control group, children with JIA had more dentofacial asymmetry (p=0.009), Class II canine (p=0.05) and molar (p<0.001) relationships, increased overbite > 3.5 mm (p=0.011) and overjet > 5.0 mm (p=0.033), accentuated curves of Spee (p=0.044), Wilson (p=0.029) and Monson (p=0.003), lower incisor crowding (p=0.042) and maxillary transverse discrepancy (p<0.001). Medication and parafunctional habits did not influence malocclusions. Conclusion: Children with JIA have more severe malocclusions. An early diagnosis and timely medical and orthodontic treatment are crucial to prevent the irreversible damage caused by the disease.

Cette thèse aborde une étude biomécanique de l’Articulation Temporo Mandibulaire (ATM), dont l’un des objectifs est la définition d’une approche complète, faisant appel à des outils modernes, permettant la conception d’une prothèse d’ATM personnalisée. Tout d’abord, nous avons conçu et réalisé un tribomètre reproduisant les conditions physiologiques de fonctionnement de l’ATM, afin d’étudier les interactions entre un matériau prothétique et de l’os porcin et de quantifier leurs usures respectives. La conception prothétique personnalisée passe par la réalisation d’un « état des lieux ». Nous avons donc défini un protocole de caractérisation non invasif de l’ATM. Il correspond à l’acquisition de sa géométrie actuelle et des mouvements élémentaires de la mandibule. Dans un deuxième temps, des simulations numériques en dynamique des corps rigides et/ou en éléments finis ont été réalisées pour accéder à des grandeurs mécaniques, telles que contraintes et déformations, nécessaires à la conception d’une prothèse. La totalité du protocole a été menée sur deux sujets d’étude : un sujet présentant une résorption condylienne et un sujet asymptomatique. Des modèles numériques personnalisés ont été construits pour chaque cas. Ces modèles nous ont permis d’étudier le fonctionnement articulaire de chaque individu. Nous avons effectué des comparaisons entre ces deux sujets et nous avons pu constater des différences notables concernant le fonctionnement articulaire. Il s’est avéré que les changements morphologiques occasionnés par la résorption osseuse ont des conséquences sur l’activité musculaire, ainsi que sur les efforts articulaires. Ce travail a permis d’enrichir les connaissances fondamentales par rapport au fonctionnement de l’ATM. Il a également permis de valider des outils d’évaluation de l’état fonctionnel de l’articulation. L’approche développée durant cette thèse est mise en pratique au sein de la société OBL, spécialisée dans la conception et la réalisation de prothèses maxillo-faciales sur mesure. Elle peut également être utilisée comme outil d’évaluation de solutions prothétiques existantes et à venir / This thesis deals with a biomechanical study of the Temporo-Mandibular Joint (TMJ); one of the objectives of this work is the definition of a complete approach, using modern tools, allowing the design of a personalized TMJ prosthesis. First of all, a tribometer reproducing the TMJ physiological conditions was designed and built, in order to study the interactions between porcine bone and a prosthetic material and to quantify their respective wears. Through this device, the relationships between the contact parameters and bone wear were determined. Personalized prosthetic design needs first to carry out “a state-of-the-art”. We defined a non invasive protocol for TMJ characterization. It corresponds to the acquisition of its current geometry and of the mandible elementary motions. In a second step, numerical simulations of rigid bodies and/or finite elements were achieved to obtain the mechanical quantities, such as stresses and strains, necessary for the prosthesis design. The entire protocol was conducted on two subjects: an asymptomatic one and a second one with condylar resorption. Personalized numerical models were built for each case. These models allowed us study the joint functioning of each subject. We made comparisons between these subjects and significant differences were found. It was proved that the changes produced by bone resorption have an impact on muscle activity, as well as contact forces in joints. This work allowed enhancing the fundamental knowledge regarding TMJ operating conditions. It also enabled to validate evaluation tools of the functional state of the joint. The approach developed during this thesis is applied by OBL society, specialized in the design of customed maxillofacial prostheses. The approach proposed in this work can also be used as an evaluation tool of existing prosthetic solutions, as well as future solutions

Le but de ce travail était la mise en place d’une chaîne méthodologique de planification virtuelle d’une ostéotomie sagittale des branches mandibulaires (OSBM) et son transfert au bloc opératoire. Dans la première partie, les méthodes classiques de planification et de transfert sont exposées. Habituellement réalisées à partir de modèles en plâtre sur articulateur, la planification et la production de guides occlusaux chirurgicaux souffrent d’une imprécision potentiellement à l’origine de troubles fonctionnels temporo-­‐mandibulaires. Le contrôle per-­‐opératoire du condyle mandibulaire lors de l’OSBM est un élément de stabilité squelettique dont dépend la qualité du résultat fonctionnel. Une évaluation des pratiques professionnelles des chirurgiens maxillo-­‐faciaux a été réalisée sur ce point. Une méthode de positionnement condylien utilisant un dispositif, moins fréquemment utilisée que la méthode empirique, est proposée comme présentant le meilleur rapport bénéfice/risque. Cette méthode a été reproduite virtuellement à travers les différents maillons de la chaîne méthodologique. Des techniques innovantes informatisées d’acquisition, de conception et modélisation, et d’impression en 3 dimensions ont été utilisées. Dans la seconde partie, la méthodologie de chacun des maillons de la chaîne a été présentée et évaluée, soit sur sujets cadavériques, soit sur patients. L’objectif était de démontrer la faisabilité de la chaîne. Le maillon « acquisition et extraction de surface » a mis en exergue le problème des artéfacts dus aux matériaux métalliques dentaires ou orthodontiques. Dans 90% des cas le maillage obtenu était satisfaisant, permettant de s’affranchir des modèles en plâtre. Le maillon « planification chirurgicale virtuelle » a montré une valorisation par rapport à la technique classique en terme de prévention des interférences des pièces osseuses déplacées. Le maillon « modélisation et impression du guide chirurgical » a décrit les étapes d’invention d’un guide de positionnement occlusal et condylien (OCPD : occlusal and condylar positionning device). Ses caractéristiques techniques, ses modalités de production par impression 3D ainsi que son utilisation peropératoire, ont été précisées. Enfin le maillon « évaluation de l’OCPD » a permis de montrer la faisabilité de la méthode et l’équivalence clinique, technique et biologique de ce dispositif médical sur mesure par rapport à ceux utilisés dans la méthode classique. Enfin le positionnement condylien obtenu grâce à ce dispositif a été évalué de manière préliminaire et comparé aux données de la littérature. Grâce à l’OCPD, nous avons montré la possibilité de transférer au bloc opératoire la planification virtuelle d’une OSBM contrôlant la position des condyles / The purpose of this work was the implementation of a methodological chain for bilateral sagittal split osteotomy (BSSO) virtual planning and its transfer in the operating room. In the first part of the work, usual methods for planning BSSO are exposed. Usually realized from plaster models on articulator, the planning and the occlusal surgical guides production are at risk of temporo-­‐mandibular functional disorders. The quality of the functional result depends on the correct positioning of the mandibular condyle, considered as a skeletal stability element. An assessment of the maxillofacial surgeons practices was realized regarding intra-­‐operative condyle positioning. Using a condylar positioning device (CPD),less frequently employed than the empirical method, meets an acceptable benefit/risk balance. This method was virtually reproduced through various steps of the methodological chain described. Computerized innovative techniques for three-­‐dimensional acquisition, design and manufacturing were used. In the second part of the work, the methodology of each step of the chain was presented and estimated, either on cadaveric subjects, or on patients. The aim was to demonstrate the feasibility of the whole chain. The “acquisition and surface extraction” step pointed the issue of artefacts due to dental or orthodontic metallic devices. Ninety % of the obtained meshes were satisfactory, allowing not to use plaster models. The “virtual surgical planning” step allowed reproducing the usual method and showed great interest in bone interferences prevention. The “modelling and printing of the surgical guide” step described the stages of occlusal and condylar positioning device (OCPD) invention. Its technical characteristics, its methods of manufacturing by 3D printing, and its intraoperative use were specified. The step “OCPD evaluation” showed the method feasibility and the clinical, technical and biological equivalence of this custom-­‐made medical device as compared to those used in the usual method. Finally the condylar position obtained with this device was estimated in a preliminary clinical study and compared with the literature. Thanks to the OCPD, we showed the possibility of transferring in the operating room an OSBM virtual planning controlling condyles position.