Céphalométrie tridimensionnelle (à l'usage des orthodontistes, des chirurgiens maxillo-faciaux et des anthropologues)
Publié le 22/09/2006La face trijéminale : un concept anatomo-radiographique (céphalométrie tridimensionnelle à l’usage des orthodontistes, des chirurgiens maxillo-faciaux et des anthropologues)
Jacques Treil, Radiologue, Toulouse.
J.Treil J.Casteigt.
Le modèle est devenu une référence indispensable pour tous ceux qui s’intéressent à la croissance et à l’évolution du crâne et de la face : orthodontistes, chirurgiens maxillo-faciaux, anatomistes, anthropologues, légistes.
I Moyens
I-I Données numériques tomodensitométriques :
I-II Informations anatomiques
Le V1 ou nerf ophtalmique, organise l’étage orbito-frontal. Le V2 ou nerf maxillaire organise l’étage maxillaire. Le V3 ou nerf mandibulaire organise l’étage mandibulaire qui correspond au premier arc branchial. Le V3, connu comme le nerf du premier arc, est à l’image d’un nerf rachidien, composé, d’une branche sensitive et d’une branche motrice. La branche motrice du V3 innerve l’ensemble des muscles manducateurs ainsi que le muscle tenseur du tympan (anciennement appelé muscle du manche du marteau).
Les 16 repères anatomiques, qui sont actuellement sélectionnés pour la création du modèle, correspondent aux deux foramen supra orbitaires V1, aux deux foramen infra orbitaires, grand ronds et grand palatins ainsi qu’aux foramen naso-palatin supérieur et inférieur V2, aux deux foramen mentonniers et mandibulaires V3, et à la tête des deux marteaux. Le marteau qui par son origine, le premier arc, et par l’innervation du muscle de son manche, le muscle tenseur du tympan, V3, appartient au système trigéminal. Des repères trigéminaux complémentaires, identifiables sur les coupes TDM natives, les impressions trigéminales (empreintes des ganglions de Gasser sur les crêtes pétreuses), les foramen ovales…sont susceptibles d’être utilisés et l’ont été par certains d’entre nous notamment en anthropologie pour l’étude de l’évolution de la base du crâne
Les dents qui par leur innervation proprioceptive appartiennent au système trigéminal, les dents maxillaires V2, les dents mandibulaires V3.
I-III Outil mathématique : axe d’inertie
Pour simplifier la manipulation des données, chaque parallélépipède est caractérisé par les coordonnées x y z de son centre de gravité et éventuellement une unité de masse ou de volume de sorte que l’objet discret soit représenté par un nuage de points. La géométrie de l’objet anatomique est elle- même représentée par la dispersion des points du nuage, grandeur classiquement traduite par la matrice de dispersion.
On caractérise la dispersion des points du nuage par les composantes principales (approche statistique) ou axes principaux d’inertie (approche physique) obtenus à partir de la matrice de dispersion. C’est un ensemble de trois axes perpendiculaires deux à deux, liés au nuage de points et tournant avec lui, et pour lequel la matrice de dispersion est diagonale. Informellement, ce sont les trois axes orthogonaux pour lesquels la dispersion des projections orthogonales des points du nuage est maximale.
Les composantes principales ou axes principaux d’inertie de l’objet décrivent une ellipsoïde qui couvre plus de 90% du nuage de points (théorème de Tchebycheff-Bienaymé). Le système est suffisamment stable, quelles que soient les conditions de la discrétisation, taille de la matrice et épaisseur des coupes TDM natives, orientation de l’objet etc. .. pour être caractéristique de la géométrie 3D de l’objet.
Un objet, quelle que soit sa forme, possède 3 axes d’inertie qui sont perpendiculaires entre eux. Ces axes qui sont caractéristiques de la géométrie de l’objet, définissent un trièdre : l’axe principal est le plus long, l’axe secondaire est l’intermédiaire, le 3ème est le plus court. Leur intersection est située au niveau du centre de gravité de l’objet [2-13].
II Le modèle 3D
Le modèle tridimensionnel généré correspond à une hiérarchie d’éléments anatomiques répartis sur 2 niveaux : la charpente maxillo-faciale et l’étage alvéolo-dentaire [17].
II-I La charpente maxillo-faciale
La charpente maxillo-faciale est composée de deux étages, un pentaèdre supérieur orbitaire et un héxaèdre inférieur maxillo-mandibulaire. Ces deux structures sont opposées par une surface horizontale commune « infra orbito-malléaire » limitée par les deux foramen infra orbitaires et la tête des deux marteaux. Nous proposons de considérer cette surface comme une nouvelle référence d’horizontalité du crâne.
Depuis le 19ème siècle les anthropologues sont à la recherche d’un plan d’horizontalité du crâne. En 1873, Broca [6] définit l’horizontalité du crâne comme un plan passant par les canaux optiques et le centre géométrique des cadres orbitaires. A la suite de Broca, une multitude de références furent proposées par les anatomistes et les anthropologues : le plan neuro-oculaire de Cabanis qui est le prolongement postérieur du plan de Broca, passe par le chiasma optique et se termine au niveau de la scissure calcarine, le plan bi labyrinthique de Fenard, ou encore le plan de Francfort qui est actuellement le plan de référence le plus communément utilisé. Le plan infra orbito-malléaire que nous proposons comme nouvelle référence d’horizontalité du crâne présente deux avantages par rapport au plan de Francfort : il s’agit, premièrement, d’une vraie surface, et non d’une ligne tracée sur une téléradiographie du crâne de profil entre le rebord orbitaire inférieur et le bord supérieur du conduit auditif externe, deuxièmement, cette surface infra orbito-malléaire, horizontale, globalement plane est dans un rapport d’orthogonalité avec une surface vertico-faciale délimitée par les foramen supra orbitaires et les foramen mentonniers. Cette surface vertico-faciale est également globalement plane et tend à contenir les foramen infra orbitaires .
II-II Dents et arcades dentaires
A partir de la sélection sur les coupes TDM natives des dents le logiciel c2000Cepha calcule les axes d’inertie de chaque dent et de groupes de dents. Le calcul des axes d’inertie définit pour chaque dent ou groupes de dents un repère 3D. L’axe principal d’inertie de la dent, l’axe le plus long correspond à son axe corono-radiculaire. Le calcul des axes d’inertie d’un groupe de dents permet la définition mathématique des hémi arcades, de l’arcade maxillaire, de l’arcade mandibulaire et de l’ensemble des deux arcades [10-14-16].
Le modèle 3D correspond à une hiérarchie d’éléments mathématiquement définis et anatomiquement homogènes : chaque dent, les 4 hémi arcades, les deux arcades maxillaire et mandibulaire, l’ensemble des deux arcades, la charpente maxillo-faciale. En outre pour chacun des éléments du modèle, le calcul des axes d’inertie, crée un repère tridimensionnel qui lui-même permet l’étude de l’orientation de l’un quelconque des éléments du modèle par rapport à un autre.
La géométrie plane est inapte à l’analyse d’un volume anatomique et à l’étude de sa croissance (Delaire [7]). Le modèle que nous proposons est à notre connaissance, la première et toujours la seule méthode d’analyse céphalométrique réellement tridimensionnelle. Pour initier l’analyse du modèle, nous avons introduit un repère orthonormé direct. Le premier axe, l’axe des x correspond au vecteur orienté du foramen infra orbitaire droit vers le foramen infra orbitaire gauche. Le deuxième axe, l’axe des Y est perpendiculaire à l’axe des X, il passe en arrière par la ligne qui rejoint la tête des deux marteaux et passe en avant par le milieu de l’axe des X, il est orienté de l’arrière vers l’avant. Le troisième axe, l’axe des Z est perpendiculaire aux deux précédents, il passe par leur point d’intersection et il est orienté vers le bas. L’origine du repère est situé au milieu de l’axe des X. Le repère est invariant, non modifié par la thérapeutique orthodontique, chirurgicale ou chirurgico-orthodontique. Les paramètres dimensionnels ou angulaires de l’analyse céphalométrique seront calculés projetés sur les trois axes du repère orthonormé direct ou sur les trois plans de l’espace définis par ces trois axes.
L’objectif de l’analyse du modèle tridimensionnel, initialement développé à l’usage des orthodontistes et des chirurgiens maxillo-faciaux, est la définition de la normalité et la caractérisation des pathologies.
III-I Normalité
La normalité ne saurait être, représentée par les valeurs moyennes de paramètres, mesurés sur des téléradiographies du crâne de profil, d’une population réduite, d’origine caucasienne. La normalité, de notre point de vue, associe deux notions : symétrie et équilibre. Symétrie et équilibre du modèle sont suffisamment stables pour définir la normalité de sujets d’origines ethniques et culturelles différentes [14-15].
Equilibre : le centre de gravité des arcades dentaires est situé sur un même axe vertical. Les plans maxillaire et mandibulaire définis par les axes d’inertie horizontaux de chaque arcade sont parallèles entre eux et parallèles aux surfaces frontale et horizontale de la charpente maxillo-faciale.
Symétrie : Symétrie droite/gauche de la charpente maxillo-facial.
Symétrie droite/gauche des hémi arcades.
Symétrie verticale des arcades maxillaire et mandibulaire.
III-II Pathologies
III-III Croissance
IV Conclusion
Le modèle trigéminal proposé comme outil d’analyse céphalométrique tridimensionnel repose sur un concept anatomique qui a une réelle signification biologique. La méthode permet :
- la réalisation d’un diagnostic personnalisé dont l’efficacité est décuplée par l’utilisation d’outils statistiques sophistiqués,
- l’élaboration de schémas thérapeutiques individualisés à l’aide, entre autres, de matériels orthodontiques fabriqués sur mesure.
Le modèle et la méthode d’analyse sont devenus une référence pour tous ceux qui s’intéressent à l’étude de la face : orthodontistes, chirurgiens maxillo-faciaux, anatomistes, anthropologues et légistes.
VI Bibliographie
1. BEHRENTS. G. JOHNSTON. LE , -The influence of trigeminal nerve on facial growth and development. Ame.J.Orthod., 1984, 85, 199-206.
2. BENZECRI. JP, BENZECRI. P, Axes d’inertie et ACP. Paris: Dunod, 1980:20-61
3. BJÖRK. A, SKIELLER. V, Growth and width of the maxilla studied by implant method Scandinavian journal of plastic reconstructive surgery, 1974, 8 : 26-33
4. BOOKSTEIN FL. Size and shape spaces for landmark data in two dimensions . Statist Sci. 1986 ; 1 : 181-242
5. BOOKSTEIN F., Morphometric Tools for Landmark Data : Geometry and Biology., Cambridge University Press, Cambridge, 1991.
6. BROCA P. Nouvelles recherches sur le plan horizontal de la tête et l’inclinaison des divers plans crâniens., Bull. Soc. Anthropol. PARIS., 1874, 8, 542-563.
7. DELAIRE.J. L’équilibre architectural en chirurgie maxillo-faciale en orthopédie dento faciale et en chirurgie orthognathique. Orthod Fr 1985, 56 : 353-364
8. ENLOW. DH. Facial growth. Philadelphia: Saunders, 1990:232-248.
9. DASGUPTA. G, TREIL. J, Maxillo-Facial Frame : Finite Element Shapes, The Mathematica Journal Wolfram Media, 2001, 8/4 : 235-246.
10. FAURE. J, TREIL. J, BORIANNE. P, CASTEIGT. J, BARON. P, Céphalométrie tridimensionnelle en orthopédie dento-faciale Orthod Fr 2002 73 : 19-37
11. LANNIER. C , Application de la méthode Céphalométrique de Treil : Définition de la croissance maxillo-faciale chez l’Homme. Mémoire DEA d’Anthropologie Biologique mention Paléoanthropologie. 2001 Université Bordeaux 1 UFR de Sciences Biologiques.
12. TREIL. J , CASTEIGT. J , ROCH. P , PUECH. CH , CAVEZIAN. R . Imagerie 3D des dysmorphoses maxillo-faciales . Orthod. Fr. 1994 , 64 : 295-308
13. TREIL. J, CASTEIGT. J, MADRID. C, BORIANNE. P. Une nouvelle construction céphalométrique tridimensionnelle . un nouveau paramètre d’analyse tridimensionnel : les axes d’inertie . Orthod Fr 1997 ; 68, 171-181
14. TREIL. J, MADRID. C, JAEGER. M , CASTEIGT. J , BORIANNE. P . Biométrie tridimensionnel maxillo-faciale . Cah Anthropol Biom Hum 1997,
15, 1-2 : 65-73 15. TREIL. J , CASTEIGT. J , BORIANNE. P, MADRID. C , JAEGER. M ; de BONNECAZE. P, L’équilibre architectural de la face : un concept céphalométrique 3D, Rev . Stomatol. Chir . maxillo-fac 1999 , 100 , 3 : 111-122
16.TREIL. J, CASTEIGT. J, FAURE. J, MADRID.C, BORIANNE.P, JAEGER. M. Architecture crânio-facio-maxillo-dentaire. Un modèle tridimensionnel. Application en clinique orthodontique et chirurgie orthognathique. Encycl Méd Chir Odontologie/Stomatologie, 23-455-E-40, 2000, 8p.
17. TREIL. J, CASTEIGT. J, FAURE. J, BORIANNE. P, 3D Cephalometry Principles and method. Le journal de l’Edgewise 2000 41: 69-86
18. TREIL. J, BORIANNE. P, CASTEIGT. J, FAURE. J, HORN. A, The Human Face as a 3D dimensional model : The Future in Orthodontics. World Journal of Orthodontics, 2001, 2/3 : 253-257.
19. TREIL. J, WAYSENSON. B, BORIANNE. P, CASTEIGT. J, FAURE. J, HORN. A, Three Dimensional Cephalometry. Alpha Omega 2001 94/4: 34-39
20. TREIL. J, FAURE. J, BRAGA. J, CASTEIGT. J, BORIANNE. P Imagerie et céphalométrie tridimensionnelles des asymétries crânio-faciales. Orthod Fr 2002 73 : 179-197
0 commentaire(s)