Die biomechanische Analyse des Kiefergelenks mit Hilfe eines neuen Echtzeit-MRT-Verfahrens
Biomechanical analysis of temporomandibular joint dynamics based on real-time MRI
by Alannah Malina Mahler
Date of Examination:2024-04-09
Date of issue:2024-04-03
Advisor:Prof. Dr. Ralf Bürgers
Referee:Prof. Dr. Henning Schliephake
Referee:Prof. Dr. Ralf Dressel
Persistent Address:
http://dx.doi.org/10.53846/goediss-10381
Files in this item
Name:Mahler_Alannah_Dissertation.pdf
Size:2.67Mb
Format:PDF
The following license files are associated with this item:
Abstract
English
Aim: The traditional hinge axis theory of temporomandibular joint (TMJ) dynamics is increasingly being replaced by the theory of instantaneous centers of rotation (ICR). Typically, ICR determinations are based on theoretical calculations or three-dimensional approximations of finite element models. Materials and methods: With the advent of real-time magnetic resonance imaging (MRI), natural physiologic movements of the TMJ may be visualized with 15 frames per second. The present study employs real-time MRI to analyze the TMJ biomechanics of healthy volunteers during mandibular movements, with a special emphasis on horizontal condylar inclination (HCI) and ICR pathways. The Wilcoxon rank sum test was used to comparatively analyze ICR pathways of mandibular opening and closure. Results: Mean HCI was 34.8 degrees (± 11.3 degrees) and mean mandibular rotation was 26.6 degrees (± 7.2 degrees). Within a mandibular motion of 10 to 30 degrees, the resulting x- and y-translation during opening and closure of the mandible differed significantly (10 to 20 degrees, x: P = 0.02 and y: P < 0.01; 20 to 30 degrees, x: P < 0.001 and y: P = 0.01). Rotation of both 0 to 10 degrees and > 30 degrees showed no significant differences in x- and y-translation. Near occlusion movements differed only for y-translation (P < 0.01). Conclusion: Real-time MRI facilitates the direct recording of TMJ structures during physiologic mandibular movements. The present findings support the theory of ICR. Statistics confirmed that opening and closure of the mandible follow different ICR pathways, which might be due to muscular activity discrepancies during different movement directions. ICR pathways were similar within maximum interincisal distance (MID) and near occlusion (NO), which might be explained by limited extensibility of tissue fibers (MID) and tooth contact (NO), respectively. Keywords: biomechanics; instantaneous center of rotation; jaw dynamics; real-time magnetic resonance imaging; temporomandibular joint.
Keywords: real-time MRI; temporomandibular joint dynamics; instantaneous centers of rotation; ICR
German
Intention: Die traditionelle Scharnierachsentheorie zur Beschreibung der Kiefergelenkbiomechanik wird zunehmend durch die Theorie der ICR (instantaneous center of rotation; deutsch: Momentandrehpunkt) ersetzt. Die Berechnungen basieren dabei bisher auf theoretischen Berechnungen oder dreidimensionalen Approximationen durch Finite-Elemente-Modelle. Material und Methode: Mit der neuartigen Echtzeit-MRT kann die physiologische Kiefergelenkbewegung mit 15 Bildern pro Sekunde aufgezeichnet werden. In der vorliegenden Studie wurde das Verfahren genutzt, um die Kiefergelenkbiomechanik funktionsgesunder Probanden durch die Berechnung von ICR-Pfaden zu analysieren. Zum Vergleich der ICR-Pfade der Kieferöffnung und des Kieferschluss wurde der Wilcoxon-Rangsummentest verwendet. Ergebnisse: Im Rahmen der vorliegenden Untersuchung von 43 Probanden lag die mittlere Beweglichkeit des Unterkiefers bei 52,1 mm (± 7,5 mm) und die Analyse der sagittalen Kondylenbahnneigung ergab eine mittlere Neigung von 34,8° (± 11,3°). Die mittlere Unterkieferdrehung betrug 26,6° (≤ 7,2°), während die mittlere x-Translation 22,9 (≤ 5,8 mm) und die mittlere y-Translation 7,9 mm (≤ 2,8 mm) betrug. Die ICR-Koordinaten während des Öffnens und Schließens des Unterkiefers unterscheiden sich innerhalb der Bewegung zwischen 10° und 20° (p = 0,02; p <0,01) und 20° bis 30° (p = 0,01; p < 0,001) signifikant. Zwischen 30° und 40° ergaben sich keine signifikanten Unterschiede für die x- und y- Koordinaten zwischen dem Öffnen und Schließen des Unterkiefers (p = 0,97; p = 0,73). Kieferbewegungen in der Nähe der Okklusion im Bereich von 0° bis 10° zeigen signifikante Unterschiede in den y- Koordinaten (p <0,01), jedoch nicht in den x-Koordinaten (p = 0,08). Konklusion: Das Echtzeit-MRT-Verfahren erlaubt die Darstellung der relevanten anatomischen Gelenkstrukturen während der dynamischen Kieferbewegung. Die Ergebnisse der vorliegenden Arbeit unterstützen die Theorie der ICR. Die statistische Analyse bestätigt, dass Kieferöffnung- und Kieferschluss verschiedenen ICR-Pfaden folgen, was durch unterschiedliche Muskelaktivierung erklärt werden könnte. Die ICR-Pfade um die maximale Mundöffnung und nahe der Okklusion unterschieden sich nicht signifikant, hier könnten die Limitationen durch anatomische Strukturen, wie die Dehnung von Gewebefasern und die Führung durch die Zähne, eine Rolle spielen
Schlagwörter: Kiefergelenkbiomechanik; Echtzeit-MRT; ICR; Momentandrehpunkte
