VIRTUAL ARTICULATOR

ARTICULATEUR VIRTUEL

Description

CA 02350849 2001-06-15
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TITRE DE L'INVENTION
ARTICULATEUR VIRTUEL
DESCRIPTION DE L'ART ANTÉRIEUR
L'articulateur est un appareillage qui permet la reproduction
mécanique plus ou moins précise, en fonction de sa programmation, de
la cinématique mandibulaire. II se compose de deux branches : supérieure
et inférieure. La première représente la partie moyenne de la face, la
seconde l'étage inférieur mandibulaire. De par cette configuration,
l'articulateur est dit anatomique.
Pour respecter la conception anatomique de l'articulateur,
chacun des modèles montés sur l'articulateur l'est par rapport à un même
plan superposable entre l'appareillage et le patient. Ce plan de référence
spatial axio-orbitaire est défini par trois points : les deux émergences
tégumentaires paracondyliennes de l'axe charnière mandibulaire et un
point sous-orbitaire, repéré à l'endroit le plus déclive d'une des orbites.
20 Pour harmoniser ces deux plans, et transférer sur la branche supérieure
de l'articulateur le modèle de l'arcade maxillaire dans la même position
spatiale que son original par rapport au crâne, un arc de transfert, encore
appelé arc facial est employé. Celui-cï peut se référer à l'axe charnière
localisé ou à l'axe charnière arbitraire.
Des articulateurs qui se servent de plans de référence
différents existent également.

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L'utilisation de ces dispositifs physiques est limitée à cause
de la procédure coûteuse nécessaire pour sa réalisation et de la
complexité de la procédure pour en extraire des informations utiles.
De plus, le concept d'articulateur n'imite pas parfaitement
l'anatomie et la physiologie du patient. Les boîtiers condyliens n'ont pas
la concavité exacte de la fosse temporale, et les boules condyliennes
n'ont pas la forme ovoïde de condyles mandibulaires.
Finalement, les limitations des mouvements de l'articulateur
ne permettent pas de refléter facilement la véritable fonction mandibulaire
et les difficultés de manipulation peuvent entraîner des erreurs.
DESCRIPTION DE L'INVENTION
L'invention concerne un dispositif et une méthode de
simulation logicielle de 1a dynamique mandibulaire du patient pour l'aide
à la conception de prothèse et/ou pour le guidage des rectifications
occlusales.
Le moteur algorithmique de la simulation de l'articulation
s'appuie sur une analyse et une modélisation mathématique de la
géométrie de la forme des objets constitutifs de l'articulation et de leurs
positions et orientations respectives dans l'espace.

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Ces paramètres peuvent comprendre les paramètres
d'un articulateur
~ La pente condylienne
~ L'écartement et hauteur des condyles
~ Le dégagement latëral immédiat
~ L'angle de Bennett
~ Le cône de Guichet
~ La pente incisive
~ La position des plaquettes support des arcades
~ Le réglage de la tige incisive
Ces paramètres peuvent comprendre les paramètres cliniques
~ La forme des arcades dentaires
~ La position de ces arcades dans l'articulation (table occlusale réglable;
arc facial)
~ Ces paramètres peuvent comprendre l'ensemble des mouvements
souhaités : La latéralité gauche
~ La latéralité droite
20 ~ La propulsion
~ La rétropulsion
~ Le mouvement libre
De plus, le dit logiciel est en mesure de prendre en compte
une reconstruction 3D des éléments morphologiques du patient issue de
l'imagerie médicale (par exemple, la tomographie). Cela permet de
pousser la modélisation à son degré le plus réaliste possible et s'affranchit

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des limites de l'approche mécaniste propre aux articulateurs existants.
La modélisation de l'articulation peut se limiter à
l'articulateur simple non-adaptable qui représente une situation clinique
5 qui est jugée représentative d'un point de vue statistique pour une
population donnée.
La modélisation de l'articulation peut se limiter à
l'articulateur Arcon Non Arcon (ANA) et inclure un ensemble de
10 paramètres mesurables tel que la pente condylienne, l'angle de Bennett,
le déplacement latéral immédiat auxquels peuvent se rajouter le réglage
vertical de la branche supérieure, le réglage vertical « symétrique et/ou
asymétrique » des piliers condyliens; le réglage frontal de l'écartement
condylien; le réglage sagittal des porte-plaques de montage haut et bas;
15 le réglage de tige incisive.
La modélisation de l'articulation peut reproduire fidèlement
les dimensions, la forme, l'orientation et la position relative des éléments
de la mâchoire comprenant le maxillaire, la mandibule, le condyle et le
20 boitier condylien.
La modélisation peut s'étendre à toute la mâchoire et inclure
les différents tissus - tel que l'os, le cartilage, le muscle et le ligament
et la caractérisation mécanique de ceux-ci (par exemple : la densité
25 osseuse, le tonus musculaire, la laxité ligamentaire...).

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Les données nécessaires à la modélisation peuvent être
obtenues
~ d'une empreinte des arcades dentaires,
~ des données statistiques de différentes populations,
5 ~ à l'aide d'un arc facial,
~ avec la reconstruction 3D d'imagerie médicale obtenue par un
scanner», à l'aide de senseur de pression,
~ et de toute méthode d'évaluation clinique des paramètres précédents.
Le moteur permet la combinaison de différentes méthodes
d'acquisition. Par exemple, les données plus précises obtenues de
l'empreinte des arcades dentaires sont intégrés aux données obtenues de
la reconstruction 3D d'imagerie médicale en déterminant le référentiel
minimisant la différence entre les données obtenues.
Le moteur décrit les dimensions, la forme, l'orientation et la
position relative des éléments de la mâchoire comprenant le maxillaire, la
mandibule, le condyle, le boîtier condylien et les dents et/ou prothèses
dentaires, et fournit une représentation virtuelle de la mâchoire. Ce
20 logiciel simule les mouvements relatifs des différents éléments de la
mâchoire en fonction des contraintes physiologiques définies par les
dimensions, la forme, l'orientation et la position relative des ces éléments.
Ce moteur permet dans un premier temps d'étudier l'ensemble des
mouvements relatifs des éléments de la mâchoire et d'analyser les
contacts inter-dentaires résultants, voir les contacts tige incisive résultant
des différents mouvements. II permet de visualiser une simulation des
fonctions d'occlusion communément référencées par le clinicien

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En statiqué:
L'occlusion en intercuspidation maximale
L'occlusion de repos L'occlusion de relation centre (référence / condyle)
Et en dynamique
~ La latéralité gauche
~ La latéralité droite
~ La propulsion
~ La rétropulsion
~ Le mouvement libre
Le moteur permet entre autre le calcul du mordu dynamique
qui fournit l'enveloppe des mouvements d'une arcade ou une partie
d'arcade par rapport à son antagoniste. Ce moteur peut donc étre couplé
à un logiciel de conception assistée par ordinateur (CAO) dédié pour aider
la conception de l'extrados de la prothèse en fonction de l'enveloppe des
mouvements.
20 Le moteur permet de considérer les rapports dento-
dentaires dynamiques tel que l'agencement des arcades dentaires selon
les courbes interocclusales et la rencontre des celles-ci en
l'intercuspidation maximale. II permet également de considérer les
rapports dento-dentaires cinématiques tel que la propulsion et la diduction
et ainsi identifier différents types d'interférences et les lacunes dans le
guidage incisif, les fonctions de groupe et la fonction canine. Le moteur

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permet l'analyse des forces, le module et la direction, exercées sur une
arcade ou une partie d'arcade et de son antagoniste
Ce couplage du moteur et du logiciel CAO permet une
5 amélioration de l'intégration de la prothèse dans son arcade en minimisant
les forces néfastes (par exemple les forces latérales) à la pérennité de la
prothèse à des coûts qui rend plus accessible ce genre de traitement.
Ce moteur peut également être couplé avec un logiciel
d'analyse des contraintes pour permettre également l'analyse de la
séquence des contacts ainsi que le pourcentage de travail pour chaque
contact. Ce couplage permet de déterminer l'évolution temporelle des
forces appliquées sur les différents éléments de la mâchoire.
L'analyse des contraintes peut être faite par exemple avec
la méthode des éléments finis. Cette méthode permet entre autres de
calculer les différentes forces en présence, tant les forces externes que
la distribution des contraintes internes.
20 Le moteur et le logiciel d'analyse des contraintes peuvent
également être couplés à un logiciel CAO pour raffiner la conception de
l'extrados de la prothèse en tenant compte du travail lié à la séquence de
contacts.
25 Ce couplage du moteur, du logiciel d'analyse des
contraintes et du logïciel CAO permet une autre amélioration de

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Ö
l'intégration de la prothèse dans son arcade en minimisant les forces
néfastes à la pérennité de la prothèse.
Le moteur peut être également couplé à un logiciel de
guidage assisté par ordinateur de la rectification occlusale (GAORO).
Le logiciel GAORO permet de simuler la modification de la
morphologie des dents. Ces modifications peuvent, entre autres, être
faites en simulant les différents outils disponibles du praticien. Les
données modifiées de la forme des dents servent d'entrée pour le moteur
qui analyse la nouvelle configuration. Le couplage du logiciel GAORO et
du moteur permet d'évaluer et visualiser le résultat d'une thérapeutique
de rectification occlusale, par exemple en simulant l'abrasion des
prématurités par des meulages successifs.
Ce couplage peut également permettre de déterminer de
façon optimale la thérapeutique selon des critères préétablis par le
praticien en examinant un grand nombre de différentes possibilités. Le
critère d'optimisation peut par exemple inclure le meulage le plus
conservateur possible, c.-à-d. la rectification occlusale la moins mutilante
par rapport au capital dentaire du patient, et/ou la thérapeutique offrant la
plus grande marge d'erreur au praticien.
Le moteur peut être également couplé à un logiciel
25 d'analyse des contraintes et à un logiciel de guidage assisté par
ordinateur pour chirurgie (GAOC).

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Ce couplage permet de guider le choix et le positionnement
des implants de façon optimale en fonction des différentes forces qui
peuvent être appliquées et des contraintes internes résultantes. II peut
également servir à la simulation d'opération chirurgicale lourde tel qu'une
5 rectification mandibulaire et maxillaire.
Le moteur peut être également couplé à un logiciel
d'analyse des contraintes et à un logiciel de guidage assisté par
ordinateur pour orthodontie (GA00).
Ce couplage permet de guider un schéma de rectification
orthodontique de façon optimale en fonction des différentes forces qui
peuvent être appliquées et des contraintes internes résultantes. II permet
le choix et le positionnement d'appareil d'orthodontie et ou d'éléments
prothétiques tel que le pont et les éléments inlay onlay de rectification
d'occlusion.
Le moteur peut être couplé à un logiciel d'analyse des
contraintes pour créer un outil qui simule l'évolution temporelle des
20 éléments de la mâchoire incluant leur usure en tenant compte des
différents matériaux en présence. Cet outil peut servir pour tester la
qualité des matériaux et pour éduquer le patient quant au choix
thérapeutique le concernant (bruxisme,...).