R. Schwestka-Polly

Masticatory musculature under altered occlusal relationships--a model study with experimental animals.

In a study with experimental animals, the occlusal relationships of male Wistar rats were altered by the bilateral extraction of lateral teeth; the bolus function was eliminated by feeding a soft diet. Both steps led to relief of strain on the temporomandibular joint and thus also in the muscular system itself. The masticatory muscles adapted to the new experimental conditions. We observed a reduction in muscle dry weight and a shift in muscle fiber composition in favour of the IIb fibers, which indicates that less masticatory strength was required. Adaptation thus occurred equally on the macroscopic and microscopic levels.

The importance of electromagnetic articulography in studying tongue motor function in the framework of an orthodontic diagnosis

Objective data are required for assessing the influence of movements of the tongue on the position of the teeth. Electromagnetic articulography (EMA) makes it possible to track movements of the tongue using the principle of inductive distance measurement. A helmet made of light but robust acrylic material serves as a carrier for three transmitter coils; these latter are located in front of the forehead, in front of the chin, and at the back of the neck. Receiver coils are fixed to the tip of the tongue and at various points on the dorsum of the tongue. The distance between the receiver coils and the transmitter coils is calculated in real time by means of a personal computer. The movement trajectories are displayed on the computer screen in different colors in X-Y coordinates. The movements of the tongue are recorded in patients with correctly positioned front teeth and compared with those in patients with a frontal open bite. The significance of electromagnetic articulography for dental research and functional treatment is demonstrated.ZusammenfassungIn der Kieferorthopädie werden Fehlfunktionen der Zunge als Faktor bei der Entstehung von Dysgnathien diskutiert. Ein neues objektives Verfahren zur Untersuchung motorischer Zungenfunktion ist die elektromagnetische Artikulographie (EMA). Mit ihr können Bewegungen der Zunge dargestellt sowie deren räumliche und zeitliche Koordination beschrieben werden. Das System arbeitet nach dem Prinzip der induktiven Abstandsmessung unter Verwendung alternierender Magnetfelder. Drei Senderspulen sind an einem Kunststoffhelm befestigt. Die Bewegung der Zunge wird gemessen, indem Empfängerspulen auf die Zunge geklebt werden und ihr Abstand zu den Senderspulen berechnet wird. Beispielsweise ist es möglich, einen Meßpunkt an der Zungenspitze und verschiedene Punkte im Bereich des Zungenrückens abzuleiten. Die gewonnenen Daten werden mit Hilfe eines Personal-Computers weiter analysiert. Anhand von Patienten ohne Fehlfunktion und ohne Dysgnathie wird die Zungenbewegung mit Hilfe der elektromagnetischen Artikulographie beim Sprechen und Schlucken aufgezeichnet und graphisch dargestellt. Die gewonnenen Befunde werden zu klinischen und röntgenologischen Befunden in Relation gesetzt. Da einer unphysiologischen Zungenfunktion Bedeutung für die Entwicklung eines frontal offenen Bisses zugeschrieben wird, wird eine entsprechende Untersuchung bei Patienten mit dieser Dysgnathieform durchgeführt. Während bei Patienten ohne Fehlfunktion und ohne Dysgnathie sich ein mehr vertikal gerichtetes Bewegungsmuster der Zunge bei charakteristischen Testlauten und beim Schlucken nachweisen läßt, zeigen sich bei Patienten mit einem frontal offenen Biß zusätzlich zu den vertikalen mehr sagittal gerichtete Komponenten im Bewegungsmuster der Zunge.SummaryObjective data are required for assessing the influence of movements of the tongue on the position of the teeth. Electromagnetic articulography (EMA) makes it possible to track movements of the tongue using the principle of inductive distance measurement. A helmet made of light but robust acrylic material serves as a carrier for three transmitter coils; these latter are located in front of the forehead, in front of the chin, and at the back of the neck. Receiver coils are fixed to the tip of the tongue and at various points on the dorsum of the tongue. The distance between the receiver coils and the transmitter coils is calculated in real time by means of a personal computer. The movement trajectories are displayed on the computer screen in different colors in X-Y coordinates. The movements of the tongue are recorded in patients with correctly positioned front teeth and compared with those in patients with a frontal open bite. The significance of electromagnetic articulography for dental research and functional treatment is demonstrated.

Bedeutung und Technik der kiefergelenkpositionierung bei der sagittalen Spaltung des Unterkiefers

ZusammenfassungDie stabile Fixation der Segmente bei kieferorthopädischen Operationen bietet den vorteil, daß auf langzeitige starre intermaxilläre Immobilisation verzichtet werden kann. Die Vorteile erstrecken sich auch auf eine signifikante Reduktion der stationären Behandlungszeit und eine deutliche Abkürzung des gesamten Krankheitsverlaufes. Platten- oder Schraubenverbindungen von Osteotomiesegmenten haben jedoch den Nachteil, daß sie postoperativ nur sehr schwierig oder gar nicht mehr zu korrigieren sind. Daher ist eine Voraussetzung für die Anwendung stabiler Osteosyntheseverfahren im Unterkiefer und auch bei bimaxillären Eingriffen die exakte Übertragung der präoperativen Kondylusposition auf die postoperative Situation. Die vorgestellte Technik, die sich seit Jahren in der engen Zusammenarbeit zwischen Kieferorthopädie und Kieferchirurgie bewährt hat, erscheint uns die notwendige Voraussetzung für eine moderne Behandlung dentofazialer Anomalien.SummaryThe rigid fixation of segments in orthognatic surgery offers the advantage of avoiding long-term rigid intermaxillary immobilisation and reducing in-hospital treatment time and the entire clinical course. Nevertheless, it is difficult or even impossible to correct postoperatively osteotomy segments. Therefore the exact transfer of the preoperative position of the condyle to the postoperative situation is essential for the use of this technique and its use in bimaxillary surgery. The presented technique, which has been successful in the cooperation of orthodontics and orthognatic surgery for many years, is a prerequisite for an up to date treatment of dentofacial anomalies.

Ergebnisse der Anwendung des Göttinger Konzepts zur räumlichen Einstellung des Oberkiefers nach Umstellungsosteotomien

Während einer kombinierten kieferorthopädisch-chirurgischen Behandlung ist nach der Osteotomie auf Le-Fort-I-Ebene eine dreidimensionale Umstellung des Oberkiefers möglich. Die präoperativ geplante und gewünschte Position des zahntragenden Komplexes konnte während der Operation jedoch häufig nur unzureichend genau auf den Patienten übertragen werden. Von verschiedenen Autoren wurden Abweichungen der tatsächlichen zur geplanten Position von maximal 15 mm in der Vertikalen und 5 mm in der Sagittalen beschrieben. Um derartig große Fehler zu vermeiden und um bei einer gelenkbezüglichen kieferorthopädisch-chirurgischen Therapie während der Operationssimulation Modelle in einem Artikulator räumlich kontrolliert verlagern zu können, wurde das Modellrepositionierungsinstrument entwickelt. Zur räumlichen Übertragung der geplanten Position des Oberkiefers während des chirurgischen Eingriffs auf den Patienten wurde die neu entwickelte „3D-Doppelsplint-Methode“ in Kombination mit einem Operationsgesichtsbogen angewandt. Für 20 erwachsene Patienten, die mit Hilfe der genannten Vorrichtungen und Methoden operiert wurden, wurde die Oberkieferposition vor und nach dem chirurgischen Eingriff analysiert. Ergebnisse: Die geplanten und während der Modelloperation eingestellten Verlagerungen konnten unter Anwendung des optimierten Konzepts intraoperativ mit einer Genauigkeit von ± 1 mm in der Vertikalen und Sagittalen auf den Patienten übertragen werden. During orthodontic-surgical treatment, a three-dimensional repositioning of the maxilla is needed after Le Fort I osteotomy. The preoperatively planned and desired position of the maxilla could often not be implemented satisfactorily in the surgical procedure. Several authors described deviations of up to 15 mm in the vertical dimension and 5 mm in the sagittal dimension between the planned and the achieved position. In order to avoid this error, the “model-repositioning instrument” for three-dimensionally controlled cast surgery and the “three-dimensional doublesplint method” in combination with a surgical facebow for actual surgery were developed. A group of 20 adult patients with severe dentofacial deformities were treated according to the Goettingen concept for combined orthodontic-surgical treatment with condylar position control with a surgical facebow. For each patient the position of three marked reference points on the maxillary dental arch under pre- and postoperative conditions was evaluated using superimposed tracings of lateral radiographs. These values were compared with the performed movements of the dental maxillary arch during cast surgery. It can be shown that with the new developments the planned position of the maxillary dental arch could be transferred from cast surgery to actual surgery with an accuracy of ± 1 mm vertically and sagittally.

Functional Improvement of the Mandibular Neuromuscular Guidance by Orthodontic-Surgical Treatment

The primary aim of the study was to reveal whether adult patients with skeletal mandibular retrognathism combined with a dental Class II relationship without craniomandibular pain show a characteristic pattern of free mandibular movements compared to patients with a Class I skeletal and dental morphology. The secondary aim was to investigate whether these characteristic structures are subject to change following combined orthodontic-surgical treatment.Free mandibular movements were measured with an ultrasound device and analyzed with computer software developed by the authors. In all patients examined, 2 maxillarily and mandibularly fixed axes were found. These axes have no direct relation to the temporomandibular joints, are positioned above and anterior to the joints and maintain a constant distance. This gear system is referred to as a neuromuscularly determined dimeric link chain. The position of the mandible is defined by the rotational angle μ and the inclination angle α around the axes of the dimeric link chain.This dimeric link chain of free movements of patients with Class I skeletal and dental relationship functions according to the principle of least action: The angular velocities around the 2 axes show a constant ratio within the different segments of motion, and in the μ-α-diagrams the segments of mandibular movements are represented by straight lines, the shortes paths between 2 positions.Individual cases and statistical data show that the structure of mandibular movements of patients with skeletal mandibular retrognathism combined with a dental Class II relationship without craniomandibular pain differs significantly from that of patients with Class I alignment. Mandibular retrognathism and a Class II relationship are accompanied by marked coordination disturbances in the rotary movements around the maxillary and mandibular neuromuscular axes.Following orthodontic-surgical treatment to restore ideal alignment of the occlusal, articular, and skeletal structures, the patients showed a similar pattern in the structure of mandibular movements to that of patients with Class I skeletal and dental relationships.Thus, combined orthodontic-surgical treatment leads to measurable functional harmonization not only of the skeletal and dental structures but also of the neuromuscular guidance system.ZusammenfassungDas erste Ziel der vorliegenden Studie war es, zu untersuchen, ob erwachsene Patienten mit einer mandibulären Retrognathie kombiniert mit einem Distalbiss ohne Beschwerden im kraniomandibulären System eine charakteristische Struktur freier Unterkieferbewegungen aufweisen. Als Vergleichsgruppe dienten Patienten mit neutraler skelettaler und dentaler Relation. Das zweite Ziel war es, zu analysieren, ob und wie sich diese charakteristische Bewegungsstruktur im Verlauf einer kombiniert kieferorthopädisch-chirurgischen Behandlung veränderte.Freie Unterkieferbewegungen wurden mit Hilfe eines Ultraschallmesssystems aufgezeichnet und mit Hilfe eigens entwickelter Computer-Software analysiert. Bei allen untersuchten Patienten wurden zwei Achsen gefunden, die jeweils maxillär und mandibulär fixiert waren. Diese Achsen sind nicht direkt anatomischen Strukturen zuzuordnen, sie liegen oberhalb und anterior des jeweiligen Kiefergelenkes und haben einen konstanten Abstand voneinander. Das durch diese Achsen erzeugte Führungssystem wird als neuromuskulär gesteuerte dimere Gelenkkette bezeichnet. Die jeweilige Position des Unterkiefers wird durch die Drehungen um die Achsen der Gelenkkette mit dem Schwingwinkel μ und dem Neigungswinkel α beschrieben.Die dimere Gelenkkette arbeitet bei freien Unterkieferbewegungen von Patienten mit neutraler skelettaler und dentaler Relation nach dem Prinzip des geringst möglichen Aufwandes: Die Winkelgeschwindigkeiten der Drehungen um die beiden Achsen zeigen ein konstantes Verhältnis innerhalb eines Bewegungsabschnitts. Dies wird im zugehörigen μ-α-Diagramm als Gerade sichtbar, dem kürzesten Weg zwischen zwei Positionen.Die Einzelbeispiele und die statistischen Daten zeigen, dass sich die Struktur der Unterkieferbewegung von Patienten mit einer mandibulären Retrognathie und einem Distalbiss ohne Beschwerden im kraniomandibulären System signifikant von der Struktur bei Patienten mit neutraler Anordnung unterscheidet. Mandibuläre Retrognathie und Distalbiss sind verbunden mit einer ausgeprägten Dyskoordination der Drehungen um die maxilläre und mandibuläre neuromuskuläre Achse.Nach Abschluss einer kieferorthopädisch-chirurgischen Behandlung, die zu einer idealen Anordnung der okklusalen, artikulären und skelettalen Strukturen führte, zeigten die untersuchten Patienten eine ähnliche Struktur der Unterkieferbewegung wie Patienten mit neutraler skelettaler und dentaler Zuordnung.Somit führt eine kombinierte kieferorthopädisch-chirurgische Behandlung zu einer messbaren funktionellen Harmonisierung nicht nur der skelettalen und dentalen Strukturen, sondern auch der neuromuskulären Führung.

Functional conditions of the mandible: theory and physiology

The functional conditions of the mandible are differentiated according to the number of kinematic degrees of freedom assigned to each mandibular movement. One degree of freedom: pro- and retrusive occlusal border movement. The interplay of the TMJs with the occluding teeth determines a compulsory course which corresponds to a 4-bar-chain guidance. 2 degrees of freedom: free sagittal mouth movement without tooth contact. Using graphic recordings of cyclic mandibular movements, the mobile hinge axis is identified as a mandibularly fixed line which is not directly categorized as a part of an anatomical structure. In the maxillary coordinate system, its movement describes a cylinder; sagittally, it describes a circle. The mandibular positions are clearly identifiable with 2 angles. The in vivo measurements show that neuromuscularly healthy systems supply the mandible with anticipatory guidance. 3 degrees of freedom: bolus function. The articular space in the TMJ is utilized.

Curvature morphology of the mandibular dentition and the development of concave-convex vertical stripping instruments.

Radii for concave-convex vertical stripping instruments can be derived from measurements of the natural curvature morphology in the horizontal contact area of the mandibular dentition.The concave-convex adjustment of contacts in the anterior dental arch with a newly developed set of concave-convex stripping instruments should enable orthodontic crowding problems to be alleviated biomechanically.ZusammenfassungAusgehend von Messungen der natürlichen Krümmungsmorphologie im horizontalen Kontaktbereich der Unterkieferdentition lassen sich mit den gefundenen Werten Radien für vertikal arbeitende konkav-konvexe Strippinstrumente ableiten.Durch die konkav-konvexe Umgestaltung der Kontakte im Frontzahnbogen mit einem neu entwickelten konkav-konvexen Strippinstrumentarium sollte es möglich sein, einen Beitrag zur Reduktion der Engstandproblematik in der Kieferorthopädie auf biomechanischem Weg zu leisten.

Alteration of the functional condition of the mandible during clinical treatment

Free mandibular movements and their neuromuscular guidance were measured with an ultrasonic device and analyzed with computer software developed by the authors. In all patients examined, we found maxillarly- and mandibularly-fixed axes which maintain a constant distance. This guidance system is named a neuromuscularly-determined dimeric link chain. The position of the mandible is defined by the 2 rotational angles (mu, alpha) around the axes of the dimeric link chain. This dimeric link chain of free movements normally functions according to the principle of least action. The angular velocities around the 2 axes show a constant ratio during the different segments of motion. In the mu-alpha-diagrams, the segments of movements of the mandible are represented by straight lines, the shortest path between 2 positions. Individual cases and statistical data show that the structure of mandibular movements of patients with skeletal mandibular retrognathism combined with dental class-II-relationship without craniomandibular pain significantly differs from the structure in patients with neutral alignment. Mandibular retrognathism and class-II-relationship are accompanied by marked coordination disturbances of rotations around the maxillary and mandibular neuromuscular axes. Following orthodontic-surgical treatment that restored ideal alignment of the occlusal, articular, and skeletal structures, the patients examined showed a similar pattern in the structure of mandibular movements to that of patients with neutral skeletal and dental relationships. Thus, combined orthodontic-surgical treatment leads to measurable functional harmonization not only of the skeletal and dental structures, but also of the neuromuscular guidance system.