TER

Caractérisation du tissu osseux
Analyse critique avec un soft open source
Clément MARREL
Tuong Bach BUI
- 13 mai 2016 -
Travail encadré par
M. Michel MESNARD, professeur
M. Ricardo DUARTE, doctorant
Université de Bordeaux
Master 1 biologie, santé
Spécialité biomatériaux et dispositifs médicaux
UE travaux en recherche (TER)
Année universitaire 2015 - 2016

Remerciements
Nous tenons tout d'abord à remercier nos deux tuteurs M. Michel Mesnard et M. Ricardo Duarte
pour leur sympathie, leurs conseils, leur disponibilité et plus généralement pour leur aide dans nos
recherches et dans l'écriture du rapport jusqu'au dernier moment.
Nous adressons également nos remerciements aux services de radiologie des hôpitaux de Bonn
et de Gdańsk d'où proviennent l'ensemble des clichés analysés dans cette étude.

Sommaire
Liste des abréviations
Liste des figures
Liste des tableaux
Liste des équations
Introduction............................................................................................................................................. 1
1. Articulation temporo-mandibulaire ................................................................................................ 2
1.1. Plans de référence en anatomie ............................................................................................. 2
1.2. Tissu osseux............................................................................................................................. 2
1.3. Anatomie de l'articulation....................................................................................................... 2
1.3.1. Structures osseuses de l'ATM.......................................................................................... 3
1.3.2. Structures musculaires et mobilité de l'ATM .................................................................. 3
2. Pathologies de l'ATM et traitements............................................................................................... 4
2.1. Pathologies liées à l'articulation temporo-mandibulaire........................................................ 4
2.2. Traitements ............................................................................................................................. 5
3. Etat de l'art des prothèses ATM...................................................................................................... 5
3.1. Eléments du cahier des charges.............................................................................................. 6
3.2. Trois prothèses ATM actuellement sur le marché .................................................................. 7
3.3. Protocole chirurgical pour l'implantation d'une prothèse ATM ............................................. 7
3.4. Résultats obtenus par les prothèses ATM............................................................................... 9
4.1. Outils pour la détermination des caractéristiques de l'ATM ................................................ 11
4.1.1. Tomodensitométrie pour la caractérisation du tissu osseux........................................ 11
4.1.2. Norme DICOM ............................................................................................................... 12
4.2. Patients et protocole de mesure........................................................................................... 13
4.2.1. Mesures réalisées.......................................................................................................... 13
4.3. Tests d'exploitation statistique ............................................................................................. 15

4.3.1. Fidélité de la méthode................................................................................................... 15
4.3.2. Influence du manipulateur sur les résultats.................................................................. 17
4.3.3. Variabilité intra-individuelle.......................................................................................... 17
4.3.4. Variabilité inter-individuelle.......................................................................................... 17
5. Résultats........................................................................................................................................ 18
5.1. Performances de la méthode................................................................................................ 18
5.1.1. Fidélité........................................................................................................................... 18
5.1.2. Influence du manipulateur sur les résultats.................................................................. 19
5.2. Variabilité intra-individuelle.................................................................................................. 19
5.3. Variabilité inter-individuelle.................................................................................................. 20
6. Discussions .................................................................................................................................... 20
Conclusion ............................................................................................................................................. 24
Bibliographie.......................................................................................................................................... 25

Liste des abréviations
A Section où la surface d'os spongieux est la plus grande
ATM Articulation temporo-mandibulaire
B Section où la surface d'os spongieux est la plus étroite
C Section où se trouve le foramen mandibulaire
CoCrMo Cobalt-chrome-molybdène
CT Computerized tomography
CV Coefficient de variation
D Droit
DICOM Digital imaging communication in medecine
DS Déviation standard
F Femme
FDA Food and drug administration
G Gauche
H Homme
IC Intervalle de confiance
IRM Imagerie par résonance magnétique
NS Non significatif
P Périmètre de la section d'os spongieux
PTFE Polytétrafluoroéthylène
S Surface de la section d'os spongieux
TMJ Temporomandibular joint
UH Unité Hounsfield
UHMWPE Ultra-high molecular weight polyethylene
V Volume du cône d'os spongieux
X1 Distance entre les sections A et B
X2 Distance entre les sections A et C

Liste des figures
Figure 1 : Plans (à gauche) et axes (à droite) de référence en anatomie humaine................................................. 2
Figure 2 : Anatomie de l'articulation temporo-mandibulaire ................................................................................. 2
Figure 3 : Anatomie de la mandibule ...................................................................................................................... 3
Figure 4 : Muscles masséter et temporal ................................................................................................................ 3
Figure 5 : Muscles ptérygoïdiens latéral et médial.................................................................................................. 3
Figure 6 : Mouvements de l'articulation temporo-mandibulaire ............................................................................ 3
Figure 7 : Mouvement de rotation/glissement du condyle sur l'os temporal en vue sagittale ............................... 4
Figure 8 : Coupe frontale obtenue par tomodensitométrie montrant l'ankylose de l'ATM gauche (à droite de
l'image)................................................................................................................................................... 4
Figure 9 : Différentes morphologies des prothèses d'articulation temporo-mandibulaire actuellement sur le
marché. .................................................................................................................................................. 6
Figure 10 : Composant mandibulaire de la prothèse totale Biomet Lorenz............................................................ 7
Figure 11 : Protocole chirurgical pour l’implantation d’une prothèse ATM ............................................................ 8
Figure 12 : Prothèse condylienne à fixation intramédullaire................................................................................. 10
Figure 13 : CT scan de la tête d'un jeune patient (25 ans). ................................................................................... 12
Figure 14 : Exemples d'anomalies rencontrées lors de l'observation des scans et ayant mené au rejet des résultats
du patient dans l'étude......................................................................................................................... 14
Figure 15 : Représentation des différentes sections repérées grâce à ImageJ et des distances calculées sous Excel
.............................................................................................................................................................. 14
Figure 16 : Illustration du concept de fidélité et de justesse en métrologie.......................................................... 16
Figure 17 : Répartition des condyles exploitables pour l'établissement de valeurs usuelles en fonction du sexe et
de l'âge des patients............................................................................................................................. 18
Figure 18 : Répartition des valeurs de répétabilité de la méthode de sélection de la section A en fonction de
l'opérateur selon deux critères : sa surface (à gauche) et son périmètre (à droite)............................. 19
Figure 19 : Valeurs usuelles et variabilité inter et intra-individuelle des cinq paramètres étudiés ....................... 20
Figure 20 : Reconstructions en trois dimensions du ramus droit de deux patients sous Scan IP où l'os spongieux
(jaune) est différenciable de l'os cortical (rouge) et grâce auxquelles il est possible de visualiser la
distance X1............................................................................................................................................ 20
Figure 21 : Augmentation des valeurs de la distance X1 en fonction de l'âge de huit patients masculins en cous de
croissance............................................................................................................................................. 20
Figure 22 : Relation entre la surface de la section A et la distance X1 pour chaque condyle de l'ensemble des
patients (féminins et masculins)........................................................................................................... 20

Liste des tableaux
Tableau 1 : Propriétés mécaniques des structures composant l'ATM ainsi que des matériaux utilisés par les
prothèses totales ATM. .......................................................................................................................... 2
Tableau 2 : Comparaison des caractéristiques de trois prothèses totales ATM...................................................... 7
Tableau 3 : Résultats obtenus suite à l'implantation de prothèses totales TMJ Concepts et Biomet Lorenz.......... 9
Tableau 4 : Résultats obtenus chez 300 patients ayant reçu la prothèse ATM Biomet Lorenz au Brésil ................ 9
Tableau 5 : Unité Hounsfield de quelques tissus humains. ................................................................................... 12
Tableau 6 : Différentes sources d'erreurs pour l'exemple de la détermination de la distance entre la section la plus
large d'os spongieux (A) et la section la plus étroite (B). ..................................................................... 15
Tableau 7 : Résultats de la première épreuve de fidélité intermédiaire du protocole .......................................... 18
Tableau 8 : Résultats de l'épreuve de répétabilité de la méthode de sélection de la section sous ImageJ ........... 18
Tableau 9 : Résultats de la seconde épreuve de fidélité intermédiaire du protocole............................................ 19
Tableau 10 : Comparaison des résultats obtenus par les deux opérateurs sur un échantillon de 12 patients dont
les résultats couvrent l'ensemble de la gamme de mesure.................................................................. 19
Tableau 11 : Variabilité intra-individuelle des cinq paramètres étudiés ............................................................... 19
Liste des équations
Équation 1 : Relation entre le coefficient d'absorption (µ) des tissus composant le voxel étudié (X) et les unités
Hounsfield (UH). ................................................................................................................................... 12
Équation 2 : Calcul de la distance X1 séparant la section d'os spongieux la plus large (A) et la section d'os spongieux
la plus étroite (B).................................................................................................................................. 14
Équation 3 : Approximation du volume d'os spongieux. ....................................................................................... 14
Équation 4 : Calcul de la distance X2 séparant la section A du foramen mandibulaire (C).................................... 14
Équation 5 : Calcul des critères de dispersion des valeurs (s l'écart-type et CV le coefficient de variation) avec n le
nombre de valeurs de l'échantillon, xi chaque valeur individuelle de l'échantillon et 𝑥 la moyenne des
valeurs de l'échantillon......................................................................................................................... 16
Équation 6 : Calcul de l'intervalle de confiance (IC) avec t issu de la table de Student pour une confiance de 95 %,
𝑥 la moyenne des valeurs de l'échantillon et s l'écart-type.................................................................. 18

1
Introduction
fin de lutter contre des troubles sévères de l'articulation temporo-mandibulaire (ATM), une
solution viable et de plus en plus préconisée est la reconstruction de l'articulation via la pose
d'une prothèse totale. Les prothèses ATM actuellement sur le marché sont similaires dans leur
principe. Celles-ci sont toutes constituées d'une plaque métallique vissée sur la mandibule dont
l'extrémité supérieure vient s'insérer et glisser dans une fosse artificielle fixée sur l'os temporal. Ces
prothèses sont en développement depuis plusieurs dizaines d'années mais ont globalement gardé la
même architecture. En 1998, Mercuri [1] dresse une liste des considérations à prendre en compte pour
l'amélioration des prothèses ATM. Parmi celles-ci se trouvent le développement de méthodes de
modélisation informatique de l'ATM ainsi que l'amélioration des méthodes de fixation des prothèses.
Ramos et al. [2] ont conçu une prothèse ATM dont le principe de fixation est différent et en a
déposé le brevet [3]. L'innovation qu'apporte cette prothèse est qu'elle n'est plus constituée d'une plaque
vissée contre la mandibule mais plutôt d'une tige insérée dans la mandibule à l'instar d'une prothèse de
hanche ou de genou. Afin de déterminer les caractéristiques géométriques de l'implant, Duarte et al. [4]
ont commencé l'élaboration d'un protocole d'analyse de la géométrie de l'ATM. Ce protocole a pour but
de simplifier la modélisation de l'articulation en s'appuyant sur l'utilisation de clichés obtenus par
tomodensitométrie pour déterminer plusieurs distances caractéristiques de l'ATM de deux patients. Les
différentes mesures ont été effectuées grâce au programme ImageJ (National Institutes of Health, USA),
un logiciel open-source largement utilisé dans le domaine de la recherche scientifique. L'utilisation de
ce logiciel a été validée grâce à une comparaison des résultats obtenus avec des mesures effectuées sur
un logiciel spécialisé et éprouvé : Scan IP (Simpleware, Exeter, Royaume-Uni). Aucune différence
significative n'a été mise en évidence entre les résultats obtenus par ces deux logiciels. Les auteurs ont
conclu que le logiciel ImageJ est une alternative plus rapide, plus simple à utiliser tout en ayant une
efficacité comparable à celle des logiciels commerciaux.
L'objectif de cette étude est de poursuivre et de compléter le travail effectué par Duarte et al. [4]
en établissant les performances de cette méthode d'analyse sur un échantillon de patients plus
conséquent. Ce travail s'articule en deux parties. Celui-ci est introduit par une recherche bibliographique
ayant pour objectif de présenter le contexte dans lequel s'inscrit la conception de ce nouveau genre de
prothèse ATM en décrivant notamment l'anatomie de cette articulation particulière et en proposant un
aperçu des prothèses ATM existant aujourd'hui. La seconde partie sera basée sur l'analyse statistique
des relevés effectués grâce à cette méthode d'analyse dans l'optique de statuer sur ses performances ainsi
que de la variabilité intra et interindividuelles sur différents paramètres géométriques de l'ATM.
A

Tableau 1 : Propriétés mécaniques des structures composant l'ATM ainsi que des matériaux utilisés par les prothèses totales
ATM [5]. Le module de Young caractérise l'élasticité du matériau : plus celui-ci est élevé, plus le matériau est rigide. Le
coefficient de Poisson caractérise la contraction de la matière perpendiculairement à la direction de l'effort appliqué.
Matériau Module de Young (MPa) Coefficient de Poisson
Crâne 6 000 0,28
Disque articulaire 44,1 0,40
Cartilage 0,5 0,49
Os cortical (mandibule) 14 700 0,28
Os spongieux (mandibule) 400 0,30
Alliage CoCrMo 210 000 0,30
Titane 110 000 0,30
UHMWPE 500 0,29
Figure 2 : Anatomie de l'articulation temporo-mandibulaire (adaptée de [7], [8]).
Os temporal
Disque articulaire
Condyle
Mandibule
Processus zygomatique
Fosse mandibulaire
Tubercule articulaire
Figure 1 : Plans (à gauche) et axes (à droite) de référence en anatomie humaine
sci-sport.com
Plan frontal
Plan transversal
Plan sagittal
Axe
antéro-postérieur
Axe transversal
Axe longitudinal

2
1. Articulation temporo-mandibulaire
1.1. Plans de référence en anatomie
En anatomie, trois plans de référence sont utilisés afin de repérer et situer les différentes
structures anatomiques (Figure 1).
 Le plan transversal est un plan horizontal qui sépare le corps en une partie supérieure
et en une partie inférieure.
 Le plan sagittal est un plan vertical qui sépare les parties gauche et droite du corps. Le
plan médian est un plan sagittal particulier séparant le corps en deux parties
symétriques. L'objet étudié est en position médiale s'il se trouve à proximité du plan
médian et inversement, en position latérale s'il est éloigné de ce plan. Lorsque deux
structures sont situées de part et d'autre du plan médial, elles sont dites controlatérales.
A l'inverse, elles sont dites ipsilatérales lorsqu'elles se trouvent du même côté.
 Le plan frontal (ou coronal) est un plan vertical qui divise le corps en une partie
antérieure (ou ventrale) et en une partie postérieure (ou dorsale).
1.2. Tissu osseux
Le tissu osseux est un tissu conjonctif minéralisé dont la matrice extracellulaire, un matériau
composite composé d'hydroxyapatite et de fibres de collagène, est prépondérante et lui confère de
nombreuses propriétés mécaniques. Ce tissu assure des fonctions de soutien, de protection des viscères
(cœur dans la cage thoracique, cerveau dans le crâne…), de maintien de l'homéostasie minérale et de
mouvement. Les mouvements sont rendus possibles grâce aux articulations, les jonctions existant entre
les différents os.
Il existe deux types de tissu osseux : l'os cortical et l'os spongieux. L'os cortical (ou compact)
constitue la couche externe de l'os. Il s'agit d'une structure dense et caractérisée par une rigidité et une
résistance mécanique importantes (Tableau 1) et servant de point d'ancrage musculaire et ligamentaire
[5]. L'os spongieux (ou trabéculaire) constitue quant à lui la partie interne de l'os. Il est composé de
travées osseuses, structures en nids d'abeille, contenant la moelle osseuse. La disposition de ces travées
fait de l'os spongieux un matériau anisotrope, c’est-à-dire qu'elles lui confèrent des propriétés différentes
selon la direction des contraintes mécaniques qu'il subit [6]. Il a notamment pour rôle d'amortir et de
distribuer les contraintes mécaniques.
1.3. Anatomie de l'articulation
L'articulation temporo-mandibulaire (ATM) est une articulation complexe située dans une zone
anatomiquement très dense. Chaque articulation fonctionne de manière coordonnée avec l'articulation
controlatérale car ces deux articulations sont liées mécaniquement par l'arc de la mandibule. L'ATM
permet plusieurs fonctions majeures comme la mastication, la déglutition et la phonation. Elle fait entrer
en jeu trois structures osseuses : la mandibule, l'os temporal et le disque articulaire (Figure 2), reliées et
mises en mouvement par un certain nombre de muscles, ligaments et tendons.

Translation antérieure
• Muscle ptérygoïdien latéral
assisté du ptérygoïdien médial
Translation postérieure
• Muscle temporal, muscle
masséter et muscles sus-
hyoïdiens
Elévation
• Muscle temporal, masséter et
ptérygoïdien médial
Abaissement
• Gravité
• Muscles sus-hyoïdiens
Figure 6 : Mouvements de l'articulation temporo-mandibulaire (adaptée de Drake et al. [9])
Figure 3 : Anatomie de la mandibule [7].
Processus coronoïde
Foramen mandibulaire
Condyle
Ramus
Corps
Angle
Col du condyle
Figure 5 : Muscles ptérygoïdiens latéral et médial
(adapté de Drake et al. [9]).
Chef supérieur du ptérygoïdien latéral
Disque articulaire
Ligament sphénomandibulaire
Chef profond du
Chef inférieur du
ptérygoïdien latéral
Chef superficiel du
Capsule articulaire
Processus ptérygoïde
Figure 4 : Muscles masséter et temporal [10].
Muscle temporal
Mandibule
Muscle masséter,
partie profonde
Muscle masséter,
partie superficielle

3
1.3.1. Structures osseuses de l'ATM
La mandibule est la partie osseuse mobile de l'articulation et constitue la mâchoire inférieure
(Figure 3). Elle est divisée en deux parties : le corps et les branches (ou ramus). Le corps de la mandibule
est la partie horizontale en forme de fer à cheval où viennent s'enraciner les dents. A chacune de ses
extrémités se trouve un ramus constituant la partie verticale de la mandibule. Sur le ramus se trouve le
foramen mandibulaire, le point d'insertion du nerf mandibulaire dans la mandibule. Ce nerf parcours le
canal dentaire pour innerver les dents. A l'extrémité du ramus se trouvent deux processus : le processus
coronoïde et le processus condylaire (ou condyle). C'est ce condyle qui vient s'insérer dans l'os temporal
situé à la base du crâne pour permettre l'articulation de la mâchoire [7]–[10]. Plus précisément, le
processus condylaire s'insère dans une partie de l'os temporal (Figure 2) appelée fosse mandibulaire (ou
fosse glénoïde) et vient glisser sur le tubercule articulaire lors l'ouverture/fermeture de la bouche [9].
L'articulation est isolée dans une capsule articulaire, une enveloppe fibreuse permettant le
maintien de la mise en contact des surfaces articulaires et le cloisonnement du liquide synovial. Le
liquide synovial permet la lubrification de l'articulation et facilite le glissement des surfaces articulaires.
La congruence de l'articulation est également favorisée par le disque articulaire, une structure fibro-
cartilagineuse qui s'insère entre le condyle de l'ATM et la fosse mandibulaire.
1.3.2. Structures musculaires et mobilité de l'ATM
L'ATM est mise en mouvement par un ensemble de muscles appelé muscles manducateurs dont
les principaux sont le muscle masséter, le muscle temporal, les muscles ptérygoïdiens et les muscles sus
et sous-hyoïdiens (Figure 4, Figure 5). Les muscles manducateurs permettent une grande mobilité de
l'articulation (Figure 6) [9]. La mastication, la déglutition, la phonation ainsi que les autres fonctions de
la mandibule sont le résultat de la combinaison complexe de trois mouvements élémentaires :
 des mouvements d'abaissement (abduction) et d'élévation (adduction) dus à la rotation
du condyle dans la fosse mandibulaire permettant une mobilité verticale de la
mandibule dans le plan sagittal et donc l'ouverture et la fermeture de la bouche ;
 des mouvements de propulsion/rétropulsion, permettant respectivement d'avancer ou
de reculer le menton, dus à la translation du condyle sur le tubercule articulaire ;
 des mouvements de diduction c’est-à-dire un déplacement latéral dans le plan
horizontal (sur la gauche et la droite).
L'ouverture de la bouche fait entrer en jeu le mouvement de rotation selon l'axe transversal et le
mouvement de translation antérieure du condyle (Figure 7). La combinaison de ces deux mouvements
autorise une ouverture plus ample de la bouche. Le glissement antérieur du condyle permet en effet de
faire en sorte que le déplacement postérieur de l'angle de la mandibule lié à la rotation du condyle ne
soit pas gêné par les structures du cou. L'abaissement de la mandibule est dû aux muscles sus-hyoïdiens
aidés par la gravité. Ces muscles situés dans le cou vont permettre de tirer le menton vers le bas et vers
l'arrière. Ce déplacement se traduit par une rotation du condyle de l'ATM. Le muscle ptérygoïdien latéral
intervient également afin d'effectuer une translation antérieure du condyle sur le tubercule articulaire de
l'os temporal. Lors de l'élévation de la mandibule, ce sont les muscles masséter et temporal qui vont
permettre au condyle de retrouver la fosse mandibulaire [9]. Ces deux muscles sont des muscles

Axe longitudinal
Axe
antéro-postérieur
Axe transversal
Fosse mandibulaire
Méat acoustique
Condyle
Disque articulaire
Arrière AvantA
Fosse mandibulaire
Condyle
Méat acoustique
Disque articulaire
AvantArrière B
Figure 7 : Mouvement de rotation/glissement du condyle sur l'os temporal en vue sagittale (adapté de
Sobotta [10]). (A) Bouche fermée, le condyle se trouve dans la fosse mandibulaire. (B) Bouche ouverte,
le condyle a glissé sur le tubercule articulaire selon la flèche jaune, la rotation est visible par la
modification de l'orientation de l'axe du ramus (flèche orange).
Ramus de la
mandibule
Figure 8 : Coupe frontale obtenue par tomodensitométrie montrant l'ankylose de l'ATM
gauche (à droite de l'image) [31].

4
puissants : la force maximale développée au niveau de l'ATM lors d'une morsure par les molaires est
estimée à 265 N (soit environ 27 kg) [11].
Les mouvements de diduction impliquent des mouvements non symétriques des deux condyles.
Lorsque le menton se porte à droite, le condyle droit subit une rotation selon l'axe longitudinal. Le
condyle gauche subit quant à lui un déplacement en avant, en bas et en dedans, et inversement.
La combinaison de ces trois mouvements permet la circumduction. Il s'agit d'un mouvement
particulièrement utilisé lors de la mastication pendant lequel la mandibule décrit un cône dans l'espace :
l'ATM au sommet du cône est plus moins fixe tandis que le menton à l'extrémité de la mandibule trace
un cercle. Chez l'adulte, l'ATM permet une ouverture moyenne de la bouche de 50 ± 6 mm, des
mouvements de propulsion de 7 ± 2 mm et des mouvements de latéralité de 9 ± 3 mm [12].
2. Pathologies de l'ATM et traitements
2.1. Pathologies liées à l'articulation temporo-mandibulaire
Comme toute articulation, l'ATM est sujette à diverses pathologies. Les symptômes de ces
troubles temporo-mandibulaires sont très variés, les principaux étant des douleurs dans l'articulation en
avant de l'oreille et pouvant irradier jusque dans le cou et les épaules ; des bruits de craquement et/ou de
frottement lors de la mise en mouvement de l'articulation ; ainsi qu'une diminution de l'amplitude des
mouvements de l'ATM voire une impossibilité à l'ouverture de la bouche [12], [13]. D'autres symptômes
peuvent apparaître comme des problèmes auditifs (acouphènes) ou des maux de têtes.
Tout facteur entraînant une modification de la répartition des charges au niveau de l'ATM a un
impact sur le fonctionnement de celle-ci et peu conduire à une dysfonction de l'articulation [12]. De
manière générale, les troubles dentaires ont une forte influence sur la préservation de l'ATM. Ainsi, le
bruxisme1
, une mauvaise occlusion dentaire ou la perte de dents non compensée sont autant de facteurs
responsables de mouvements non fonctionnels et augmentant les risques de développer des troubles de
l'ATM.
Les troubles temporo-mandibulaires peuvent être d'origine inflammatoire. Ces inflammations
appelées arthrites conduisent à une déformation et à une détérioration de l'articulation et sont très
douloureuses. Elles peuvent être d'origine infectieuse ou bien rhumatismale (polyarthrite rhumatoïde,
arthrite psoriasique) [14]. La polyarthrite rhumatoïde est une maladie auto-immune affectant
progressivement plusieurs articulations. Elle touche entre 0,4 et 0,8 % de la population. Parmi les
individus atteints de polyarthrite rhumatoïde, plus de la moitié vont contracter des symptômes au niveau
de l'ATM se manifestant en moyenne trois ans après les premiers signes de la maladie [12].
Des ankyloses de l'ATM faisant suite à une spondylarthrite ankylosante [15], à un traumatisme
ou une infection [16] conduisent également à une perte de mobilité de l'articulation. Une ankylose de
l'ATM (Figure 8) se caractérise par la fusion du condyle et de l'os temporal et entraîne donc une fixation
et une immobilité de l'articulation. D'autres pathologies non inflammatoires peuvent également conduire
1
Bruxisme : mise en mouvement inconsciente de l'appareil manducateur par serrement et/ou par diduction
(grincement des dents)

5
à des troubles articulaires de l'ATM. Des lésions articulaires dues à un traumatisme ou à une chirurgie
antérieure et l'arthrose, une maladie dégénérative du cartilage des surfaces articulaires, sont les
principales causes d'arthropathie temporo-mandibulaire non inflammatoire [17]. La résorption
idiopathique2
du condyle est une pathologie affectant plus particulièrement les jeunes patients, au cours
de la puberté [18]. Elle se caractérise par une diminution de la hauteur du condyle et d'une rétroposition
de la mandibule.
Plus occasionnellement, des lésions tumorales au niveau de l'ATM peuvent survenir. Les
ostéochondromes sont des tumeurs bénignes osseuses courantes se développant aux dépens du cartilage
bien que plus rares dans la région cranio-faciale (0,6 % des cas d'ostéochondromes) [19]–[21]. Des
tumeurs malignes peuvent également affecter cette zone au niveau des structures osseuses elles-mêmes
tant à celui des tissus mous qui l'environnent [12].
2.2. Traitements
Plusieurs traitements peuvent être appliqués à ces pathologies afin d'améliorer le confort de vie
du patient ou bien de restaurer les fonctions de l'ATM partiellement ou totalement perdues. La plupart
des atteintes de l'ATM ne nécessitent pas d'intervention chirurgicale. Elles peuvent par exemple être
traitées par traitement médicamenteux, par physiothérapie ou bien par simple traitement orthodontique
pour rétablir une bonne occlusion dentaire, pouvant être à l'origine de plusieurs troubles [22].
Dans des cas pathologiques plus graves, comme en cas d'ankylose, de traumatisme ou d'arthrite
sévère une intervention chirurgicale peut s'avérer nécessaire. Aux Etats-Unis, on estime qu'un million
de nouveaux patients sont atteints de troubles temporo-mandibulaires chaque année parmi lesquels 2 à
3 % nécessitent une reconstruction de l'articulation [3]. La résection chirurgicale d'une ankylose de
l'ATM ou d'un ostéochondrome peut ne nécessiter qu'un reformage du condyle. La greffe autologue de
cartilage costal est une chirurgie souvent proposée en première intention pour la reconstruction de l'ATM
[23]. Cette opération est toutefois de moins en moins pratiquée chez les sujets ayant terminé leur
croissance à cause du fort taux de complications et notamment d'ankylose postopératoire de l'articulation
et est donc préférée pour les sujets jeunes [14], [23]. Ce type de greffon présente l'avantage de pouvoir
suivre la croissance du sujet implanté. En cas d'échec ou de complication de cette procédure, le
chirurgien peut envisager une reconstruction de l'articulation par la pose d'une prothèse totale ATM [24].
La pose de ces implants peut également être envisagée en première intention pour des patients atteints
d'arthrite ou d'arthrose sévères, d'ankylose, de lésion tumorale ou de fracture mal soignée [14], [17].
3. Etat de l'art des prothèses ATM
L'utilisation de matériaux alloplastiques pour la reconstruction de l'ATM a pris une grande
ampleur à partir du milieu des années 1940 [1]. Initialement utilisés comme simples pièces
d'interposition entre le condyle et la fosse mandibulaire, ces matériaux ont permis peu à peu de remplacer
les surfaces articulaires [25], [26]. Les nombreuses avancées, tant sur la compréhension du
fonctionnement de l'articulation que sur les propriétés des matériaux et leur tolérance par l'organisme,
ont permis l'amélioration de ces dispositifs. Dans les années 1960, un modèle de prothèse recréant les
2
Idiopathique : se dit d'une maladie existant par elle-même, dont la cause n'est pas connue.

A B
C D
Figure 9 : Différentes morphologies des prothèses d'articulation temporo-mandibulaire actuellement sur le
marché [17], [40]. (A) Positionnement d'une prothèse ATM Biomet Lorenz. (B) Exemple de prothèse
TMJ Concepts sur mesure. (C) Prothèse Biomet Lorenz. (D) Prothèse Christensen.
Partie temporale
supérieure
Partie mandibulaire
inférieure

6
deux surfaces articulaires est apparu sur le marché et est encore commercialisé : la prothèse
Christensen [26]. A l'heure actuelle, trois entreprises se partagent majoritairement le marché des
prothèses ATM : Nexus CMF (Salt Lake City, UT, USA), l'entreprise commercialisant la prothèse
Christensen, TMJ Concepts (Ventura, CA, USA) et Biomet Lorenz (Jacksonville, FL, USA) (Figure 9B,
C et D). Toutes ont reçus l'autorisation de mise sur le marché de leur prothèse par la food and drug
administration (FDA), l'autorité américaine approuvant entre autres la commercialisation des dispositifs
médicaux [5].
Les prothèses conçues par ces trois entreprises sont toutes composées de deux parties
indépendantes (Figure 9A) : une partie mandibulaire et une partie temporale afin de reconstituer les deux
surfaces articulaires de l'ATM. La partie inférieure se compose d'une plaque métallique vissée sur le
ramus de la mandibule dont l'extrémité supérieure va remplacer le processus condylaire. La partie
supérieure est une fosse vissée sur le processus zygomatique qui accueille le condyle de la partie
mandibulaire. Dans cette fosse artificielle, le condyle va pouvoir mimer les mouvements naturels de
rotation et de translation.
3.1. Eléments du cahier des charges
Comme tout dispositif médical implantable, les prothèses ATM doivent respecter un cahier des
charges strict dont la spécification première est de rendre sa mobilité à la mâchoire et de diminuer la
douleur ressentie par le patient [1]. Un autre point essentiel réside dans la biocompatibilité des
matériaux utilisés [27]. Celle-ci se caractérise par une tolérance de l'implant par l'organisme (réactions
inflammatoire et immunitaire limitées, non toxicité et non cancérogénicité des matériaux et de leurs
produits de dégradation) ; mais également par une tolérance de l'organisme par l'implant : les paramètres
physico-chimiques (pH, milieux aqueux, contraintes mécaniques) ne doivent pas avoir un effet délétère
sur l'implant. Dans le cas de cet implant, deux composants artificiels (condyle et fosse articulaire) vont
entrer en contact et subir de nombreux frottements et contraintes mécaniques. Les matériaux utilisés
doivent limiter l'usure excessive des composants pouvant causer un vieillissement (et donc une
obsolescence) prématuré de l'implant et le relargage de débris non tolérés par l'organisme. En 1976, un
implant d'interposition entre les deux surfaces articulaires de l'ATM commercialisé par la société Vitek
(Houston, TX, USA) ainsi qu'une prothèse totale ATM ont dû être retirés du marché à cause de
problèmes de réactions immunitaires. Celles-ci étaient dues à des débris créés par l'abrasion d'un des
matériaux utilisés : un composite à base de polytétrafluoroéthylène (PTFE, connu sous le nom
commercial Téflon®
) et de graphite ou d'oxyde d'aluminium appelé Proplast®
, les propriétés de
résistance à l'usure de ces matériaux n'étant pas satisfaisantes [28]. Les prothèses actuellement sur le
marché sont principalement constituées d'alliages métalliques et de polyéthylène à ultra haut poids
moléculaire (UHMWPE). Ces matériaux sont utilisés depuis plusieurs dizaines d'années dans le domaine
des prothèses articulaires (prothèses de hanche et de genou) et sont donc éprouvés [27]. Une étude a
rapporté que les matériaux utilisés par ces deux implants (UHMWPE, titane et alliage cobalt-chrome-
molybdène (CoCrMo)) n'induisent pas de réaction immunitaire, même à long terme (14 ans) [29]. En
effet, l'UHMWPE présente de bien meilleure propriétés de résistance à l'usure que le PTFE. Les tests
d'usure consistent à frotter une tête métallique dans une fosse de polymère pendant un nombre de cycles
déterminé en utilisant du sérum comme lubrifiant afin de recréer le fonctionnement de la prothèse ATM

Tableau 2 : Comparaison des caractéristiques de trois prothèses totales ATM [22]
Caractéristiques TMJ Concepts Biomet Lorenz Nexus CMF
Conception de la
prothèse
Composants mandibulaire et
temporal créés sur mesure
Trois tailles standards pour
chacun des composants
(différentes pour chaque côté).
Peut être créées sur mesure sur
demande du chirurgien
Trois tailles standards pour
la partie mandibulaire
(transposables à gauche ou
à droite).
44 formats de partie
temporale.
Sur mesure possible.
Composant temporal
(fosse mandibulaire)
Fosse mandibulaire en
UHMWPE sur un socle de titane
poreux
Uniquement composé
d'UHMWPE
Uniquement composé de
CoCrMo
Composant mandibulaire
(ramus et condyle)
Partie vissée sur le ramus en
titane et condyle en alliage
CoCrMo
Condyle et ramus en alliage
CoCrMo avec une surface en
titane
Uniquement composé de
CoCrMo
Vis
Vis en titane
3 à 4 (diamètre 2 mm) pour le
composant supérieur
composant inférieur
Vis en titane
composant supérieur
7 à 11 (diamètre 2,7 mm) pour
le composant inférieur
Vis en alliage CoCrMo
3 à 4 (diamètre 2 mm) pour
le composant supérieur
6 à 8 (diamètre 2,7 mm)
pour le composant inférieur
A B
Figure 10 : Composant mandibulaire de la prothèse totale Biomet Lorenz. (A)
Modèle large vue latérale (à gauche) et médiale (à droite). (B) Modèle étroit.
biomet.com

7
et à mesurer la perte de matière de la pièce. Ainsi, van Loon et al. [30] ont montré un taux d'usure
100 fois supérieur pour le PTFE (47 mm3
/106
cycles contre 0,47 pour l'UHMWPE).
La morphologie de la mandibule et des structures composant l'ATM diffèrent énormément d'un
patient à un autre. Les prothèses doivent donc être adaptables en fonction du patient. Selon le
fournisseur, les prothèses sont soit standardisées (Biomet Lorenz), soit sur mesure (TMJ Concepts).
Dans les deux cas, l'importance de l'examen préopératoire de l'ATM et de la mandibule est capitale afin
d'affiner au mieux le diagnostic, d'identifier l'implant adéquat et de préparer le protocole chirurgical.
Cette étape préopératoire inclut une visualisation par tomodensitométrie (computerized tomography
(CT) scan) afin de construire un modèle tridimensionnel de l'architecture de l'articulation et par imagerie
par résonance magnétique (IRM) permettant la visualisation des tissus mous (tendons, disques
articulaires…).
3.2. Trois prothèses ATM actuellement sur le marché
Les prothèses des entreprises TMJ Concepts et Biomet Lorenz sont similaires dans leur
composition (Tableau 2). Toutes deux sont des prothèses totales ATM mettant en jeu un contact métal-
UHMWPE entre les deux surfaces articulaires artificielles. La partie mandibulaire de ces deux prothèses
est constituée uniquement d'alliages métalliques (titane et/ou CoCrMo). En revanche, quand
Biomet Lorenz fait le choix de n'utiliser que de l'UHMWPE dans la partie temporale, TMJ Concepts
inclut en plus un socle de titane poreux. Ainsi, la liaison avec la partie mandibulaire se fait grâce à une
fosse artificielle en UHMWPE tandis que la liaison avec l'os temporal est assurée par le socle de titane
poreux. Celui-ci permet une meilleure intégration de l'implant à l'os mais provoque également
l'épaississement de la partie supérieure de l'implant, abaissant par là-même le centre de rotation de la
prothèse (par rapport à une prothèse Biomet Lorenz). La différence majeure entre ces deux implants
réside dans le fait que TMJ Concepts conçoive des prothèses sur mesure tandis que Biomet Lorenz
commercialise des prothèses standardisées. Biomet Lorenz propose deux modèles de composant
mandibulaire (une plaque étroite et une plaque large, Figure 10) et trois tailles d'implants pour chaque
composant (temporal et mandibulaire) et pour chaque côté (gauche et droite).
Nexus CMF propose deux types de prothèse ATM : une prothèse partielle et une prothèse totale.
Les prothèses partielles ne sont constituées que de la partie temporale en alliage CoCrMo sur laquelle
va s'insérer directement le condyle naturel de la mandibule. Les prothèses totales conçues par
Nexus CMF sont différentes de celles de ses deux concurrents dans le sens où les deux parties de
l'implant sont en contact métal-métal. En effet, les deux parties de l'implant sont composées d'alliage
CoCrMo. Nexus CMF décline également sa prothèse ATM en plusieurs tailles standards. Trois tailles
sont disponibles pour la partie mandibulaire de l'implant. Celle-ci est conçue de façon à pouvoir être
implantée indifféremment du côté gauche ou du côté droit (contrairement aux prothèses Biomet Lorenz).
Il existe en revanche 44 modèles de parties temporales. Nexus CMF propose également la conception
de prothèses sur mesure.
3.3. Protocole chirurgical pour l'implantation d'une prothèse ATM
Une partie importante de l'intervention débute en amont de la chirurgie. En effet, il est
indispensable pour le chirurgien d'effectuer une visualisation de la zone à opérer avant l'intervention

A
D
C
E
F G
B
Figure 11 : Protocole chirurgical pour l’implantation d’une prothèse ATM [14], [17]. (A) Incisions endaurale
et sous-mandibulaire. (B) Exposition de l’ATM, flèche du haut : fosse mandibulaire, flèche du bas : condyle
ATM. (C): Ostéotomie du condyle ATM. (D) Fixation de la partie temporale de l’implant. (E) Pose des
fixations intermaxillaires. (F) Fixation de la partie mandibulaire de l’implant. (G) Association des deux
parties de l’implant.

8
[14], [16]. La mandibule étant le siège du nerf venant innerver les dents, il est également primordial que
le chirurgien localise le foramen mandibulaire et le canal dentaire afin d'éviter une détérioration du nerf
et des artérioles lors de la pose des vis.
Quel que soit l'implant utilisé, les protocoles chirurgicaux pour la pose d'une prothèse ATM
décrits dans la littérature scientifique sont semblables [14], [19], [31], [32]. Nous verrons ici le protocole
chirurgical préconisé par le fabricant Biomet Lorenz [17]. La première étape de l'intervention consiste
à réaliser deux incisions : une incision endaurale juste devant l'oreille et une incision sous-mandibulaire
au niveau de l'angle de la mandibule (Figure 11A). Ces deux incisions doivent permettre d'avoir
directement accès à l'ATM et au ramus mandibulaire. Le condyle est alors isolé en vue de préparer
l'ostéotomie3
(Figure 11B). Grâce à l'incision sous-mandibulaire, les insertions aponévrotiques4
du
muscle masséter sur la mandibule sont sectionnées afin d'exposer la face latérale du ramus ainsi que
celles du muscle temporal sur le processus coronoïde afin de permettre une plus grande mobilité de la
mandibule lors de l'intervention.
Le chirurgien peut alors procéder à l'ostéotomie du condyle (Figure 11C). La procédure inclut
une résection de toute la masse osseuse et/ou tumorale indésirable en cas d'ankylose ou de lésion
tumorale. La quantité d'os enlevée est définie lors de l'étape préopératoire de modélisation de l'ATM par
CT scan et IRM et dépend des caractéristiques de la prothèse choisie [14]. Une fois l'ostéotomie réalisée,
le chirurgien lime la nouvelle protubérance de la mandibule afin de l'aplanir et de mieux recevoir
l'implant.
La pose de la prothèse commence par la fixation de la partie supérieure (Figure 11D). Une fois
la taille du composant choisie, la fosse artificielle peut être vissée sur le processus zygomatique de façon
à ce qu'elle soit orientée à l'horizontale. Des fixations intermaxillaires sont ensuite posées afin de définir
et de maintenir l'occlusion dentaire souhaitée lors de la pose de la partie inférieure de l'implant
(Figure 11E). La partie inférieure de la prothèse peut alors être prépositionnée sur le ramus de la
mandibule. Afin de donner au patient une mobilité optimale de l'articulation, il est important de placer
la tête du condyle le plus en arrière possible. Si le condyle est dans une position trop antérieure, il risque
de se démettre de la fosse. Le chirurgien doit alors vérifier le bon positionnement de la prothèse. Pour
cela, les fixations intermaxillaires sont enlevées pour permettre d'étudier le mouvement de la mâchoire.
Si la liberté de mouvement est satisfaisante et sans déboîtement du condyle, le chirurgien peut alors
terminer la fixation de la partie inférieure de la prothèse (Figure 11F et G). Le chirurgien doit choisir
l'emplacement des vis de sorte à ne pas détériorer le nerf mandibulaire. Elles doivent être
préférentiellement placées vers les bords postérieur et inférieur de la mandibule où l'os est le plus dense.
Enfin, l'intervention chirurgicale doit être succédée par un suivi postopératoire rigoureux. Celui-
ci a en effet une grande influence sur les résultats de l'opération [31]. La chirurgie est suivie d'injections
prophylactiques d'antibiotiques. Des exercices musculaires de rééducation et de la physiothérapie
permettent aux patients de s'habituer à leur(s) nouvelle(s) articulation(s) et à optimiser les résultats et
les améliorations des symptômes.
3
Ostéotomie : section chirurgicale d'un os
4
Aponévrose : feuillet de tissu fibreux permettant l'insertion d'un muscle à son point d'attache.

Tableau 3 : Résultats obtenus suite à l'implantation de prothèses totales TMJ Concepts et Biomet Lorenz (adapté
de Jones et al. [14]). L'ouverture de la bouche et le score de douleur ont été évalués lors d'une visite préopératoire
puis lors d'une visite postopératoire (PO) dont la date est consignée dans le tableau.
Diagnostic
Prothèse
implantée
Amélioration de
l'ouverture de la
bouche
Evolution du
score de douleur
Dernière
visite PO
Complication
Ankylose
bilatérale
TMJ Concepts
bilatérale
8 → 28 mm 8 → 3 3 ans Aucune
Ankylose
bilatérale
Biomet Lorenz
bilatérale
2 → 35 mm 3 → 0 1 an Aucune
Ostéoarthrite
Biomet Lorenz
bilatérale
18 → 30 mm 8 → 3 2 ans
Lèvre engourdie,
mauvaise occlusion
Arthrite
rhumatoïde
Biomet Lorenz
bilatérale
15 → 30 mm 7 → 0 1 an Aucune
Fracture du
condyle
Biomet Lorenz
unilatérale
18 → 30 mm 6 → 0 1 an Dislocation
Kératokyste
récurrent
TMJ Concepts
unilatérale
25 → 25 mm 7 → 3 1 an Dislocation
Ostéoarthrite
Biomet Lorenz
bilatérale
15 → 30 mm 8 → 3 6 mois Aucune
Tableau 4 : Résultats obtenus chez 300 patients ayant reçu la prothèse ATM Biomet Lorenz au Brésil (adapté de Lobo Leandro
et al. [24]). Les résultats étaient caractérisés par l'ouverture maximale de la bouche (distance entre les incisives inférieures et
supérieures) ainsi que des scores de 0 à 5 mesurant la fonctionnalité de la mâchoire et l'aptitude à parler, la capacité à s'alimenter
et la douleur ressentie.
Temps
Ouverture maximale
de la bouche (mm)
Fonctionnalité
et parole
Alimentation Douleur
Préopératoire 11,33 2,84 2,16 1,18
7 jours 28,6 3,17 2,28 0,26
1 mois 30,3 3,75 4,21 0,03
6 mois 37,4 4,61 4,72 0
1 an 38,9 4,8 4,96
Aucune
donnée

9
3.4. Résultats obtenus par les prothèses ATM
Plusieurs critères de comparaison sont utilisés dans la littérature scientifique afin de statuer sur
l'évolution des symptômes apportée par la pose de l'implant. Parmi ceux-ci, les deux plus répandus sont
l'amplitude maximale d'ouverture de la bouche et le score de douleur [14]. L'amplitude d'ouverture de
la bouche est mesurée entre les incisives inférieures et supérieures des patients. Le score de douleur est
une évaluation subjective donnée par le patient en fonction de la douleur ressentie. Cependant, d'autres
points de comparaison sont également utilisés pour rendre compte du gain de mobilité de l'ATM. Des
scores se basant sur les différentes fonctions quotidiennes de l'ATM comme la parole ou l'alimentation
sont également recensés dans certaines études [24].
Le remplacement partiel d'une ATM semble avoir de moins bons résultats qu'un remplacement
total. En effet, l'hémiarthroplastie de l'ATM est souvent accompagnée d'une ablation du disque
articulaire. La surface articulaire naturelle est donc en contact direct avec la prothèse partielle pouvant
mener à une résorption osseuse. Lors d'une étude (27 patients, 51 articulations) réalisée avec une
prothèse partielle Christensen accompagnée d'une méniscectomie, 53 % des patients ont dû subir une
réopération afin de placer une partie mandibulaire en vis-à-vis de la fosse déjà implantée [24].
Bien qu'ayant des caractéristiques légèrement différentes (Tableau 2), les implants de
Biomet Lorenz et TMJ Concepts ont des résultats semblables selon les critères précédemment cités. Les
cas cliniques recensés dans la littérature scientifique font tous état d'une nette amélioration de la mobilité
mandibulaire et d'un soulagement de la douleur (Tableau 3, Tableau 4). Il semblerait cependant que le
contact métal-UHMWPE soit préférable au contact métal-métal comme c'est le cas pour la prothèse
Christensen. En effet, les moments de frottement peuvent entraîner la création d'un jeu entre l'implant
et les structures osseuses particulièrement au niveau de la partie temporale. Ce jeu peut entraîner un
desserrement des vis voire une fracture de l'implant. De plus, le contact métal-métal est à l'origine de
la création de débris d'usure pouvant provoquer hypersensibilité et toxicité cellulaire [11]. Ces réactions
sont d'autant plus fortes que l'alliage avec lequel sont moulées les prothèses Christensen contient entre
autres du nickel, du cobalt et du chrome qui figurent parmi les éléments métalliques les plus allergènes.
Les effets de l'élévation à long-terme du taux de ces éléments dans l'organisme sont encore peu connus.
Des coupes histologiques réalisées sur des biopsies provenant de patients ayant reçu une prothèse
TMJ Concepts n'ont montré aucun signe de la présence de débris d'usure d'UHMWPE ni de débris
métalliques. Il semblerait donc que le contact métal-UHMWPE soit préférable au contact métal-métal
pour une application en arthroplastie de l'ATM.
Les prothèses Vitek contenant du Proplast®
ont induit des réactions inflammatoires provoquant
de fortes douleurs. Les patients implantés ressentant ces symptômes ont dû subir une réopération afin
de retirer la prothèse défaillante pour la remplacer par un autre modèle. L'explantation de la prothèse n'a
dans certains cas pas suffit à soulager la douleur et les symptômes causés par les débris d'usure [26]. En
ne considérant que les prothèses Biomet Lorenz et TMJ Concepts actuellement sur le marché, peu de
complications ont été rapportées, la plus fréquente étant la dislocation de la prothèse [14]. D'autres
complications postopératoires peuvent également apparaître : un mauvais positionnement de la partie
mandibulaire entraînant une mauvaise occlusion dentaire, un cas de paresthésie5
de la lèvre inférieure
5
Paresthésie : trouble de la sensibilité tactile non douloureux (fourmillements, picotements engourdissements).

Tête condylienne
Plaque mandibulaire
Ramus
mandibulaire
Processus
coronoïde
A
Tête condylienne
Queue d’ancrage
Extrémité distale
de l’implant
Plaque
mandibulaire
Vis
Orifices d’insertion
des vis
B
Figure 12 : Prothèse condylienne à fixation intramédullaire (adaptée de Ramos et al. [3]).
(A) Implantation du dispositif dans le ramus de la mandibule. (B) Eclaté de la partie mandibulaire de
la prothèse ATM.

10
en voie de résorption (probablement dû à une détérioration du nerf mandibulaire lors de l'opération) a
été rapporté.
La reconstruction de l'ATM par l'implantation d'une prothèse totale présente un certain nombre
d'inconvénients, le premier étant l'usure des matériaux pouvant conduire d'une part à la création de débris
et d'autre part à l'instabilité de l'implant tous deux pouvant mener à la facture de l'implant. Bien qu'un
effort particulier soit dédié à rendre les matériaux aussi biocompatibles que possible, ces matériaux ne
seront jamais aussi bien toléré par le corps qu'un tissu autologue. Enfin, ce genre de transplantation
alloplastique ne peut pas s'adapter à la croissance du patient contrairement à une transplantation de tissu
autologue. Cependant cette solution reste une alternative intéressante car elle minimise le risque
d'ankylose postopératoire de l'articulation. Le fait qu'il n'y ait pas de second site à opérer diminue la
durée et le coût de l'opération et supprime la morbidité du site donneur de la liste des complications.
L'implantation d'une prothèse ATM présente également l'avantage de pouvoir être conçue de sorte à
s'adapter au mieux à la morphologie du patient lui permettant de débuter les exercices de rééducation
immédiatement après l'intervention chirurgicale [1].
3.5. Avantages de la prothèse à fixation intramédullaire
D'autres inconvénients sont liés au principe même de ce genre de prothèse. La surface de la
plaque mandibulaire en contact avec l'os n'étant adaptée au relief de la mandibule, ce type de prothèse
ne peut pas garantir une surface de contact maximale. L'emplacement des vis du composant
mandibulaire ne permet pas une répartition naturelle des charges et a pour effet de concentrer les
contraintes au niveau du condyle et des points de fixation au lieu de les diffuser dans l'ensemble du
ramus de la mandibule [33]. De plus, les matériaux utilisés par l'implant sont caractérisés par des
propriétés de résistance mécanique et de rigidité supérieures à celle de la mandibule (Tableau 1).
L'ensemble de ces phénomènes mécaniques augmente les risques de micro-déplacements de l'implant
rendant la fixation de l'implant instable. L'épaisseur de la partie mandibulaire de la prothèse éloigne le
muscle masséter de la mandibule, gêne son insertion sur l'os et affaiblit donc son action dont l'importance
est prépondérante dans la mobilité de l'ATM. Enfin, l'épaisseur de la fosse de la partie temporale abaisse
le centre de rotation de l'articulation, pouvant occasionner un inconfort chez les patients, en particulier
les patients implantés unilatéralement. En venant s'insérer dans le ramus de la mandibule, la prothèse
déposée par Ramos et al. [3] (Figure 12) a pour objectif d'offrir au condyle prothétique une position plus
naturelle afin de palier tous ces inconvénients. Cette prothèse totale se compose également d'un implant
mandibulaire et d'un implant temporal mais la réelle innovation se trouve principalement au niveau de
la partie mandibulaire. Celle-ci vient s'insérer dans le ramus de la mandibule au lieu d'être vissé contre.
Elle constituée de trois sous-parties :
 une tête condylienne permettant de s'articuler avec la partie temporale ;
 une queue d'ancrage insérée et fixée dans la mandibule, légèrement courbée de façon à
ce que son extrémité distale soit en avant de la tête condylienne ;
 une petite plaque vissée contre la face latérale de la mandibule.
Cet implant présente l'avantage, notamment grâce à la courbure de la queue d'ancrage,
d'augmenter la solidité et la durabilité de la liaison intramédullaire et donc de gagner en stabilité. La

11
chirurgie permet également de diminuer la quantité d'os à réséquer rendant une reprise chirurgicale
envisageable. Ce type d'implant permet de moins solliciter la subjectivité du chirurgien dans le choix du
nombre et de l'emplacement des vis ou de l'orientation de l'implant [3]. De plus, une étude des contraintes
mécaniques dans la mandibule en éléments finis a montré que l'implant à fixation intramédullaire
modifiait de façon moins importante la répartition des contraintes par rapport à un implant commercial
[2]. Enfin, le positionnement de deux vis en parallèle permet de décharger les contraintes s'effectuant au
niveau de la première vis réduisant par là-même le risque de micro-fractures et limitant la croissance
excessive de l'os [3].
4. Matériels et méthodes
Cette étude a pour but de répondre à deux problématiques dans la conception d'une nouvelle
approche de prothèse ATM. La première est de déterminer les performances d'une méthode d'analyse
des caractéristiques géométriques de l'ATM. Cette méthode s'appuie sur l'utilisation de clichés obtenus
par une technique d'imagerie : la tomodensitométrie, ainsi que sur l'utilisation d'un logiciel open source :
ImageJ. L'intérêt de développer ce genre de méthode est de proposer une alternative plus simple, plus
rapide, moins coûteuse mais tout aussi efficace que les méthodes "traditionnelles" faisant intervenir des
logiciels commerciaux. L'étude des performances de la méthode fait entrer en jeu un test de fidélité ainsi
qu'une évaluation de l'influence de l'opérateur sur les résultats. La validation de cette méthode d'analyse
permettra ensuite d'établir des valeurs usuelles de quelques caractéristiques géométriques de l'ATM et
de déterminer les variabilités intra et inter-individuelles de ces paramètres. Ces données ont pour objectif
de permettre la calibration ultérieure de tailles standards dans la conception de prothèses ATM insérées
dans le ramus de la mandibule.
Les définitions des différents termes de métrologie sont tirées du vocabulaire international de
métrologie [34].
4.1. Outils pour la détermination des caractéristiques de l'ATM
4.1.1. Tomodensitométrie pour la caractérisation du tissu osseux
La tomodensitométrie ou computerized tomography (CT) scan est une technique d'imagerie
médicale s'appuyant sur le principe de la radiographie : c’est-à-dire sur le principe d'absorption des
rayons X par les tissus. Le scanner est composé d'un tube à rayons X (émetteur) et d'un détecteur situé
à l'opposé. Le tube à rayons X et le détecteur effectuent des rotations autour du patient. Les photodiodes
composant le détecteur vont capter les rayons X plus ou moins absorbés par les tissus et vont transmettre
ces données à un ordinateur permettant de reconstituer des coupes bidimensionnelles [35]. A l'inverse,
les clichés radiographiques donnent une représentation plane d'une structure tridimensionnelle : les
zones visualisées sont la somme de l'absorption des rayons X par tous les tissus traversés.
Les contrastes obtenus sur un cliché tomodensitométrique sont dus aux différences de
coefficient d'absorption des rayons X entre les différents tissus qui composent le corps humain. Ainsi,

Tableau 5 : Unité Hounsfield de quelques tissus humains [36].
Tissu Unité Hounsfield
Air - 1000
Graisse - 100 à -50
Eau 0
Liquide céphalo-
rachidien
15
Sang 40
Muscle 5 à 40
Os
400 (spongieux) à
3000 (compact)
Figure 13 : CT scan de la tête d'un jeune patient (25 ans). (A) Coupe transversale permettant d'observer les deux
condyles ATM ainsi que les processus zygomatiques des deux os temporaux. Cette coupe permet de différencier
facilement l'os cortical (cercle blanc) entourant la partie spongieuse de l'os (ellipse gris clair). (B) Reconstruction
en trois dimensions de la morphologie du patient à l'aide de l'ensemble des coupes transversales de l'examen
(405 coupes de 0,3 mm d'épaisseur).
BA
Nez
Condyles
Processus
zygomatique
Condyle

12
une forte dose de rayons X reçue par le détecteur se traduira par une zone sombre sur le cliché tandis
qu'une faible dose donnera une zone claire. Un tissu dense ayant un fort coefficient d'absorption (comme
l'os cortical) va fortement atténuer les rayons X incidents et donc laisser peu de rayons X atteindre le
capteur : on parle de tissu radio-opaque. A l'inverse, un tissu peu dense (comme les poumons) va laisser
passer une grande quantité de rayons X jusqu'au capteur, on parle alors de tissu radio-clair.
L'épaisseur de chaque coupe est définie par le manipulateur et par les performances du scanner
utilisé. Ainsi, chaque image est constituée de voxels de profondeur connue. Le voxel est l'unité
fondamentale tridimensionnelle de l'image soit l'équivalent d'un pixel en trois dimensions. L'information
que contient un voxel reflète la moyenne des coefficients d'absorption des rayons X des tissus qui le
composent. Cette valeur est alors comparée au coefficient d'absorption de l'eau fixée à 0 unité
Hounsfield (UH) grâce à l'Équation 1 ci-dessous :
Équation 1 : Relation entre le coefficient d'absorption (µ) des tissus composant le voxel
étudié (X) et les unités Hounsfield (UH).
𝑈𝐻 = 1000 ×
𝜇 𝑋 − 𝜇 𝑒𝑎𝑢
𝜇 𝑒𝑎𝑢
L'échelle de Hounsfield permet de construire un nuancier de gris et ainsi de pouvoir différencier
les tissus sur les clichés (Figure 13A). La compilation de l'ensemble des coupes réalisées lors d'un
examen peut donner lieu à la création d'un modèle en trois dimensions de la structure observée
(Figure 13B).
La tomodensitométrie permettant de différencier les tissus selon leur densité, il est possible de
différencier os cortical et os spongieux sur un cliché (Tableau 5) [36]. Cette différence est visible sur la
Figure 13A. En effet, l'os cortical est beaucoup plus dense que l'os spongieux, est donc plus radio-opaque
et apparaît dans des teintes claires tirant vers le blanc. A l'inverse, l'os spongieux est moins dense et
contient la moelle osseuse, un tissu plus riche en eau, et apparaît donc plus radio-clair (gris clair). Par
convention, en coupes transversales, les clichés sont en vue de dessous, c’est-à-dire que la droite de
l'image correspond à la gauche du patient et inversement (Vidéo 1).
4.1.2. Norme DICOM
Lors d'un examen de tomodensitométrie, de très nombreux clichés sont pris sous différents
plans. Par conséquent, plusieurs milliers de clichés sont pris chaque jour dans un cabinet de radiologie.
Il est donc nécessaire de normaliser la façon de stocker et de rendre unique chaque image afin de toujours
pouvoir identifier le cliché et le contexte de l'examen même en cas de perte, de reproduction ou de
renommage. La norme DICOM (digital imaging communication in medecine) a été créée en réponse à
ce besoin. Elle permet la standardisation, quels que soient la technique d'imagerie et le fournisseur (de
l'appareil et du logiciel), de l'encodage des fichiers numériques créés lors de l'examen mais également
leur archivage et leur transmission [37]. Cette norme est ainsi adaptable à toutes les spécialités
médicales. La norme DICOM permet l'identification de chaque cliché en lui associant des données
spécifiques à propos du patient (état civil, âge, antécédents médicaux…) et de l'examen (technique
d'imagerie, région visualisée, date de l'examen, praticien).

13
4.1.3. ImageJ
ImageJ est un logiciel open-source c’est-à-dire que son code est disponible à tous gratuitement
et que chacun est libre de créer des plug-ins6
et des macros7
ajoutant de nouvelles fonctionnalités au
programme et de les partager. Grâce à ces différentes caractéristiques, ImageJ est devenu un logiciel
incontournable dans le milieu de la recherche en biologie. Lors de cette étude, le plug-in magiKenvelop
est utilisé, celui-ci permettant de lire les fichiers DICOM [4]. Ce plug-in permet d'ouvrir l'ensemble des
coupes d'un examen dans une fenêtre et de les faire défiler de haut en bas ou de bas en haut (s'il s'agit
de coupes transversales) (Vidéo 1). Il est alors possible de visualiser et d'analyser facilement et
rapidement l'ensemble des coupes d'un examen. En association avec les fonctionnalités d'ImageJ,
magiKenvelop permet également de compiler l'ensemble des coupes afin d'effectuer une reconstruction
en trois dimensions du patient (Figure 13B). Le plug-in numérote chaque coupe afin de les ordonner. Il
est ainsi possible d'identifier la position de chaque cliché et de trouver par simple soustraction la distance
séparant deux coupes. La distance entre chaque coupe est définie dans ImageJ comme étant la
profondeur des voxels.
4.2. Patients et protocole de mesure
4.2.1. Mesures réalisées
L'ensemble des mesures est effectué sur des clichés au format DICOM obtenus par CT scan par
les services de radiologie des hôpitaux universitaires de Bonn, Allemagne et de Gdańsk, Pologne. Les
mesures sont effectuées uniquement sur des coupes transversales. Sauf exception, la distance séparant
chaque coupe était soit de 0,3 mm pour les examens réalisés à Gdańsk, soit de 0,45 mm pour les examens
réalisés à Bonn. Cinq paramètres sont mesurés ou calculés sur les clichés lors de cette étude (Figure 15) :
 la surface (S) d'os spongieux sur la section la plus large du condyle ATM nommée
section A ;
 le périmètre (P) de cette même surface ;
 la distance (X1) qui sépare la section où la surface d'os spongieux est la plus large (A)
de la section où la surface d'os spongieux est la plus étroite (section B) ;
 Le volume (V) d'os spongieux contenu entre ces deux sections ;
 La distance (X2) qui sépare la section du condyle où la surface d'os spongieux est la plus
grande (A) du foramen mandibulaire (section C).
D'autres paramètres sont notés comme le manque de dent, la position de la bouche (bouche
ouverte, semi-ouverte, dents serrées) Les mesures sont effectuées si possible sur les deux condyles de
chaque patient. L'âge et le sexe du patient sont également associés aux mesures effectuées.
Les clichés de 68 patients (22 femmes, 46 hommes) sont analysés. Parmi ces patients, ceux
présentant des anomalies au niveau de l'ATM, au niveau d'au moins un des deux condyles ou bien au
niveau de la mandibule sont écartés de l'étude. Après avoir observé l'ensemble des clichés, les clichés
6
Plug-in : module informatique complétant un logiciel hôte afin de lui apporter de nouvelles fonctionnalités.
7
Macro : liste de commandes ordonnées permettant d'automatiser des tâches répétitives.

A B C
Figure 14 : Exemples d'anomalies rencontrées lors de l'observation des scans et ayant mené au rejet des
résultats du patient dans l'étude. (A) Coupe transversale d'un patient masculin de 49 ans présentant une
fracture du condyle gauche. (B) Fracture du même patient vue en coupe sagittale. (C) Coupe
transversale révélant une grosseur au niveau de la partie gauche de la mandibule d'un patient masculin
âgé de 23 ans.
10 mm
X2
X1
A
B
C
A
B
A'
C
Figure 15 : Représentation des différentes sections repérées grâce à ImageJ et des distances
calculées sous Excel. (A) Coupe où se trouve la section A c’est-à-dire la section d’os spongieux
la plus grande au niveau du condyle ATM. (A’) Délimitation sous ImageJ du contour de la
surface d’os spongieux de la section A. (B) Coupe où se trouve la section B d’os spongieux la
plus petite (en haut à gauche) ; il est possible d’y voir le processus coronoïde en bas à droite. (C)
Coupe où se trouve le foramen mandibulaire (section C).

14
de 60 patients (20 femmes, 40 hommes) sont retenus pour les différents tests de cette étude. Ces patients
sont âgés de 8 à 95 ans (âge moyen : 39,1 ans ; âge médian : 35 ans). Parmi les 8 patients écartés, une
patiente présente une grosseur au niveau du corps de la mandibule, un patient semble présenter une
fracture du condyle, deux patients ne possède pas de condyle droit, deux patients présentent une
malformation/déformation d'un condyle, un patient présente des valeurs anormalement faibles et
présente une sorte de faux palais et un patient n'a pas suffisamment de coupes pour visualiser l'ensemble
de l'articulation (Figure 14). Parmi les clichés des 60 patients sélectionnés, certains n'ont pas permis de
visualiser les deux condyles en entier. Ainsi, seuls 114 condyles sur 120 sont analysables (40 condyles
femmes, 74 condyles hommes).
4.2.2. Protocole de mesure
Avant toute chose, l'ensemble des coupes est observé afin de constater d'éventuelles anomalies
au niveau de la mandibule et/ou des ATM. Les différents paramètres sont relevés grâce au protocole
suivant (Vidéo 2). La coupe où se trouve la section d'os spongieux du condyle ATM la plus grande
(section A) est sélectionnée et le numéro de cette coupe est relevé (Figure 15A). Grâce à l'outil "polygon
selections", l'opérateur trace le contour de la section d'os spongieux (Figure 15A'). Le logiciel ImageJ
calcule alors différents paramètres dont la surface de la sélection et son périmètre. L'opérateur repère
ensuite la coupe où la section d'os spongieux est la plus étroite (section B) et relève son numéro
(Figure 15B). La distance X1 séparant les sections A et B (Équation 2) et une approximation du volume
du cône d'os spongieux (Équation 3) sont calculés grâce aux formules suivantes :
Équation 2 : Calcul de la distance X1 séparant la section d'os spongieux la plus large (A) et
la section d'os spongieux la plus étroite (B).
𝑋1 = |𝑁° 𝑐𝑜𝑢𝑝𝑒 𝐴 − 𝑁° 𝑐𝑜𝑢𝑝𝑒 𝐵| × 𝑝𝑟𝑜𝑓𝑜𝑛𝑑𝑒𝑢𝑟 𝑑𝑢 𝑣𝑜𝑥𝑒𝑙
Équation 3 : Approximation du volume d'os spongieux.
𝑉 =
𝑆 × 𝑋1
3
Enfin, l'opérateur repère la coupe où se trouve le foramen mandibulaire (Figure 15C) et relève
son numéro. La distance X2 qui sépare la section A du foramen mandibulaire est calculée grâce à la
formule suivante (Équation 4) :
Équation 4 : Calcul de la distance X2 séparant la section A du foramen mandibulaire (C).
𝑋2 = |𝑁° 𝑐𝑜𝑢𝑝𝑒 𝐴 − 𝑁° 𝑐𝑜𝑢𝑝𝑒 𝐶| × 𝑝𝑟𝑜𝑓𝑜𝑛𝑑𝑒𝑢𝑟 𝑑𝑢 𝑣𝑜𝑥𝑒𝑙
Toutes les mesures effectuées sur ImageJ sont reportées dans le logiciel Excel (Microsoft,
Redmond, WA, USA) grâce auquel tous les calculs ont été effectués et les graphiques tracés. Des
graphiques à moustaches permettant la représentation de la distribution des valeurs sont tracés à l'aide
du logiciel libre R. Les boîtes visualisées sur ces graphiques sont tracées entre le premier et le troisième
quartile. Les premier et troisième quartiles sont les valeurs minimales en-dessous desquelles se trouvent
respectivement 25 % et 75 % des valeurs. Les boîtes contiennent donc 50 % des valeurs de l'échantillon.
La ligne partageant la boîte en deux est la médiane de l'échantillon, c'est-à-dire la valeur qui divise
l'échantillon en deux parties égales, de sorte à ce qu'autant de valeurs se trouvent de part et d'autre. Les

Tableau 6 : Différentes sources d'erreurs pour l'exemple de la détermination de la distance entre la section la plus
large d'os spongieux (A) et la section la plus étroite (B).
Mesurande : Distance A -> B = (position B - position A) x profondeur voxel
Mesurages : Position A Position B Profondeur voxel
Sources
d'erreurs
Technique
d'imagerie
Qualité du nuancier de gris
(influençant la décision du
manipulateur)
Précision de l'épaisseur des
coupes
Manipulateur
Choix des coupes (inexpériences,
coupes semblables)
Aucune

15
moustaches représentent les valeurs extrêmes de l'échantillon. Les points situés en-deçà ou au-delà des
moustaches sont des valeurs considérées comme aberrantes par le logiciel R.
4.3. Tests d'exploitation statistique
La méthode de mesure des différents paramètres sous ImageJ est une méthode relativement
novatrice, les paramètres géométriques de l'ATM étant peu documentés dans la littérature
scientifique [4]. En revanche, quelques équipes ont déjà utilisé des méthodes semblables pour réaliser
l'étude de la géométrie d'autres articulations. Ainsi, Preininger et al. [38] ont réalisé plusieurs mesures
de distances au niveau de la tête du fémur sur des clichés de CT scan sous ImageJ tandis que Bryce et al.
[39] ont réalisé ces mesures au niveau de l'omoplate. De plus, cette méthode fait intervenir l'avis du
manipulateur pour le choix des différentes sections, un choix donc empirique et très manipulateur-
dépendant. Ainsi, une analyse statistique des résultats est requise afin de déterminer la fiabilité des
résultats obtenus par cette méthode d'analyse.
Pour chacune des cinq grandeurs finales (ou mesurandes) plusieurs sources d'erreurs peuvent
intervenir. En effet, chaque mesurande de cette étude est obtenu par la mesure de plusieurs grandeurs
(distance, surface) ou bien par le choix d'une coupe. Ainsi, le résultat final est influencé par l'expérience
de l'opérateur dans le choix des coupes et également par son adresse à sélectionner les zones d'os
spongieux. L'incertitude liée à chacun des résultats obtenus est donc d'autant plus grande que le nombre
de mesures nécessaires à l'obtention de la valeur d'un mesurande est grand. Autrement dit, plus le nombre
de mesures est grand, plus l'incertitude du résultat final est grande.
Par exemple, la détermination de la distance X1 (mesurande) séparant les sections A et B
nécessite la mesure de deux grandeurs : la détermination de la position de la section large d'os spongieux
et la détermination de la position de la section étroite (Tableau 6). Les mesures effectuées font appel à
la subjectivité du manipulateur et c'est cette composante qui introduit le plus gros risque de biais. En
effet, on peut supposer que le logiciel utilisé ne commet aucune erreur dans les valeurs mesurées. La
seule source d'erreur analytique provient alors du choix de la zone à analyser déterminée par le
manipulateur. Toutefois, sa décision peut être influencée par la qualité de l'image, dépendante du scanner
et du logiciel d'acquisition des images utilisés : sur des coupes consécutives, il est difficile de distinguer
à l'œil nu une différence de surface. Une autre source d'incertitude de mesure est également générée en
amont de l'analyse de l'image : il s'agit de la distance séparant chaque coupe (profondeur des voxels) qui
dépend de la précision du scanner utilisé. L'étude statistique qui suit a donc pour but de déterminer la
fiabilité de cette méthode de mesure ainsi que le degré d'influence du manipulateur sur les résultats
obtenus. La grande difficulté est de trouver des critères d'acceptabilité aux différents tests proposés. Il
s'agit en effet de mesures non documentées et il n'est pas possible de trouver ni de référence ni de point
de comparaison dans la littérature scientifique. Une fois les performances de la méthode d'analyse
établies, des valeurs usuelles pour chacun des mesurandes seront proposées.
4.3.1. Fidélité de la méthode
Les performances de la méthode sont testées grâce à une évaluation de la fidélité du protocole
dans des conditions de fidélité intermédiaire (un seul opérateur, un seul cliché, pas de contrainte
temporelle, conditions expérimentales différentes) et dans des conditions de répétabilité.

Juste Juste et fidèleFidèle
Figure 16 : Illustration du concept de fidélité et de justesse en métrologie. Sur la première cible, les résultats sont
dispersés mais la moyenne des résultats est en plein centre de la cible : la méthode est juste mais non fidèle. Sur la
deuxième cible, les résultats sont très peu dispersés mais sont éloignés du centre : la méthode est fidèle mais n'est pas
juste. Sur la cible de droite, les résultats sont à la fois peu dispersés et centrés sur la cible : la méthode est juste et
fidèle, on parle également d'exactitude.

16
La fidélité de la méthode est définie par l'étroitesse de l'accord entre les valeurs obtenues par
des mesurages répétés du même condyle dans des conditions spécifiées. Il s'agit de montrer la cohérence
des résultats obtenus par la méthode lorsqu'elle est utilisée dans des conditions normales et peu
contraignantes par un opérateur. Il est ainsi possible de constater si la diversité des conditions
expérimentales a un impact significatif sur la qualité des résultats. La fidélité est caractéristique de la
distribution des valeurs autour de la moyenne. Elle est donc donnée sous la forme d'un écart-type (s) ou
d'un coefficient de variation (CV) (Équation 5). Plus les valeurs seront dispersées autour de la moyenne,
plus le CV sera grand et moins la méthode sera fidèle (Figure 16) :
Équation 5 : Calcul des critères de dispersion des valeurs (s l'écart-type et CV le coefficient
de variation) avec n le nombre de valeurs de l'échantillon, xi chaque valeur individuelle de
l'échantillon et 𝑥̅ la moyenne des valeurs de l'échantillon.
𝑠 = √
∑(𝑥𝑖 − 𝑥̅)2
𝑛 − 1
=
√∑ 𝑥𝑖
2
−
(∑ 𝑥𝑖)2
𝑛
𝑛 − 1
𝐶𝑉 =
𝑠 × 100
𝑥̅
Les conditions de fidélité intermédiaire ne sont pas à confondre avec les conditions de
répétabilité ni de reproductibilité. La répétabilité implique un protocole où toutes les mesures doivent
être effectuées dans des conditions strictement identiques afin de faire entrer en jeu le moins de facteurs
d'erreur possible : un seul opérateur, même lieu, même système de mesure (ordinateur et logiciel), même
protocole de mesure, dans une courte temporalité (mesures effectuées à la suite). La répétabilité ne
reflète donc pas la réalité de l'utilisation du logiciel. De plus, le fait d'effectuer les mesures à la suite
induit une habitude chez le manipulateur qui va alors avoir tendance à choisir toujours les mêmes
coupes ; réaliser les mesures à différents temps permet donc d'éliminer, ou du moins d'atténuer le
"facteur habitude" et de rendre les mesures plus spontanées. A l'inverse, les conditions de
reproductibilité sont des conditions où l'on introduit un grand nombre de sources de variation : opérateur,
protocole, système de mesure, temporalité, lieu différents. Une analyse de la reproductibilité ne saurait
être interprétable si l'influence de l'utilisateur sur les résultats n'a pas été préalablement établie et les
conditions de cette étude ne permettent pas de réaliser l'ensemble des tests sur une grande temporalité.
De même, pour qu'une analyse de reproductibilité soit révélatrice d'éventuels problèmes de protocole, il
faudrait que les mesures soient répétées par un nombre plus important d'opérateurs. La fidélité
intermédiaire semble donc être un bon compromis entre les conditions caricaturales d'une répétabilité et
la difficulté de mise en place d'un protocole de reproductibilité.
Deux tests de fidélité sont initialement prévus. Les mesures de la première épreuve de fidélité
(fidélité du protocole) sont effectuées sur un patient masculin de 25 ans présentant des valeurs moyennes
pour chacun des paramètres et dont la morphologie du condyle est simple et typique (forme elliptique).
La profondeur de voxel pour l'examen de ce patient vaut 0,3 mm. Vingt répétitions sont opérées dans
des conditions de fidélité intermédiaire par le même manipulateur sur une période de dix jours en
respectant le protocole donné en 4.2.2 (p. 14). Les performances de la méthode sont évaluées grâce au
CV obtenu pour chaque mesurande. La seconde épreuve de fidélité (fidélité de la sélection) vient
compléter la première et est réalisée dans des conditions de répétabilité. Les mesures ont été réalisées

17
en répétant 30 sélections de la section A du même condyle sur une seule coupe définie. Ce test a pour
but de déterminer la fidélité de la méthode de délimitation manuelle de cette zone d'os spongieux. Le
facteur "habitude" dans le choix de la section A étant absent de ce test, les conditions de répétabilité sont
préférées de par leur facilité de mise en place. Cette épreuve est réalisée par l'opérateur 1. Le CV est
calculé sur la surface et le périmètre d'os spongieux au niveau de cette section. Après lecture des
résultats, une seconde épreuve de fidélité intermédiaire du protocole est décidée sur un ensemble de
clichés dont la profondeur de voxel est de 0,45 mm. Il s'agit d'un patient masculin de 18 ans présentant
également des valeurs moyennes. Cette seconde épreuve de fidélité intermédiaire a pour but d'établir une
éventuelle augmentation de l'erreur commise lorsque les coupes sont plus espacées.
4.3.2. Influence du manipulateur sur les résultats
Un échantillon de 12 patients de sexe et d'âges variés est sélectionné de façon à ce que les
résultats couvrent l'ensemble de la gamme de mesure. L'échantillon est composé de six femmes (de 24
à 57 ans) et de six hommes (de 25 à 68 ans). L'ensemble des cinq paramètres est relevé sur le condyle
droit de chacun des patients de cet échantillon par deux opérateurs différents, appelés opérateur 1 et 2
dans la suite du rapport. Les résultats sont comparés par un test de Student apparié (différence
significative si p < 0,05). L'intérêt du test de Student est de pouvoir comparer deux séries de données
même si l'effectif de valeurs est faible (inférieur à 30) ce qui est le cas ici. Il permet également de
comparer deux à deux les valeurs de deux séries différentes (test apparié). De plus, il s'agit d'un test
simple à mettre en place et largement utilisé dans la littérature scientifique.
Afin de compléter cette étude, un second test de répétabilité est réalisé. Il s'agit d'une épreuve
de répétabilité de la méthode de sélection de la section A par un second opérateur (opérateur 2) sur la
même coupe du même patient masculin de 25 ans (cf. 5.1.1 p. 18). Les résultats des deux tests de
répétabilité de la méthode de sélection sont comparés visuellement sur des graphiques à moustaches
mais également par un test de Fisher pour établir l'égalité ou non des variances puis par un test de
Student.
4.3.3. Variabilité intra-individuelle
Cette partie de l'étude a pour but d'identifier d'éventuelles différences entre les condyles gauche
et droit de chaque patient. Les résultats des femmes et des hommes sont analysés séparément. Les
patients dont seul un condyle est observable sur les clichés de tomodensitométrie sont écartés. Vingt
patients sont retenus chez les femmes contre 34 chez les hommes. Des graphiques à moustaches sont
tracés afin de représenter visuellement la répartition des valeurs de chaque condyle et de juger de la
normalité de l'échantillon. Un test de Student apparié est effectué afin d'établir l'existence d'une
différence significative entre les condyles droits et les condyles gauches.
4.3.4. Variabilité inter-individuelle
La détermination des valeurs usuelles des différents paramètres mesurés a pour objectif d'une
part de confirmer la faisabilité du projet de prothèse et d'autre part de pouvoir fixer des tailles standards
pour la conception de ces prothèses. Elle consiste en une étude de la variabilité inter-individuelle chez
des sujets ne présentant pas de trouble connu de l'ATM. Elle permettra également de déterminer si des
facteurs comme l'âge ou le sexe ont une influence sur les caractéristiques de l'ATM prises en compte.

Tableau 7 : Résultats de la première épreuve de fidélité intermédiaire du protocole. Les mesures ont été répétées 20 fois sur le
condyle droit d'un patient masculin de 25 ans. Profondeur de voxel : 0,3 mm. A gauche, performances obtenues pour chacun des
paramètres de l'étude. A droite, performances du choix des différentes coupes pour la mesure de chacun des paramètres incluant
le nombre de coupes différentes ayant été sélectionnées lors des 20 répétitions, la fréquence de la coupe la plus choisie et la
distance séparant les deux coupes extrêmes choisies.
Paramètre S (mm²) P (mm) X1 (mm) X2 (mm) V (mm³)
Choix des
coupes
Section A Section B Section C
Moyenne 83,8 41,2 16,4 29,3 457,4 Nombre de
coupes
différentes
7 8 3
Intervalle 80,4 – 87,1 39,4 – 42,2 14,4 – 18,3 28,5 – 30,3 401,3 – 508,9
CV 2,1 % 1,6 % 5,5 % 2,2 % 5,4 % Fréquence
coupe la
plus choisie
30 % 30 % 65 %
Étendue
(mm)
2,1 2,7 0,6
Tableau 8 : Résultats de l'épreuve de répétabilité de la méthode de
sélection de la section sous ImageJ. Les deux opérateurs ont effectué
la mesure du même condyle (surface et périmètre d'os spongieux) sur
la même coupe à 30 reprises
Opérateur 1 2
Mesurande S (mm²) P (mm) S (mm²) P (mm)
Moyenne 84,26 40,98 92,79 43,30
Intervalle 80,6 – 87,3 40,1 – 42,1 90,3 – 94,9 41,8 – 46,1
CV 1,8 % 1,2 % 1,3 % 1,8 %
Âge
Femmes Hommes
Figure 17 : Répartition des condyles exploitables pour
l'établissement de valeurs usuelles en fonction du sexe et de
l'âge des patients.

18
Les patients de moins de 20 ans sont considérés comme n'ayant pas terminé leur croissance et
sont écartés des résultats. Les patients ne présentant qu'un seul condyle analysable sont retenus.
Quarante-neuf patients sont retenus (18 femmes, 28 hommes) pour un total de 92 condyles (36 condyles
pour les femmes, 56 pour les hommes). La répartition des patients en fonction de leur âge est visualisable
sur la Figure 17. Un des paramètres attendus est d'établir s'il existe une différence entre les valeurs
mesurées chez les femmes et celles mesurées chez les hommes. Pour cela, un test d'égalité des variances,
le test de Fisher, est d'abord réalisé. Un test de Student unilatéral est ensuite effectué pour comparer les
moyennes obtenues car il est raisonnable de s'attendre à ce que les valeurs mesurées chez les patients
masculins soient en moyenne supérieures à celles des patients féminins.
La littérature scientifique regorge de calculs d'intervalles de confiance pour la détermination de
valeurs usuelles. Les auteurs ont recours à différents moyens, les plus fréquents étant des intervalles de
la forme moyenne ± une ou deux fois l'écart-type. Cette formule est une simplification de la loi normale :
dans une population de valeurs distribuées normalement, 68,2 % des valeurs sont contenues dans
l'intervalle 𝑥̅ ± 1𝑠 et 95,4 % sont contenues dans l'intervalle 𝑥̅ ± 2𝑠. Ces valeurs ne peuvent être
utilisées que si le nombre de valeurs dans la population tend vers l'infini. Dans la présente étude, les
valeurs usuelles de chaque population sont donc données sous la forme d'un intervalle de confiance (IC)
à 95 % déterminé par la formule ci-dessous (Équation 6) en utilisant le t de la table de Student
correspondant aux nombres de valeurs exacts de nos échantillons. L'équation faisant intervenir l'écart-
type de la série de données, l'intervalle de confiance est d'autant plus large que la variabilité inter-
individuelle est grande. La distribution des valeurs des échantillons sont représentés dans des graphiques
à moustaches.
Équation 6 : Calcul de l'intervalle de confiance (IC) avec t issu de la table de Student pour
une confiance de 95 %, 𝑥̅ la moyenne des valeurs de l'échantillon et s l'écart-type.
𝐼𝐶95 = 𝑥̅ ± 𝑡 × 𝑠
5. Résultats
5.1. Performances de la méthode
5.1.1. Fidélité
Les performances de fidélité de la méthode d'analyse sont caractérisées par le CV illustrant la
part d'erreur aléatoire régissant le protocole de mesure. L'ensemble des résultats est contenu dans le
Tableau 7. La surface et le périmètre de la section d'os spongieux la plus grande figurent parmi les
paramètres les plus fidèles avec un CV relativement faible (2,1 % et 1,6 % respectivement). Au total,
sur les 20 mesures répétées du même condyle, sept coupes différentes ont été choisies comme étant la
section A. La coupe la plus représentée dans ce panel a été choisie 6 fois sur 20 (30 %). Les deux coupes
sélectionnées les plus éloignées sont espacées de 2,1 mm. Pourtant, les résultats semblent peu dispersés
au regard du CV calculé pour ces deux paramètres. De plus, les données de répétabilité de la méthode
de sélection (Tableau 8) montrent qu'une part non négligeable de l'erreur commise lors de la première
épreuve de fidélité est due à la méthode de sélection. En effet, l'épreuve de répétabilité sur la délimitation
de la zone A donne un CV de 1,8 % pour la surface et de 1,2 % pour le périmètre d'os spongieux. Comme

Tableau 9 : Résultats de la seconde épreuve de fidélité intermédiaire du protocole. Les mesures ont été répétées 20 fois sur le
condyle droit d'un patient masculin de 18 ans. profondeur de voxel : 0,45 mm. les indicateurs sont identiques à ceux présentés
dans le Tableau 7.
Paramètre S (mm²) P (mm) X1 (mm) X2 (mm) V (mm³)
Choix des
coupes
Section A Section B Section C
Moyenne 79,7 41,1 15,4 29,4 410,2 Nombre de
coupes
différentes
4 6 3
Intervalle 77,6 - 82 40,3 – 42,4 14 – 16,7 28,8 – 30,6 370,1 – 449,4
CV 1,4 % 1,4 % 4,7 % 1,7 % 5,1 % Fréquence
coupe la plus
choisie
55 % 30 % 50 %
Étendue
(mm)
1,35 2,25 0,9
Tableau 10 : Comparaison des résultats obtenus par les deux
opérateurs sur un échantillon de 12 patients dont les résultats
couvrent l'ensemble de la gamme de mesure. Les résultats bruts sont
comparés à l'aide d'un test de Student apparié (NS : non significatif ;
* p < 0,05 ; ** p < 0,01).
Opérateur S (mm²) P (mm) X1 (mm) X2 (mm) V (mm³)
1 83,39 41,65 12,55 26,98 364,23
2 92,27 43,07 12,15 27,13 383,99
Test Student ** * NS NS NS
Tableau 11 : Variabilité intra-individuelle des cinq paramètres étudiés. Les condyles droits et
gauches sont comparés grâce à un test de Student apparié (* p < 0,05 ; ** p < 0,01 vs condyle droit).
S (mm²) P (mm) X1 (mm) X2 (mm) V (mm³)
Homme
droit
Moyenne 95,44 43,74 13,99 30,06 448,49
CV (%) 20,2 11,8 23,7 12,6 33,0
Homme
gauche
Moyenne 92,61 43,02 13,64 29,73 427,06
CV (%) 24,6 12,6 20,9 11,2 36,2
Femme
droit
Moyenne 71,57 38,31 12,05 27,38 280,97
CV (%) 19,0 10,4 25,2 13,1 36,2
Femme
gauche
Moyenne 75,58 * 40,25 ** 12,08 28,25 * 309,96
CV (%) 19,4 11,1 24,8 13,0 38,3
Figure 18 : Répartition des valeurs de répétabilité de la
méthode de sélection de la section A en fonction de
l'opérateur selon deux critères : sa surface (à gauche) et
son périmètre (à droite).

19
prévu, la distance X1 et le volume d'os spongieux, deux mesurandes faisant intervenir la mesure de
plusieurs grandeurs subjectives (choix de la section A et de la section B), sont les paramètres les moins
fidèles avec des CV de 5,5 % et 5,4 % respectivement. Le choix de la coupe où se situe la section la plus
étroite d'os spongieux est en effet assez variable : sur 20 mesures, huit coupes différentes sur une
distance de 2,7 mm ont été choisies comme représentant la section B. La variabilité du choix des deux
sections A et B sont une des causes de l'importance de l'erreur aléatoire de ces deux mesurandes. La
distance X2 est quant à elle un paramètre plus fidèle (CV de 2,2 %). En effet, le choix de la coupe où se
situe le foramen mandibulaire semble être moins variable : seules trois coupes différentes ont été
sélectionnées.
La seconde épreuve de fidélité du protocole sur les coupes espacées de 0,45 mm donne des
résultats très similaires (Tableau 9). Bien que les CV obtenus pour chacun des mesurandes soient
légèrement plus bas que lors de l'étude sur les coupes distantes de 0,3 mm, ceux-ci varient dans le même
ordre de grandeur. Les mesures les moins fidèles étant une fois de plus la distance X1 et le volume d'os
spongieux (respectivement 4,7 % et 5,1 %) et les plus fidèles étant la surface et le périmètre de la
section A (1,4 % pour les deux paramètres).
5.1.2. Influence du manipulateur sur les résultats
La comparaison des résultats obtenus par chacun des deux manipulateurs sur le panel de
12 patients est consignée dans le Tableau 10. Le test de Student apparié montre que les résultats de la
surface et du périmètre de la section A sont significativement différents selon l'opérateur. A l'inverse,
les trois autres paramètres ne diffèrent pas significativement qu'ils soient mesurés par un manipulateur
ou par un autre. Ces trois derniers paramètres font pourtant intervenir la plus grande part de subjectivité
du manipulateur avec le choix de plusieurs coupes. Ces résultats surprenants nous ont menés à conduire
une dernière épreuve de répétabilité. Cette dernière épreuve consiste à répéter l'étude de fidélité de la
sélection de la section A par l'opérateur 2. Les résultats de cette épreuve (Tableau 8) sont confrontés aux
résultats de l'étude de répétabilité réalisée par l'opérateur 1. Le test de Fisher montre que les variances
de la surface de la section A ne diffèrent pas significativement selon l'opérateur à l'inverse du périmètre
de cette même section. Les valeurs moyennes trouvées par chacun des opérateurs sont, en outre,
complètement discordantes (p << 0,001 selon un test de Student). A titre illustratif, pour la mesure de la
surface d'os spongieux, les intervalles des valeurs extrêmes ne se croisent même pas (Figure 18).
5.2. Variabilité intra-individuelle
La variabilité intra-individuelle a été testée en comparant les différentes mesures opérées sur les
condyles droits et les condyles gauches de chaque patient. Chez les hommes, le test de Student apparié
n'a révélé aucune différence significative entre les condyles gauches et droits pour l'ensemble des
paramètres étudiés (Tableau 11). L'ensemble des graphiques à moustaches (Figure 19) appuient les
résultats des tests de Student. En revanche, chez les femmes, seuls la distance X1 et le volume d'os
spongieux ne diffèrent pas significativement entre les condyles gauches et droits (Tableau 11). La
surface de la section A ainsi que la distance X2 montrent une différence significative à p < 0,05. Bien
que les graphiques à moustaches montrent une répartition homogène des deux paramètres
indépendamment de l'emplacement (gauche ou droit) du condyle, on observe dans les deux cas que les

.
Figure 19 : Valeurs usuelles et variabilité inter et intra-individuelle des cinq paramètres étudiés. Chaque figure se compose d'un
graphique en boîte sur la gauche et d'un tableau sur la droite. Les boîtes à moustaches représentent la répartition des valeurs en
fonction du sexe (F : femmes ; H : hommes). Pour chaque sexe, deux graphiques supplémentaires indiquent la répartition des
valeurs en fonction du condyle (D : droit ; G : gauche). Les tableaux contiennent les intervalles de confiance (IC), les coefficients
de variation (CV) et l'intervalle des valeurs extrêmes. (A) Surface de la section A. (B) Périmètre de la section A. (C) Distance X1.
(D) Distance X2. (E) Volume d'os spongieux.
A
C
B
E
D

20
valeurs du condyle gauche sont en moyenne supérieures à celles du condyle droit. Le périmètre de la
section A montre quant à lui une différence très significative à p < 0,01. Cette différence est visible sur
la Figure 19 sur laquelle il est évident que la répartition des valeurs est très hétérogène et que le périmètre
mesuré sur le condyle gauche est supérieur à celui mesuré sur le condyle droit.
5.3. Variabilité inter-individuelle
Excepté pour la mesure de la distance X2 entre la section la plus large du condyle et le foramen
mandibulaire, les mesures ont été réalisées sur un échantillon de 92 valeurs (36 femmes âgées de 22 à
86 ans, 56 hommes âgés de 21 à 95 ans, Figure 17). En effet, un des CT scans ne contenait pas
suffisamment de coupes pour permettre d'observer le foramen mandibulaire. Pour ce paramètre, les
mesures ont donc été effectuées sur 90 condyles (36 femmes, 54 hommes). Pour chacun des paramètres
étudiés, les hommes présentent des valeurs significativement supérieures à celles des femmes selon le
test de Student unilatéral (p < 0,05). Cette différence est clairement visible sur les boîtes à moustaches
(Figure 19) pour la surface et le périmètre de la section A ainsi que pour le volume d'os spongieux. La
différence est toutefois moins importante pour les distances X1 et X2. D'une manière générale, au regard
des CV obtenus, les résultats des femmes sont plus dispersés que ceux des hommes. Toutefois, les tests
de Fisher effectués n'ont décelé de différence significative de variance entre hommes et femmes que
pour le volume d'os spongieux (p < 0,05). Des valeurs usuelles ont été déterminées sous la forme
d'intervalles à 95 % de confiance (Équation 6) et sont consignées dans les tableaux contenus dans la
Figure 19.
6. Discussions
L'étude des performances de la méthode de caractérisation des paramètres géométriques de
l'ATM a été réalisée grâce à un test de fidélité sous conditions de fidélité intermédiaire. Ces conditions
sont un intermédiaire entre la répétabilité et la reproductibilité, la première étant très caricaturale et assez
éloignée de la réalité, et la seconde étant difficile à mettre en place. Quelle que soit la profondeur du
voxel (0,3 ou 0,45 mm), les CV obtenus pour chacun des paramètres sont semblables. Parmi eux, la
surface et le périmètre de la section d'os spongieux la plus grande sont les paramètres les moins dispersés
avec des CV relativement faibles et sont par là-même les paramètres les plus fidèles. Pourtant, ces deux
paramètres dépendent à la fois de la subjectivité du manipulateur quant au choix de la section et de son
adresse quant au traçage de la zone à analyser par ImageJ. Les épreuves de répétabilité de la méthode
de sélection montrent qu'une grande part de la variabilité obtenue pour la surface et le périmètre provient
du traçage de la zone et moins du choix de la coupe en lui-même. En effet, bien que le choix de la coupe
où se situe la section A soit assez variable (Tableau 7 et Tableau 9), cette source de variation affecte peu
le résultat final. La grande variabilité du choix de la section A montre bien qu'il est difficile, à l'œil nu,
de distinguer une différence de surface sur des coupes successives. Il y a donc peu de différence de
surface et de périmètre d'os spongieux sur des coupes successives et le choix de l'une ou l'autre des
coupes successives au niveau de la partie la plus large du condyle ATM a peu d'influence sur le résultat
final, la plus grosse part d'incertitude provenant de la méthode de sélection. Les condyles des deux
patients sélectionnés pour cette exploitation statistique présentent une morphologie plutôt simple, en
forme d'ellipse. Toutefois, tous les patients ne présentent pas une morphologie des condyles aussi

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