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Int Poster J Dent Oral Med 14 (2012), No. 2     15. June 2012

Int Poster J Dent Oral Med 2012, Vol 14 No 2, Poster 594

Untersuchungen zur Asymmetrie von Ober- und Unterkiefermodellenmit Methoden der geometrischen Morphometrie

Sprache: Deutsch
 

Autoren:
PD Dr. Karl-Friedrich Krey, MME, Prof. Dr. Karl-Heinz Dannhauer,
Poliklinik für Kieferorthopädie, Universität Leipzig

Datum/Veranstaltung/Ort:
11.11.-13.11.2010
Jahrestagung DGKFO 2011
Frankfurt am Main
 

Einleitung

In der klinischen Untersuchung und Modellanalyse unerkannte Asymmetrien der Dentition können im Verlauf der Behandlung zu schwer beherrschbaren Problemen bei der Einstellung einer perfekten Interkuspidation führen. Gerade im Unterkiefer ist eine Beurteilung aufgrund unsicherer Referenzstrukturen nicht immer einfach.
 

Problemstellung

Ziel der Untersuchung war es, an einer Stichprobe von Modellen zu prüfen, ob Methoden der geometrischen Morphometrie (Bookstein 1991) Ansätze bieten, Asymmetrien der Dentition erfolgreich zu erkennen und zu beschreiben.
 

Material und Methoden

Für die Untersuchung standen Modelle von 242 Erwachsenen (Tab. 1) zur Verfügung (Einschlusskriterien siehe Kasten). Mittels eines MicroScribe 3DX Digitizers (Immersion Corp., San Jose, CA, Abb. 1) wurden im Oberkiefer 68 Messpunkte und im Unterkiefer 73 Messpunkte (Abb. 2, Tab. 2 und 3) dreidimensional erfasst (dentale Punkte, gingivale Punkte und Punkte der apikalen Basis). Die Genauigkeit liegt nach Angaben von Immersion Corp. bei 0,23 mm für die Position bei einer Auflösung von 0,13 mm für alle Dimensionen. Die xyz-Koordinaten der Messpunkte wurden mit dem Programm MorphoJ (Klingenberg 2008) ausgewertet.

Abb. 1: MicroScribe 3DX. Abb. 2: Darstellung der Messpunkte am Modell.

Um Aussagen zur Objektsymmetrie der Kiefer treffen zu können, wurden die symmetrischen und asymmetrischen Komponenten mittels Matrixkorrelation verglichen (Mardia et al. 2000). Die Nullhypothese H0 geht von völliger Unabhängigkeit der Matrizen aus. Bei Ablehnung dieser können die Gruppen mit einer PCA (Principal Component Analysis) weiter untersucht werden (Klingenberg et al. 2002).

Einschlusskriterien:

  • Patienten ≥ 18 Jahre, Kaukasier
  • keine Dauerretention (falls eine kieferorthopädische Behandlung im Kindesalter erfolgte)
  • vollbezahnt (ohne Berücksichtigung der 3. Molaren)
  • keine Brücken, keine Implantate
  • Kronen und restaurative Versorgungen müssen funktionell und anatomisch korrekt sein
  • gute Erkennbarkeit aller Strukturen incl. Gaumen, apikale Basis und Tuberregion
  • dreidimensional getrimmt für eindeutige Zuordnung Ober- mit Unterkiefer
  • alle Messpunkte mussten eindeutig identifizierbar sein
     

Tabelle 1

Modelle Alter
  n MW SD
gesamt 242 25,5 6,80
Männer 103 25,7 5,21
Frauen 139 25,4 7,82
Tab. 1: Übersicht über die für die Vermessung verwendeten Modelle

Tabelle 2

Nr Messpunkt Label Klass. A Klass. B
  1   Tuberpunkt rechts lTr 1 II
  2   distaler Punkt 2. Molar lM2rd 1 II
  3   disto-lingualer Höcker 2. Molar lM2rdlc 1 II
  4   mesio-lingualer Höcker 2. Molar lM2rmlc 1 II
  5   disto-buccaler Höcker 2. Molar lM2rdbc 1 II
  6   mesio-buccaler Höcker 2. Molar lM2rmbc 1 II
  7   Kontaktpunkt 1. Molar - 2. Molar lM2M1r 1 II
  8   disto-buccaler Höcker 1. Molar lM1rdbc 1 II
  9   mesio-buccaler Höcker 1. Molar lM1rmbc 1 II
  10   mesio-lingauler Höcker 1. Molar lM1rmlc 1 II
  11   disto-lingualer Höcker 1. Molar lM1rdlc 1 II
  12   Kontaktpunkt Molar-2. Prämolar lM1P2r 1 II
  13   lingualer Höcker 2. Prämolar lP2rlc 1 II
  14   buccaler Höcker 2. Prämolar lP2rbc 1 II
  15   Kontaktpunkt 2.Prämolar - 1. Prämolar lP1P2r 1 II
  16   lingualer Höcker 1. Prämolar lP1rlc 1 II
  17   buccaler Höcker 1. Prämolar lP1rbc 1 II
  18   Kontaktpunkt Eckzahn - 1. Prämolar lP1Cr 1 II
  19   Eckzahnspitze rechts lCr 1 II
  20   mesialer Punkt Eckzahn rechts lCrm 2 III
  21   distaler Punkt 42 lI2rd 2 II
  22   zentraler Punkt 42 lI2rc 3 III
  23   mesialer Punkt 42 lI2rm 2 II
  24   distaler Punkt 41 lI1rd 2 II
  25   zentraler Punkt 41 lI1rc 3 III
  26   mesialer Punkt 41 lI1rm 2 II
  27   Interinzisalpunkt lII 1 II
  28   mesialer Punkt 31 lI1lm 2 II
  29   distaler Punkt 31 lI1ld 2 II
  30   zentraler Punkt 31 lI1lc 3 III
  31   mesialer Punkt 32 lI2lm 2 II
  32   zentraler Punkt 32 lI2lc 3 III
  33   distaler Punkt 32 lI2ld 2 II
  34   mesialer Punkt Eckzahn links lClm 2 III
  35   Eckzahnspitze links lCl 1 II
  36   Kontaktpunkt Eckzahn - 1. Prämolar lP1Cl 1 II
  37   buccaler Höcker 1. Prämolar lP1lbc 1 II
  38   lingualer Höcker 1. Prämolar lP1llc 1 II
  39   Kontaktpunkt 1. Prämolar- 2. Prämolar lP1P2l 1 II
  40   buccaler Höcker 2. Prämolar lP2lbc 1 II
  41   lingualer Höcker 2. Prämolar lP2llc 1 II
  42   Kontaktpunkt Molar-Prämolar lM1P2l 1 II
  43   disto-lingualer Höcker 1. Molar lM1ldlc 1 II
  44   mesio-lingualer Höcker 1. Molar lM1lmlc 1 II
  45   mesio-buccaler Höcker 1. Molar lM1lmbc 1 II
  46   disto-buccaler Höcker 1. Molar lM1ldbc 1 II
  47   Kontaktpunkt 2. Molar - erster Molar lM1M2l 1 II
  48   mesio-buccaler Höcker 2. Molar lM2lmbc 1 II
  49   disto-buccaler Höcker 2. Molar lM2ldbc 1 II
  50   mesio-lingualer Höcker 2. Molar lM2lmlc 1 II
  51   disto-lingualer Höcker 2. Molar lM2ldlc 1 II
  52   distaler Punkt 2. Molar lM2ld 1 II
  53   Tuberpunkt links lTl 1 II
  54   apikale Basis 2. Prämolar rechts lABP2r 3 III
  55   apikale Basis Eckzahn rechts lABCr 3 III
  56   apikale Basis 2. Schneidezahn rechts lABI2r 3 III
  57   apikale Basis 2. Schneidezahn links lABI2l 3 III
  58   apikale Basis Eckzahn links lABCl 3 III
  59   apikale Bais 2. Prämolar links lABP2l 3 III
  60   gingivalster Punkt der Krone 2. Molar rechts lgM2r 2 II
  61   gingivalster Punkt der Krone 1. Molar rechts lgM1r 2 II
  62   gingivalster Punkt der Krone 2. Prämolar rechts lgP2r 2 II
  63   gingivalster Punkt der Krone 1. Prämolar rechts lgP1r 2 II
  64   gingivalster Punkt der Krone Eckzahn rechts lgCr 2 II
  65   gingivalster Punkt der Krone 2. Schneidezahn rechts lgI2r 2 II
  66   gingivalster Punkt der Krone 1. Schneidezahn rechts lgI1r 2 II
  67   gingivalster Punkt der Krone 1. Schneidezahn links lgI1l 2 II
  68   gingivalster Punkt der Krone 2. Schneidezahn links lgI2l 2 II
  69   gingivalster Punkt der Krone Eckzahn links lgCl 2 II
  70   gingivalster Punkt der Krone 1. Prämolar links lgP1l 2 II
  71   gingivalster Punkt der Krone 2. Prämolar links lgP2l 2 II
  72   gingivalster Punkt der Krone 1. Molar links lgM1l 2 II
  73   gingivalster Punkt der Krone 2. Molar links lgM2l 2 II
Tab. 2: Messpunkte im Unterkiefer

Tabelle 3

Nr Messpunkt Label Klass. A Klass. B
  1   Tuberpunkt rechts uTr II
  2   palatinaler Höcker 2. Molar uM2rpc 1 II
  3   disto-buccaler Höcker 2. Molar uM2rdbc 1 II
  4   mesio-buccaler Höcker 2. Molar uM2rmbc 1 II
  5   disto-buccaler Höcker 1. Molar uM1rdbc 1 II
  6   mesio-buccaler Höcker 1. Molar uM1rmbc 1 II
  7   mesio-palatinaler Höcker 1. Molar uM1rmpc 1 II
  8   disto-palatinaler Höcker 1. Molar uM1rdpc 1 II
  9   zentrale Fissur 1. Molar uM1rg 1 I
  10   Kontaktpunkt Molar-Prämolar uM1P2r 1 II
  11   palatinaler Höcker 2. Prämolar uP2rpc 1 II
  12   buccaler Höcker 2. Prämolar uP2rbc 1 II
  13   palatinaler Höcker 1. Prämolar uP1rpc 1 II
  14   Fissur 1. Prämolar uP1rg 1 I
  15   buccaler Höcker 1. Prämolar uP1rbc 1 II
  16   Kontaktpunkt Eckzahn - 1. Prämolar uP1Cr 1 II
  17   Eckzahnspitze uCr 1 II
  18   distale Schneidekante 12 uI2rd 2 II
  19   zentraler Punkt 12 uI2c 3 II
  20   mesialer Punkt 12 uI2rm 2 II
  21   distaler Punkt 11 uI1rd 2 II
  22   zentraler Punkt 11 uI1c 3 3 II
  23   mesialer Punkt 11 uI1rm 2 II
  24   Interinzisalpunkt uII 1 II
  25   mesialer Punkt 21 uI1lm 2 II
  26   zentraler Punkt 21 uI1c 3 II
  27   distaler Punkt 21 uI1ld 2 II
  28   mesialer Punkt 22 uI2lm 2 II
  29   zentraler Punkt 22 uI2c 3 II
  30   distaler Punkt 22 uI2ld 2 II
  31   Eckzahnspitze uCl 1 II
  32   Kontaktpunkt Eckzahn - 1. Prämolar uP1Cl 1 II
  33   buccaler Höcker 1. Prämolar uP1lbc 1 II
  34   Fissur 1. Prämolar uP1lg 1 I
  35   palatinaler Höcker 1. Prämolar uP1lpc 1 II
  36   buccaler Höcker 2. Prämolar uP2lbc 1 II
  37   palatinaler Höcker 2. Prämolar uP2lpc 1 II
  38   Kontaktpunkt Molar-Prämolar uM1P2l 1 II
  39   zentrale Fissur 1. Molar uM1lg 1 I
  40   disto-palatinaler Höcker 1. Molar uM1ldpc 1 II
  41   mesio-palatinaler Höcker 1. Molar uM1lmpc 1 II
  42   mesio-buccaler Höcker 1. Molar uM1lmbc 1 II
  43   disto-buccaler Höcker 1. Molar uM1dbc 1 II
  44   mesio-buccaler Höcker 2. Molar uM2lmbc 1 II
  45   disto-buccaler Höcker 2. Molar uM2ldbc 1 II
  46   palatinaler Höcker 2. Molar uM2lpc 1 II
  47   Tuberpunkt links uTl 1 II
  48   Gaumenhöhe 1. Molar GH 3 III
  49   apikale Basis 2. Prämolar rechts uABP2r 3 III
  50   apikale Basis Eckzahn rechts uABCr 3 III
  51   apikale Basis 2. Schneidezahn rechts uABI2r 3 III
  52   apikale Basis 2. Schneidezahn links uABI2l 3 III
  53   apikale Basis Eckzahn links uABCl 3 III
  54   apikale Bais 2. Prämolar links uABP2l 3 III
  55   gingivalster Punkt der Krone 2. Molar rechts ugM2r 2 II
  56   gingivalster Punkt der Krone 1. Molar rechts ugM1r 2 II
  57   gingivalster Punkt der Krone 2. Prämolar rechts ugP2r 2 II
  58   gingivalster Punkt der Krone 1. Prämolar rechts ugP1r 2 II
  59   gingivalster Punkt der Krone Eckzahn rechts ugCr 2 II
  60   gingivalster Punkt der Krone 2. Schneidezahn rechts ugI2r 2 II
  61   gingivalster Punkt der Krone 1. Schneidezahn rechts ugI1r 2 II
  62   gingivalster Punkt der Krone 1. Schneidezahn links ugI1l 2 II
  63   gingivalster Punkt der Krone 2. Schneidezahn links ugI2l 2 II
  64   gingivalster Punkt der Krone Eckzahn links ugCl 2 II
  65   gingivalster Punkt der Krone 1. Prämolar links ugP1l 2 II
  66   gingivalster Punkt der Krone 2. Prämolar links ugP2l 2 II
  67   gingivalster Punkt der Krone 1. Molar links ugM1l 2 II
  68   gingivalster Punkt der Krone 2. Molar links ugM2l 2 II
Tab. 3: Messpunkte im Oberkiefer

Ergebnisse

Für den Unterkiefer wurde bei r=0,41848 ein p < 0,0001 (10.000 Permutationen) gefunden. Im Oberkiefer beträgt r=0,4201 bei p < 0,0001. H0 wird abgelehnt. Um die Auswirkungen von Symmetrie und Asymmetrie zu verdeutlichen, wurden die ersten drei Hauptkomponenten (PC1 bis PC3) der PCA der symmetrischen (links) und asymmetrischen Komponente (rechts) mittels Thin-plate Splines dargestellt (Abb. 4). Die Procrustes sum of squares (Distanz zwischen Ausgangspunkten und Zielpunkten nach Minimierung) zeigte zwar im Verhältnis zur symmetrischen Komponente kleinere, aber keinesfalls vernachlässigbare asymmetrische Anteile (Tab. 4).

Abb. 3a-b: Plot der Kovarianzmatrizen von symmetrischer und asymmetrischer Komponente für den Oberkiefer (links) und den Unterkiefer (rechts).
Abb. 4a-b: Überlagerung der asymmetrischen und symmetrischen Komponenten von PC1 bis PC3 ( Amplitude +0,1) für den Unterkiefer (links) und den Oberkiefer (rechts) mit jeweils angegebener Varianzerklärung.

Tabelle 4

Kiefer Gruppe Procrustes SS1 Symm. Komponente Asymm. Komponente
Oberkiefer Alle 1,03576 0,82496 0,20471
Männer 0,47221 0,38145 0,08776
Frauen 0,54757 0,42771 0,11706
Unterkiefer Alle 1,09648 0,84939 0,23737
Männer 0,48344 0,36602 0,12624
Frauen 0,60250 0,47284 0,11127
Tab. 4: Procrustes-Charakteristika von Ober- und Unterkiefer

Schlußfolgerungen

Unterkiefer:
PC1 (29,1% resp. 17,9%) beschreibt eine Veränderung von Frontzahnstellung und Zahnbogenbreite mit sichtbaren Veränderungen der apikalen Basis. Die asymmetrische Komponente entspricht einer Lateral- verschiebung im Prämolaren- und Eckzahnbereich. Die Veränderungen in der z-Achse sind kaum sichtbar.PC2 (21,1% und 10,6%) erinnert an eine Protrusion der Front bei Distalverschiebung der apikalen Basis. Die asymmetrische Komponente, senkrecht zu PC1, kann deutlich als entgegengesetzte Veränderung zu dieser interpretiert werden (spiegelbildlich zu PC1-asymmetrisch). In der symmetrischen Komponente ist PC3 einer stärkeren Ausprägung der in PC2 verschlüsselten Veränderung ähnlich. In der asymmetrischen Komponente ist eine Irregularität der Frontzähne sichtbar. Eine Interpretation als "Engstand" verbietet sich aber.

Oberkiefer:
Die symmetrische Komponente von PC1 (27,6% und 19,3%) ist mit einer transversalen Verschmälerung bei Protrusion der Front assoziiert. Auch die apikale Basis wird in der Transversalen verändert. Die asymmetrische Komponente bezieht sich auf eine Lateralverschiebung der Frontzähne bei lateraler Asymmetrie im Eckzahnbereich.PC2 (10,4% und 7,2%) wirkt sich vornehmlich in der apikalen Basis als Verkleinerung bei gleichzeitiger Veränderung der Frontzahnstellung aus. Die asymmetrische Komponente beeinflusst die Transversale apikal und den Eckzahnbereich der Dentition. PC3 ist verbunden mit einer Stauchung/Streckung bei ebensolcher Anpassung der apikalen Basis. Die asymmetrische Komponente steht für eine seitenungleiche Drift von apikaler Basis und Dentition nach lateral.

Schlussfolgerungen:
Mit der vorgestellten Methodik ist es möglich, die asymmetrischen Anteile der Kiefer zu beschreiben. Die relativ hohen Anteile von Objektasymmetrie (Procrustes SS) unterlegen die Häufigkeit und das verbreitete Vorkommen von Asymmetrien in dieser Stichprobe. Sagittale Abweichungen scheinen in dieser Betrachtung nicht von entscheidender Bedeutung zu sein, oder die Methodik kann sie nur unzureichend erfassen. Eine Beurteilung des Unterkiefers ist auch ohne die Problematik der Festlegung einer Referenzstruktur möglich. Diese Daten bieten eine gute Basis für weitere Untersuchungen zur Differenzierung verschiedener Dysgnathien und deren asymmetrischer Anteile.
 

Literatur

  1. Mardia, K. V., Bookstein, F. L. & Moreton, I. J. (2000) Statistical assessment of bilateral symmetry of shapes. Biometrika 87, 285-300.Klingenberg, C.; Barluenga, M. & Meyer, A. (2002), Shape analysis of symmetric structures: quantifying variation among individuales and asymmetry, Evolution 56(10), 1909-1920.
  2. Klingenberg, C. (2008), MorphoJ, Faculty of Life Sciences, University of Manchaster, UK, http://www.flywings.org.uk/MorphoJ_page.htm.
  3. Bookstein, F. (1991), Morphometric tools for landmark data: geometry and biology, Cambridge University Press.
     

Abkürzungen

PCA: principal components analysis
TPS: thin-plate splines
 

Dieses Poster wurde übermittelt von PD Dr. Karl-Friedrich Krey.
 

Korrespondenz-Adresse:
PD Dr. Karl-Friedrich Krey
Universität Leipzig
Poliklinik für Kieferorthopädie
Friedrich-Louis-Hesse-Zentrum für Zahn-, Mund- Kieferheilkunde und Orale Medizin
Nürnberger Straße 57
04103 Leipzig