下頜前伸和小開(kāi)口運(yùn)動(dòng)時(shí)顳下頜關(guān)節(jié)應(yīng)力分布的三維有限元研究.pdf

1、顳下頜關(guān)節(jié)(temporomandibular joint，TMJ)是人類使用最頻繁的關(guān)節(jié)之一，具有復(fù)雜的幾何外形且非常靈活，是能兼作轉(zhuǎn)動(dòng)和滑動(dòng)運(yùn)動(dòng)的復(fù)合關(guān)節(jié)。顳下頜關(guān)節(jié)的生長(zhǎng)、發(fā)育、改建以及顳下頜關(guān)節(jié)疾病的發(fā)生和發(fā)展均與其力學(xué)環(huán)境密切相關(guān)，因此顳下頜關(guān)節(jié)生物力學(xué)的研究日益引起人們的關(guān)注?？谇还δ苤饕芯捉?、吞咽、言語(yǔ)等，上述功能的實(shí)現(xiàn)均有賴于下頜運(yùn)動(dòng)的參與。下頜運(yùn)動(dòng)歸納為三種基本形式，即開(kāi)閉運(yùn)動(dòng)、前后運(yùn)動(dòng)和側(cè)方運(yùn)動(dòng)。這三種基本運(yùn)動(dòng)離不

2、開(kāi)顳下頜關(guān)節(jié)的參與。研究下頜功能運(yùn)動(dòng)狀態(tài)時(shí)顳下頜關(guān)節(jié)應(yīng)力分布的特征將為了解顳下頜關(guān)節(jié)的生物力學(xué)特性和探索顳下頜關(guān)節(jié)疾病發(fā)病機(jī)理提供依據(jù)。有限元分析法是用于顳下頜關(guān)節(jié)生物力學(xué)研究的常用手段，目前已有許多關(guān)于顳下頜關(guān)節(jié)的有限元力學(xué)分析模型的報(bào)道，大多數(shù)是分析顳下頜關(guān)節(jié)在牙尖交錯(cuò)位緊咬時(shí)的應(yīng)力分布，針對(duì)下頜運(yùn)動(dòng)時(shí)顳下頜關(guān)節(jié)的應(yīng)力分布研究則比較少，如何對(duì)模型進(jìn)行加載來(lái)模擬下頜運(yùn)動(dòng)還未尋找到令人滿意的解決辦法。本研究利用中國(guó)可視化人體(Chine

3、se Visible Human，CVH)超薄切片圖像建立帶有咬合關(guān)系的顳下頜關(guān)節(jié)三維有限元模型，在patran中定義髁突、關(guān)節(jié)盤和關(guān)節(jié)窩的接觸關(guān)系，采用位移加載的方法來(lái)模擬髁突的滑動(dòng)和轉(zhuǎn)動(dòng)運(yùn)動(dòng)，進(jìn)而分析下頜前伸運(yùn)動(dòng)和開(kāi)口運(yùn)動(dòng)時(shí)顳下頜關(guān)節(jié)應(yīng)力分布的特征。 實(shí)驗(yàn)一、下頜前伸時(shí)顳下頜關(guān)節(jié)應(yīng)力分布的三維有限元研究 材料和方法：利用可視化人體圖像建立包括上下牙列、下頜骨、顳下頜關(guān)節(jié)在內(nèi)的三維有限元模型，在patran中設(shè)置邊界條

4、件、材料特性并定義髁突、關(guān)節(jié)盤、關(guān)節(jié)窩三者間以及上下牙齒咬合面之間的接觸關(guān)系，采用位移加載的方法來(lái)模擬下頜前伸運(yùn)動(dòng)至對(duì)刃位，在Marc中計(jì)算并分析下頜前伸運(yùn)動(dòng)時(shí)顳下頜關(guān)節(jié)各部分的接觸情況和vonMises應(yīng)力分布的情況。 結(jié)果：在前伸運(yùn)動(dòng)時(shí)，關(guān)節(jié)盤隨髁突向前、向下運(yùn)動(dòng)，髁突的前斜面首先與關(guān)節(jié)盤中間帶中央部發(fā)生接觸，隨后髁突的外斜面與關(guān)節(jié)盤的中間帶外側(cè)部、關(guān)節(jié)窩的頂部與關(guān)節(jié)盤的后帶發(fā)生接觸。關(guān)節(jié)盤的中間帶外側(cè)部(3.010Mpa)

5、和髁突的前斜面(5.500Mpa)等部位的應(yīng)力值較大。從同一矢狀面上觀察von Mises應(yīng)力平均值的大小順序依次為：髁突>關(guān)節(jié)盤腹面>關(guān)節(jié)盤背面>關(guān)節(jié)窩。 結(jié)論：在前伸運(yùn)動(dòng)時(shí)，應(yīng)力集中區(qū)位于關(guān)節(jié)盤的中間帶外側(cè)部和髁突的前斜面，關(guān)節(jié)盤的中間帶是重要的應(yīng)力緩沖區(qū)。 實(shí)驗(yàn)二、小開(kāi)口運(yùn)動(dòng)時(shí)顳下頜關(guān)節(jié)應(yīng)力分布的三維有限元研究 材料和方法：在Patran中，將旋轉(zhuǎn)矢量大小和用戶坐標(biāo)系加載到有限元模型建立開(kāi)口模型，設(shè)置邊界條

6、件、材料特性并定義髁突、關(guān)節(jié)盤和關(guān)節(jié)窩三者間的接觸關(guān)系，在Marc中求解并觀察小開(kāi)口時(shí)關(guān)節(jié)盤、髁突和關(guān)節(jié)窩之間的接觸情況以及von Mises應(yīng)力的分布狀況。 結(jié)果：小開(kāi)口過(guò)程中髁突向前、向下轉(zhuǎn)動(dòng)；關(guān)節(jié)盤在髁突表面輕微向前、向下轉(zhuǎn)動(dòng)，關(guān)節(jié)盤雙板區(qū)后緣和髁突的后斜面首先發(fā)生接觸，關(guān)節(jié)盤的內(nèi)外側(cè)分別和髁突的內(nèi)外側(cè)接觸，且關(guān)節(jié)窩的頂部偏后方與關(guān)節(jié)盤的后帶也發(fā)生接觸；隨著轉(zhuǎn)動(dòng)幅度的增大，髁突的后斜面與關(guān)節(jié)盤的接觸面積逐漸增大，從關(guān)節(jié)盤的