下頜前伸和小開口運動時顳下頜關(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)動和滑動運動的復(fù)合關(guān)節(jié)。顳下頜關(guān)節(jié)的生長、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。口腔功能主要有咀嚼、吞咽、言語等，上述功能的實現(xiàn)均有賴于下頜運動的參與。下頜運動歸納為三種基本形式，即開閉運動、前后運動和側(cè)方運動。這三種基本運動離不

2、開顳下頜關(guān)節(jié)的參與。研究下頜功能運動狀態(tài)時顳下頜關(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)分析模型的報道，大多數(shù)是分析顳下頜關(guān)節(jié)在牙尖交錯位緊咬時的應(yīng)力分布，針對下頜運動時顳下頜關(guān)節(jié)的應(yīng)力分布研究則比較少，如何對模型進行加載來模擬下頜運動還未尋找到令人滿意的解決辦法。本研究利用中國可視化人體(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模擬髁突的滑動和轉(zhuǎn)動運動，進而分析下頜前伸運動和開口運動時顳下頜關(guān)節(jié)應(yīng)力分布的特征。 實驗一、下頜前伸時顳下頜關(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模擬下頜前伸運動至對刃位，在Marc中計算并分析下頜前伸運動時顳下頜關(guān)節(jié)各部分的接觸情況和vonMises應(yīng)力分布的情況。 結(jié)果：在前伸運動時，關(guān)節(jié)盤隨髁突向前、向下運動，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：在前伸運動時，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)。 實驗二、小開口運動時顳下頜關(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中求解并觀察小開口時關(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：小開口過程中髁突向前、向下轉(zhuǎn)動；關(guān)節(jié)盤在髁突表面輕微向前、向下轉(zhuǎn)動，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