關(guān)節(jié)盤前位移顳下頜關(guān)節(jié)生物力學(xué)研究.pdf

1、顳下頜關(guān)節(jié)是顱頜面唯一的能動關(guān)節(jié)。在解剖形態(tài)上，髁突獨(dú)特的關(guān)節(jié)面形態(tài)，非均勻厚度的關(guān)節(jié)盤及關(guān)節(jié)窩周圍復(fù)雜的韌帶肌群附著構(gòu)成穩(wěn)定而靈活的顳下頜關(guān)節(jié);在生理功能上，顳下頜關(guān)節(jié)的運(yùn)動同時兼?zhèn)滢D(zhuǎn)動和滑動功能，參與咀嚼、語言和表情等頜面部功能運(yùn)動，同時顳下頜關(guān)節(jié)也一直被認(rèn)為是頜面部重要的負(fù)重關(guān)節(jié)和緩沖結(jié)構(gòu)。顳下頜關(guān)節(jié)紊亂病是顳下頜關(guān)節(jié)最常見的疾病，人群發(fā)病率約為20％，臨床主要表現(xiàn)為關(guān)節(jié)區(qū)的疼痛，彈響，下頜運(yùn)動異常等。關(guān)節(jié)盤前移位是顳下頜關(guān)節(jié)紊亂

2、病中最常見的一種類型，主要表現(xiàn)為關(guān)節(jié)盤在顳下頜關(guān)節(jié)運(yùn)動時，沿關(guān)節(jié)結(jié)節(jié)后斜面不同程度的向前偏移。故在關(guān)節(jié)運(yùn)動過程中，出現(xiàn)典型的下頜偏斜，疼痛及彈響等癥狀，嚴(yán)重時可導(dǎo)致關(guān)節(jié)盤的穿孔、髁突形態(tài)的改變、關(guān)節(jié)運(yùn)動障礙等嚴(yán)重并發(fā)癥。目前關(guān)節(jié)盤前移位發(fā)生的病因尚不明確，對于其自愈性及轉(zhuǎn)歸也無明確的基礎(chǔ)研究及定論。
　　 本課題擬通過CT、MR等影像學(xué)手段獲取關(guān)節(jié)盤前移位患者牙關(guān)緊閉位及最大張口位時顳下頜關(guān)節(jié)影像學(xué)數(shù)據(jù)，通過三維重建軟件建立關(guān)節(jié)

3、盤前移位顳下頜關(guān)節(jié)牙關(guān)緊閉位及最大張口位的數(shù)字化模型。采用有限元法對關(guān)節(jié)盤前移位顳下頜關(guān)節(jié)位于牙關(guān)緊閉位及最大張口位時生物力學(xué)分析，獲得關(guān)節(jié)盤、髁突等顳下頜關(guān)節(jié)各個解剖結(jié)構(gòu)力學(xué)分布變化和趨勢。通過總結(jié)關(guān)節(jié)盤前位移時顳下頜關(guān)節(jié)力學(xué)分布特點(diǎn)及規(guī)律，研究關(guān)節(jié)盤前移位時顳下頜關(guān)節(jié)的力學(xué)變化和運(yùn)動特點(diǎn)，特別是關(guān)節(jié)盤前移位等顳下頜關(guān)節(jié)紊亂病發(fā)生發(fā)展及其轉(zhuǎn)歸中各個解剖結(jié)構(gòu)形態(tài)變化的力學(xué)原因和規(guī)律，解釋關(guān)節(jié)盤前移位的顳下頜關(guān)節(jié)病的病因和轉(zhuǎn)歸，指導(dǎo)臨床對

4、于關(guān)節(jié)盤前移位患者的診斷及治療。
　　 第一部分關(guān)節(jié)盤前移位顳下頜關(guān)節(jié)仿真模型的建立
　　 目的：
　　 通過篩選顳下頜關(guān)節(jié)盤前移位患者，對其顳下頜關(guān)節(jié)前移位的關(guān)節(jié)區(qū)行薄層CT及3D-MRI掃描，獲取軟硬組織影像學(xué)資料，利用Simpleware等三維重建軟件及組織匹配技術(shù)，建立含關(guān)節(jié)窩、關(guān)節(jié)盤、髁突及軟骨層在內(nèi)的顳下頜關(guān)節(jié)盤前移位的顳下頜關(guān)節(jié)三維仿真模型。
　　 材料與方法：
　　 1、建模數(shù)據(jù)來

5、源:根據(jù)馬緒臣顳下頜關(guān)節(jié)紊亂病分類中關(guān)節(jié)盤前移位診斷標(biāo)準(zhǔn)，篩選南方醫(yī)科大學(xué)南方醫(yī)院一名成年男性右側(cè)顳下頜關(guān)節(jié)紊亂病患者，26歲，病史6個月，無外傷手術(shù)史，牙列完整，中性(牙合）,無關(guān)節(jié)疾病系統(tǒng)治療史。臨床檢查示:開口運(yùn)動初始右側(cè)顳下頜關(guān)節(jié)彈響，張口度正常，開口型偏向右側(cè)后恢復(fù)正常，關(guān)節(jié)區(qū)輕微壓痛。影像學(xué)檢查符合關(guān)節(jié)盤前移位標(biāo)準(zhǔn)。
　　 采用64層CT連續(xù)水平掃描患側(cè)顳下頜關(guān)節(jié)區(qū)。掃描參數(shù):層厚0.5mm，球管電流200mA，電壓

6、120KV;采用3D-MR連續(xù)斜矢狀位掃描患側(cè)顳下頜關(guān)節(jié)區(qū)。掃描參數(shù):層厚0.5mm，T1W1序列，層間隔0mm。掃描范圍:右側(cè)顱底至右側(cè)下頜骨最下緣。分別獲取232層清晰的骨窗斷層和MRI圖像，所得圖像以DICOM格式保存。
　　 2、仿真模型的建立:將所獲得的DICOM格式的圖像導(dǎo)入Simpleware4.0進(jìn)行解剖結(jié)構(gòu)圖像分割，進(jìn)行三維空間的精細(xì)化修整，轉(zhuǎn)角部平滑，結(jié)構(gòu)表面光滑處理。根據(jù)已建立的坐標(biāo)體系，對顳下頜關(guān)節(jié)軟硬組

7、織精確復(fù)位匹配。實(shí)現(xiàn)顳下頜關(guān)節(jié)軟硬組織系統(tǒng)的整體重建。
　　 結(jié)果：
　　 建立的關(guān)節(jié)盤前移位顳下頜關(guān)節(jié)的三維仿真模型在包括了關(guān)節(jié)盤、關(guān)節(jié)囊、關(guān)節(jié)窩、髁突皮質(zhì)骨及松質(zhì)骨、軟骨層等重要解剖結(jié)構(gòu)在內(nèi)的關(guān)節(jié)盤前移位顳下頜關(guān)節(jié)三維仿真模型，同時還具有牙尖交錯位及最大張口位。其中關(guān)節(jié)盤不僅重建了中間帶，還客觀還原了關(guān)節(jié)盤前后帶及與關(guān)節(jié)窩、髁突的附著結(jié)構(gòu)。
　　 結(jié)論：
　　 本研究通過篩選顳下頜關(guān)節(jié)盤前移位患者，并

8、對其顳下頜關(guān)節(jié)前移位的關(guān)節(jié)區(qū)行薄層CT及3D-MRI掃描，分別獲取關(guān)節(jié)區(qū)的軟硬組織影像學(xué)資料，利用Simpleware等三維重建軟件及組織匹配技術(shù)，建立包括了關(guān)節(jié)窩、髁突骨皮質(zhì)與骨松質(zhì)，關(guān)節(jié)窩、髁突的骨皮質(zhì)與軟骨層，關(guān)節(jié)盤與軟骨層在內(nèi)的顳下頜前移位仿真模型。為后續(xù)的生物力學(xué)分析提供了模型基礎(chǔ)。
　　 第二部分牙尖交錯位時關(guān)節(jié)盤前移位顳下頜關(guān)節(jié)的生物力學(xué)研究
　　 目的：
　　 本研究利用第一部分已建立的關(guān)節(jié)盤前移

9、位顳下頜關(guān)節(jié)仿真模型，模擬咀嚼運(yùn)動，通過有限元法分析牙尖交錯位的狀態(tài)下顳下頜關(guān)節(jié)的生物力學(xué)相關(guān)參數(shù)，總結(jié)關(guān)節(jié)盤前移位后顳下頜關(guān)節(jié)各解剖結(jié)構(gòu)生物力學(xué)變化對顳下頜關(guān)節(jié)功能的影響。
　　 材料與方法：
　　 1、采用實(shí)驗(yàn)第一部分所建立的牙尖交錯位時關(guān)節(jié)盤前移位顳下頜關(guān)節(jié)仿真模型，導(dǎo)入Ansys11.0有限元軟件中，輸入相關(guān)材料和界面參數(shù)，對模型進(jìn)行整體網(wǎng)格劃分，建立牙尖交錯位時關(guān)節(jié)盤前移位顳下頜關(guān)節(jié)三維有限元模型。
　　

10、 2、約束邊界及設(shè)置條件:約束邊界為關(guān)節(jié)窩所在顳骨在X軸，Y軸向表面，設(shè)置顳骨顱底側(cè)表面自由度為約束;采用牙尖交錯位時咬肌力向量為力學(xué)加載。力學(xué)加載點(diǎn)為咬肌附著下頜骨下角處，使用20條肌束模擬咬肌肌纖維形態(tài)，加載方向?yàn)橐Ъ∽咝畏较蚣虞d。力學(xué)加載大小為200N。
　　 3、觀察指標(biāo):在牙尖交錯位時，關(guān)節(jié)盤前移位后顳下頜關(guān)節(jié)整體應(yīng)力變化數(shù)據(jù)及位移趨勢;關(guān)節(jié)窩、髁突的骨皮質(zhì)及骨松質(zhì)，關(guān)節(jié)盤，軟骨層的應(yīng)力變化及位移趨勢;關(guān)節(jié)盤前移位后

11、顳下頜關(guān)節(jié)在多軸截面上整體應(yīng)力變化數(shù)據(jù)及位移趨勢;關(guān)節(jié)窩、髁突的骨皮質(zhì)及骨松質(zhì)，關(guān)節(jié)盤，軟骨層的應(yīng)力變化及位移趨勢。
　　 結(jié)果：
　　 1、建立了包括關(guān)節(jié)窩、髁突的骨皮質(zhì)及骨松質(zhì)，關(guān)節(jié)盤和軟骨層在內(nèi)的牙尖交錯位時關(guān)節(jié)盤前移位顳下頜關(guān)節(jié)三維有限元模型，共生成22105個節(jié)點(diǎn)和97983個單元。
　　 2、在牙尖交錯位時，骨皮質(zhì)整體承受的應(yīng)力((x)=0.78Mpa)與骨松質(zhì)((x)=0.77Mpa)相似，遠(yuǎn)大于關(guān)

12、節(jié)盤((x)=0.38Mpa)和軟骨層的((x)=0.48Mpa)，應(yīng)力集中均出現(xiàn)于髁突前斜面與關(guān)節(jié)窩、關(guān)節(jié)盤相接觸的功能面;關(guān)節(jié)盤的應(yīng)力最大值出現(xiàn)在關(guān)節(jié)盤中間帶后部與后帶前部交界，與髁突功能面想接觸的中外側(cè)區(qū)域((x)=1Mpa)，并向外呈現(xiàn)逐步減少的趨勢，關(guān)節(jié)盤后帶后部及前帶大部分區(qū)域呈現(xiàn)低應(yīng)力表現(xiàn)((x)=0.2Mpa)，關(guān)節(jié)盤在髁突的下頜前后附著區(qū)也出現(xiàn)了應(yīng)力集中區(qū)((x)=0.37Mpa)。
　　 3、前后軸向上，關(guān)節(jié)

13、盤前附著區(qū)上下表面的應(yīng)力分布有明顯差異（t=-2.826，P=0.048）;內(nèi)外軸向上，關(guān)節(jié)盤功能面上下表面的應(yīng)力分布有明顯差異（t=-3.142，P=0.014）。
　　 4、假性關(guān)節(jié)盤功能面后緣靠外側(cè)區(qū)域及雙板區(qū)為三個軸向上撕裂帶的重疊區(qū)域。
　　 結(jié)論：
　　 1、正常的關(guān)節(jié)盤中間帶向前移位，其與后帶前部交界區(qū)域代替正常關(guān)節(jié)盤功能面結(jié)構(gòu)，形成“假性關(guān)節(jié)盤”。通過降低了髁突的高度，擴(kuò)大關(guān)節(jié)盤功能面的面積，減少

14、了牙尖交錯狀態(tài)下髁突傳導(dǎo)牙合力的同時，調(diào)節(jié)下頜前后附著的壓力，以達(dá)到穩(wěn)定關(guān)節(jié)盤空間位置，恢復(fù)功能運(yùn)動的作用。
　　 2、假性關(guān)節(jié)盤功能面后緣靠外側(cè)區(qū)域及雙板區(qū)為重疊集中區(qū)域，出現(xiàn)多個方向上的力學(xué)矢量。將導(dǎo)致該區(qū)域關(guān)節(jié)盤內(nèi)部纖維結(jié)構(gòu)及走形改建，如關(guān)節(jié)盤纖維斷裂，扭轉(zhuǎn)，增生等病理變化，也正是臨床關(guān)節(jié)盤穿孔的好發(fā)區(qū)域。在對于關(guān)節(jié)盤前移位的治療過程中，需要重點(diǎn)關(guān)注對正常關(guān)節(jié)盤功能面的恢復(fù)，不僅需要松弛后帶與雙板區(qū)的壓力，而且還需要關(guān)注下

15、頜前附著的松解。
　　 第三部分最大張口位時關(guān)節(jié)盤前移位顳下頜關(guān)節(jié)的生物力學(xué)研究
　　 目的：
　　 本研究利用第一部分已建立的關(guān)節(jié)盤前移位顳下頜關(guān)節(jié)仿真模型，模擬咀嚼運(yùn)動，通過有限元法分析最大張口位的狀態(tài)下顳下頜關(guān)節(jié)的生物力學(xué)相關(guān)參數(shù)變化，說明關(guān)節(jié)盤前移位后顳下頜關(guān)節(jié)生物力情況及其對顳下頜關(guān)節(jié)功能的影響作用。
　　 材料與方法：
　　 1、采用實(shí)驗(yàn)第一部分所建立的最大張口位時關(guān)節(jié)盤前移位顳下頜關(guān)

16、節(jié)仿真模型，導(dǎo)入Ansys11.0有限元軟件中，輸入相關(guān)材料和界面參數(shù)，對模型進(jìn)行整體網(wǎng)格劃分，建立最大張口位時關(guān)節(jié)盤前移位顳下頜關(guān)節(jié)三維有限元模型。
　　 2、約束邊界及設(shè)置條件:約束邊界為關(guān)節(jié)窩所在顳骨在X軸，Y軸向表面，設(shè)置顳骨顱底側(cè)表面自由度為約束;采用最大張口位時咬肌力向量為力學(xué)加載。力學(xué)加載點(diǎn)為咬肌附著下頜骨下角處，使用20條肌束模擬咬肌肌纖維形態(tài)，加載方向?yàn)橐Ъ∽咝畏较蚣虞d。力學(xué)加載大小為200N。
　　

17、3、觀察指標(biāo):在最大張口位時，關(guān)節(jié)盤前移位后顳下頜關(guān)節(jié)整體應(yīng)力變化數(shù)據(jù)及位移趨勢;關(guān)節(jié)窩、髁突的骨皮質(zhì)及骨松質(zhì)，關(guān)節(jié)盤，軟骨層的應(yīng)力變化及位移趨勢;關(guān)節(jié)盤前移位后顳下頜關(guān)節(jié)在Z軸截面上整體應(yīng)力變化數(shù)據(jù)及位移趨勢;關(guān)節(jié)窩、髁突的骨皮質(zhì)及骨松質(zhì)，關(guān)節(jié)盤，軟骨層的應(yīng)力變化及位移趨勢。
　　 結(jié)果：
　　 1、建立了包括關(guān)節(jié)窩、髁突的骨皮質(zhì)及骨松質(zhì)，關(guān)節(jié)盤和軟骨層在內(nèi)的最大張口位時關(guān)節(jié)盤前移位顳下頜關(guān)節(jié)三維有限元模型，共生成35

18、741個節(jié)點(diǎn)和125467個單元。
　　 2、在最大張口時，關(guān)節(jié)盤應(yīng)力大小在不同解剖結(jié)構(gòu)及不同解剖區(qū)域上的分布差異較大。骨皮質(zhì)整體承受的應(yīng)力((x)=2.8Mpa)與骨松質(zhì)((x)=2.79Mpa)相似，遠(yuǎn)大于關(guān)節(jié)盤((x)=1.11Mpa)和軟骨層的((x)=0.27Mpa)，集中出現(xiàn)于髁突頂部及后斜面與關(guān)節(jié)盤后帶的接觸區(qū)域，呈現(xiàn)明顯自下頜角至髁突頂部逐漸均勻減少的趨勢和力學(xué)軌道。關(guān)節(jié)盤的應(yīng)力最大值出現(xiàn)在關(guān)節(jié)盤中間帶后部，與髁

19、突頂部及后斜面相接觸的中外側(cè)區(qū)域((x)=2.78Mpa)，并向外呈現(xiàn)逐步減少的趨勢，關(guān)節(jié)盤雙板區(qū)和后緣韌帶區(qū)域呈現(xiàn)低應(yīng)力表現(xiàn)((x)=0.5Mpa)，關(guān)節(jié)盤在關(guān)節(jié)窩的顳前附著區(qū)也出現(xiàn)了應(yīng)力集中區(qū)((x)=1.67Mpa)。
　　 3、前后軸向上，在關(guān)節(jié)盤前附著區(qū)上下表面的應(yīng)力分布有明顯差異（t=5.905，P=0.004）;內(nèi)外軸向上，在關(guān)節(jié)盤接觸面的上下表面的應(yīng)力分布無明顯差異(t=-0.526，P=0.613)，但外側(cè)緣（

20、t=2.782，P=0.05）和內(nèi)側(cè)緣(t=3.094，P=0.027)的應(yīng)力分布有明顯差異。
　　 4、關(guān)節(jié)盤的顳前附著的外側(cè)緣、顳后附著的內(nèi)側(cè)緣、后帶后部與雙板區(qū)在X軸、Y軸及Z軸方向上出現(xiàn)位移撕裂帶。
　　 結(jié)論：
　　 1、髁突的主要受力區(qū)域從原先的前斜面的功能面改變?yōu)轺镣豁敳考昂笮泵娴慕佑|區(qū)域，隨著關(guān)節(jié)上間隙的擴(kuò)大，也導(dǎo)致關(guān)節(jié)盤上緣與關(guān)節(jié)窩接觸面積的縮小。隨著主要負(fù)重區(qū)域面積的縮小和形態(tài)的改變，牙合力更

21、加集中于髁突頂部、后斜面與關(guān)節(jié)盤后帶后部、關(guān)節(jié)結(jié)節(jié)的接觸區(qū)域。
　　 3、關(guān)節(jié)盤的前后附著區(qū)域在關(guān)節(jié)運(yùn)動運(yùn)動過程中起到十分重要的穩(wěn)定和限制作用，關(guān)節(jié)盤顳前附著的外側(cè)緣、顳后附著的內(nèi)側(cè)緣、后帶后部與雙板區(qū)同時承受不同方向上的應(yīng)力矢量，是主要的功能和負(fù)重區(qū)域。其中雙板區(qū)容易出現(xiàn)多個方向上的過度拉伸，內(nèi)部纖維更容易發(fā)生過度拉伸，斷裂，穿孔的可能。在對于關(guān)節(jié)盤的治療過程中不但需要對關(guān)節(jié)盤后帶的松解，也需要釋放前帶應(yīng)力同時，更關(guān)注關(guān)節(jié)盤后