前牽引不同方向頦部反作用力對(duì)顳下頜關(guān)節(jié)影響的三維有限元分析.pdf

1、骨性Ⅲ類錯(cuò)(牙合)，俗稱“地包天”，是口腔臨床上常見的發(fā)育性畸形之一，這種發(fā)育性畸形常常在很早的時(shí)候即表現(xiàn)出來，出現(xiàn)乳牙反(牙合)，如不及時(shí)治療，隨著生長發(fā)育畸形程度會(huì)不斷加重，出現(xiàn)“月牙”形臉，不僅對(duì)患者的咬合功能、容貌外觀造成極大的影響，還將嚴(yán)重危害患兒的身心健康，因此骨性Ⅲ類錯(cuò)(牙合)畸形的早期治療非常有必要。有研究表明，近一半以上的骨性Ⅲ類錯(cuò)(牙合)均伴有不同程度的上頜發(fā)育不足，因此，促進(jìn)上頜骨的發(fā)育對(duì)于上頜骨發(fā)育不足的骨性Ⅲ類

2、錯(cuò)(牙合)畸形即為最佳的矯治方法，通過矯治上頜骨發(fā)育不足，可起到改善面型、簡化甚至避免成年后正頜外科手術(shù)的目的。
　　前牽引矯治器是口腔臨床上早期矯治由于上頜骨發(fā)育不足或位置后縮造成的骨性Ⅲ類錯(cuò)(牙合)常用的活動(dòng)矯治器，其作用機(jī)制是通過重力的牽引，影響顱面部骨縫（包括額頜縫、顴頜縫、顴顳縫、翼頜縫）的改建，從而刺激上頜骨矢狀向以及垂直向的生長，來達(dá)到矯治上頜發(fā)育不足的效果。其治療乳牙期及替牙期前牙反(牙合)的效果良好，已經(jīng)得到正畸

3、醫(yī)生的一致肯定。前牽引矯治器自問世以來，受到了世界各地正畸醫(yī)師的青睞，得到了廣泛地應(yīng)用。早在1944年，Oppenheim醫(yī)師首先利用前方牽引器治療由于上頜發(fā)育不足或位置后縮導(dǎo)致的前牙反(牙合)，直至今天，前方牽引器聯(lián)合快速擴(kuò)弓治療上頜后縮和發(fā)育不足引起的前牙反(牙合)畸形已有近70年的歷史。然而自1988年以來國內(nèi)外學(xué)者對(duì)前牽引矯治器的生物力學(xué)研究主要集中在顱上頜復(fù)合體三維有限元模型建模方法的改進(jìn)以及牽引力在上頜骨內(nèi)的應(yīng)力分布上，而缺

4、乏對(duì)前方牽引反作用力的生物力學(xué)原理研究。因此，本研究擬采用三維有限元的方法，通過建立包括TMJ的顱頜面模型，模擬前牽引矯治器的加力方式，在頦部直接加載一固定力值，不斷改變加載方向，分析以不同方向作用于頦部的反作用力對(duì)頜骨特別是顳下頜關(guān)節(jié)區(qū)應(yīng)力及位移的影響，以期為前牽引矯治器的臨床應(yīng)用、以及探索既能滿足上頜骨平行前移又能使TMJ區(qū)受力較均勻的符合生物力學(xué)要求的加力方式提供參考。
　　目的:運(yùn)用三維有限元的方法分析前牽引矯治器頦部反作

5、用力對(duì)頜骨，尤其是TMJ區(qū)域應(yīng)力及位移的影響，從而為前牽引矯治器的臨床應(yīng)用提供參考依據(jù)。
　　方法:選取1名健康男性青年作為研究對(duì)象，對(duì)其頭部行CT掃描，并借助Mimics、Magics、MSC等專用軟件，建立包括TMJ在內(nèi)的完整的顱頜面三維有限元模型。模擬前牽引矯治器反作用力，直接在頦部正中央的最下方施加—5 N的載荷，方向與(牙合)平面成后上22°～49°（每隔3°取1個(gè)角度），生成10種工況，測(cè)定上下頜骨尤其是TMJ區(qū)域（選

6、取5個(gè)節(jié)點(diǎn)）的應(yīng)力和位移的變化情況。
　　結(jié)果:1.成功建立了包括TMJ在內(nèi)的顱頜面三維有限元模型。所建立的模型包含了28740個(gè)節(jié)點(diǎn)及110770個(gè)單元。其中上頜由20387個(gè)節(jié)點(diǎn)和76892個(gè)單元組成，而下頜骨包含了8353個(gè)節(jié)點(diǎn)和33878個(gè)單元。該模型結(jié)構(gòu)較完整，網(wǎng)格質(zhì)量良好，生物實(shí)體相似性好。能夠任意旋轉(zhuǎn)，任意切割或提取任意部分進(jìn)行獨(dú)立研究。
　　2.頜骨應(yīng)力:從應(yīng)力分布圖可以看出，模型產(chǎn)生較明顯應(yīng)力的部位有:加載

7、部位、上頜頂固定部位以及上下頜接觸部位。其中下頜骨的最大應(yīng)力出現(xiàn)在節(jié)點(diǎn)力加載部位即頦部;上頜骨最大應(yīng)力出現(xiàn)在剛性固定面。上下頜的接觸部位應(yīng)力也較為集中。
　　3.節(jié)點(diǎn)應(yīng)力:在上下頜接觸部位，即TMJ區(qū)域選取了5個(gè)節(jié)點(diǎn)，分別為下頜窩前端上部節(jié)點(diǎn)(節(jié)點(diǎn)7852)、下頜窩前端下部節(jié)點(diǎn)(節(jié)點(diǎn)8939)、下頜窩后部節(jié)點(diǎn)(節(jié)點(diǎn)8638)、髁突頭橫嵴處節(jié)點(diǎn)(節(jié)點(diǎn)24757)、髁突頸部中央節(jié)點(diǎn)(節(jié)點(diǎn)24301)。加載角度由22°增大至40°時(shí)，關(guān)

8、節(jié)窩內(nèi)應(yīng)力逐漸下降，而加載角度由40°增大到49°時(shí)，關(guān)節(jié)窩內(nèi)應(yīng)力又略有增大;髁突頭部的應(yīng)力隨加載角度增大而減小，髁突頸部應(yīng)力隨加載角度的增大則呈先降后增的趨勢(shì)。綜之，載荷與(牙合)平面成后上40°時(shí)顳下頜關(guān)節(jié)區(qū)域受力最小(0.018～0.327 MPa)。
　　4.頜骨位移:施加節(jié)點(diǎn)力后，該模型產(chǎn)生微小的位移變化，其變化范圍為:2.47E-5mm～7.24E-2mm。位移最大部位產(chǎn)生在加載部位，下頜骨位移由前部到后部逐漸減小。當(dāng)

9、加載角度小于40°時(shí)，上頜骨位移由下到上逐漸減小;而當(dāng)加載角度大于等于40°時(shí)，上頜骨位移由下到上逐漸增大。
　　5.節(jié)點(diǎn)位移:5個(gè)節(jié)點(diǎn)X軸位移均為正值，并且隨加載角度增大而減小;Y軸位移出現(xiàn)了負(fù)值，從40°開始變?yōu)檎?，即加載角度小于40°時(shí)下頜骨發(fā)生了順時(shí)針旋轉(zhuǎn)。載荷與(牙合)平面成后上40°時(shí)顳下頜關(guān)節(jié)區(qū)位移值較小(0.0005～0.0081mm)。
　　結(jié)論:1.利用CT等影像學(xué)手段及Mimics、Magics、MS

10、C等專用軟件，成功建立起包含顳下頜關(guān)節(jié)的顱頜面三維有限元模型。該模型精確度高，為本研究（前方牽引矯治器頦部反作用力在頜骨及TMJ區(qū)的應(yīng)力分布和位移狀況）奠定了堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。
　　2.前牽引矯治器在牽引上頜骨向前的同時(shí)，對(duì)頜骨及關(guān)節(jié)區(qū)產(chǎn)生了一定程度的反作用力，如頦部及關(guān)節(jié)的應(yīng)力變形、下頜的順時(shí)針旋轉(zhuǎn)等。
　　3.前牽引矯治器作用于頦部的反作用力傳導(dǎo)至顳下頜關(guān)節(jié)區(qū)，關(guān)節(jié)區(qū)受力與加載角度密切相關(guān)，從應(yīng)力和位移兩方面考慮，在與(牙合)平