下颌前伸和小开口运动时颞下颌关节应力分布的三维有限元研究

发布时间：2020-09-15 09:20

　　颞下颌关节(temporomandibular joint，TMJ)是人类使用最频繁的关节之一，具有复杂的几何外形且非常灵活，是能兼作转动和滑动运动的复合关节。颞下颌关节的生长、发育、改建以及颞下颌关节疾病的发生和发展均与其力学环境密切相关，因此颞下颌关节生物力学的研究日益引起人们的关注。口腔功能主要有咀嚼、吞咽、言语等，上述功能的实现均有赖于下颌运动的参与。下颌运动归纳为三种基本形式，即开闭运动、前后运动和侧方运动。这三种基本运动离不开颞下颌关节的参与。研究下颌功能运动状态时颞下颌关节应力分布的特征将为了解颞下颌关节的生物力学特性和探索颞下颌关节疾病发病机理提供依据。有限元分析法是用于颞下颌关节生物力学研究的常用手段，目前已有许多关于颞下颌关节的有限元力学分析模型的报道，大多数是分析颞下颌关节在牙尖交错位紧咬时的应力分布，针对下颌运动时颞下颌关节的应力分布研究则比较少，如何对模型进行加载来模拟下颌运动还未寻找到令人满意的解决办法。本研究利用中国可视化人体(Chinese Visible Human，CVH)超薄切片图像建立带有咬合关系的颞下颌关节三维有限元模型，在patran中定义髁突、关节盘和关节窝的接触关系，采用位移加载的方法来模拟髁突的滑动和转动运动，进而分析下颌前伸运动和开口运动时颞下颌关节应力分布的特征。实验一、下颌前伸时颞下颌关节应力分布的三维有限元研究材料和方法：利用可视化人体图像建立包括上下牙列、下颌骨、颞下颌关节在内的三维有限元模型，在patran中设置边界条件、材料特性并定义髁突、关节盘、关节窝三者间以及上下牙齿咬合面之间的接触关系，采用位移加载的方法来模拟下颌前伸运动至对刃位，在Marc中计算并分析下颌前伸运动时颞下颌关节各部分的接触情况和von Mises应力分布的情况。结果：在前伸运动时，关节盘随髁突向前、向下运动，髁突的前斜面首先与关节盘中间带中央部发生接触，随后髁突的外斜面与关节盘的中间带外侧部、关节窝的顶部与关节盘的后带发生接触。关节盘的中间带外侧部(3.010Mpa)和髁突的前斜面(5.500Mpa)等部位的应力值较大。从同一矢状面上观察von Mises应力平均值的大小顺序依次为：髁突＞关节盘腹面＞关节盘背面＞关节窝。结论：在前伸运动时，应力集中区位于关节盘的中间带外侧部和髁突的前斜面，关节盘的中间带是重要的应力缓冲区。实验二、小开口运动时颞下颌关节应力分布的三维有限元研究材料和方法：在Patran中，将旋转矢量大小和用户坐标系加载到有限元模型建立开口模型，设置边界条件、材料特性并定义髁突、关节盘和关节窝三者间的接触关系，在Marc中求解并观察小开口时关节盘、髁突和关节窝之间的接触情况以及von Mises应力的分布状况。结果：小开口过程中髁突向前、向下转动；关节盘在髁突表面轻微向前、向下转动，关节盘双板区后缘和髁突的后斜面首先发生接触，关节盘的内外侧分别和髁突的内外侧接触，且关节窝的顶部偏后方与关节盘的后带也发生接触；随着转动幅度的增大，髁突的后斜面与关节盘的接触面积逐渐增大，从关节盘的双板区扩展到后带。同一矢状面上von Mises应力平均值的大小顺序依次为：关节盘腹面＞关节盘背面＞髁突＞关节窝。随着开口度不断增大，关节窝、关节盘和髁突von Mises应力值都呈现增大的趋势。结论：本模型能精确反映小开口运动过程中颞下颌关节各部分的应力变化；开口运动时，由于关节面形态的高度不一致性，关节盘作为缓冲区一直承受较大的负荷。
【学位单位】：南京医科大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2007
【中图分类】：R782.6
【部分图文】：

牙尖交错位,有限元模型,三维实体模型,前视图

图l牙尖交错位的三维实体模型(前视图)图2牙尖交错位的三维实体模型(左视图)图3模拟下领前伸运动的三维实体模型(前视图)图4模拟下领前伸运动的三维实体模型(左视图)

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模拟下领前伸运动的三维实体模型

【参考文献】