下颌骨受力对颞下颌关节影响的有限元分析

发布时间：2020-11-08 17:06

　　 牙颌系统是人体的暴露部位,无论平时或战时,都易遭到损伤,因此对于牙颌系统外伤的研究具有重要的临床和军事意义。由于颌面部解剖结构复杂,传统的研究方法,如尸体实验、动物实验或实物模型实验等,往往费时、费力,并且实验条件难以完全重复和稳定控制,影响了研究结果的可靠性。随着现代数学方法和计算机技术在医学研究领域中的广泛应用,出现了许多新的简便有效的研究方法,其中有限元分析(FEA)就是将实体研究和计算机数学模型研究良好结合的典型代表。 本研究简要回顾了颞下颌关节(TMJ)的损伤特点,TMJ生物力学的研究方式,有限元法(FEM)建模及其研究进展。利用CT、MR薄层扫描和Matlab软件、Ansys三维有限元专用软件等技术,建立了更为精确、应用更为广泛的TMJ三维有限元模型,并在成功建模的基础上,进行了下颌骨受到瞬间外力时颞下颌关节所受影响的研究。 本实验中建立了5种不同张口位(闭口位、1cm、2cm、3cm、4cm张口位)的包含下颌骨及全牙列的TMJ数字模型,且不同组织各自独立,赋予相应的力学参数,包括密质骨、松质骨、牙、关节盘、关节软骨等;在约束设计中,各模型均设关节窝顶端各方向位移为0,闭口位中增加全下颌牙的咬合平面各方向位移为0,在模型的几何相似性及生物力学相似性上均有所提高,与真实情况接近。 对5个不同张口度的模型均于左侧下颌角施以垂直于眶耳平面并直接指向TMJ的1000N外力,获取双侧TMJ关节盘及髁突软骨的平均主应力(EQV应力),通过比较5种不同张口位EQV应力峰值大小及出现的部位,得到结果:(1)闭口位时,双侧关节盘和髁突软骨的EQV应力峰值都明显较小;(2)在不同张口位时,关节盘EQV应力峰值多位于后带,髁突软骨则多位于前斜面;(3)关节盘EQV应力峰值始终是左侧大于右侧,而髁突软骨在闭口位、1cm、4cm张口位时左侧EQV应力峰值大于右侧,2cm、3cm张口位时则是右侧大于左侧;(4)双侧关节盘和髁突软骨的EQV应力峰值出现的部位基本对称。 对5个不同张口度的模型均于颏部正中矢状面内分别施以与眶耳平面垂直、60o夹角、平行三个不同方向的1000N压力,获取TMJ(左侧)的关节盘和髁突软骨EQV应力峰值大小及出现的部位,得到结果:(1)不同施力方向、不同张口度时,关节盘EQV应力峰值多位于后带,髁突软骨则多位于前斜面;(2)不同施力方向对比,平行施力时关节盘和髁突软骨EQV应力峰值明显较大;(3)闭口位时,三个方向的力在TMJ上产生的EQV应力峰值都明显较小。 本实验采用的模型设计方法能够真实地代表原物体,其几何形态逼真,可分辨下颌小舌、颏孔等解剖结构,并且重建了高精度的关节区三维图像。在尸体、实物或机械模型实验中,对TMJ的生物力学研究存在测量精度低、模型过于简化、仅能做静力分析等问题,本实验所建立的三维有限元模型则突破了这些限制。模型中不同力学性质的组织结构相互独立,并且可以根据实验的具体需要对个别组织或结构进行删减或再添加,不但提高了实验的精确性,而且可以满足不同的实验要求,使TMJ微结构力学分析精确性大大提高,在赋予不同组织各自相应的力学参数后,我们得到了与临床实际相接近的力学分析结果,为TMJ及下颌骨生物力学研究提供新的途径。此外,本实验研究的是一次性暴力对TMJ的影响,而患者在受伤瞬间的张口度是无法确定的,故我们细分了5种不同的张口度,考虑了不同创伤状态的可能性,对其总的损伤趋势进行归纳总结,降低了实验条件与实际情况的差异,减少遗漏,尽量全面的反映了TMJ的创伤力学特点。
【学位单位】：第四军医大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2007
【中图分类】：R782
【文章目录】：
缩略语表
中文摘要
英文摘要
前言和文献回顾
    1. TMJ 的生理功能
    2. TMJ 的损伤特点
    3. TMJ 的生物力学分析方式
    4. FEM 的建模
    5. FEM 的TMJ 模型研究进展
实验研究
    实验一 5 种不同张口位的包含下颌骨及全牙列的TMJ 有限元模型的建立
        1. 材料和方法
        2. 结果
        3. 讨论
    实验二 5 种不同张口位中一侧下颌角受力时双侧关节盘及髁突软骨的有限元分析
        1. 材料和方法
        2. 结果
        3. 讨论
    实验三 5 种不同张口位时下颌骨颏部受力瞬间对TMJ 关节盘及髁突软骨影响的有限元分析
        1. 材料和方法
        2. 结果
        3. 讨论
全文总结
参考文献
附录
个人简历和研究成果
致谢

【参考文献】

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1 薄斌,周树夏,曹建广,张少峰;下颌骨在撞击载荷作用下的应力分布[J];第四军医大学学报;1999年02期

2 胡开进;颞下颌关节间接性损伤后转归及其机理[J];国外医学.口腔医学分册;1998年01期

3 胡开进,陈南燕;间接性颞下颌关节损伤[J];国外医学.口腔医学分册;1998年05期

4 顾卫平,殷新民;颞下颌关节生物力学的理论分析方法[J];国外医学.口腔医学分册;2004年06期

5 胡凯,方竞;颞下颌关节形态结构的力学因素[J];国外医学.生物医学工程分册;1999年04期

6 薄斌,周树夏,曹建广;撞击部位对下颌骨不同结构受力三维有限元分析[J];华西口腔医学杂志;2000年01期

7 滕胜毅，徐樱华，陈孟诗，李永年，蔡维东;颞下颌关节盘的表面结构、力学性能和关节润滑关系的动物实验研究[J];华西口腔医学杂志;1994年02期

8 郝卫亚,王美青,何杨举,元方;羊和人颏部受钝物撞击时动载变化特征及颞颌关节的缓冲作用[J];航天医学与医学工程;1999年03期

9 原林,黄文华,唐雷,李鉴轶,戴景兴,邝咏衡,姚大卫,钟世镇;虚拟中国人关键技术的研究[J];解剖学报;2003年03期

10 于力牛,常伟,王成焘,张富强;基于实体模型的牙颌组织三维有限元建模问题探讨[J];机械设计与研究;2002年02期

本文编号：2875076