关节盘前位移颞下颌关节生物力学研究

发布时间：2017-05-11 18:12

  本文关键词：关节盘前位移颞下颌关节生物力学研究，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：颞下颌关节是颅颌面唯一的能动关节。在解剖形态上,髁突独特的关节面形态,非均匀厚度的关节盘及关节窝周围复杂的韧带肌群附着构成稳定而灵活的颞下颌关节；在生理功能上,颞下颌关节的运动同时兼备转动和滑动功能,参与咀嚼、语言和表情等颌面部功能运动,同时颞下颌关节也一直被认为是颌面部重要的负重关节和缓冲结构。颞下颌关节紊乱病是颞下颌关节最常见的疾病,人群发病率约为20%,临床主要表现为关节区的疼痛,弹响,下颌运动异常等。关节盘前移位是颞下颌关节紊乱病中最常见的一种类型,主要表现为关节盘在颞下颌关节运动时,沿关节结节后斜面不同程度的向前偏移。故在关节运动过程中,出现典型的下颌偏斜,疼痛及弹响等症状,严重时可导致关节盘的穿孔、髁突形态的改变、关节运动障碍等严重并发症。目前关节盘前移位发生的病因尚不明确,对于其自愈性及转归也无明确的基础研究及定论。 本课题拟通过CT、MR等影像学手段获取关节盘前移位患者牙关紧闭位及最大张口位时颞下颌关节影像学数据,通过三维重建软件建立关节盘前移位颞下颌关节牙关紧闭位及最大张口位的数字化模型。采用有限元法对关节盘前移位颞下颌关节位于牙关紧闭位及最大张口位时生物力学分析,获得关节盘、髁突等颞下颌关节各个解剖结构力学分布变化和趋势。通过总结关节盘前位移时颞下颌关节力学分布特点及规律,研究关节盘前移位时颞下颌关节的力学变化和运动特点,特别是关节盘前移位等颞下颌关节紊乱病发生发展及其转归中各个解剖结构形态变化的力学原因和规律,解释关节盘前移位的颞下颌关节病的病因和转归,指导临床对于关节盘前移位患者的诊断及治疗。 第一部分关节盘前移位颞下颌关节仿真模型的建立 目的 通过筛选颞下颌关节盘前移位患者,对其颞下颌关节前移位的关节区行薄层CT及3D-MRI扫描,获取软硬组织影像学资料,利用Simpleware等三维重建软件及组织匹配技术,建立含关节窝、关节盘、髁突及软骨层在内的颞下颌关节盘前移位的颞下颌关节三维仿真模型。 材料与方法 1、建模数据来源：根据马绪臣颞下颌关节紊乱病分类中关节盘前移位诊断标准,筛选南方医科大学南方医院一名成年男性右侧颞下颌关节紊乱病患者,26岁,病史6个月,无外伤手术史,牙列完整,中性(?),无关节疾病系统治疗史。临床检查示：开口运动初始右侧颞下颌关节弹响,张口度正常,开口型偏向右侧后恢复正常,关节区轻微压痛。影像学检查符合关节盘前移位标准。 采用64层CT连续水平扫描患侧颞下颌关节区。扫描参数：层厚0.5mm,球管电流200mA,电压120KV；采用3D-MR连续斜矢状位扫描患侧颞下颌关节区。扫描参数：层厚0.5mm, T1W1序列,层间隔0mm。扫描范围：右侧颅底至右侧下颌骨最下缘。分别获取232层清晰的骨窗断层和MRI图像,所得图像以DICOM格式保存。 2、仿真模型的建立：将所获得的DICOM格式的图像导入Simpleware4.0进行解剖结构图像分割,进行三维空间的精细化修整,转角部平滑,结构表面光滑处理。根据已建立的坐标体系,对颞下颌关节软硬组织精确复位匹配。实现颞下颌关节软硬组织系统的整体重建。 结果 建立的关节盘前移位颞下颌关节的三维仿真模型在包括了关节盘、关节囊、关节窝、髁突皮质骨及松质骨、软骨层等重要解剖结构在内的关节盘前移位颞下颌关节三维仿真模型,同时还具有牙尖交错位及最大张口位。其中关节盘不仅重建了中间带,还客观还原了关节盘前后带及与关节窝、髁突的附着结构。 结论本研究通过筛选颞下颌关节盘前移位患者,并对其颞下颌关节前移位的关节区行薄层CT及3D-MRI扫描,分别获取关节区的软硬组织影像学资料,利用Simpleware等三维重建软件及组织匹配技术,建立包括了关节窝、髁突骨皮质与骨松质,关节窝、髁突的骨皮质与软骨层,关节盘与软骨层在内的颞下颌前移位仿真模型。为后续的生物力学分析提供了模型基础。 第二部分牙尖交错位时关节盘前移位颞下颌关节的生物力学研究 目的 本研究利用第一部分已建立的关节盘前移位颞下颌关节仿真模型,模拟咀嚼运动,通过有限元法分析牙尖交错位的状态下颞下颌关节的生物力学相关参数,总结关节盘前移位后颞下颌关节各解剖结构生物力学变化对颞下颌关节功能的影响。 材料与方法 1、采用实验第一部分所建立的牙尖交错位时关节盘前移位颞下颌关节仿真模型,导入Ansys11.0有限元软件中,输入相关材料和界面参数,对模型进行整体网格划分,建立牙尖交错位时关节盘前移位颞下颌关节三维有限元模型。 2、约束边界及设置条件：约束边界为关节窝所在颞骨在X轴,Y轴向表面,设置颞骨颅底侧表面自由度为约束；采用牙尖交错位时咬肌力向量为力学加载。力学加载点为咬肌附着下颌骨下角处,使用20条肌束模拟咬肌肌纤维形态,加载方向为咬肌走形方向加载。力学加载大小为200N。 3、观察指标：在牙尖交错位时,关节盘前移位后颞下颌关节整体应力变化数据及位移趋势；关节窝、髁突的骨皮质及骨松质,关节盘,软骨层的应力变化及位移趋势；关节盘前移位后颞下颌关节在多轴截面上整体应力变化数据及位移趋势；关节窝、髁突的骨皮质及骨松质,关节盘,软骨层的应力变化及位移趋势。 结果 1、建立了包括关节窝、髁突的骨皮质及骨松质,关节盘和软骨层在内的牙尖交错位时关节盘前移位颞下颌关节三维有限元模型,共生成22105个节点和97983个单元。 2、在牙尖交错位时,骨皮质整体承受的应力(x=0.78Mpa)与骨松质(x=0.77Mpa)相似,远大于关节盘(x=0.38Mpa)和软骨层的(x=0.48Mpa),应力集中均出现于髁突前斜面与关节窝、关节盘相接触的功能面；关节盘的应力最大值出现在关节盘中间带后部与后带前部交界,与髁突功能面想接触的中外侧区域(x=1Mpa),并向外呈现逐步减少的趋势,关节盘后带后部及前带大部分区域呈现低应力表现(x=0.2Mpa),关节盘在髁突的下颌前后附着区也出现了应力集中区(x=0.37Mpa)。 3、前后轴向上,关节盘前附着区上下表面的应力分布有明显差异(t=-2.826,P=0.048)；内外轴向上,关节盘功能面上下表面的应力分布有明显差异(t--3.142,P=0.014)。 4、假性关节盘功能面后缘靠外侧区域及双板区为三个轴向上撕裂带的重叠区域。 结论 1、正常的关节盘中间带向前移位,其与后带前部交界区域代替正常关节盘功能面结构,形成“假性关节盘”。通过降低了髁突的高度,扩大关节盘功能面的面积,减少了牙尖交错状态下髁突传导牙合力的同时,调节下颌前后附着的压力,以达到稳定关节盘空间位置,恢复功能运动的作用。 2、假性关节盘功能面后缘靠外侧区域及双板区为重叠集中区域,出现多个方向上的力学矢量。将导致该区域关节盘内部纤维结构及走形改建,如关节盘纤维断裂,扭转,增生等病理变化,也正是临床关节盘穿孔的好发区域。在对于关节盘前移位的治疗过程中,需要重点关注对正常关节盘功能面的恢复,不仅需要松弛后带与双板区的压力,而且还需要关注下颌前附着的松解。 第三部分最大张口位时关节盘前移位颞下颌关节的生物力学研究 目的 本研究利用第一部分已建立的关节盘前移位颞下颌关节仿真模型,模拟咀嚼运动,通过有限元法分析最大张口位的状态下颞下颌关节的生物力学相关参数变化,说明关节盘前移位后颞下颌关节生物力情况及其对颞下颌关节功能的影响作用。 材料与方法 1、采用实验第一部分所建立的最大张口位时关节盘前移位颞下颌关节仿真模型,导入Ansys11.0有限元软件中,输入相关材料和界面参数,对模型进行整体网格划分,建立最大张口位时关节盘前移位颞下颌关节三维有限元模型。 2、约束边界及设置条件：约束边界为关节窝所在颞骨在X轴,Y轴向表面,设置颞骨颅底侧表面自由度为约束；采用最大张口位时咬肌力向量为力学加载。力学加载点为咬肌附着下颌骨下角处,使用20条肌束模拟咬肌肌纤维形态,加载方向为咬肌走形方向加载。力学加载大小为200N。 3、观察指标：在最大张口位时,关节盘前移位后颞下颌关节整体应力变化数据及位移趋势；关节窝、髁突的骨皮质及骨松质,关节盘,软骨层的应力变化及位移趋势；关节盘前移位后颞下颌关节在Z轴截面上整体应力变化数据及位移趋势；关节窝、髁突的骨皮质及骨松质,关节盘,软骨层的应力变化及位移趋势。 结果 1、建立了包括关节窝、髁突的骨皮质及骨松质,关节盘和软骨层在内的最大张口位时关节盘前移位颞下颌关节三维有限元模型,共生成35741个节点和125467个单元。 2、在最大张口时,关节盘应力大小在不同解剖结构及不同解剖区域上的分布差异较大。骨皮质整体承受的应力(x=2.8Mpa)与骨松质(x=2.79Mpa)相似,远大于关节盘(x=1.11Mpa)和软骨层的(x=0.27Mpa),集中出现于髁突顶部及后斜面与关节盘后带的接触区域,呈现明显自下颌角至髁突顶部逐渐均匀减少的趋势和力学轨道。关节盘的应力最大值出现在关节盘中间带后部,与髁突顶部及后斜面相接触的中外侧区域(x=2.78Mpa),并向外呈现逐步减少的趋势,关节盘双板区和后缘韧带区域呈现低应力表现(x=0.5Mpa),关节盘在关节窝的颞前附着区也出现了应力集中区(x=1.67Mpa). 3、前后轴向上,在关节盘前附着区上下表面的应力分布有明显差异(t=-5.905,P=0.004)；内外轴向上,在关节盘接触面的上下表面的应力分布无明显差异(t=-0.526,P=0.613),但外侧缘(t=2.782,P=0.05)和内侧缘(t=3.094,P=0.027)的应力分布有明显差异。 4、关节盘的颞前附着的外侧缘、颞后附着的内侧缘、后带后部与双板区在X轴、Y轴及Z轴方向上出现位移撕裂带。 结论 1、髁突的主要受力区域从原先的前斜面的功能面改变为髁突顶部及后斜面的接触区域,随着关节上间隙的扩大,也导致关节盘上缘与关节窝接触面积的缩小。随着主要负重区域面积的缩小和形态的改变,牙合力更加集中于髁突顶部、后斜面与关节盘后带后部、关节结节的接触区域。 3、关节盘的前后附着区域在关节运动运动过程中起到十分重要的稳定和限制作用,关节盘颞前附着的外侧缘、颞后附着的内侧缘、后带后部与双板区同时承受不同方向上的应力矢量,是主要的功能和负重区域。其中双板区容易出现多个方向上的过度拉伸,内部纤维更容易发生过度拉伸,断裂,穿孔的可能。在对于关节盘的治疗过程中不但需要对关节盘后带的松解,也需要释放前带应力同时,更关注关节盘后带在关节运动过程中通过髁突顶部的顺利性。
【关键词】：关节盘前位移 颢下颌关节 仿真模型 关节盘前移位 颞下颌关节 牙尖交错位 三维有限元 应力分析 关节盘前移位 颞下颌关节 最大张口位 三维有限元 应力分析
【学位授予单位】：南方医科大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2013
【分类号】：R782.6
【目录】：

• 摘要3-10
• ABSTRACT10-20
• 前言20-22
• 第一部分 关节盘前移位颞下颌关节仿真模型的建立22-36
• 1.1 材料与方法23-26
• 1.2 结果26-31
• 1.3 讨论31-33
• 1.4 小结33
• 1.5 不足与展望33-34
• 参考文献34-36
• 第二部分 牙尖交错位时关节盘前移位颞下颌关节的生物力学研究36-61
• 2.1 材料与方法37-39
• 2.2 结果39-56
• 2.3 讨论56-58
• 2.4 小结58-59
• 2.5 不足与展望59
• 参考文献59-61
• 第三部分 最大张口位时关节盘前移位颞下颌关节的生物力学研究61-92
• 3.1 材料与方法62-64
• 3.2 结果64-86
• 3.3 讨论86-89
• 3.4 小结89-90
• 3.5 不足与展望90
• 参考文献90-92
• 综述92-101
• 参考文献97-101
• 攻读硕士学位期间成果101-102
• 致谢102-103

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