翼外肌对可复性颞下颌关节盘前移位的作用机制研究

发布时间：2017-07-19 20:09

  本文关键词：翼外肌对可复性颞下颌关节盘前移位的作用机制研究

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【摘要】：研究背景颞下颌关节(Temporomandibular joint, TMJ)在解剖形态或生理功能上,是全身最为复杂的关节之一。颞下颌关节区域应力分布对关节发育和维持颞下颌关节正常解剖结构及功能具有重要影响。由于颞下颌关节运动功能的复杂性和灵活性,常常引起颞下颌关节内部应力分布的改变,可能会导致颞下颌关节紊乱病,甚至是关节内部的器质性损害。颞下颌关节紊乱病的发病率极高,人群发病率约为20%。目前的研究表明：翼外肌与颞下颌关节盘的运动关系紧密,对维持颞下颌关节运动的稳定性起到了重要的作用。众所周知,翼外肌功能紊乱可导致颞下颌关节紊乱病。早期的研究对翼外肌的描述比较简单,均将翼外肌视为一个整体,起于翼外板与颞下面,止于髁突、关节囊与关节盘,而之后随着国内外学者对翼外肌进行了较为细致的解剖学研究,认为其在起止处有明确的上下头之分,上下头有各自的肌筋膜包裹,中间有脂肪组织相隔及颊神经穿行,上头部分附着与关节盘表面,部分与下头在髁突融合。从生物力学角度研究颞下颌关节紊乱病一直以来是国内外学者研究的热点之一,对关节盘前移位也有丰富的研究,但目前纵观文献报道对关节盘前移位的颞下颌关节系统的研究主要采用了咬肌肌力的加载或者是咀嚼肌系统的加载。在咀嚼肌系统加载的研究中,对于翼外肌的加载也仅是加载了翼外肌下头的力量,而未考虑翼外肌上头因素。翼外肌在颞下颌关节运动过程中,对于颞下颌关节的运动起到了重要作用,因此十分必要在对翼外肌上、下头精确的定位下研究翼外肌对颞下颌关节区域的生物力学作用。研究目的通过筛选颞下颌关节盘前移位患者,对颞下颌关节前移位的关节区进行薄层CT及3D-MRI扫描,获取颞下颌关节区域的软硬组织影像学资料,再利用三维重建、逆向及有限元计算工程软件：Free Form、Mimics、Geomagic、Solid works、 ANSYS Workbench等建立关节盘前移位的颞下颌关节仿真模型。根据翼外肌的3D-MRI影像学数据,确定翼外肌的准确解剖位点及附着面积等数据,利用已建立精确颞下颌关节盘前移位仿真模型,模拟重建翼外肌功能,研究在翼外肌作用下颞下颌关节整体及各个解剖结构的生物力学特征,分析在翼外肌作用下关节盘前移位颞下颌关节紊乱病的转归,为颞下颌关节紊乱病的治疗提供新的思路,为临床治疗提供实验室数据支持。材料与方法第一部分：包含翼外肌可复性颞下颌关节盘前移位数字化仿真模型的建立1、模型数据来源：根据实验目的及要求,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,中性合,无关节疾病史。影像学检查符合关节盘前移位的诊断标准,同时符合临床诊断标准和影像学诊断标准的患者才能明确诊断为颞下颌关节盘前移位,进入临床患者筛选范围。影像学诊断标准：①X线及CT检查排除颌面部肿瘤及颌骨疾患,髁突,颞下颌关节窝形态基本完整；②患侧颞下颌关节MR斜矢状位T1W1扫描：颞下颌关节盘形态基本完整,盘分界向前超过10。,盘前分界超过关节结节顶点。2、数据获取方式：采用SIEMENS公司64层CT连续扫描患者颞下颌关节区。扫描参数：层厚0.5mm,求管电流200mA,电压120KV；采用3D-MR连续斜矢状位扫面患者颞下颌关节区。扫描参数：层厚0.5mm,T1W1序列,层间隔0mm。扫描范围由右侧颅底至右侧下颌骨最下缘,所获得数据以DICOM格式保存。3、颞下颌关节仿真三维有限元模型建立：利用CT及3D-MR扫描图像数据以 Dicom格式输入三维重建软件Mimics(比利时Materialise公司)中,分别经处理后建立下颌骨皮质、下颌骨松质、关节盘、关节窝、关节盘软骨和髁突等三维模型,再以STL格式文件导出并输入到逆向工程软件Geomagic软件中,进行解剖结构图像分割,三维空间的精细化修整,转角部平滑,结构表面光滑处理。经过一系列光滑、打磨、去噪等图像处理,生成三维图形IGES文件格式,对颞下颌关节软硬组织精确复位匹配,获得颞下颌个关节软硬组织系统的整体重建。通过3D-MR图像确定翼外肌的精确附着位点,在关节盘前移位三维有限元模型上使用15-20条肌束模拟重建翼外肌。第二部分翼外肌对牙尖交错位时可复性颞下颌关节盘前移位颞下颌关节的生物力学分析1、边界条件：对颞下颌关节关节窝上部中心范围内进行固定约束,另外为了防止下颌骨发生刚性位移,故限制了下颌骨的移动,对底部截面法向的自由度进了约束,并施加无摩擦的约束,进行静态力学有限元分析。2、接触设置：在Workbench中,下颌骨骨皮质和松质骨为完全固定,处理时将其视为一个整体：髁突上表面与髁突软骨层下表面设置绑定接触；关节窝下表面与关节窝软骨层上表面设置绑定接触；关节盘分别与髁突软骨层上表面和关节窝软骨层下表面设置摩擦系数为0.001的摩擦接触。3、翼外肌力的加载：模拟翼外肌肌力在牙尖交错位时的方向,将翼外肌分为两头。翼外肌上头加载于关节盘及髁突的表面,翼外肌下头加载于下颌骨髁突颈部的翼肌窝,加载力分别为：11.4N及33.84N。4、颞下颌关节生物力学分析：进行翼外肌力加载后,对在牙尖交错位时颞下颌关节模型计算分析等效应力及位移,分析颞下颌关节中关节盘、关节窝、下颌骨骨皮质、骨松质、关节窝及髁突等的应力变化及位移趋势等生物力学特征。第三部分翼外肌最大张口位时可复性颞下颌关节盘前移位颞下颌关节的生物力学分析1、边界条件：对颞下颌关节关节窝上部中心范围内进行固定约束,另外为了防止下颌骨发生刚性位移,故限制了下颌骨的移动,对底部截面法向的自由度进了约束,并施加无摩擦的约束,进行静态力学有限元分析。2、接触设置：在Workbench中,下颌骨骨皮质和松质骨为完全固定,处理时将其视为一个整体;髁突上表面与髁突软骨层下表面设置绑定接触；关节窝下表面与关节窝软骨层上表面设置绑定接触；关节盘分别与髁突软骨层上表面和关节窝软骨层下表面设置摩擦系数为0.001的摩擦接触。3、翼外肌力的加载：模拟翼外肌肌力在最大张口位时的方向,将翼外肌分为两头。翼外肌上头加载于关节盘及髁突的表面,翼外肌下头加载于下颌骨髁突颈部的翼肌窝,加载力分别为：11.4N及33.84N。4、颞下颌关节生物力学分析：进行翼外肌力加载后,对在最大张口位时颞下颌关节模型计算分析等效应力及位移,分析颞下颌关节中关节盘、关节窝、下颌骨骨皮质、骨松质、关节窝及髁突等的应力变化及位移趋势等生物力学特征。结果1、利用CT及3D-MR扫描采集可复性关节盘前移位的颞下颌关节紊乱病成年志愿者右侧颞下颌关节数据,通过三维重建软件Mimics等成功建立了最大张口位及牙尖交错位的右侧可复性颞下颌关节盘前移位的三维实体模型,模型包含了关节盘、关节囊、髁突、关节窝、下颌骨骨皮质即骨松质等软硬组织结构,具有良好的几何相似性。2、在牙尖交错位时可复性关节盘前移位模型时翼外肌加载获得颞下颌关节生物力学特征：2.1、颞下颌关节整体应力等效分布：在牙尖交错位时颞下颌关节整体最大应力亦是出现下颌角处,即在下颌骨髁突颈部以下及乙状切迹以上,最大应力值为28.8MPa,在下颌骨处,应力值由应力集中区域向周围逐渐递减；在下颌骨骨松质区域,应力集中在髁突颈部,但最大应力值为5.3MPa,较骨皮质应力明显减少；关节窝与髁突的最大应力均出现在与相对于的结构相接触的功能面。2.2、颞下颌关节整体位移分布：颞下颌关节区域最大位移出现在关节囊前份,翼外肌上头附着区域,最大位移为1.80mm;从关节盘前附着至关节盘后附着区域,位移趋势逐渐减少,而关节盘后附着至关节囊后份位移又逐渐增大；下颌骨及颞骨区域位移不明显,下颌骨位移主要体现在髁突,位移大小为0.50mm。2.3、颞下颌关节盘的等效应力分布：关节盘区域最大应力集中于关节盘中间带区域,最大应力值为3.0MPa,应力分布自关节盘中间带向两侧及下颌前附着和下颌后附着区逐渐递减趋势；关节盘后带大部分区域呈现低应力表现；关节盘与髁突相接触的下颌前附着区应力集中现象不明显。3、在最大开口位时可复性关节盘前移位模型时翼外肌加载获得颞下颌关节生物力学特征：3.1、颞下颌关节整体应力等效分布：整个颞下颌关节和部分下颌骨最大应力值分布于下颌骨髁突颈部以下乙状切迹以上,最大应力值为34.5MPa；髁突骨皮质、骨松质、软骨层及关节窝的应力集中均出现于髁突前斜面与关节窝、关节盘相接处的功能面；髁突主要集中于髁突翼肌窝(翼外肌下头力学加载区)与髁突颈部；髁突颈部靠近内侧缘的骨皮质与骨松质也出现可应力集中现象并呈现自下颌角至髁突顶部逐渐减少的力学轨道。3.2、颞下颌关节整体位移分布：颞下颌关节区域最大位移出现在关节囊前份,翼外肌上头附着区域,最大位移为1.41mm；从关节盘前附着至关节盘后附着区域,位移趋势逐渐减少,而关节盘后附着至关节囊后份位移又逐渐增大；下颌骨及颞骨区域位移不明显,下颌骨位移主要体现在髁突,位移大小为0.50mm。3.3、颞下颌关节盘的等效应力分布：关节盘区域最大应力集中于关节盘中间带偏外侧区域,最大应力值为1.17MPa,应力分布自关节盘中间带向两侧及下颌前附着和下颌后附着区逐渐递减趋势；关节盘后带大部分区域呈现低应力表现；关节盘与髁突相接触的下颌前附着区也出现了应力集中区。结论1、CT及3D-MR扫描获取右侧颞下颌关节软硬组织数据,利用三维重建软件Mimics结合逆向工程软件建立的可复位关节盘前移位的三维有限元模型,与临床实际相接近,能够更为准确的研究颞下颌关节区域的生物力学特点。本实验在原有模型的基础上对翼外肌做了精细解剖及模拟,研究翼外肌对关节盘前移位颞下颌关节的生物力学特征。2、在牙尖交错位时,颞下颌关节处于关节运动的起始位。由于关节盘前移位导致“假性关节盘”的产生,代替了正常关节盘功能面的结构,关节盘后带及双板区纤维牵拉,受到不同程度的剪切力及拉应力,导致关节盘内部纤维的扭曲,拉伸等,容易导致关节盘变形,影响关节盘的正常功能。因此在对于关节盘前移位的治疗过程中,需改善翼外肌功能紊乱的同时,还需缓解关节盘后带及双板区的压力。3、翼外肌作用下最大张口位可复性关节盘前移位颞下颌关节生物力学分析表明：对于颞下颌关节盘生物力学特性可见：最大应力值出现在关节盘中间带偏外侧区域,而且在此区域的位移分析可发现,此区域出现了一个位移撕裂带,提示在翼外肌作用下关节盘的中间带易发生应力集中及位移撕裂,导致此区域的变薄甚至穿孔。
【关键词】：可复性关节盘前移位 颞下颌关节 翼外肌 生物力学
【学位授予单位】：南方医科大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：R782.6
【目录】：

• 摘要3-9
• ABSTRACT9-20
• 前言20-23
• 第一部分 包含翼外肌可复性关节盘前移位颞下颌关节数字模型的建立23-35
• 1. 材料与方法24-26
• 2. 结果26-31
• 3. 讨论31-33
• 4. 结论33-35
• 第二部分 翼外肌对牙尖交错位时关节盘前移位颞下颌关节生物力学分析35-46
• 1. 材料与方法36-37
• 2. 结果37-42
• 3. 讨论42-45
• 4. 结论45-46
• 第三部分 翼外肌对最大张口位时关节盘前移位颞下颌关节生物力学分析46-55
• 1. 材料与方法47-48
• 2. 结果48-52
• 3. 讨论52-53
• 4. 结论53-55
• 全文总结55-56
• 参考文献56-60
• 中英文缩略词表60-61
• 综述61-69
• 参考文献66-69
• 攻读硕士学位期间成果69-71
• 附件71-75
• 致谢75-77

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前2条

1 杨晓萍,张绍祥,刘正津,谭立文,邱明国,王欲u&,邓俊辉,唐泽圣;颞下颌关节盘的解剖形态及三维重建研究[J];第三军医大学学报;2004年03期

2 桂海军;沈国芳;;计算机辅助外科在正颌手术术前模拟中的应用[J];中华口腔医学研究杂志(电子版);2010年06期

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本文编号：564624