颞下颌关节生物力学建模及下颌升支矢状劈开截骨术的生物力学研究

摘要

下颌骨与容貌、咀嚼、语言等密切相关，直接影响生活质量、职业、性格、婚姻等，通过颞下颌关节与上颌骨连接在一起。颞下颌关节（TMJ）具有精细的结构和复杂的功能，是人体内唯一的双侧联动关节，共同参与完成咀嚼、吞咽、言语、表情等功能活动。FMJ在功能上为负重关节，下颌运动产生的TMJ负荷对维持关节各组成部分的正常结构和功能具有重要的作用，也与某些TMJ疾病的形成和治疗相关，其中包含了大量的生物力学问题（如TMJ内各结构的相互作用）。FMJ内各结构之间作用的模拟一直是口腔生物力学研究的重点和难点。除了未考虑TMJ或简单地将TMJ内各结构连接在一起形成“死”关节外，一些研究者采用间隙元或接触单元对TMJ内各结构之间的相互作用进行模拟。然而，目前对TMJ的生物力学研究还不系统、全面，没有针对这几种模拟方式的比较研究，究竟哪种方式更符合实际，尚无定论。另外，一些研究者展开了针对关节盘前移位的生物力学研究。除了关节盘前移位外，其它TMJ疾病（如关节盘其他方向的移位、关节盘附着松弛、关节盘穿孔、颞下颌关节强直）也与TMJ内的应力分布相关，而目前还没有针对这些病变的生物力学研究。 下颌升支矢状劈开截骨术（SSRO）是最早被提出的口内进路正颌外科手术，已成为矫治各类牙颌面畸形的常规术式。大量的研究集中在临床观察和测量以及统计学分析，近年来国内外一些学者展开了对该手术的生物力学研究，包括固定方式的比较及骨愈合后下颌骨的应力分析。由于下颌骨形态结构的变化，包括TMJ在内的整个下颌骨的力学环境不同于术前，以至术后复发和TMJ疾病成为临床上较难解决的问题。其中包含了大量的生物力学问题，而目前尚无针对骨愈合过程中劈开骨段和TMJ的生物力学研究。 本文针对正常的和病变的TMJ建立了一系列生物力学模型，并对SSRO后骨愈合过程中下颌骨的应力和变形进行了分析。具体研究内容包括： 不同颞下颌关节生物力学模型的比较：以一自愿者的头部CT图像为原始数据，建立下颌骨的三维有限元模型，采用多种方式对TMJ内各结构之间的相互作用进行了模拟，包括：（1）将髁突软骨、关节盘、颞软骨硬性连接在一起（即“死”关节）；（2）用接触单元模拟盘-突、盘-颞之间的相互作用；（3）用间隙元模拟盘-突、盘-颞之间的相互作用。通过分析和比较后得到，用缆索元来模拟双板区，并考虑TMJ内各结构的接触作用能较合理、准确地模拟TMJ内各结构之间的相互作用。 几种典型的颞下颌关节疾病的有限元分析：基于另一位自愿者的头部CT图像建立全牙列的下颌骨三维有限元模型，通过对该模型TMJ的形态、接触方式和关节盘附着的调整来模拟几种典型的TMJ疾病，包括关节盘附着松弛、关节盘移位、关节盘穿孔和颞下颌关节强直。分别与正常TMJ的计算结果进行比较后得到，这几种TMJ疾病都不同程度地影响TMJ内的力学环境，特别是关节盘移位（容易引起关节盘变薄或穿孔、关节结节后斜面骨质破坏），应及时予以治疗。 下颌升支矢状劈开截骨术的生物力学研究：以一位接受SSRO的下颌前突患者术前的CT图像为原始数据，参考现有的临床和生物力学研究，分别建立术前及术后各阶段的三维有限元模型。通过对术区和TMJ的分析后，得到术后初期采用颌间固定或颌间弹性牵引配合坚固内固定是必要的，能很好地防止术后复发；术后2周去除颌间固定是合理的，减少颌间固定的时间有利于下颌运动和TMJ功能的尽早恢复；术后6周术区骨组织具备较强的承载能力，可以进行适当的功能训练，有利于减少甚至避免术后产生TMD或张口受限等TMJ疾病；SSRO对颞下颌关节疾病的治疗效果不是很明显，但有可能改善TMJ内各组织的应力分布，减轻一些TMJ病征。 本文的工作首次对TMJ的多种模拟方式（硬性连接、接触和间隙元）进行了比较研究，并提出了较为合理的模拟方式，具有一定的学术价值。以此为基础，本文对几种典型的TMJ疾病进行了数值模拟，用以分析病变导致TMJ内各结构相互作用的变化，为临床上的预防和治疗方案提供了理论依据；同时对SSR0后不同时期术区骨组织和TMJ进行了有限元分析，分析中考虑了各特征时期术区骨组织的不同力学特性，近、远心骨段的不同连接关系，及不同的载荷，为术后复发和TMJ疾病的防治提供了参考。

目录

文摘

英文文摘

1绪论

2不同颞下颌关节生物力学模型的比较

3几种典型的颞下颌关节疾病的有限元分析

4下颌升支矢状劈开截骨术的生物力学研究

5总结与展望

参考文献

作者在攻读博士学位期间科研成果简介

声明

致谢