量化的咬合接觸與顳下頜關節(jié)應力關系的生物力學研究.pdf

1、咬合接觸改變是口腔臨床常見的疾病表現(xiàn)，也是臨床治療中必須經常涉及的內容，臨床醫(yī)生通過建立正常的咬合面形態(tài)來恢復正常的咬合功能。我們近年來的研究結果表明，咬合接觸形態(tài)異常是顳下頜關節(jié)紊亂病的重要病因，其可能的機制是異常咬合改變了咬合與顳下頜關節(jié)之間正常的生物力學關系。本實驗采用優(yōu)化設計的數(shù)學模型求解肌力，建立T-ScanⅡ系統(tǒng)檢測咬合接觸特征和顳下頜關節(jié)壓應力分布的顳下頜關節(jié)力學實驗模型，建立包括咬合接觸特征及雙側髁突、關節(jié)盤在內的三維非

2、線性有限元模型，進行咬合接觸形態(tài)改變與顳下頜關節(jié)的應力分布關系的三維有限元運算，從而探討咬合接觸形態(tài)改變對顳下頜關節(jié)應力影響的生物力學規(guī)律，以期為咬合異常導致顳下頜關節(jié)功能異常提供生物力學研究資料，為臨床合理進行咬合面形態(tài)重建、準確恢復咀嚼系統(tǒng)生理功能、避免醫(yī)源性病理咬合的發(fā)生，提供科學論據(jù) 本實驗具體內容包括以下幾個方面：(1)建立優(yōu)化設計的數(shù)學模型：采用優(yōu)化設計的原理，在力系平衡的咬合與顳下頜關節(jié)系統(tǒng)里，將力系簡化為：咀嚼肌

3、是動力，咬合與關節(jié)是阻力，由于研究重點放在閉口咬合接近閉口止點的瞬間，此時肌肉收縮主要是咬肌、翼內肌、顳肌前束、顳肌后束。以關節(jié)力最小為目標函數(shù)建立肌肉力系求解的數(shù)學模型，求解隨著咬合力的變化咬肌、翼內肌、顳肌前束和顳肌后束之間收縮力的比值。 (2)構建實驗力學模型：利用尸體頭顱建立顳下頜關節(jié)力學實驗系統(tǒng)，參照咀嚼肌附著以及三維空間走向以拉力傳感器來模擬咀嚼肌作用，咀嚼肌肌力的加載參照優(yōu)化設計的結果，利用T-ScanⅡ壓力測定系

4、統(tǒng)測定髁狀突和咬合接觸應力分布情況。 (3)三維非線性有限元模型：運用先進的T-ScanⅡ咬合檢測設備、影像檢測手段以及三維掃描系統(tǒng)，通過數(shù)值模擬重建精細的咬合與顳下頜關節(jié)三維非線性有限元模型。咬合力應用T-scanⅡ檢測數(shù)據(jù)；肌力方向在模型上根據(jù)其附著及走行方向確定，肌力大小參照優(yōu)化設計求解結果，然后通過運算求得髁狀突處應力分布情況。為了獲得精細的咬合與顳下頜關節(jié)三維有限元模型，尤其在咬合接觸面形態(tài)有所突破，借助三維掃描方法經

5、逆向工程軟件獲得牙齒表面的精細解剖形態(tài)，用于修正經由CT數(shù)據(jù)所建立有限元模型的牙齒部分，為精細化顳下頜關節(jié)建模提供了有力保障。 得到結果： (1)對于研究咬合與顳下頜關節(jié)之間的力學關系，以關節(jié)力最小為目標函數(shù)的優(yōu)化求解結果比以肌肉合力最小為目標函數(shù)要合理。通過關節(jié)力最小的優(yōu)化設計方法可以較好地解決咀嚼系統(tǒng)中肌力的取值問題，從而滿足咀嚼系統(tǒng)生物力學實驗和有限元分析中約束相似性的需要。通過數(shù)學模型進行分析發(fā)現(xiàn)：上頜第三磨牙伸

6、長型咬合相對于前磨牙漸進性咬合紊亂對正中緊咬時咀嚼系統(tǒng)力系作用特征的影響更大，表現(xiàn)為升頜肌肌力及關節(jié)力明顯降低，升頜肌作用類型變化，其中顳肌后束的變化更加明顯。而且咬合力重心位置的變化會帶來咀嚼肌的適應性改變，并進而影響關節(jié)力。 (2)建立了可以用于分析咬合與顳下頜關節(jié)應力關系的力學實驗模型，獲得的咬合以及髁狀突應力數(shù)據(jù)重復性良好。正常咬合的力學實驗模型髁狀突處所測定得到的壓應力分布顯示：髁狀突的前斜面承受較大的壓應力。上頜第三

7、磨牙伸長合及漸進性咬合紊亂合的咬合接觸T-scanⅡ測定發(fā)現(xiàn)雙側咬合力分布不均勻并且有應力集中的接觸點，與之對應髁狀突的應力分布也與正常咬合不同，在內側以及后斜面出現(xiàn)了壓應力較高的區(qū)域。說明上頜第三磨牙伸長和漸進性咬合紊亂可以引起顳下頜關節(jié)髁突表面壓力分布改變、造成局部受力不均勻。 (3)采用CT斷層重建與三維掃描后逆向建模相結合的方法，成功建立了包括下牙列以及雙側髁狀突的咬合與顳下頜關節(jié)三維有限元模型，提高了所建模型的生物相似

8、性，真實再現(xiàn)了牙齒和TMJ的形態(tài)與位置關系。異常咬合可以引起顳下頜關節(jié)應力增高以及局部應力集中。 結論： 1.正中咬合時以關節(jié)力最小為目標函數(shù)的優(yōu)化設計能夠滿足咬合接觸與顳下頜關節(jié)應力關系的研究需要。 2.正中咬合初期主要以咬肌和顳肌后束收縮為主，顳肌前束逐漸開始收縮，翼內肌則在咬合力(40～50Kg)達到一定強度時才會參與。關節(jié)力則隨著總的升頜肌肌力增大而增大。 3、第三磨牙伸長以及漸進性咬合紊亂者各升