本文關(guān)鍵詞：人工顳下頜關(guān)節(jié)重建髁突缺損的生物力學(xué)研究

  更多相關(guān)文章： 人工顳下頜關(guān)節(jié) 髁突缺損 有限元 新型 生物力學(xué)

【摘要】：研究背景 顳下頜關(guān)節(jié)是人體內(nèi)最為復(fù)雜的關(guān)節(jié)之一,是具有轉(zhuǎn)動和滑動運動的左右聯(lián)動關(guān)節(jié)。其解剖結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定和靈活決定了該關(guān)節(jié)具有重要的生理功能,其中包括參與咀嚼、言語、吞咽和面部表情等。顳下頜關(guān)節(jié)的疾病,如顳頜關(guān)節(jié)強直、下頜骨的腫瘤累及髁突、髁突骨折后不能復(fù)位固定及其他疾病常常需要部分或全部切除髁突,術(shù)后很難保持良好的頜關(guān)系及下頜功能,造成了患者面部畸形、咬合關(guān)系紊亂,嚴(yán)重影響了患者的生活質(zhì)量。 目前,人工顳下頜關(guān)節(jié)具有能模仿正常的解剖形態(tài)、與宿主貼合、不需另行取材、術(shù)后能立即進行功能訓(xùn)練、避免骨性粘連等優(yōu)點,使得人工顳下頜關(guān)節(jié)進行關(guān)節(jié)重建成為臨床可選擇的有效方法之一。但與人工膝關(guān)節(jié)、髖關(guān)節(jié)在修復(fù)成功率上還存在差距,明顯較低。其中多種原因可導(dǎo)致修復(fù)失敗,如材料導(dǎo)致的炎癥反應(yīng)、假體近鈦釘和外形應(yīng)力集中點斷裂、因為鈦釘數(shù)量不足和關(guān)節(jié)區(qū)受力過大引起的骨連接處骨折等。歸其主要原因為在人工顳下頜關(guān)節(jié)假體修復(fù)中不合適的材料和不恰當(dāng)?shù)墓潭ㄔO(shè)計�，F(xiàn)階段大量關(guān)于人工顳下頜修復(fù)缺損效果的研究主要是通過體外動物實驗和對臨床病例回顧性的總結(jié),都不能準(zhǔn)確說明人工顳下頜關(guān)節(jié)受力時假體與骨端的應(yīng)力分布及改變。理想的人工顳下頜關(guān)節(jié)固定方式及鈦釘要求還不確切。因人工顳下頜關(guān)節(jié)是單端固位方式,人工髁突假體的外形、固位,鈦釘?shù)脑O(shè)計、數(shù)量、分布將會對其固位和穩(wěn)定性產(chǎn)生重要影響,而良好的設(shè)計和外形與穩(wěn)定的固位是假體行使功能的必要前提,人工顳下頜關(guān)節(jié)生物力學(xué)研究將應(yīng)用力學(xué)的原理和方法對人工關(guān)節(jié)中的應(yīng)力分布及改變進行定量研究,具有良好的發(fā)展前景。 研究目的 本實驗利用CT掃描技術(shù),三維重建、逆向及有限元計算工程軟件：Free Form、 Mimics、Geomagic、Solid works、ANSYS Workbench等,建立了由單個牙組成完整牙列的下頜骨三維有限元模型,分析在一側(cè)髁突缺損情況下,人工顳下頜關(guān)節(jié)重建關(guān)節(jié)后,咀嚼力加載下對下頜骨、人工顳下頜關(guān)節(jié)、鈦釘應(yīng)力的分布及影響,分析了人工顳下頜關(guān)節(jié)重建后下頜骨的應(yīng)力分布及位移趨勢；通過建立髁突缺損假體置換三維有限元模型,揭示不同修復(fù)方式在重建髁突缺損中的特點與關(guān)系,為新型關(guān)節(jié)假體的研制和臨床假體修復(fù)應(yīng)用提供實驗室數(shù)據(jù)支持。 材料與方法 第一部分人工顳下頜關(guān)節(jié)重建右側(cè)髁突缺損數(shù)字模型的建立 1、模型數(shù)據(jù)來源：根據(jù)實驗?zāi)康暮鸵?篩選南方醫(yī)科大學(xué)附屬南方醫(yī)院口腔頜面外科一名健康志愿者,26周歲,下頜骨及顳下頜關(guān)節(jié)無疾病及形態(tài)異常,無外傷手術(shù)史,牙列完整、咬合關(guān)系正常。與志愿者協(xié)商同意后行CT掃描。 2、數(shù)據(jù)獲取方式：采用SIEMENS公司64層CT進行下頜骨連續(xù)水平掃描。掃描參數(shù)：層厚1mm,球管電流200mA,電壓120kV。掃描范圍：上起髁突上緣,下至下頜骨下緣,所得圖像數(shù)據(jù)以DICOM格式保存。 3、下頜骨仿真三維有限元模型建立：利用CT掃描頭顱圖像數(shù)據(jù)以Dicom格式輸入三維重建軟件Mimics(比利時Materialise公司)中,以STL格式文件導(dǎo)出并輸入到逆向工程軟件Geomagic軟件中,進行光滑、打磨、去噪等一系列圖像處理,生成三維圖形IGES文件格式,得到完整正常下頜骨模型。 4、右側(cè)下頜骨髁突缺損有限元模型實現(xiàn)：在正常髁突模型的基礎(chǔ)上,將下頜骨三維實體模型數(shù)據(jù)導(dǎo)入ANSYS Workbench(美國ANSYS公司)中,利用ANSYS的實體切割功能,將工作平面調(diào)至待切部位進行布爾運算,切除右側(cè)髁突,模擬髁突摘除后缺損(乙狀切跡水平)并建立右側(cè)下頜骨髁突缺損三維模型。 5、人工顳下頜關(guān)節(jié)及鈦釘?shù)娜S實體模型建立：根據(jù)臨床中使用的人工顳下頜關(guān)節(jié)建立假體模型,鈦釘使用簡化模型,采用了圓柱模型,直徑分別為2.0mm、2.5mm、3.0mm三種鈦釘。利用三維CAD軟件Solidwork(法國達(dá)索公司)分別進行人工顳下頜關(guān)節(jié)、鈦釘建模。 6、三種不同直徑鈦釘人工顳下頜關(guān)節(jié)固定模型建立：將人工顳下頜關(guān)節(jié)、鈦釘三維模型數(shù)據(jù)輸入到右側(cè)髁突缺損的下頜骨三維模型中,并根據(jù)本實驗建立的不同直徑鈦釘與人工顳下頜關(guān)節(jié)進行定點裝配。方式Ⅰ：2.0mm直徑鈦釘在人工顳下頜關(guān)節(jié)關(guān)節(jié)柄與下頜升支處固定,從髁突缺損處向下相隔相同距離固定3顆；從髁突向下頜骨下緣方向依次為第1顆鈦釘、第2顆鈦釘、第3顆鈦釘。方式Ⅱ：2.5mm直徑鈦釘于相同位置條件下；方式Ⅲ：3.0mm直徑鈦釘于相同位置條件下。 7、模型三維有限元網(wǎng)格劃分：下頜骨模型和固定構(gòu)件均采用Workbench默認(rèn)的Solid187實體單元,劃分時,下頜骨模型的單元尺寸取2.5mm,人工顳下頜關(guān)節(jié)模型取lmm。建立人工顳下頜關(guān)節(jié)重建髁突缺損三種不同直徑鈦釘固定的三維有限元模型。 第二部分人工顳下頜關(guān)節(jié)重建髁突缺損的生物力學(xué)分析 1、邊界條件：對下頜骨左側(cè)髁突完全固定,右側(cè)固定人工顳下頜關(guān)節(jié)頂部,前端固定前牙。進行靜態(tài)力學(xué)有限元計算和分析,打開大變形效應(yīng),設(shè)置模型邊界條件。 2、接觸設(shè)置：在Workbench中,設(shè)置下頜骨皮質(zhì)骨與松質(zhì)骨接觸為完全固定。牙齒與皮質(zhì)骨為Bond(綁定)接觸,鈦釘打入下頜骨后也設(shè)置為Bond接觸,設(shè)置皮質(zhì)骨與人工顳下頜關(guān)節(jié)關(guān)節(jié)柄之間的摩擦系數(shù)為0.42的Frictional接觸。 3、咬合力的加載及下頜骨生物力學(xué)分析：模擬咀嚼肌咬合力方向,在雙側(cè)下頜角處加載斜向力200N,對下頜骨及三種不同鈦釘人工顳下頜關(guān)節(jié)重建模型計算分析等效應(yīng)力及位移,在相同的位點進行對比,分析應(yīng)用不同鈦釘重建下的生物力學(xué)特征。 4、人工顳下頜關(guān)節(jié)、鈦釘?shù)纳锪W(xué)分析：在相同咬合力加載下,相同的邊界約束和條件下,三種不同固定方式中鈦釘應(yīng)力分布、人工顳下頜關(guān)節(jié)應(yīng)力集中部位進行生物力學(xué)分析,分析人工顳下頜關(guān)節(jié)自身應(yīng)力特點與比較三種不同鈦釘下的應(yīng)力強度及穩(wěn)定性。 第三部分新型人工顳下頜關(guān)節(jié)設(shè)計與生物力學(xué)分析 1、新型人工顳下頜關(guān)節(jié)的設(shè)計：通過對臨床中使用的人工顳下頜關(guān)節(jié)結(jié)合髁突及下頜支的應(yīng)用解剖,設(shè)計新型人工顳下頜關(guān)節(jié)。新型人工顳下頜關(guān)節(jié)由三部分組成：旋轉(zhuǎn)片、連接體、連孔假體。 2、接觸設(shè)置：與第二部分相同,下頜骨設(shè)置為Bond接觸,皮質(zhì)骨與人工顳下頜關(guān)節(jié)關(guān)節(jié)柄之間的摩擦系數(shù)為0.42的Frictional接觸。 3、新型人工顳下頜關(guān)節(jié)下頜骨生物力學(xué)分析：在第二部分中相同條件下,并截取人工顳下頜關(guān)節(jié)與下頜骨骨接合處相同位點,分析新型人工顳下頜關(guān)節(jié)下頜骨的生物力學(xué)特征。 4、新型人工顳下頜關(guān)節(jié)、鈦釘生物力學(xué)分析：咬合加載下新型人工顳下頜關(guān)節(jié)、鈦釘應(yīng)力分布、應(yīng)力集中情況進行生物力學(xué)分析,結(jié)合下頜骨的生物力學(xué)特點,分析新型人工顳下頜關(guān)節(jié)的生物力學(xué)特性。 結(jié)果 1、利用CT精密掃描采集健康成年志愿者下頜骨數(shù)據(jù),通過三維重建軟件Mimics等成功建立了正常下頜骨三維實體模型,該模型含完整牙列、松質(zhì)骨、皮質(zhì)骨,并具有良好的幾何相似性。 2、在完整下頜骨三維有限元模型基礎(chǔ)上進行右側(cè)髁突缺損模型的建立,并將人工顳下頜關(guān)節(jié)進行定點裝配,建立了三種不同鈦釘固定下的髁突缺損人工顳下頜關(guān)節(jié)重建模型。 3、雙側(cè)下頜角進行咬合力加載后獲得三種不同直徑鈦釘固定后下頜骨生物力學(xué)特征： 從下頜骨等效應(yīng)力分布可知,下頜骨的最大應(yīng)力集中在與髁突最近的第1顆鈦釘釘孔處,從髁突向下第2顆鈦釘及第3顆鈦釘釘孔處應(yīng)力明顯減��；下頜骨最大等效應(yīng)力值為：第3顆釘孔區(qū)第2顆釘孔區(qū)第1顆釘孔區(qū)；隨著鈦釘直徑的增大,下頜骨最大等效應(yīng)力值減��；即方式Ⅲ方式Ⅱ方式Ⅰ。 4、人工顳下頜關(guān)節(jié)及鈦釘應(yīng)力分析： 通過人工顳下頜關(guān)節(jié)的應(yīng)力分布發(fā)現(xiàn),最大應(yīng)力集中部分位于人工顳下頜關(guān)節(jié)關(guān)節(jié)頭與關(guān)節(jié)柄交界的部位,為應(yīng)力薄弱點。鈦釘自身最大等效應(yīng)力分布為：第3顆鈦釘?shù)?顆鈦釘?shù)?顆鈦釘。隨著鈦釘直徑的增大最大應(yīng)力值為：3.0mm直徑鈦釘2.5mm直徑鈦釘2.0mm直徑鈦釘。 5、新型人工顳下頜關(guān)節(jié)的生物力學(xué)特性： 整體等效應(yīng)力分布：下頜骨整體應(yīng)力值均較小,均未超出骨質(zhì)的破壞強度,小于骨皮質(zhì)區(qū)服應(yīng)力值108Mpa。側(cè)面3個釘孔區(qū)從下到上應(yīng)力峰值：第3釘孔第2釘孔第1釘孔。局部等效應(yīng)力分布：下頜骨升支截斷面處有應(yīng)力增大區(qū),為連接體傳導(dǎo)釘孔區(qū)。人工顳下頜關(guān)節(jié)等效應(yīng)力分布：在關(guān)節(jié)頭與關(guān)節(jié)柄的連接處出現(xiàn)紅色應(yīng)力較大區(qū)域。鈦釘?shù)刃?yīng)力分布：鈦釘?shù)刃?yīng)力分布圖可看出,應(yīng)力峰值為第3顆鈦釘?shù)?顆鈦釘?shù)?顆釘,從上至下依次減小。下頜骨整體形變分布：下頜骨整體形變可見,右側(cè)形變程度在下頜角處最大,整體的變形分布圖在下頜骨中基本對稱。 結(jié)論 1、CT掃描獲取的數(shù)據(jù),利用三維重建軟件Mimics結(jié)合逆向工程軟件建立的含完整牙列的下頜骨三維有限元模型,層次清晰,具有極好的幾何相似性。逆向工程軟件對下頜骨模型進行光滑、打磨、去噪等一系列處理,模型更加接近真實,可分為單個牙齒組成的完整牙列、松質(zhì)骨及皮質(zhì)骨；與臨床實際相接近,使下頜骨生物力學(xué)特點分析更為準(zhǔn)確。 2、下頜骨的等效應(yīng)力分析證實,在接近髁突的第1個釘孔區(qū),出現(xiàn)了明顯的應(yīng)力集中現(xiàn)象,過大的應(yīng)力將導(dǎo)致骨質(zhì)吸收,從而造成鈦釘松動,降低人工顳下頜修復(fù)缺損的成功率；隨著鈦釘直徑的增大,下頜骨最大等效應(yīng)力呈現(xiàn)減小的趨勢；提示在臨床應(yīng)用中,需考慮第1個釘孔區(qū)的應(yīng)力集中現(xiàn)象,通過新型人工顳下頜關(guān)節(jié)的設(shè)計或增大鈦釘直徑使得應(yīng)力分布接近正常下頜骨受力的生物力學(xué)特征,有利于促進術(shù)區(qū)愈合和提高遠(yuǎn)期修復(fù)成功率。 3、人工顳下頜關(guān)節(jié)及鈦釘?shù)刃?yīng)力分析證實,在關(guān)節(jié)柄和關(guān)節(jié)頭交界區(qū)域為假體的應(yīng)力薄弱點,人工顳下頜關(guān)節(jié)的設(shè)計應(yīng)考慮該特點；鈦釘在隨著直徑增大時,鈦釘自身的最大等效應(yīng)力減小,提示適當(dāng)增大鈦釘直徑可增加鈦釘?shù)姆�(wěn)定性。 4、新型人工顥下頜關(guān)節(jié)的設(shè)計使大部分受力能通過連接體傳導(dǎo)到髁突斷面,減少了側(cè)面鈦釘?shù)氖芰?增加了假體的穩(wěn)定性；新型假體很好地將力分散至截面,以緩解側(cè)向鈦釘?shù)氖芰?此時3顆釘子的應(yīng)力分布明顯均勻,相差較小,避免了過大應(yīng)力導(dǎo)致的下頜骨孔區(qū)吸收；整體變形也反映了新型人工顳下頜關(guān)節(jié)可以很好的保證下頜骨受力及變形方式上的對稱性。新型人工顳下頜關(guān)節(jié)具有良好的生物力學(xué)特性,為臨床改良人工顳下頜關(guān)節(jié)和重建髁突缺損提供了參考依據(jù)。
【關(guān)鍵詞】：人工顳下頜關(guān)節(jié) 髁突缺損 有限元 新型 生物力學(xué)
【學(xué)位授予單位】：南方醫(yī)科大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2014
【分類號】：R318.1;R782.6
【目錄】：

• 摘要3-9
• ABSTRACT9-19
• 前言19-22
• 第一部分 人工顳下頜關(guān)節(jié)重建髁突缺損數(shù)字模型的建立22-33
• 1 材料和方法23-27
• 2 結(jié)果27-29
• 3 討論29-32
• 4 結(jié)論32-33
• 第二部分 人工顳下頜關(guān)節(jié)重建髁突缺損的生物力學(xué)分析33-45
• 1 材料和方法34-35
• 2 結(jié)果35-40
• 3 討論40-43
• 4 結(jié)論43-45
• 第三部分 新型人工顳下領(lǐng)關(guān)節(jié)設(shè)計與生物力學(xué)分析45-57
• 1 材料方法及人工顳下頜關(guān)節(jié)設(shè)計46-51
• 2 結(jié)果51-54
• 3 討論54-56
• 4 結(jié)論56-57
• 全文總結(jié)57-58
• 參考文獻(xiàn)58-62
• 中英文對照縮略詞表62-63
• 綜述63-71
• 參考文獻(xiàn)69-71
• 攻讀碩士學(xué)位期間成果71-73
• 附件73-79
• 致謝79-80

【參考文獻(xiàn)】

中國期刊全文數(shù)據(jù)庫 前10條

1 王學(xué)玖,馬緒臣,張益,張萬林,武登誠;顳下頜關(guān)節(jié)急性鈍挫傷的動物實驗研究[J];北京口腔醫(yī)學(xué);2005年03期

2 郭宏,劉洪臣,張潤荃,高勇,王延榮;牙齒磨耗后顳下頜關(guān)節(jié)應(yīng)力分布的三維有限元研究[J];口腔頜面修復(fù)學(xué)雜志;2004年02期

3 盛瀟;朱敏;;顳下頜關(guān)節(jié)三維有限元建模方法進展[J];口腔頜面外科雜志;2011年01期

4 張紅;殷新民;吳鳳鳴;吳煜農(nóng);顧衛(wèi)平;謝蘭生;;牙尖交錯位緊咬時顳下頜關(guān)節(jié)接觸特征及應(yīng)力分布的三維有限元研究[J];口腔醫(yī)學(xué);2007年12期

5 王慧明,林軍,王模堂,吳求亮,曹之強;生物活性玻璃陶瓷人工髁突置換對顳下頜關(guān)節(jié)盤及關(guān)節(jié)結(jié)節(jié)影響的實驗研究[J];中國口腔種植學(xué)雜志;2000年03期

6 鄒敬才,薊光輝,荀文興,郭慶科,肖光裕,張怡,曲曉莉;鈦桿式人工髁狀突在顳頜關(guān)節(jié)重建中的應(yīng)用研究[J];中國美容醫(yī)學(xué);2002年05期

7 孫健,張富強,王冬梅,于嘉,王成燾;3種加載方式下正常人下頜骨三維有限元應(yīng)力分布分析[J];上�？谇会t(yī)學(xué);2004年01期

8 張淵,王美青,凌偉;下頜前磨牙扭轉(zhuǎn)與顳下頜關(guān)節(jié)應(yīng)力分布的有限元分析[J];上�？谇会t(yī)學(xué);2005年05期

9 張曉虎;陳敏潔;邱亞汀;楊馳;;標(biāo)準(zhǔn)型人工顳下頜關(guān)節(jié)置換術(shù)應(yīng)用效果初步報告[J];上�？谇会t(yī)學(xué);2012年03期

10 劉桂才,周樹夏,張明,劉彥普,雷德林,胡開進;下頜骨撞擊傷對顳下頜關(guān)節(jié)紊亂病及關(guān)節(jié)強直發(fā)生的影響[J];中國臨床康復(fù);2002年21期

，

本文編號：872892