牙齿磨耗后颞下颌关节应力分布的三维有限元研究

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1、中国人民解放军军医进修学院硕士学位论文牙齿磨耗后颞下颌关节应力分布的三维有限元研究姓名：郭宏申请学位级别：硕士专业：口腔医学指导教师：刘洪臣;王延荣2003.7.1TMJTMDMRFEMCAD3D—FSPGRTETRFOV英文缩略语TemporomandibularjointTemporomandibulardisordersMagneticresonanceFiniteelementmodelComputeraideddesignThree—dimensionalfastsagittalspoiledgradientechoEchotimeRepetitiontimeFie

2、ldofview颞下颌关节颞下颌关节紊乱病磁共振有限元模型计算机辅助设计三维快速扰相位梯度回波序列回波时间重复时间视场牙齿磨耗后颞下颌关节应力分布的三维有限元研究(摘要)牙齿磨耗(Toothwear)贯穿人的一生。适量的牙齿磨耗有其积极的生理意义；如果牙齿过度磨耗，则会造成消极影响，是影响人类口腔健康的一个重点问题。牙齿磨耗临床十分常见。关于牙齿磨耗对颞下颌关节(Temporomandibularjoint，TMJ)影响的研究有报道，但结果不一致：牙齿过度磨耗导致颌垂直距离降低、黯关系改变、关节内压增高，引起TMJ变化，甚至导致颞下颌关节紊乱病(Temporomandibul

3、ardisorders，TMD)发生；但也有一些牙齿磨耗严重患者并无TMD症状。关于TMJ研究已十分广泛，其中TMJ的生物力学研究逐渐受到重视，TMJ的三维有限元研究已有报道，但以往研究所建包括TMJ的有限元模型仍不完善。以活体的磁共振(Magneticresonance，MR)断层片作为有限元模型的建模素材，并且以活体咀嚼肌的三维实体模型确定各种咀嚼肌力的方向、施力点来建立包括TMJ、咀嚼肌、下颌骨及下牙列的有限元模型国内外未见报道：而关于牙齿磨耗后TMJ应力分布的有限元研究国内外也末见报道。本研究以正常志愿者颌面部的磁共振影像为基础、建立包括TMJ、咀嚼肌、下颌骨及下牙列

4、的三维有限元模型，通过有限元分析法研究正常及牙齿不同程度磨耗后TMJ内应力分布的规律及变化，从生物力学角度探讨牙齿磨耗对TMJ特别是髁突、关节盘的影响及可能出现的TMJ病生理改变的过程。本研究分三部分。论文第一部分包括颞下颌关节、咀嚼肌、下颌骨及下牙列的三维有限元模型的建立目的建立一个包括关节盘、关节软骨、松质骨、皮质骨的的颞下颌关节及咀嚼肌、下领骨、下牙列的三维有限元模型，为颞下颌关节的生物力学研究打下良好基础。材料和方法选择正常志愿者一名。采用美国GE公司Genesis-SignaTwin02新型2超导型磁共振机，头线圈作为接收线圈，选择三维快速扰相位梯度回波序列(3D／

5、FSPGR／45)，对志愿者闭口位、颌面部进行冠状位扫描。将获得的60张MR影像数据传入suN计算机工作站，启动三维重建功能，对TMJ、下颌骨及下牙列磁共振影像进行重建。采用Agfa(ArcUSII型)扫描仪对60张MR断层片进行扫描，并将这些图像文件以B∽格式存入计算机。从MR图像中人工勾勒出感兴趣区域的轮廓曲线，均采用同一坐标原点，曲线包括关节盘外形线，牙齿外形线，皮质骨外形线，松质骨与皮质骨分界线，以及咀嚼肌外形线。应用北航405研究室自行设计的COLOR和POINTS软件采集各条曲线上点的坐标，每条曲线采集40个点。将各点的数据文件读入CAD软件UG生成三维实体模型；

6、读入有限元软件ANSYS6．1，由点生成面、再生成体，采用八节点六面体单元进行人工分网建立有限元模型。结合UG建立的包括下颌骨、咀嚼肌的三维实体模型，确定咀嚼肌力方向及施力点。结果建立的包括颞下颌关节、咀嚼肌、下颌骨及下牙列的三维有限元模型，与MR影像三维重建所得结果进行比较，其几何相似性良好，形态结构一致。有限元模型包括TMJ、整个下颌骨、下牙列以及咀嚼肌，其中TMJ"由颞骨关节窝皮质骨、关节软骨，关节盘，髁突关节软骨、皮质骨和松质骨组成：咀嚼肌由咬肌、颞肌、翼内肌和翼外肌组成。整个模型共有14332个节点，11008个单元，其中关节盘552个单元，所有单元形状较规则、避免

7、了狭长单元出现，对研究重点部位网格划分较细致，比如关节盘、髁突等部位。咀嚼肌施力点、大小、方向的确定与以往咀嚼肌解剖学研究结果有良好的一致性。模型可以任意旋转、缩放，可以选取任一部位、任一断面显示，易于观察。结论包括颞下颌关节、咀嚼肌、下颌骨及下牙列的三维有限元模型，具有良好的几何相似性和力学相似性，更接近实际生理情况。论文第二部分正常人紧咬牙时颞下颌关节应力分布的三维有限元研究目的探讨正常人牙尖交错位紧咬牙时颞下颌关节内的应力分布情况，了解生理状况下TMJ生物力学特点，为进一步研究牙齿磨耗后TMJ的应