正常人牙尖交错位紧咬牙时颞下颌关节无单元—有限元耦合法三维生物力学研究

论文摘要

颞下颌关节（temporomandibular joint,TMJ）是人体关节中结构最复杂、运动最精细的关节,其中关节盘在下颌功能运动中起着重要而特殊的作用。因此,研究颞下颌关节尤其是关节盘的生物力学对了解颞下颌关节的生理病理和颞下颌关节疾病的防治有重要意义。本文运用无单元—有限元耦合法进行以关节盘为重点的颞下颌关节生物力学分析。实验分以下两个部分:实验一、颞下颌关节三维无单元—有限元耦合模型的建立材料和方法:应用殷新民课题组所建立的包括颞下颌关节、咀嚼肌、下颌骨和下牙列的三维有限元模型,材料分为皮质骨、松质骨、关节盘纤维软骨和髁突关节软骨等。在Truegrid2.1中,将关节盘、关节窝、髁突进行六面体网格划分,将下颌骨、下牙列作四面体网格划分,因TMJ左右对称,为便于计算,本研究仅取半侧（左侧）模型研究。在Marc2003中打开此三维有限元模型,保存为模型1。将三维有限元模型在Hyper-Mesh中采用四面体网格划分,导入ANSYS8.0中,在下颌升支、髁突、颞骨保留有限元网格,在关节盘周边轮廓保留有限元节点,去除关节盘中间区域网格,用节点离散,形成颞下颌关节的三维无单元—有限元耦合模型,保存为模型2。结果:模型1形成包括下颌升支、髁突、关节盘和颞骨在内的三维有限元模型,共有33061个节点,105846个单元。模型2形成颞下颌关节的三维无单元—有限元耦合模型,共有9354个节点（包含无单元节点892个）,36647个单元。结论:在有限元模型基础上,运用无单元节点离散技术可以建立几何形态逼真的颞下颌关节三维无单元—有限元耦合模型,为进一步进行TMJ生物力学的科学研究奠定了坚实的基础。实验二、颞下颌关节无单元—有限元耦合法三维生物力学分析材料和方法:对实验一中建立的两个模型进行加载,分析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,按边界约束条件,采用肌力加载方式,三维有限元模型在Marc2003中求解,在后处理软件中观察关节盘Von Mises应力分布特征;无单元—有限元耦合模型用自行编制的耦合程序（无单元积分采用三维Hammer积分,耦合采用配置耦合法）求解,将计算结果导入ANSYS8.0中显示云图。结果:两个模型所反映的颞下颌关节应力分布特点基本相同:关节盘高应力区主要位于中间带和双板区,关节盘腹侧与背侧的Von Mises应力分布有一定差距,从髁突表面、关节盘腹侧、关节盘背侧到颞骨呈逐渐降低趋势。但耦合模型较有限元模型形态更加逼真、边缘更加清晰、应力分析结果更加精细:耦合模型中Von Mises应力最大值位于中间带区,该区域较有限元模型更接近关节盘背侧,在双板区高应力区耦合模型较有限元模型边界范围更广,边缘更清晰,应力梯度变化更明显。结论:有限元模型和无单元—有限元耦合模型应力分析结果具有较高的相似性,反映的颞下颌关节应力分布特点基本相同,但耦合模型对关节盘的应力分析更精确。无单元—有限元耦合法在生物力学研究中是一种有推广应用前景的新方法。

论文目录

• 中文摘要
• 英文摘要
• 正文
• 前言
• 第一部分 颞下颌关节三维无单元一有限元耦合模型的建立
• 材料和方法
• 结果
• 讨论
• 结论
• 附图
• 第二部分 颞下颌关节无单元一有限元耦合法三维生物力学分析
• 材料和方法
• 结果
• 讨论
• 结论
• 附图
• 小结
• 参考文献
• 附录
• 致谢
• 文献综述