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编号:10240177
夹板对关节重建术后患者下颌骨应力分布的影响
http://www.100md.com 《军医进修学院学报》 1999年第3期
     作者:胡凯 周继林 刘洪臣 胡敏 荣起国 方竞

    单位:胡凯 周继林 刘洪臣 胡敏 解放军总医院口腔科,北京 100853;荣起国 方竞 北京大学力学与工程科学系,北京 100871

    关键词:颞下颌关节紊乱病;关节重建术;夹板;术后辅助治疗;有限元应力分析

    New Page 1 z1.gif (188 bytes)夹板对关节重建术后患者下颌骨应力分布的影响

    摘要 目的:探讨z1.gif (188 bytes)夹板对关节重建术术后辅助治疗的生物力学作用机制。方法:采用螺旋CT断层扫描技术与三维有限元应力分析方法相结合,对颞下颌关节紊乱病行关节重建术治疗患者z1.gif (188 bytes)夹板戴前与戴后下颌骨应力分布变化进行定量分析。结果:关节重建术术后患者z1.gif (188 bytes)夹板戴前与戴后下颌骨应力分布特征发生改变,两者应力大小、性质均有差别。戴z1.gif (188 bytes)夹板后两侧下颌骨应力大小均降低,以手术侧髁突应力降低最为明显,应力对称性指标D值有升有降,但以非对称性区域缩小、对称性改善为主。结论:z1.gif (188 bytes)夹板具有明显降低包括髁突在内的关节重建术后下颌骨应力的作用,使颞下颌关节(TMJ)在适当的压力下进行愈合和修复;z1.gif (188 bytes)夹板可使关节重建术后手术侧髁突表面应力降低更明显,既减轻了术侧关节压力,又使双侧TMJ承受负荷趋向平衡、对称。
, 百拇医药
    关键词 z1.gif (188 bytes)夹板;

    中国图书资料分类法分类号 R 782

    An effect of occlusal splint on stress distribution of the mandible with temporomandibular joint disorder after joint reconstruction operation

    Hu Kai, Zhou Jilin, Liu Hongchen, Hu Min, Rong Qiguo, Fang Jing (Department of Stomatology, General Hospital of PLA, Beijing 100853)
, 百拇医药
    Abstract Objective:The purpose of this study is to investigate the biomechanical mechanism of the occlusal splint as an assistant therapy for the temporomandibular joint disorders (TMD) after joint reconstruction operation. Methods:The changes of stress distribution in the mandible of a patient with TMD after joint reconstruction operation during occlusal splint put on or not were analyzed quantitatively by combining spiral CT tomographic scanning technology with three-dimensional finite element method. Results:Occlusal splint could evidently improve the distribution of maximum principal stress and minimum principal stress in each location in the mandible after joint reconstruction operation. The stress value in operated and nonoperated side of the mandible is reduced, in which the stress in the operated condyle is lowered more distinctly and effectively, and the stress symmetry of its each position is improved slightly also. Conclusion:Occusal splint can drop joint pressure ,as well as obtain the symmetric load in bilateral temporomandibular (TMJ) in clinical application of postoperation. It is beneficial to restore the consistency in the function state of bilateral TMJ in order to assure the repair and reconstruction of the TMJ in a new normal condition.
, 百拇医药
    Key words temporomandibular joint disorders; joint reconstruction operation; occlusal splint; assistant therapy for postoperation; finite element stress analysisz1.gif (188 bytes)夹板作为颞下颌关节紊乱病(temporomandibular joint disorders, TMD)严重器质病变患者关节重建术后重要的辅助治疗手段之一,可增加颞下颌关节(Temporomandibular joint, TMJ)间隙,减少髁突负荷,使临床治疗效果明显提高〔1,2,3〕。对于z1.gif (188 bytes)夹板在关节重建术后的应用及术后修复的病理改变,已有不少报道〔4,5〕。但是,有关z1.gif (188 bytes)夹板治疗行关节重建术的TMD器质性改变患者后下颌骨应力分布的变化,国内外尚未见报道。本研究采用三维有限元分析方法,对关节重建术后患者z1.gif (188 bytes)夹板戴前与戴后下颌骨应力分布变化进行定量分析,旨在探讨z1.gif (188 bytes)夹板对关节重建术后患者治疗的生物力学作用机制。
, 百拇医药
    1 材料和方法

    选取TMD器质性病变行单侧关节重建术〔1〕术后 2 年的成年女性患者 1 例作为建模素材,其下颌骨螺旋CT扫描和三维影像重建,三维有限元模型建模方法、原则及加载方式同另文〔6〕。配戴z1.gif (188 bytes)夹板的TMD患者下颌骨三维有限元模型的形成方法为:将原患者下颌骨三维有限元模型合面约 2 mm 厚的 2 层单元视为甲基丙烯酸甲酯树脂z1.gif (188 bytes)夹板,其弹性模量取值 1.96×103 MPa,泊松比为 0.30〔7〕。假设模型中的皮质骨、松质骨及z1.gif (188 bytes)夹板三组材料和组织为连续、均质、各向同性的线弹性材料。采用Super SAP大型结构分析处理软件计算,并对计算结果进行分析、归纳和整理。
, 百拇医药
    定量测量z1.gif (188 bytes)夹板戴前与戴后关节重建术后TMD患者左、右侧下颌骨 9 个部位 44 个兴趣区的最大主应力和最小主应力,并计算左右侧相应区域应力的相对差数百分比(D)。其部分划分、D值定义及计算方法见另文〔8〕

    将z1.gif (188 bytes)夹板戴前与戴后下颌骨相对应区域应力测量值进行比较,戴前>戴后,为+,戴前<戴后,为-,戴前与戴后测量值之差除以较大值≤2%时,定义为相等,记为 0,分别计算其数目。采用非参数符合检验。

    2 结 果
, 百拇医药
    术后患者z1.gif (188 bytes)夹板戴前与戴后下颌骨应力分布特征发生改变,两者应力大小、性质均有差别。戴z1.gif (188 bytes)夹板后两侧下颌骨应力大小均降低,以手术侧髁突应力降低最为明显,D值有升有降,但以非对称性区域缩小、对称性改善为主。见表 1。

    表1 戴z1.gif (188 bytes)夹板前后关节重建术后患者下颌骨最大、最小主应力及其D值分布

    部位
, 百拇医药
    最大主应力(MPa)

    最小主应力(MPa)

    未戴z1.gif (188 bytes)夹板

    戴z1.gif (188 bytes)夹板

    未戴z1.gif (188 bytes)夹板

    戴z1.gif (188 bytes)夹板
, 百拇医药
    健侧

    术侧

    D值(%)

    健侧

    术侧

    D值(%)

    健侧

    术侧

    D值(%)

    健侧

    术侧

    D值(%)

    髁突前斜面外
, 百拇医药
    -6.39

    -18.89

    66.19

    -5.73

    -16.08

    64.39

    -21.06

    -81.28

    74.08

    -18.80

    -70.56

    73.36

    中
, http://www.100md.com
    3.05

    -16.62

    118.38

    3.13

    -13.71

    122.87

    -17.90

    -131.59

    86.40

    -16.77

    -112.75

    85.13

, 百拇医药     内

    8.63

    28.34

    69.54

    8.57

    24.00

    64.28

    -41.41

    -55.77

    25.74

    -37.24

    -51.76

    28.05
, 百拇医药
    前

    -4.17

    -7.75

    46.18

    -3.74

    -4.90

    23.72

    -14.31

    -38.78

    63.11

    -13.38

    -33.84

    60.45
, 百拇医药
    后

    9.21

    -19.09

    148.22

    7.83

    -15.98

    148.97

    -12.36

    -119.13

    89.63

    -11.73

    -104.05

    88.72
, http://www.100md.com
    髁突嵴顶外

    3.12

    20.55

    84.81

    3.05

    17.37

    82.47

    -3.84

    -41.54

    90.74

    -3.38

    -35.12

    90.37
, 百拇医药
    中

    3.78

    17.67

    78.62

    3.70

    14.95

    75.28

    -9.92

    -80.52

    87.68

    -9.87

    -71.44

    86.19
, 百拇医药
    内

    6.16

    8.69

    29.15

    5.87

    7.26

    19.16

    -3.38

    -19.71

    82.86

    -3.18

    -18.48

    82.81
, 百拇医药
    髁突后斜面外

    4.21

    9.46

    55.57

    3.99

    9.02

    55.80

    -2.61

    31.78

    91.80

    -2.39

    -28.16

    91.52
, http://www.100md.com
    中

    11.31

    8.57

    24.22

    10.73

    7.33

    31.67

    -1.04

    -47.48

    97.82

    -1.08

    -42.94

    93.49
, 百拇医药
    内

    3.59

    6.06

    40.77

    3.54

    5.33

    33.55

    -2.13

    -29.50

    92.78

    -2.04

    -27.68

    92.64
, 百拇医药
    髁颈前外

    -7.11

    -8.13

    12.55

    -6.56

    -7.65

    14.32

    -33.53

    -84.71

    60.41

    -31.29

    -84.05

    62.77
, 百拇医药
    前内

    35.89

    31.23

    12.97

    33.80

    30.95

    8.43

    -14.68

    -4.07

    72.25

    -13.56

    -4.04

    70.23
, http://www.100md.com
    中外

    21.74

    4.39

    79.81

    21.09

    4.05

    80.80

    8.91

    -14.97

    159.53

    8.46

    -13.05

    164.90
, 百拇医药
    中内

    5.76

    15.50

    62.84

    5.31

    15.62

    66.00

    -27.64

    -11.84

    57.16

    -25.30

    -9.03

    64.31
, http://www.100md.com
    后外

    12.33

    3.83

    68.95

    11.86

    3.44

    70.99

    -2.54

    -2.73

    6.69

    -2.44

    -2.74

    10.96
, http://www.100md.com
    后内

    19.66

    2.50

    87.29

    19.30

    2.07

    89.28

    -4.03

    -5.79

    30.30

    -3.92

    -5.70

    31.22
, 百拇医药
    乙状切迹外

    32.70

    98.50

    66.80

    35.22

    100.40

    64.92

    -28.04

    -234.24

    88.03

    -27.57

    -233.24

    83.75
, http://www.100md.com
    内

    -11.03

    35.67

    103.09

    -9.78

    356.07

    102.75

    -40.53

    -144.58

    71.96

    -37.91

    -143.59

    73.60
, 百拇医药
    喙突前外

    100.79

    -37.01

    136.72

    100.78

    -37.12

    136.83

    -57.65

    102.68

    43.85

    -57.65

    -103.19

, 百拇医药     44.12

    前内

    -10.03

    11.92

    184.13

    -10.03

    12.01

    183.51

    -40.88

    -2.45

    94.00

    -40.87

    -2.53
, 百拇医药
    93.80

    中外

    75.85

    110.03

    310.59

    75.85

    110.18

    31.16

    -58.18

    -74.17

    21.56

    -58.16

    -74.83
, 百拇医药
    22.28

    中内

    33.92

    21.35

    37.04

    33.90

    21.66

    36.11

    -76.76

    -17.00

    77.87

    -76.75

    -16.36
, 百拇医药
    78.69

    后外

    63.64

    55.39

    12.96

    63.61

    54.92

    13.66

    -8.41

    -73.76

    88.60

    -8.39

    -74.45
, 百拇医药
    88.74

    后内

    57.04

    16.59

    70.92

    56.92

    16.40

    71.18

    -67.11

    -8.98

    113.39

    -67.13

    -8.02
, http://www.100md.com
    88.06

    升枝前外

    18.34

    4.48

    75.60

    18.07

    4.46

    75.33

    -1.79

    -0.48

    73.27

    1.79

    -0.49
, 百拇医药
    72.72

    前内

    8.84

    8.46

    4.35

    8.77

    8.44

    3.80

    -2.74

    1.10

    140.33

    -2.72

    1.13
, 百拇医药
    141.33

    中外

    7.63

    1.53

    80.00

    7.36

    1.49

    79.80

    -5.19

    -0.90

    82.57

    -4.71

    -0.80
, http://www.100md.com
    82.94

    中内

    6.70

    6.49

    3.27

    7.10

    6.42

    9.52

    -7.67

    0.58

    107.62

    -7.64

    0.59
, 百拇医药
    107.68

    后外

    1.44

    0.85

    40.95

    1.53

    0.91

    40.54

    -5.18

    -4.28

    17.39

    -4.78

    -3.97
, http://www.100md.com
    17.01

    后内

    1.47

    1.36

    7.67

    1.56

    1.45

    7.44

    -4.12

    -2.54

    38.48

    -4.02

    -2.25
, 百拇医药
    43.96

    下颌角外

    1.45

    1.59

    8.62

    1.35

    1.27

    5.89

    -4.29

    -5.06

    15.35

    -4.17

    -4.43
, 百拇医药
    5.80

    内

    1.25

    1.19

    4.82

    1.25

    1.01

    18.85

    -2.51

    -5.65

    55.66

    -2.50

    -5.10
, 百拇医药
    51.03

    下颌体后外

    2.68

    -1.81

    32.36

    -2.51

    1.07

    142.90

    -9.97

    -3.91

    60.77

    -9.79

    -5.09
, 百拇医药
    48.05

    后内

    -1.03

    2.10

    149.15

    -0.91

    1.98

    145.72

    -5.03

    -0.45

    91.08

    -4.98

    -0.64
, 百拇医药
    87.15

    中外

    3.31

    3.46

    4.58

    3.22

    2.30

    28.66

    -1.30

    -1.42

    8.59

    -0.92

    -1.24
, 百拇医药
    26.01

    中内

    6.25

    3.54

    43.28

    6.16

    2.49

    59.53

    1.06

    -2.13

    149.70

    1.20

    -2.62
, 百拇医药
    53.97

    前外

    1.75

    2.34

    24.94

    1.75

    1.64

    6.11

    -1.79

    2.19

    18.59

    -1.51

    -2.05
, 百拇医药
    26.35

    前内

    1.08

    2.38

    54.57

    1.09

    2.09

    47.83

    -2.08

    -0.93

    55.44

    -2.04

    -0.84
, 百拇医药
    58.99

    颏部前部

    1.65

    2.37

    43.98

    1.78

    2.33

    23.33

    -1.35

    -1.72

    21.56

    -1.12

    -1.38
, http://www.100md.com
    18.73

    内侧

    3.69

    3.79

    2.78

    3.50

    4.05

    13.49

    -0.90

    -0.60

    33.94

    -0.62

    -0.44
, 百拇医药
    28.73

    z1.gif (188 bytes)面后牙

    -1.49

    -0.84

    43.26

    -1.70

    -0.61

    64.19

    -3.63

    -3.66

, 百拇医药     0.998

    -5.12

    -4.54

    11.35

    前磨牙

    -0.46

    2.00

    122.87

    -0.65

    3.58

    118.12

    -1.74

    0.31
, 百拇医药
    117.94

    -2.84

    0.50

    117.61

    前牙

    1.66

    2.96

    43.81

    3.03

    6.21

    51.23

    0.29

    0.51
, http://www.100md.com
    42.91

    0.23

    0.78

    70.17

    配戴z1.gif (188 bytes)夹板关节重建术后患者下颌骨与未配戴z1.gif (188 bytes)夹板比较,非手术侧、手术侧及整个下颌骨最小主应力均明显降低,χ2分别为 12.033, 6.25 及 18.561, P值均小于 0.05,差异具有显著性意义。手术侧及整个下颌骨最大主应力亦降低,χ2分别为 4.645 和 11.792, P<0.05,差异具有显著性意义。而非手术侧下颌骨最大主应力,z1.gif (188 bytes)夹板戴前与戴后变化基本一致,χ2=2.209,P>0.05,差异无显著性意义。z1.gif (188 bytes)夹板戴前与戴后下颌骨各部位最大主应力及最小主应力分布对称性情况略有变化,其中降低的部位为 30,升高的部位为 28,基本相等的部位为 30,提示z1.gif (188 bytes)夹板可使下颌骨对称性略有改善(表 2)。 表2 戴z1.gif (188 bytes)夹板前后关节重建术后患者下颌骨应力及对称性的变化
, 百拇医药
    例数

    最大主应力(部位数)

    最小主应力(部位数)

    对 称 性

    健侧

    术侧

    合计

    健侧

    术侧

    合计

    最大主应力

    最小主应力

    n+
, 百拇医药
    19

    22

    44

    25

    26

    51

    18

    12

    n-

    10

    9

    19

    5

, 百拇医药     10

    15

    15

    13

    n0

    15

    13

    28

    14

    8

    22

    11

    19

    合计
, http://www.100md.com
    44

    44

    88

    44

    44

    88

    44

    44

    χ2

    2.209

    4.645

    11.792

    12.033
, 百拇医药
    6.25

    18.561

    P

    >0.05

    <0.05

    <0.01

    <0.01

    <0.05

    <0.01

    3 讨 论

    3.1 z1.gif (188 bytes)夹板对关节重建术后下颌骨应力分布的影响 z1.gif (188 bytes)夹板作为一种无创伤、可逆性的TMD保守治疗手段,已得到广泛认同。周继林等〔4〕通过对TMD关节重建术后早期z1.gif (188 bytes)夹板治疗的临床观察,发现未戴z1.gif (188 bytes)夹板髁突可出现斜面或叉状畸形,影响关节活动,而戴用者无此现象发生。由此认为,对TMD不能保守治疗的病例采取手术治疗以后,应继续采用z1.gif (188 bytes)夹板治疗方法,其依据为z1.gif (188 bytes)夹板可能调整了咀嚼肌的张力,缓冲了关节区压力,保证了髁突在适当的压力下改建成正常形态。但是,z1.gif (188 bytes)夹板对关节重建术后下颌骨应力分布究竟产生什么影响,国内外尚无定量分析的研究报道。
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    本文采用三维有限元分析方法,定量分析了配戴z1.gif (188 bytes)夹板前后关节重建术后下颌骨应力分布改变,结果显示,z1.gif (188 bytes)夹板可使关节重建术后下颌骨最大主应力和最小主应力大小明显改变,其中手术侧(左侧)应力降低,非手术侧(右侧)最小主应力明显降低,而非手术侧最大主应力降低区域数目与升高区域之比为 19∶10,也略微增多,显示配戴z1.gif (188 bytes)夹板后关节重建术下颌骨手术侧与非手术侧应力均有不同程度的改善。另外,手术侧(左侧)髁突表面最大主应力和最小主应力均降低,非手术侧(右侧)髁突表面 11 个兴趣区中 8 个区域应力降低,仅 1~2 个区域应力升高。这表明z1.gif (188 bytes)夹板具有降低关节重建术后下颌骨应力以及改善TMJ受力状况的作用。同时,z1.gif (188 bytes)夹板对关节重建术后下颌骨对称性应力分布亦产生一定的影响,配戴z1.gif (188 bytes)夹板后其下颌骨应力分布对称平衡性有所改善,D值降低的部位略多于升高的部位 (30∶28)。可见,z1.gif (188 bytes)夹板明显改善单侧关节重建术下颌骨形态改变后的应力分布状况,尤其是对于降低和缓解手术侧髁突的高应力状态更为明显和有效。当然,由于有限元定量分析的各兴趣区不同部位、不同质且个体测量数目较少,今后在z1.gif (188 bytes)夹板调整TMJ应力对称平衡分布方面尚需深入研究并应引起临床的足够重视。
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    3.2 z1.gif (188 bytes)夹板在关节重建术后应用的生物力学依据 关于z1.gif (188 bytes)夹板在关节重建术后的应用,临床研究发现〔4〕,术后戴用z1.gif (188 bytes)夹板者髁突未发生斜面或叉状畸形,表明z1.gif (188 bytes)夹板保证了髁突在适当的压力下改建成正常形态,因为适当的压力能促进改建,压力过大或超过髁突的适应能力,改建停止甚至引起局部吸收。而实验研究也发现〔5〕术后无z1.gif (188 bytes)夹板组髁突出现明显的退行性改变征象,如关节盘胶原纤维玻璃样变、断裂及裂隙形成。而戴z1.gif (188 bytes)夹板术后改建效果明显优于未戴z1.gif (188 bytes)夹板组。
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    通过本研究,作者认为:①z1.gif (188 bytes)夹板具有明显降低包括髁突在内的关节重建术后下颌骨应力的作用,暂时减少了髁突及TJM的负荷,缓冲了髁突与关节之间的挤压,避免损伤关节盘等关节结构,缓解了疼痛,使TMJ在适当的压力下进行愈合和修复;②z1.gif (188 bytes)夹板可使关节重建术后手术侧髁突表面应力明显降低,一方面减轻了术侧关节压力,另一方面使双侧TMJ承受负荷趋向平衡、对称,有利于恢复双侧TMJ功能状态的一致性,保证关节在接近正常状况下的修复和改建;③当戴用z1.gif (188 bytes)夹板后,通过良好的调合,消除了z1.gif (188 bytes)干扰且调整双侧肌力达到相对平衡,同时,此方式尚能从每个患者的具体情况出发,改善和调整其下颌骨及TMJ应力分布的对称平衡性。由此可见,如果能通过调整z1.gif (188 bytes)夹板的厚度或咬合方式等方法定量分析使TMJ及下颌骨的应力分布暂时达到对称平衡,以便逐渐调整、矫治肌肉的不平衡,最终使TMJ受力基本均匀一致,这应该是今后临床工作中对z1.gif (188 bytes)夹板生物力学作用更应关注的方面。
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    本研究为模拟关节重建术后 2 年患者肌力恢复正常情况下z1.gif (188 bytes)夹板对其下颌骨应力分布的影响,对于术后早期肌力尚未恢复时应用z1.gif (188 bytes)夹板治疗的TMJ受力状况的分析,今后应进一步研究。

    中国博士后科学基金资助项目,批准号 中博基1998—6

    参考文献

    1 洪 民,周继林,黄继贤等.关节外调整术治疗颞下颌关节结构紊乱与肌功能失调.中华口腔医学杂志,1991,26(2):109
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    2 洪 民,周继林,柳春明等.关节重建结合软组织松解术治疗颞颌关节严重器质病变.口腔颌面外科杂志,1994,4(2):63

    3 周正炎,薛桂平,吴东辉等.颞颌关节功能紊乱综合征手术治疗的商榷.口腔颌面外科杂志,1994,4(3):138

    4 周继林,洪 民,刘洪臣等.z1.gif (188 bytes)夹板在颞下颌关节紊乱综合征术后的早期治疗.中华口腔医学杂志,1991,26(5):303

    5 刘 宁,周继林,洪 民等.z1.gif (188 bytes)夹板对术后颞下颌关节修复改建作用的病理学研究.中华口腔医学杂志,1994,29(3):156

    6 胡 凯,周继林,洪 民等.建立模拟功能状态下的下颌骨三维有限元模型.口腔颌面外科杂志,1997,7(3):183

    7 JJ图马著.黄振岗 译.物理计算手册.新时代出版社:北京,1985.504~505

    8 胡 凯,周继林,刘洪臣等.正常人下颌骨的三维有限元应力分析.军医进修学院学报,1998,19(2):98

    (1999—01—06收稿,1999—02—07修回), http://www.100md.com