前方牵引反作用力对颞下颌关节区受力状况影响的有限元研究

目的：建立并使用颅颌面三维有限元模型,研究前方牵引反作用力对颞下颌关节区以及整个下颌骨的应力分布和位移变化状况的影响。方法：选择1例健康成年男性志愿者,采用薄层螺旋CT扫描获取其颅颌面复合体二维图像原始DICOM数据,利用Mimics、Magics、MSC．Marc等图像处理软件建立颅颌面复合体三维有限元模型。利用AN-SYSIO．0软件,在下颌骨颏顶点处施加与耠平面成37。角,大小为5N的力并分析其受力状况。结果：①获得了精确细致的颅颌面复合体三维几何模型,其网格划分准确合理,与重建生物模型的形态相似性好,力学特性体现准确性高。②下颌骨的应力集中区域位于髁突顶部及颈部,髁突表面最大受力区域位于髁突前斜面。上颌骨表面应力集中区域位于关节窝,其中关节窝表面受力最大区域位于关节结节后斜面。③下颌骨的位移图显示位移大小从颏部至髁突逐级递减,其方向与施力方向一致。下颌骨位移变化最大处位于节点力加载部位,髁突部位位移变化量最小。结论：成功建立了包括颞下颌关节在内的颅颌面三维有限元模型,该模型具有很高的精确性,可用于前方牵引反作用力的相关研究。前方牵引反作用力会对颞下颌关节区以及下颌骨的应力分布和位移状况产生影响,但其是否会造成颞下颌关节紊乱还有待进一步研究。     

前方牵引矫治器不同力值反作用力的三维有限元分析

目的：通过建立包含颞下颌关节的颅颌面三维有限元模型,模拟前方牵引矫治器反作用力的加力方式,分析其在颞下颌关节区、颌骨的应力分布情况以及对各部位节点位移的影响。方法：选择1名健康男性受试者,通过CT扫描得到颅颌面的二维图像数据,借助Mimics、Magics、MSC等专用软件,采用连续、均质、线性、各向同性的线弹性材料,建立包括颞下颌关节和上、下颌骨的颅颌面三维有限元模型。然后在此基础上,根据前方牵引装置的反作用力原理建立加力模型,即采用与平面成后上方37°的施力方向,于下颌最底部加载3~6 N的力值,采用ANSYS10.0有限元分析软件,测定颞下颌关节区、颌骨的应力分布情况以及各部分位移的变化,并对结果进行分析、归纳和整理。结果：在同一角度下,关节窝和髁突头、颈部应力随加载力的增大而增大,下颌最大应力出现在节点力加载部位颏部,上颌最大应力出现在刚性固定面。同时该模型出现微小的位移变化,颅颌面各部分位移随节点力的增大而增大,颅上颌位移由颅底部和平面向颅顶部逐渐减小,下颌骨的位移由前部到后部逐渐减小,并出现顺时针方向旋转。结论：前方牵引矫治器对颞下颌关节区及颌骨产生反作用力的影响,且随着加载力的增大,其产生的反作用力和形变随之增大。颏部可能出现变形,下颌顺时针方向旋转。     

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目的建立颅颌面三维有限元模型,分析前牵引角度顺时针增大时其反作用力在颞下颌关节（TMJ）和颌骨的应力及位移变化,为正畸临床更好地治疗骨性Ⅲ类错铪,避免对TMJ和颌骨的损伤提供实验依据。方法本研究于2010---2012年在山东大学机械工程学院机械制造及其自动化实验室完成。选择1名健康青年男性志愿者作为研究对象,建立完整的包含TMJ的颅颌面三维有限元模型,模拟前牵引矫治器反作用力,直接在颏部施以一定大小的力并顺时改变施力的方向,测定TMJ和颌骨应力及位移的变化情况。结果（1）应力方面：从不同角度加载节点力之后产生最大应力点出现在加栽部位颏部,关节窝、髁突头颈部等部位应力也比较集中;从不同角度施加相同载荷时,上下颌骨均产生接触应力,40°时最小。（2）位移方面：以一定力值不同角度施加节点力后,该模型产生微小的位移变化,位移最大部位产生在加栽部位;下颌发生了顺时针旋转。结论（1）前牵引矫治器在牵引上颌向前的同时,确实对TMJ及颌骨产生反作用力,临床上在保证上颌牵引效果的同时,要考虑将其不利的反作用力降到最低;（2）传统加力方式中的角度（37°）似乎并不是最佳的选择,从作用力与反作用力两方面考虑40°要优于37°。     

前牵方向逆时针改变反作用力的有限元分析

目的建立并使用颅颌面三维有限元模型,分析前牵引角度逆时针减小时其反作用力在颌骨特别是颞下颌关节（TMJ）的应力及位移变化,为正畸临床更好地治疗骨性Ⅲ类错矜,避免对TMJ的损伤提供实验依据。方法建立完整的包含TMJ的颅颌面三维有限元模型,模拟前牵引矫治器反作用力,直接在颏部施以一定大小的力并逆时针改变施力的方向,测定颌骨和TMJ区应力及位移的变化情况。结果应力方面：①从不同角度加载节点力之后产生最大应力点出现在加载部位颏部,关节窝、髁突头颈部等上下颌接触部位应力也比较集中,且随角度的逆时针变化,最大应力增大;②接触部位（TMJ）应力变化规律：从不同角度施加相同载荷时,上颌骨产生接触应力,角度由37°逆时针减小到22。时,接触应力呈逐渐增大的趋势;下颌骨同样产生接触应力,下颌头处节点的等效应力（如节点24757）随牵引角度的逆时针减小呈增大趋势,下颌颈处的节点（如．4,24301）也是如此。位移方面：①以一定力值不同角度施加载荷后,该模型产生微小的位移变化,位移最大部位产生在加载部位,下颌骨位移沿x轴正方向逐渐减小。牵引角度小于等于37°时,上颌骨位移沿Y轴由底部到顶部逐渐减小;②5个节点在x,Y方向的位移可以看出：X轴位移值均为正值,且随着角度由37°逆时针减小,位移基本呈上升趋势（31°位移值最小）;Y轴位移值大部分为负值（只有37°时关节窝内节点和34°时关节窝内个别节点为正值）说明37°时下颌即发生了后下方（顺时针）旋转,随着角度逆时针减小,上下颌均发生了后下方（顺时针）旋转,且位移值基本呈增大趋势。结论①颅颌面三维有限元模型成功建立;②前牵引矫治器在牵引上颌向前的同时,确实对颌骨及TMJ产生反作用力,如下颌的后下旋转,颏部的应力变形等,因此临床上在保证上颌牵引效果的同时,要考虑将其不利的反作用力降到最低;③从作用力反作用力两方面考虑,传统加力方式中的（500g,37°斜向下）角度37°应该是不错的选择,但临床上具体选择哪个角度,还要根据患者情况具体问题具体分析,全面考虑可能出现的情况。     

包含颞下颌关节的颅面三维有限元模型建立

目的　建立包括颞下颌关节在内的颅面三维有限元模型。为日后通过前方牵引矫治力的加载,探讨前牵引矫治力及反作用力在颅上颌复合体、下颌骨、髁状突和关节窝内的应力分布。方法　通过螺旋CT扫描正常志愿者颅面部,将所获得的DICOM格式的图像导入Mimics软件,对包含颞下颌关节的颅面部进行网格划分。结果　成功建立起包括下颌骨颞下颌关节在内的颅骨三维有限元模型。所建立颅骨三维有限元模型共包含110 770个节点和28 740个单元,其中中上颌骨由76892个节点和20 387个单元构成,下颌骨由33 878个节点8 353个单元构成。该模型结构相对比较完整,网格质量良好,与生物实体真实结构具有良好的几何相似性。结论　成功建立了包括颞下颌关节在内的颅颌面三维有限元模型,所建模型具有很高的精确性,为日后进行模拟加载试验奠定了基础。     

青少年安氏Ⅱ类错牙合畸形戴用AdvanSync功能矫治器时颞下颌关节应力分布有限元分析

目的运用三维有限元法分析AdvanSync矫治器在治疗安氏Ⅱ类青少年错牙合畸形时颞下颌关节的应力分布,探讨颞下颌关节能否在局部刺激作用下发生适应性改建。方法选择一名11岁男性的安氏Ⅱ类1分类错牙合畸形患者为研究志愿者,对其头部行CBCT扫描,通过mimics17等软件建立包含功能矫治器、上颌骨、下颌骨及牙列的3种颌位关系的有限元模型。运用Ansys workbench 15软件对有限元模型进行边界约束,对功能矫治器加载5.7 N的载荷力并进行应力数据分析,观察颞下颌关节应力分布情况。结果建立含有AdvanSync功能矫治器的三维模型;当功能矫治器承受加载力时,颞下颌关节左右侧应力分布基本一致,3种颌位应力值略有差别,应力变化主要表现在髁突。最大主应力集中在髁突颈部、髁突软骨前部,关节盘上腔前带;最小主应力主要集中在髁突顶部,髁突软骨顶部。结论 AdvanSync功能矫治器前导下颌时,髁突及髁突软骨受应力的良性刺激是关节发生适应性改建的基础;关节盘与关节窝受应力影响较小。     

下颌前伸时颞下颌关节应力分布的三维有限元研究

目的探讨下颌前伸运动时颞下颌关节内的应力分布情况。方法利用可视化人体图像建立包括上下牙列、下颌骨、颞下颌关节在内的三维有限元模型,在Patran中采用位移加载的方法模拟下颌前伸运动至对刃位,在Marc中计算并分析接触情况和应力分布特性。结果关节盘随髁突向前、下运动,髁突的前斜面首先与关节盘中间带中央部发生接触,随后髁突的外斜面与关节盘的中间带外侧部、关节窝的顶部与关节盘的后带发生接触。关节盘的中间带外侧部(3.10 Mpa)和髁突的前斜面(5.05 Mpa)等部位的应力值较大。结论在前伸运动时,应力集中区位于关节盘的中间带外侧部和髁突的前斜面。     

推杆式矫治器前导下颌对颌骨应力和位移的影响

目的 分析推杆式矫治器（Forsus）在不同垂直向分力作用下瞬时前导下颌后下颌骨的应力和位移变化,为Forsus临床应用提供实验基础。方法 经Abaqus 6.5软件构建Forsus导下颌向前三维有限元模型,分别模拟Forsus矫治中水平向分力为4 N,垂直向分力分别为2、4、1 N的3种工况下下颌骨的应力、位移及路径变化。结果 3种工况下,下颌骨均出现较大应力,髁突发生扭转。垂直向分力为4 N时,下颌骨旋转幅度很小,颏部前伸位移只有0.188 mm;垂直向分力为2 N和1 N时,下颌颏部前伸位移分别为1.150 mm和2.141 mm,下颌骨发生前上旋转。结论 随着垂直向分力逐渐减小,颏部前伸位移趋势增大。Forsus前导下颌有利于颌骨生长改建。     

颏兜力作用下颞下颌关节及下颌骨受力的三维有限元分析

目的：用三维有限元法观察颏兜力作用下颞下颌关节的受力状况和整个下颌骨的应力分布,探讨颏兜的作用机制及颏兜力作用与TMD的关系。方法：模拟颏兜力的作用,在下颌骨颏点处施加5．88N的力,力的方向为颏点与髁突连线在矢状面上的投影。采用ANSYS有限元结构分析软件在计算机中进行计算和分析。结果：髁突表面最大受力区域位于髁突前斜面。关节盘受拉应力最大的区域位于相当于关节盘中间带的部位,受压最大的区域位于关节盘后带后缘中部。关节窝表面受力最大区域位于关节结节后斜面。下颌骨较大压应力区位于力的作用线周围区域,较大拉应力区位于下颌支后部及下颌角附近区域。结论：颏兜力可对TMJ的应力分布产生影响,但颏兜力作用下是否会造成TMD还有待进一步研究。     

牙尖交错位紧咬时颞下颌关节接触特征及应力分布的三维有限元研究

目的研究正常人牙尖交错位紧咬时颞下颌关节的接触特征及应力分布情况。方法建立颞下颌关节三维有限元模型,在Marc软件中定义髁突、关节盘和关节窝三者间的接触关系,运用接触模式,采用自动探测的方法求解有限元分析软件。结果牙尖交错位紧咬时,关节盘后带与双板区的交界处和髁突的后斜面首先发生接触,随后髁突的顶部、内侧面与关节盘的后带,髁突的前斜面与关节盘的中间带也发生接触。同一矢状面上Von Mises应力平均值的大小依次为:髁突>关节盘腹面>关节盘背面>关节窝。结论Marc所提供的接触分析模块能较为真实地反映牙尖交错位紧咬时颞下颌关节的接触特征;颞下颌关节各结构通过相互接触及关节盘的缓冲使应力分散和传递,反映颞下颌关节各解剖结构与生理功能之间具有良好的适应性。     

“颞下颌关节-下颌骨-颏兜矫形系统”三维正交各向异性有限元模型的建立

目的　在计算机上建立包括下颌骨、完整牙列、颏部软组织及颏兜的“颞下颌关节 (TMJ) -下颌骨 -颏兜矫形系统”三维正交各向异性有限元模型。方法　采用活体人颅标本、CT技术离散模型、SuperSAP(93)系统建模 ,采用缆索元、受压间隙元等形式进行边界约束。结果　建立了“TMJ-下颌骨 -颏兜矫形系统”三维正交各向异性有限元模型 ,包括下颌骨的硬组织、颏部软组织及颏兜矫治器 ,同时采用柔索性质的缆索元模拟咀嚼肌、韧带对下颌骨的约束 ,用受压间隙元模拟对牙合牙和关节凹的约束 ;建立的颏兜结构便于模拟临床加载。结论　建立的“TMJ-下颌骨 -颏兜矫形系统”三维正交各向异性有限元模型相似性好 ,为下颌骨受力的进一步研究奠定了基础     

Changes in orthodontic cephalometric reference points on application of orthopedic force to jaw: three-dimensional finite element analysis

The present study investigated the effects of two orthodontic appliances on changes in the cephalometric reference planes using the three-dimensional finite element method. We simulated the use of a headgear and an orthopedic facial mask, two devices for the application of orthodontic force to the jaw. Using a finite element model of the skull, orthodontic force was applied to the maxillary first molar in a posterior or anterior direction. Changes in the maxilla, mandible and cephalometric reference planes were ascertained by the three-dimensional finite element method. The results showed that posterior force caused a slight posterior displacement and clockwise rotation of the reference planes, while anterior force caused anterior displacement and counterclockwise rotation. Since the maxilla was displaced and rotated in the same direction, the degrees of cephalometric displacement and rotation of the maxilla were smaller than the actual values.     

下颌骨受力时颅底的保护因素分析

目的:利用有限元方法分析下颌骨受外力作用时,下颌骨与颞骨的应力分布,推断颅底的保护因素。方法:对1名健康成年男性头部进行CT扫描,根据扫描图像与相关解剖研究,对下颌骨、颞骨以及两者之间的颞下颌关节进行有限元模型重建,同时重建约束下颌骨运动范围的主要附着韧带和肌肉。对此模型颏部正中施加后上方向的力,角度分别为与下颌体水平成0°、30°、54°,施加力为1000N、2000N、3000N,观察施加不同大小与方向的外力作用时下颌骨与颞骨的应力分布情况。结果:无论外力方向与大小如何变化,颞骨应力总是小于下颌骨应力。随着外力方向的变化,下颌骨的应力集中部位亦发生变化,主要集中于髁突与下颌体前部内侧;颞骨的应力集中部位没有发生明显改变,主要集中于外耳道前壁,而不在颞骨关节窝顶。随着外力角度的增大,下颌骨与颞骨应力集中部位的应力与应变均减小。随着施加力值的增大,下颌骨与颞骨应力亦逐渐增大。结论:本模型能真实准确地计算出下颌颏部受矢状方向力作用时,下颌骨与颞骨的应力分布情况。颞下颌关节的缓冲使颞骨应力始终小于下颌骨的应力。在受到正中方向的力打击时,颞骨应力多数集中于外耳道前壁,并非关节窝顶部的薄弱部位,避免了颞骨受到严重破坏。     

三种快速扩弓联合前方牵引装置作用效果的三维有限元分析

目的 应用三维有限元法比较三种快速扩弓联合前方牵引装置对颌骨及牙齿的作用效果,为临床治疗提供参考.方法 建立Hyrax联合牙性前方牵引装置、骨支持式扩弓器(maxillary skeletal expander,MSE)联合牙性前方牵引装置、MSE联合骨性前方牵引装置及颅上颌复合体的三维有限元模型,对扩弓螺旋器施加0....     

Three-dimensional finite element modelling of a dog skull for the simulation of initial orthopaedic displacements.

From 55 frontal tomograms (CT-scans) using the 'Patran' finite element processor, a three-dimensional finite element model (FEM) of a dog skull was constructed. The model was used to calculate bone displacements under orthopaedic loads. This required good representation of the complex anatomy of the skull. Five different entities were distinguished: cortical and cancellous bone, teeth, acrylic and sutures. The first model consisted of 3007 elements and 5323 nodes, including three sutures, and the second model 3579 elements and 6859 nodes, including 18 sutures. Prior to construction of the FEM, an in vivo study was undertaken using the same dog. The initial orthopaedic displacements of the maxilla were measured using laser speckle interferometry. Under the same loading conditions, using the second FEM, bone displacements of the maxilla were calculated and the results were compared with the in vivo measurements. Compared with the initial displacement measured in vivo, the value of the constructed FEM to simulate the orthopaedic effect of extra-oral force application was high for cervical traction and acceptable for anterior traction.