正颌手术对骨性下颌后缩颞下颌关节生物力学影响的三维有限元研究

doi:10.3969/j.issn.2095-4344.2017.28.010

中国组织工程研究 ›› 2017, Vol. 21 ›› Issue (28): 4486-4492.doi: 10.3969/j.issn.2095-4344.2017.28.010

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正颌手术对骨性下颌后缩颞下颌关节生物力学影响的三维有限元研究

田涛¹，王为²，郑维银^1，3，李焰³，任凯歌¹

¹西南医科大学，四川省泸州市 646000；²乌鲁木齐大为创新信息科技有限公司，新疆维吾尔自治区乌鲁木齐市 830001；³中国人民解放军成都军区总医院，四川省成都市 61000

修回日期:2017-08-07 出版日期:2017-10-08 发布日期:2017-11-10
通讯作者: 郑维银，副教授，硕士生导师，副主任医师，西南医科大学，四川省泸州市 646000；中国人民解放军成都军区总医院口腔科，四川省成都市 610000
作者简介:田涛，男，四川省平武县人，西南医科大学在读硕士，主要从事口腔颌面外科方向的研究。
基金资助:
中国人民解放军成都军区总医院资助项目(15QNP034)

Three-dimensional finite element study on biomechanical effects of orthognathic surgery on the temporomandibular joint of skeletal mandibular retrusion

Tian Tao¹, Wang Wei², Zheng Wei-yin^{1, 3}, Li Yan³, Ren Kai-ge¹

¹Southwest Medical University, Luzhou 646000, Sichuan Province, China;²Urumqi DW Innovation InfoTech Co., Ltd., Urumqi 830001, Xinjiang Uygur Autonomous Region, China; ³Chengdu Military General Hospital of Chinese PLA, Chengdu 610000, Sichuan Province, China

Revised:2017-08-07 Online:2017-10-08 Published:2017-11-10
Contact: Zheng Wei-yin, Associate professor, Master’s supervisor, Associate chief physician, Southwest Medical University, Luzhou 646000, Sichuan Province, China; Chengdu Military General Hospital of Chinese PLA, Chengdu 610000, Sichuan Province, China
About author:Tian Tao, Studying for master’s degree, Southwest Medical University, Luzhou 646000, Sichuan Province, China
Supported by:
the Project of Chengdu Military General Hospital of Chinese PLA, No. 15QNP034

摘要/Abstract

摘要：

文章快速阅读：

文题释义：
颞下颌关节：由上方的颞骨关节窝及关节结节、下方的髁突、居于两者之间的关节盘以及外侧包绕的关节囊和囊内外韧带等部分所构成。由复杂的几何形状、结构与各向异性的矩阵组成，各结构通过相互接触及关节盘的缓冲使应力分散和传递，与生理功能之间具有良好的适应性。其为颌面部惟一能动的关节，主要功能是承载咬合时咀嚼肌的收缩力，支持灵活多变的下颌运动。
生物力学：是研究生物与力学有关的问题，应用力学的原理和方法去研究医学、生理学和其他生物系统的问题。生物力学有助于了解器官的功能，由功能的变化来推知生理或病理变化的含义。主要运用工程学的方法、手段去研究生物的各种机制，以公式或定量计算去分析、论证有关生理现象的规律，使医学和生理学许多知其然而不知其所以然的现象得到合理的解释。

摘要
背景：骨性下颌后缩一般需通过正颌手术治疗。下颌作为颞下颌关节受咀嚼力载荷的支点，使下颌正颌手术与颞下颌关节密切相关，但正颌手术对颞下颌关节的影响至今未形成统一结论。近年来有限元法在口腔医学的研究中得到了大量应用。
目的：建立骨性下颌后缩正颌手术前后颞下颌关节与下颌咀嚼肌系统的有限元模型，利用有限元法基本明确正颌手术对其颞下颌关节生物力学的远期影响。
方法：在三维重建软件中对骨性下颌后缩患者的CT平扫+三维重建数据模拟下颌支矢状劈开前徙术，前徙距离分别为4，8，10 mm。利用限元法获得正颌前后其髁突、颞下颌关节窝的Von Mises应力。
结果与结论：①成功建立了骨性下颌后缩正颌前后颞下颌关节与下颌咀嚼肌系统的有限元模型，获得了其髁突与颞下颌关节窝的应力云图及各区域的最大Von Mises应力值；②结果显示，综合运用Mimics、Geomagic Studio、Unigraphics NX、Workbench可建立具有较高相似性的骨性下颌后缩正颌前后颞下颌关节与下颌咀嚼肌系统的有限元模型；③从远期来看，规范的正颌手术一般不会对骨性下颌后缩患者的髁突与颞下颌关节窝产生不良影响。

中国组织工程研究杂志出版内容重点：组织构建；骨细胞；软骨细胞；细胞培养；成纤维细胞；血管内皮细胞；骨质疏松；组织工程
ORCID: 0000-0001-9035-7019(田涛)

关键词: 组织构建, 骨组织工程, 骨性下颌后缩, 正颌手术, 颞下颌关节, 有限元, ；Von Mises应力

Abstract:

BACKGROUND: Generally, orthognathic surgery is used for skeletal mandibular retrusion. As the fulcrum of the masticatory loads on the temporomandibular joint, the mandible connects orthognathic surgery on itself with temporomandibular joint closely. However, the influence of orthognathic surgery on temporomandibular joint has not yet been fully unified. Finite element method has been widely used in the research concerning stomatology in recent years.
OBJECTIVE: To establish a finite element model of temporomandibular joint and mandible with masticatory muscles before and after orthognathic surgery on the mandible and to investigate the long-term influence of orthognathic surgery on the biomechanics of temporomandibular joint.
METHODS: The data of CT scan and three-dimensional reconstruction of a patient with skeletal mandibular retrusion were used to simulate surgical mandibular advancement with sagittal split ramus osteotomy, and the distance of advancement was 4, 8 and 10 mm, respectively. The Von Mises stress of the condyles and articular fossae were obtained based on finite element method.
RESULTS AND CONCLUSION: The finite element models of temporomandibular joint and mandible with masticatory muscles before and after orthognathic surgery of the patient with skeletal mandibular retrusion were established successfully, the stress nephograms and maximum Von Mises stress in each region of the condyles and articular fossae were obtained. To conclude, the finite element models are successfully established by Mimics, Geomagic Studio, Unigraphics NX and Workbench synthetically. The standard orthognathic surgery generally does not affect the condyle and glenoid fossa of the patient with skeletal mandibular retrusion negatively in the long-term.

中国组织工程研究杂志出版内容重点：组织构建；骨细胞；软骨细胞；细胞培养；成纤维细胞；血管内皮细胞；骨质疏松；组织工程

Key words: Finite Element Analysis, Biomechanics, Tissue Engineering

中图分类号:

R318

田涛，王为，郑维银，李焰，任凯歌. 正颌手术对骨性下颌后缩颞下颌关节生物力学影响的三维有限元研究[J]. 中国组织工程研究, 2017, 21(28): 4486-4492.

Tian Tao, Wang Wei, Zheng Wei-yin, Li Yan, Ren Kai-ge. Three-dimensional finite element study on biomechanical effects of orthognathic surgery on the temporomandibular joint of skeletal mandibular retrusion[J]. Chinese Journal of Tissue Engineering Research, 2017, 21(28): 4486-4492.

图/表（结果） 3

参考文献

[1] McNamara JA Jr,Peterson JE Jr,Alexander RG.Three-Dimensional Diagnosis and Management of Class II Malocclusion in the Mixed Dentition.Semin Orthod. 1996;2(2): 114-137.

[2] 谢丽丽,左艳萍,董福生.安格尔Ⅱ类错牙合的生长发育特点[J].现代口腔医学杂志,2003,17(5):468-470.

[3] Baccetti T,Franchi L,McNamara JA JR,et al.Early dentofacial features of classⅡmalocclusion: A longitudinal study from the deciduous through the mixed dentition.Am J Orthod Dentofac Orthop. 1997;111:502-509.

[4] Bishara SE,Hoppens BJ,Jakobsen JR,et al.Changes in the molar relationship between the deciduous and permanent dentitions:a longitudinal study.Am J Orthod. 1988;93(1):19-28.

[5] 王美青,何三纲.口腔解剖生理学(第7版)[M].北京:人民卫生出版社,2014:111.

[6] MasBarb RF,Chen AL,Hu JC,et al.Engineering Functional Anisotropy in Fibrocartilage Neotissues. Biomaterials. 2013; 34(38):9980-9989.

[7] 胡凯,周继林,胡敏,等.颞下颌关节负荷研究方法及其评价[J].国外医学:生物医学工程分册,1997,20(4):228-232.

[8] Koolstra JH,van Eijden TM. Combined finite-element and rigid-body analysis of human jaw joint dynamics.J Biomech. 2005;38: 2431-2439.

[9] 周祺,蔡中,房兵.正颌手术与颞下颌关节的关系研究进展[J].口腔材料器械杂志,2003,12(1):35-38.

[10] 张震康,张熙恩,傅民魁.正颌外科学[M].北京:人民卫生出版社,1994: 180-185.

[11] 房兵,周祺,沈国芳,等.下颌支矢状劈开后退术对颞下颌关节影响的有限元研究[J].上海口腔医学,2004,13(1):51-55.

[12] 段嫄嫄,王忠义,张寿华,等.有限元方法及其在口腔医学中的应用[J].医学与哲学,2004,25(10):48-50.

[13] Turner MJ,Clough RW,Martin HC,et al.Stiffness an deflection analysis of complex structure.J Aero Soc. 1956;23(9):805.

[14] 张红,殷新民,吴凤鸣,等.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[J].口腔医学,2007,27(12):617-619.

[15] Aoun M,Mesnard M, Monede-Hocquard L,et al.Stress Analysis of Temporomandibular Joint Disc During Maintained Clenching Using a Viscohyperelastic Finite Element Model. J Oral Maxillofac Surg. 2014;72:1070-1077.

[16] 于世凤.口腔组织病理学(第6版)[M].北京:人民卫生出版社,2011:80.

[17] 陈新明,汪说之,熊世春,等.人髁突软骨组织各带厚度的测量[J].解剖学杂志,1997,20(1):87-90.

[18] Hansson T,Oberg T,Carlsson GE,et al.Thickness of the soft tissue layers and the articular disk in the temporomandibular joint.Acta Odont.Scand. 1977;35:77-83.

[19] 王美青,何三纲.口腔解剖生理学(第7版)[M].北京:人民卫生出版社,2014:131-133.

[20] Hart RT,Hennebel VV,Thongpreda N,et al.Modeling the biomechanics of the mandible:A three-dimensional finite element study.J Biomechanics. 1992;25(3):261-286.

[21] Tanaka E,del Pozo R,Tanaka M,et al.Three-dimensional finite element analysis of human temporomandibular joint with and without disc displacement during jaw opening.Med Eng Phys. 2004;26:503-511.

[22] 刘啸殷.关节盘前位移颞下颌关节生物力学研究[D].广州:南方医科大学,2013.

[23] Weijs WA,Hillen B.Cross-seetional areas and estimated intrinsic strength of the human jaw muscles.Acta Morph Neerl Scand. 1985;23:267.

[24] 尹翰文,林娜,关键,等.双侧下颌支矢状劈开坚固内固定的三维有限元分析[J].上海口腔医学,2012,21(2):194-198.

[25] 殷学民,张君伟,任晓旭,等.下颌支矢状骨劈开术数字模型的建立及不同固定方式的稳定性分析[J].上海口腔医学,2013,22(3): 241-245.

[26] 周学军,赵志河,赵美英,等.包括下颌骨的颞下颌关节三维有限元模型的建立[J].实用口腔医学杂志,2000,16(1):17-19.

[27] 苏忠平,何黎升,白石柱,等.应用Mimics和HyperMesh 软件建立人体下颌骨三维有限元模型[J].实用口腔医学杂志,2012,28(2): 192-195.

[28] Standlee JP,Caputo AA,Ralph JP.The condyle as a stress-distributing component of the temp-oromandibular joint.J Oral Rehabil.1981;8:391-400.

[29] 郭宏,刘洪臣,张润荃,等.正常颞下颌关节应力分布的三维有限元研究[J].临床口腔医学杂志,2004,20(3):134-137.

[30] 胡凯,张晔缨,柳春明,等.模拟功能咬合时人颞下颌关节内的应力分布和位移特征[J].解放军医学杂志,2003,28(1):63-65.

[31] 陈硕,刘筱菁,李自力,等.下颌后缩畸形患者正颌外科术后髁突改建的三维影像评价[J].北京大学学报(医学版),2015,47(4):703-707.

[32] 雷涛,张纲,谭颖徽.有限元法在颌骨生物力学研究中的应用研究进展[J].重庆医学,2009,38(3):350-352.

引言

骨性下颌后缩(skeletal mandibular retrusion)主要表现为Ⅱ类骨性错牙合^[1]。主要表现为下颌基骨相对于上颌基骨处于后缩的位置^[2]，且一般不会随着年龄的增长而自行改善^[3-4]。成年患者常需通过正畸-正颌联合治疗以获得个体最佳的咬合状态与协调的面部软组织轮廓。颞下颌关节为人体惟一的双侧联动关节^[5]，其由复杂的几何形状、复杂的结构与各向异性的矩阵组成^[6]。胡凯等^[7]认为颞下颌关节所受的负荷对其生长发育、改建等都会产生比较重要的影响，对其进行生物力学研究具有较大的应用价值。下颌作为牙合运动的导板与咀嚼力传递至颞下颌关节的支点，可使关节受到载荷的影响，这些载荷被视为影响颞下颌关节发育、维持与退变的主要因素之一^[8]。不少研究都表明，正颌手术与颞下颌关节有着较为密切的关系^[9]。下颌支矢状劈开术现已成为矫治下颌诸多骨性错牙合畸形时常采用的术式^[10]。正颌手术对颞下颌关节健康的影响一直是学术界关注的问题^[11]，但至今仍未形成统一的结论。有限元法是一种从工程数学分析发展而来的求解连续介质力学问题的分析方法^[12]，由Turner等^[13]于1956年提出，其将连续的实体分割成有限个力学单元并逐一研究每个单元从而获得整体的性质。张红等^[14]经研究后认为颞下颌关节中各结构通过相互接触与关节盘的作用使其内部的应力得以缓冲、分散和传递，各结构与生理功能之间具有良好的适应性。然而迄今无法对其进行直接生物力学测量，目前有限元法已被广泛用来测量颞下颌关节各结构的应力应变^[15]。以往学者大多通过有限元法研究正颌手术对颞下颌关节或下颌的短期影响，但正颌术后短期内各相应结构一般会存在暂时的不稳定性。

实验选取1例经临床与X射线头影测量诊断明确的单纯骨性下颌后缩成年男性患者正畸去代偿完成时(术前)的颞下颌关节与下颌的CT平扫+三维重建的DICOM格式数据，模拟下颌支矢状劈开前徙术后骨不连续区完全愈合(术后)并获得正颌前后颞下颌关节与下颌咀嚼肌系统有限元模型，用有限元法分析正颌前后颞下颌关节生物力学的变化。

中国组织工程研究杂志出版内容重点：组织构建；骨细胞；软骨细胞；细胞培养；成纤维细胞；血管内皮细胞；骨质疏松；组织工程

材料方法

1.1 设计 有限元分析实验。

1.2 时间及地点 于2016年11至12月在解放军成都军区总医院口腔科与乌鲁木齐大为创新信息科技有限公司完成。

1.3 实验对象 选择1例下颌明显后缩畸形且全口牙正畸去代偿完成时的成年男性患者，双侧颞下颌关节无疼痛、弹响，无张口受限，无全身系统性疾病，第一磨牙关系为Ⅱ类。该患者矫治前行常规X射线头影测量，其SNA(蝶鞍中心点-鼻根点-上齿槽座点)角为79.1°，SNB(蝶鞍中心点-鼻根点-下齿槽座点)角为67.6°，ANB(上齿槽座点-鼻根点-下齿槽座点)角为11.5°，SND(蝶鞍中心点-鼻根点-下颌联合部中心点)角为63.2°，诊断为单纯骨性下颌后缩。患者头颅经16层X射线电子计算机断层扫描装置(日本TOSHIBA公司提供)扫描(扫描时紧咬牙平卧，球管电压120 kV、球管电流150 mA，层厚1 mm，范围上起眶上缘、下至舌骨下缘)获得颌面部CT平扫+三维重建的DICOM格式数据。

1.4 实验设备

计算机配置：Dell Precision T7600 台式工作站，E5-2643中央处理器，内存32 G DDR3 1 333 MHz，硬盘1TB 7200RPM，专业显卡NVIDIA Quadro 4000，Windows 7旗舰版64位操作系统。

CT数据处理软件：Mimics 17.0(比利时Materialise公司提供)，Geomagic Studio 2013(美国Geomagic公司提供)，Unigraphics NX 8.5(德国Siemens公司提供)。

有限元分析软件：Workbench 15.0(美国ANSYS公司提供)。

1.5 方法

1.5.1 术前与术后一侧颞下颌关节与下颌CAD模型的建立 将以上颌面部DICOM格式数据导入Mimics 17.0中，擦掉除下颌骨及其上面的牙齿、双侧关节窝及其顶部、颞骨以外的图像，运用“Thresholding”命令按表1设定各部件的CT值区间，保存为stl格式文件，如图1。

在Mimics 17.0中擦除牙齿表面的金属托槽图像，将经Mimics 17.0处理的CAD模型导入Geomagic Studio 2013软件，对其进行细分、修补、降噪、光顺与精确曲面化处理后，将其导入Unigraphics NX 8.5软件，将模型从下颌正中矢状剖开，取质量较好的一侧(左侧)进行研究，将模型剩余部分导入Geomagic Studio 2013中，在下颌各牙的临床牙根表面建立0.2 mm厚的牙周膜^[16]，在髁突头与关节窝表面分别建立0.3、0.5 mm厚的软骨^[17-18]，将髁突头置于关节窝中央，根据髁突头与关节窝之间的间隙生成关节盘，将模型导入Unigraphics NX 8.5中，对各个结构进行组装，并将模型中的髁突分为前斜面、横嵴、后斜面、髁突颈4个区域、将关节窝分为前、后、中央、内、外5个区域以利于数据分析(如图2)，综合运用解剖学研究成果^[19]、临床经验在模型上标记咬肌、颞肌、翼内肌、翼外肌的附着区域并确定的肌力方向，将此模型记为术前模型(如图3)。

在Unigraphics NX 8.5中，对术前模型模拟下颌支矢状劈开前徙术，并将近、远心端之间的直线距离设定为4 mm。将经模拟手术的模型导入Geomagic Studio 2013中，始终保持近、远心端的接触面高度贴合，对劈开处骨不连续区域进行曲面连接接缝、封闭成曲面模型，根据骨不连续区封闭后下颌支实际的外展方向确定髁突头在关节窝中的相对位置，保持肌肉附着区不变、原肌力的方向随肌肉附着区位置的变化而变化并成为最终的肌力方向，并根据髁突头与关节窝之间的间隙重新生成关节盘，将各部件导Unigraphics NX 8.5中进行组装，将此模型记为术后模型1(如图4A)，按照生成术后模型1的方法将下颌骨近、远心端分别之间的直线距离分别设定为8、10 mm，这两个模型依次记为术后模型2、3(如图4B，C)。

1.5.2 利用颞下颌关节、下颌及其咀嚼肌系统的CAD模型模拟最大咀嚼肌力状态并以Workbench 15.0计算颞下颌关节各结构及各区域的Von Mises应力将术前与术后模型1，2，3导入Workbench 15.0软件，各部件的弹性模量与泊松比按表2设定^[20-21]，根据刘啸^[22]的总结并结合具体实验条件，各相邻部件的接触关系、界面类型、摩擦系数按表3设定。

对术前与术后模型1，2，3进行四面体网格划分。在颞骨上方与牙列咬合面设置固定约束，各模型的所有部件均假定为均质连续、各向同性的线性弹性材料，保持模型上咀嚼肌在建模完成时的附着区与方向不变，按最大咀嚼肌力状态根据F_max=pA_i(p为内在常数0.37×10⁶N/m²，A_i为第i块肌的生理性截面积，见表4)设置咀嚼肌力及其作用于模型的区域^[23]，如图5。

1.6 主要观察指标 各模型经四面体网格划分后的单元数与节点数、各模型髁突与关节窝的Von Mises应力结果。

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讨论

3.1 目的为研究下颌正颌手术对颞下颌关节的远期影响尹翰文^[24]、殷学民等^[25]国内学者曾运用有限元法分析正颌手术不同固定方式对下颌生物力学稳定性的短期影响，本实验为尽量排除正颌术后各结构短期内不稳定性对手术效果的影响，研究其对颞下颌关节的远期影响，故确定以术前与术后已取出接骨板、螺钉且骨不连续区已完全愈合时颞下颌关节与下颌的CAD模型为生物力学的研究对象。为尽量模拟手术的真实情况，在确保下颌劈开处内外侧骨板紧密贴合时，发现随着下颌近、远心端距离的增加，髁突相对于关节窝的位置会逐渐向关节窝中央后外方移动。

3.2 有限元模型的相似性 周学军等^[26]认为运用有限元法分析颞下颌关节受力时，下颌骨及其牙列是不容忽视的重要因素。本实验在保留半侧完整下颌骨与牙列的基础上，于每颗牙体的临床牙根上运用Geomagic Studio建立了0.2 mm厚的牙周膜，并在髁突头、关节窝表面建立了相应厚度的软骨与关节盘以确保在对模型进行固定约束与施加肌肉载荷时更具仿真性。

经文献检索未发现关于骨性下颌后缩咀嚼肌力大小与方向的研究成果，故本实验只能根据临床与咀嚼肌的解剖经验来设定肌力方向，但其附着位置、附着面积、肌力大小仍按具有正常咬合与颌面部轮廓的正常人数据进行设置，为避免利用多个模型进行肌力加载带来的误差，本实验保持在术前模型上肌肉附着区不变、原肌力的方向随肌肉附着区位置的变化而变化并成为最终肌力方向。

由于四面体单元可以比较容易、快速地划分各种形状的几何体^[27]，本实验采用四面体划分网格。在建模时, 网格分割越细, 模型的几何形态越接近原物, 就可得到越接近精确的结果^[20]，本实验对仅半侧颞下颌关节与下颌的CAD模型网格划分所得到的单元数与节点数见表5，所得到的单元数与节点数均大幅度超过以往大多数颌面部相应结构有限元建模网格划分的结果。

总之，本实验运用Mimics、Geomagic Studio、Unigraphics NX、Workbench建立了具有较高几何与力学相似性的骨性下颌后缩正颌术前与下颌分别前徙4，8，10 mm术后的颞下颌关节与下颌的有限元模型，为接触关系与约束的设置、施加载荷进行有限元分析打下了坚实的基础。

3.3 正颌术前与下颌前徙术后髁突、颞下颌关节窝各区域的应力变化 术前术后髁突Von Mises应力最大区均位于颈部后内侧，当下颌前徙4 mm时，最大Von Mises应力最大，为106.26 MPa。Standlee等^[28]用三维光测弹性应力分析虚拟显示应力的强度和方向，发现功能性应力集中在髁突颈，但由于其椭圆形状在髁突头有所减少。这也印证了髁突颈为下颌骨折好发部位。在髁突头Von Mises应力最大区位于前斜面与颈部交界的外侧，当下颌前徙8 mm时，其最大Von Mises应力最大，为21.898 MPa，郭宏等^[29]经有限元研究发现正常人牙尖交错位紧咬牙时，髁突前斜面等效应力高于后斜面，术前术后关节窝最大Von Mises应力均位于前区，当下颌前徙10 mm时，最大Von Mises应力最大，为15.729 MPa，可能是由于咬合时髁突前斜面与关节窝前区接触关系较为密切。

本研究还发现随着下颌前徙距离的增加，关节窝后区与外侧区Von Mises应力有明显的增加，其原因可能如前所述：随着下颌前徙距离的增加，髁突相对于关节窝的位置会逐渐向关节窝中央后外方移动，髁突头与关节窝后区与外侧区的相应接触面积加大。在下颌前徙过程中，横嵴、髁突后斜面、关节窝中央区最大Von Mises应力变化幅度较小以及关节窝内侧区在下颌前徙从4 mm到8 mm时最大Von Mises应力增加的幅度较大，其具体原因尚不明确，还需进一步研究。下颌前徙距离从8 mm到10 mm时，髁突颈部的最大Von Mises应力减小幅度较大，推测其原因可能是由于翼外肌肌力方向改变幅度较大所致。

就结果中所有Von Mises应力分布云图与表6来看，髁突总体Von Mises应力明显大于关节窝，胡凯等^[30]基于小波金字塔分解的方法发现正中咬合时颞下颌关节 Von Mises应力分布的范围和力值为：髁突受力最大，关节窝次之,而关节盘相对较小。与本研究结果相符，由于本实验的关节盘系人工重建，故不对其进行应力分析。

经检索文献尚未发现专门针对骨性下颌后缩正颌前后颞下颌关节生物力学变化的研究，故本实验获得的结果难以找到相似的实验数据进行对比，只能通过对正常人颞下颌关节有限元研究结果进行比较，但从本实验获得的数据仍可初步得出以下认识：①骨性下颌后缩及其正颌术后髁突颈一直是颞下颌关节应力最集中的部位；②骨性下颌后缩及其正颌术后，髁突前斜面均是髁突的主要功能面；③在一定范围内，随着下颌前徙距离的增加，关节窝后外侧区域与髁突的相应接触面积逐渐增大，其应力逐渐增大。

3.4 本实验的不足 本实验是以骨性下颌后缩患者的颞下颌关节与下颌的CT平扫+三维重建的DICOM格式数据为研究对象，因在三维重建软中不能对咀嚼肌的起止点与范围进行精确的定位且为减小建立多个模型带来较大的误差，在实验过程中均以同一个体三维重建后的CAD模型及其下颌前徙后的模型为研究对象，这就忽略了髁突本身改建对颞下颌关节应力变化带来的影响，而陈硕等^[31]发现正颌术后6个月骨性下颌后缩患者髁突骨吸收主要发生在后斜面、骨沉积主要发生在前斜面，认为下颌后缩患者正颌术后髁突形态发生了改建。

本实验进行生物力学分析是假定颞下颌关节、下颌及其周围各结构的材料是线性、连续、均质、各项同性的，而人体组织结构是不规则、非线性的^[32]，这也是目前医学有限元研究显著的缺点，相信随着数字医学及其他基础学科的发展，必将克服这一缺陷。

结论：①综合运用Mimics、Geomagic Studio、Unigraphics NX、Workbench可建立具有较高几何与力学相似性的骨性下颌后缩正颌术前与下颌前徙术后的颞下颌关节与下颌咀嚼肌系统的有限元模型；②从远期来看，规范的正颌手术一般不会使骨性下颌后缩患者的髁突与颞下颌关节窝的应力大小、分布发生较大的改变且一般不会对其颞下颌关节产生不良影响。

中国组织工程研究杂志出版内容重点：组织构建；骨细胞；软骨细胞；细胞培养；成纤维细胞；血管内皮细胞；骨质疏松；组织工程

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[1]	魏国强, 李云峰, 王一, 牛晓芬, 车丽芳, 王海燕, 李志军, 史国鹏, 白灵, 莫凯, 张晨晨, 许阳阳, 李筱贺. 非均匀材料股骨在不同负荷情况下的生物力学分析[J]. 中国组织工程研究, 2022, 26(9): 1318-1322.
[2]	吕倩忆, 陈芯仪, 郑慧娥, 何灏龙, 李棋龙, 陈楚淘, 田浩梅. 不同角度肘按法对正常人腰椎椎体及后部结构的应力和位移分析[J]. 中国组织工程研究, 2022, 26(9): 1346-1350.
[3]	张玉芳, 吕蒙, 梅钊. 青少年脊柱侧弯全脊柱生物力学模型的构建及验证[J]. 中国组织工程研究, 2022, 26(9): 1351-1356.
[4]	张吉超, 董跃福, 牟志芳, 张震, 李冰言, 徐祥钧, 李佳意, 任梦, 董万鹏. 骨关节炎患者在不同步态角度下膝关节内部生物力学变化的有限元分析[J]. 中国组织工程研究, 2022, 26(9): 1357-1361.
[5]	白子兴, 曹旭含, 孙承颐, 杨艳军, 陈思, 温建民, 林新晓, 孙卫东. 步态周期中踝关节有限元模型的构建及生物力学分析[J]. 中国组织工程研究, 2022, 26(9): 1362-1366.
[6]	刘峰, 冯毅. 步态周期下不同克氏针张力带治疗髌骨横行骨折的有限元分析[J]. 中国组织工程研究, 2022, 26(9): 1367-1371.
[7]	姚晓玲, 彭建城, 许岳荣, 杨志东, 张顺聪. 可变角度零切迹前路椎间融合内固定系统治疗脊髓型颈椎病：30个月随访[J]. 中国组织工程研究, 2022, 26(9): 1377-1382.
[8]	温明韬, 梁学振, 李嘉程, 许波, 李刚 . 两种方式固定Sanders Ⅱ型跟骨骨折后的力学稳定性[J]. 中国组织工程研究, 2022, 26(6): 838-842.
[9]	王海龙, 李龙, 买合木提·亚库甫, 陈洪涛, 刘旭, 伊力哈木·托合提. 髋臼假体在Lewinnek 安全区内应力分布的有限元分析[J]. 中国组织工程研究, 2022, 26(6): 843-847.
[10]	黄浩, 洪嵩, 瓦庆德. 全膝关节置换过程中股骨假体旋转对髌股关节接触压影响的有限元分析[J]. 中国组织工程研究, 2022, 26(6): 848-852.
[11]	郑永泽, 郑利钦, 何兴鹏, 陈心敏, 李木生, 李鹏飞, 林梓凌. 基于ABAQUS软件股骨颈骨折的扩展有限元建模分析[J]. 中国组织工程研究, 2022, 26(6): 853-857.
[12]	李硕, 苏鹏, 张力, 吴秋龙, 胡湘宇, 来钰梁. 三维重建和有限元分析股骨髁上截骨对矫治膝内翻有积极作用[J]. 中国组织工程研究, 2022, 26(6): 858-863.
[13]	魏兵, 常山. 脊柱骨折矢状面不同角度置钉方式的有限元分析[J]. 中国组织工程研究, 2022, 26(6): 864-869.
[14]	刘宇航, 周建强, 徐雪彬, 曲星月, 李梓瑜, 李琨, 王星, 李志军, 李筱贺, 张少杰. 6岁儿童下颈椎有限元模型建立及有效性验证[J]. 中国组织工程研究, 2022, 26(6): 870-874.
[15]	高文波, 马宗民, 李淑娴, 聂秀吉. 有限元分析不同骨质下种植体长度及直径对初期稳定性的影响[J]. 中国组织工程研究, 2022, 26(6): 875-880.