牙颌系统是人体的暴露部位,无论平时或战时,都易遭到损伤,因此对于牙颌系统外伤的研究具有重要的临床和军事意义。由于颌面部解剖结构复杂,传统的研究方法,如尸体实验、动物实验或实物模型实验等,往往费时、费力,并且实验条件难以完全重复和稳定控制,影响了研究结果的可靠性。随着现代数学方法和计算机技术在医学研究领域中的广泛应用,出现了许多新的简便有效的研究方法,其中有限元分析(FEA)就是将实体研究和计算机数学模型研究良好结合的典型代表。本研究简要回顾了颞下颌关节(TMJ)的损伤特点,TMJ生物力学的研究方式,有限元法(FEM)建模及其研究进展。利用CT、MR薄层扫描和Matlab软件、Ansys三维有限元专用软件等技术,建立了更为精确、应用更为广泛的TMJ三维有限元模型,并在成功建模的基础上,进行了下颌骨受到瞬间外力时颞下颌关节所受影响的研究。本实验中建立了5种不同张口位(闭口位、1cm、2cm、3cm、4cm张口位)的包含下颌骨及全牙列的TMJ数字模型,且不同组织各自独立,赋予相应的力学参数,包括密质骨、松质骨、牙、关节盘、关节软骨等;在约束设计中,各模型均设关节窝顶端各方向位移为0,闭口位中增加全下颌牙的咬合平面各方向位移为0,在模型的几何相似性及生物力学相似性上均有所提高,与真实情况接近。对5个不同张口度的模型均于左侧下颌角施以垂直于眶耳平面并直接指向TMJ的1000N外力,获取双侧TMJ关节盘及髁突软骨的平均主应力(EQV应力),通过比较5种不同张口位EQV应力峰值大小及出现的部位,得到结果:(1)闭口位时,双侧关节盘和髁突软骨的EQV应力峰值都明显较小;(2)在不同张口位时,关节盘EQV应力峰值多位于后带,髁突软骨则多位于前斜面;(3)关节盘EQV应力峰值始终是左侧大于右侧,而髁突软骨在闭口位、1cm、4cm张口位时左侧EQV应力峰值大于右侧,2cm、3cm张口位时则是右侧大于左侧;(4)双侧关节盘和髁突软骨的EQV应力峰值出现的部位基本对称。对5个不同张口度的模型均于颏部正中矢状面内分别施以与眶耳平面垂直、60o夹角、平行三个不同方向的1000N压力,获取TMJ(左侧)的关节盘和髁突软骨EQV应力峰值大小及出现的部位,得到结果:(1)不同施力方向、不同张口度时,关节盘EQV应力峰值多位于后带,髁突软骨则多位于前斜面;(2)不同施力方向对比,平行施力时关节盘和髁突软骨EQV应力峰值明显较大;(3)闭口位时,三个方向的力在TMJ上产生的EQV应力峰值都明显较小。本实验采用的模型设计方法能够真实地代表原物体,其几何形态逼真,可分辨下颌小舌、颏孔等解剖结构,并且重建了高精度的关节区三维图像。在尸体、实物或机械模型实验中,对TMJ的生物力学研究存在测量精度低、模型过于简化、仅能做静力分析等问题,本实验所建立的三维有限元模型则突破了这些限制。模型中不同力学性质的组织结构相互独立,并且可以根据实验的具体需要对个别组织或结构进行删减或再添加,不但提高了实验的精确性,而且可以满足不同的实验要求,使TMJ微结构力学分析精确性大大提高,在赋予不同组织各自相应的力学参数后,我们得到了与临床实际相接近的力学分析结果,为TMJ及下颌骨生物力学研究提供新的途径。此外,本实验研究的是一次性暴力对TMJ的影响,而患者在受伤瞬间的张口度是无法确定的,故我们细分了5种不同的张口度,考虑了不同创伤状态的可能性,对其总的损伤趋势进行归纳总结,降低了实验条件与实际情况的差异,减少遗漏,尽量全面的反映了TMJ的创伤力学特点。