3.2 下颌逐步前伸对OSAHS患者髁状突三维有限元模型的影响

3.2 下颌逐步前伸对OSAHS患者髁状突三维有限元模型的影响

通过对三维有限元模型中的下颌骨模型前牙区部分加载下颌最大前伸量(11 mm)的20%(2.2 mm)、40%(4.4 mm)、60%(6.6 mm)、68%(7.48 mm)、70%(7.7 mm)、75%(8.25 mm)、80%(8.8 mm)、100%(11 mm),发现髁状突的位置及表面应力均发生相应的改变,具体加载结果如下。

3.2.1 下颌骨不同前伸量时OSAHS患者关节间隙的位移变化

3.2.1.1 关节间隙(前、上、后)的综合位移变化

加载下颌前伸2.2 mm(20%)时,关节前间隙的综合位移为0.2485 mm,关节上间隙的综合位移为0.2484 mm,关节后间隙的综合位移为0.2433 mm,以关节前间隙的位移变化最明显,关节上间隙的位移变化次之,关节后间隙的位移变化再次之。

加载下颌前伸4.4 mm(40%)时,关节前间隙的综合位移为0.4971 mm,关节上间隙的综合位移为0.4968 mm,关节后间隙的综合位移为0.4867 mm。

加载下颌前伸6.6 mm(60%)时,关节前间隙的综合位移为0.7456 mm,关节上间隙的综合位移为0.7453 mm,关节后间隙的综合位移为0.73 mm。

加载下颌前伸7.48 mm(68%)时,关节前间隙的综合位移为0.8451 mm,关节上间隙的综合位移为0.8446 mm,关节后间隙的综合位移为0.8273 mm。

加载下颌前伸7.7 mm(70%)时,关节前间隙的综合位移为0.87 mm,关节上间隙的综合位移为0.8695 mm,关节后间隙的综合位移为0.8517 mm。

加载下颌前伸8.25 mm(75%)时,关节前间隙的综合位移为0.9321 mm,关节上间隙的综合位移为0.9316 mm,关节后间隙的综合位移为0.9125 mm。

加载下颌前伸8.8 mm(80%)时,关节前间隙的综合位移为0.9942 mm,关节上间隙的综合位移为0.9937 mm,关节后间隙的综合位移为0.9733 mm。

加载下颌前伸11 mm(100%)时,关节前间隙的综合位移为1.243 mm,关节上间隙的综合位移为1.242 mm,关节后间隙的综合位移为1.217 mm。

结果显示,OSAHS患者下颌逐步前移不同量时,关节间隙位置也发生相应的变化。随着下颌骨水平前移量的增加,关节间隙位移量也不断增大,以关节前间隙的位移变化最明显,关节上间隙的位移变化次之,关节后间隙的位移变化最小。

3.2.1.2 关节间隙的三维方向位移变化

加载下颌前伸2.2 mm(20%)时,关节前间隙在冠状轴方向的位移为0.2067 mm,在矢状轴方向的位移为0.0295 mm,在垂直轴方向的位移为0.0575 mm;关节上间隙在冠状轴方向的位移为0.2164 mm,在矢状轴方向的位移为0.0127 mm,在垂直轴方向的位移为0.0102 mm;关节后间隙在冠状轴方向的位移为0.2191 mm,在矢状轴方向的位移为-0.001 mm,在垂直轴方向的位移为0.1335 mm。所有关节间隙以冠状轴上(前后方向)的变化最明显;在矢状轴方向,关节前间隙的变化最大,上间隙次之,而后间隙变化呈负值;在垂直轴方向,关节后间隙的变化最大,前间隙次之,上间隙变化最小。

加载下颌前伸4.4 mm(40%)时,关节前间隙在冠状轴方向的位移为0.4133 mm,在矢状轴方向的位移为0.0593 mm,在垂直轴方向的位移为0.1151 mm;关节上间隙在冠状轴方向的位移为0.4329 mm,在矢状轴方向的位移为0.0253 mm,在垂直轴方向的位移为0.0204 mm;关节后间隙在冠状轴方向的位移为0.4382 mm,在矢状轴方向的位移为-0.0019 mm,在垂直轴方向的位移为0.2671 mm。在冠状轴方向,关节后间隙的变化最大,上间隙次之,前间隙变化最小;在矢状轴方向,关节前间隙的变化最大,上间隙次之,而后间隙变化呈负值;在垂直轴方向,关节后间隙的变化最大,前间隙次之,上间隙变化最小。

加载下颌前伸6.6 mm(60%)时,关节前间隙在冠状轴方向的位移为0.62 mm,在矢状轴方向的位移为0.0889 mm,在垂直轴方向的位移为0.1726 mm;关节上间隙在冠状轴方向的位移为0.6493 mm,在矢状轴方向的位移为0.0380 mm,在垂直轴方向的位移为0.0306 mm;关节后间隙在冠状轴方向的位移为0.6573 mm,在矢状轴方向的位移为-0.0029 mm,在垂直轴方向的位移为0.4006 mm。

加载下颌前伸7.48 mm(68%)时,关节前间隙在冠状轴方向的位移为0.727 mm,在矢状轴方向的位移为0.1008 mm,在垂直轴方向的位移为0.1956 mm;关节上间隙在冠状轴方向的位移为0.7359 mm,在矢状轴方向的位移为0.0431 mm,在垂直轴方向的位移为0.0347 mm;关节后间隙在冠状轴方向的位移为0.7449 mm,在矢状轴方向的位移为-0.0032 mm,在垂直轴方向的位移为0.454 mm。

加载下颌前伸7.7 mm(70%)时,关节前间隙在冠状轴方向的位移为0.7233 mm,在矢状轴方向的位移为0.1038 mm,在垂直轴方向的位移为0.2014 mm;关节上间隙在冠状轴方向的位移为0.7575 mm,在矢状轴方向的位移为0.0444 mm,在垂直轴方向的位移为0.0357 mm;关节后间隙在冠状轴方向的位移为0.7668 mm,在矢状轴方向的位移为-0.0033 mm,在垂直轴方向的位移为0.4674 mm。

加载下颌前伸8.25 mm(75%)时,关节前间隙在冠状轴方向的位移为0.775 mm,在矢状轴方向的位移为0.1112 mm,在垂直轴方向的位移为0.2158 mm;关节上间隙在冠状轴方向的位移为0.8116 mm,在矢状轴方向的位移为0.0475 mm,在垂直轴方向的位移为0.0382 mm;关节后间隙在冠状轴方向的位移为0.8216 mm,在矢状轴方向的位移为-0.0036 mm,在垂直轴方向的位移为0.5007 mm。

加载下颌前伸8.8 mm(80%)时,关节前间隙在冠状轴方向的位移为0.8267 mm,在矢状轴方向的位移为0.1186 mm,在垂直轴方向的位移为0.2302 mm;关节上间隙在冠状轴方向的位移为0.8658 mm,在矢状轴方向的位移为0.0507 mm,在垂直轴方向的位移为0.0408 mm;关节后间隙在冠状轴方向的位移为0.8763 mm,在矢状轴方向的位移为-0.0038 mm,在垂直轴方向的位移为0.5341 mm。

加载下颌前伸11 mm(100%)时,关节前间隙在冠状轴方向的位移为1.033 mm,在矢状轴方向的位移为0.1482 mm,在垂直轴方向的位移为0.2877 mm;关节上间隙在冠状轴方向的位移为1.082 mm,在矢状轴方向的位移为0.0633 mm,在垂直轴方向的位移为0.051 mm;关节后间隙在冠状轴方向的位移为1.095 mm,在矢状轴方向的位移为-0.0047 mm,在垂直轴方向的位移为0.6677 mm。

从髁状突关节间隙的三维方向位移情况中,观测到OSAHS患者下颌骨水平前伸不同量时,关节间隙的位置也发生相应变化。在冠状轴方向,关节间隙的位置变化最明显,且以关节后间隙位移变化显著,关节上间隙次之,关节前间隙变化最小,提示髁突均向前方移动;在矢状轴方向,关节前间隙的变化显著,上间隙的变化次之,后间隙的变化呈反方向移动,但移动量仍然与下颌骨水平前移量呈一定的比例关系,提示髁突在关节内有旋转;在垂直轴方向,关节后间隙的位移变化显著,关节前间隙次之,关节上间隙变化最小,且所有间隙均向下方移动。

3.2.2 下颌不同前伸量对OSAHS患者髁状突位置及表面应力的影响

3.2.2.1 位移分布情况

OSAHS患者随着下颌骨水平前伸不同移动量时,髁状突表面各部位(前斜面、后斜面、顶部、内侧面、外侧面)的位置也发生相应的变化。(https://www.daowen.com)

加载下颌前伸2.2 mm(20%)时,髁状突顶部的位移量为0.2128 mm,前斜面的位移量为0.1992 mm,后斜面的位移量为0.214 mm,内侧面的位移量为0.2142 mm,外侧面的位移量为0.1997 mm。髁突内侧面的移动量最大,后斜面、顶部、外侧面的移动量次之,前斜面的移动量最小。

加载下颌前伸4.4 mm(40%)时,髁状突顶部的位移量为0.4251 mm,前斜面的位移量为0.3985 mm,后斜面的位移量为0.4279 mm,内侧面的位移量为0.4482 mm,外侧面的位移量为0.3994 mm。其位移变化顺序从大到小依次是内侧面、后斜面、顶部、外侧面、前斜面。

加载下颌前伸6.6 mm(60%)时,髁状突顶部的位移量为0.6368 mm,前斜面的位移量为0.5977 mm,后斜面的位移量为0.6419 mm,内侧面的位移量为0.6426 mm,外侧面的位移量为0.5991 mm。位移变化与下颌骨移动20%、40%时结果相同。

加载下颌前伸7.48 mm(68%)时,髁状突顶部的位移量为0.7226 mm,前斜面的位移量为0.6774 mm,后斜面的位移量为0.7274 mm,内侧面的位移量为0.7497 mm,外侧面的位移量为0.6789 mm。其髁突表面各部位的位移变化趋势与上相同。

加载下颌前伸7.7 mm(70%)时,髁状突顶部的位移量为0.7439 mm,前斜面的位移量为0.6974 mm,后斜面的位移量为0.7489 mm,内侧面的位移量为0.7389 mm,外侧面的位移量为0.6988 mm。其髁突表面各部位的位移变化从大到小依次是后斜面、顶部、内侧面、外侧面、前斜面。

加载下颌前伸8.25 mm(75%)时,髁状突顶部的位移量为0.797 mm,前斜面的位移量为0.7472 mm,后斜面的位移量为0.8024 mm,内侧面的位移量为0.8033 mm,外侧面的位移量为0.7488 mm。髁突内侧面的移动量最大,后斜面、顶部、外侧面的移动量次之,前斜面的移动量最小。

加载下颌前伸8.8 mm(80%)时,髁状突顶部的位移量为0.8502 mm,前斜面的位移量为0.7969 mm,后斜面的位移量为0.8559 mm,内侧面的位移量为0.8568 mm,外侧面的位移量为0.7988 mm。其髁突表面各部位的位移变化趋势与20%、40%、60%、68%相同。

加载下颌前伸11 mm(100%)时,髁状突顶部的位移量为1.0383 mm,前斜面的位移量为0.9962 mm,后斜面的位移量为1.0698 mm,内侧面的位移量为1.071 mm,外侧面的位移量为0.9986 mm。其位移变化顺序从大到小依次为内侧面、后斜面、顶部、外侧面、前斜面。整体变化趋势与前几个加载位点相同。

通过观察可以看到OSAHS患者随着下颌骨水平前伸不同移动量时,髁状突表面各部位位置也发生相应的变化,但以髁状突内侧面的移动变化显著,后斜面的位移量次之,髁状突顶部位移量再次之,而外侧面及前斜面的位置变化最小。下颌骨加载前伸70%时,髁状突表面各部位的位移变化趋势与其他不同,是下颌前伸加载的一个重要拐点。

3.2.2.2 表面应力分布情况

OSAHS患者随着下颌骨水平前伸不同移动量时,髁状突表面各部位(前斜面、后斜面、顶部、内侧面、外侧面)所受到的应力亦发生相应的变化。

加载下颌前伸2.2 mm(20%)时,髁状突顶部的平均等效应力值为0.5177 MPa,前斜面的平均等效应力值为0.7794 MPa,后斜面的平均等效应力值为0.6223 MPa,内侧面的平均等效应力值为0.6122 MPa,外侧面的平均等效应力值为0.8252 MPa。

加载下颌前伸4.4 mm(40%)时,髁状突顶部的平均等效应力值为0.6358 MPa,前斜面的平均等效应力值为0.9254 MPa,后斜面的平均等效应力值为0.7642 MPa,内侧面的平均等效应力值为0.6585 MPa,外侧面的平均等效应力值为1.133 MPa。

加载下颌前伸6.6 mm(60%)时,髁状突顶部的平均等效应力值为1.5531 MPa,前斜面的平均等效应力值为1.3881 MPa,后斜面的平均等效应力值为1.1463 MPa,内侧面的平均等效应力值为0.9878 MPa,外侧面的平均等效应力值为1.6995 MPa。

加载下颌前伸7.48 mm(68%)时,髁状突顶部的平均等效应力值为0.2899 MPa,前斜面的平均等效应力值为1.5731 MPa,后斜面的平均等效应力值为0.2602 MPa,内侧面的平均等效应力值为0.2582 MPa,外侧面的平均等效应力值为0.2594 MPa。

加载下颌前伸7.7 mm(70%)时,髁状突顶部的平均等效应力值为0.2984 MPa,前斜面的平均等效应力值为1.6194 MPa,后斜面的平均等效应力值为0.2678 MPa,内侧面的平均等效应力值为0.2658 MPa,外侧面的平均等效应力值为0.2671 MPa。

加载下颌前伸8.25 mm(75%)时,髁状突顶部的平均等效应力值为0.3197 MPa,前斜面的平均等效应力值为1.7350 MPa,后斜面的平均等效应力值为0.287 MPa,内侧面的平均等效应力值为0.2847 MPa,外侧面的平均等效应力值为0.2862 MPa。

加载下颌前伸8.8 mm(80%)时,髁状突顶部的平均等效应力值为0.341 MPa,前斜面的平均等效应力值为1.8508 MPa,后斜面的平均等效应力值为0.3061 MPa,内侧面的平均等效应力值为0.3037 MPa,外侧面的平均等效应力值为0.3052 MPa。

加载下颌前伸11 mm(100%)时,髁状突顶部的平均等效应力值为0.4263 MPa,前斜面的平均等效应力值为2.3134 MPa,后斜面的平均等效应力值为0.3826 MPa,内侧面的平均等效应力值为0.3797 MPa,外侧面的平均等效应力值为0.3815 MPa。

通过观察可以看到OSAHS患者随着下颌骨水平前伸不同移动量时,髁状突表面各部位所受的应力值也发生相应的变化,但以髁状突前斜面所受应力值变化最明显,外侧面、后斜面、内侧面及顶部的变化次之。

运用SPSS 13.0软件,分别对下颌前伸加载量与相应位置的关节间隙整体大小形态变化、髁状突表面各部位整体位移及髁状突表面各部位所受的平均等效应力的相关性进行回归分析。

假设下颌前伸加载量为自变量x,相应位置的关节间隙整体大小形态变化为应变量y。统计结果显示,相关系数r=0.998,回归验证F=2.577E8,P=0.01<0.05,回归系数β=1.241,从而得出二者的回归系数方程为y=9.691E-6+1.241x。此时,下颌前伸加载量与关节间隙整体大小形态变化的相关系数为0.998,可以认为二者间密切相关。本结果验证下颌前移式口腔矫治器治疗OSAHS从颞颌关节间隙进行研究是有意义的,并进一步证实下颌前伸与关节间隙的大小形态呈正相关性。

假设下颌前伸加载量为自变量x,相应位置的髁状突各部位整体位移为应变量y。统计结果显示,相关系数r=0.999,回归验证F=3575.63,P=0.001<0.05,回归系数β=1.06,从而得出二者的回归系数方程为y=0.011+1.06x。此时,下颌前伸加载量与髁状突各部位整体位移的相关系数为0.998,可以认为二者间密切相关。本结果证实下颌前移式口腔矫治器治疗OSAHS从颞颌关节髁状突表面各部位位移变化进行研究是有意义的,并进一步证实下颌前伸与髁状突表面各部位位移呈正相关性。

假设下颌前伸加载量为自变量x,相应位置的髁状突各部位所受的平均等效应力为应变量y。统计结果显示,髁状突前斜面与下颌前伸加载量的相关系数r=0.988,回归验证F=240.28,P=0.001<0.05,回归系数β=1.985,从而得出二者的回归系数方程为y=0.25+1.985x。此时,下颌前伸加载量与髁状突前斜面所受等效应力的相关系数为0.988,可以认为二者间密切相关。髁状突后斜面与下颌前伸加载量的相关系数r=0.479,回归验证F=1.788,P=0.23>0.05,回归系数β=-0.619,从而得出二者的回归系数方程为y=0.902-0.619x。髁状突外侧面与下颌前伸加载量的相关系数r=0.506,回归验证F=2.067,P=0.201>0.05,回归系数β=-1.094,从而得出二者的回归系数方程为y=1.346-1.094x。髁状突顶部与下颌前伸加载量的相关系数r=0.24,回归验证F=0.366,P=0.568>0.05,回归系数β=-0.412,从而得出二者的回归系数方程为y=0.812-0.412x。髁状突内侧面与下颌前伸加载量的相关系数r=0.506,回归验证F=2.064,P=0.201>0.05,回归系数β=-0.538,从而得出二者的回归系数方程为y=0.814-0.538x。下颌前伸与髁状突后斜面、外侧面、顶部及内侧面所受平均等效应力值的相关系数分别为0.479、0.506、0.24、0.506,且P值均大于0.05,认为它们之间的相关性很低。本结果证实下颌前伸加载量与颞颌关节髁状突表面各部位所受平均等效应力的相关性是不同的,与前斜面呈相关性,而与外侧面、顶部、内侧面、后斜面的相关性较低。本结果显示,研究髁状突前斜面所受的Von Mises应力是最有研究意义的。这种移动趋势不仅可以前移下颌,而且可以引发髁突的相应位移和应力变化,与胡敏等的研究结果相似,证实髁突前斜面为应力变化集中区。