根据圣维南原理，局部材料的力学性质只能影响该局部乃至周围很小区域内的应力分布，而对远隔部分并不产生大的影响。由于本研究的重点区域是TMJ，因此在硬组织方面，我们对下颌骨单元划分较粗，且对其按各向同性的均质体处理；但在髁突区域，则采用实验[7]测得的正交各向异性参数，以保证该区域有较好的力学相似性。在软组织方面，假设关节盘、髁突软骨均为各向同性、均匀连续的线弹性材料，所采用力学参数如表3.1、3.2。

　　1.5 模型的边界约束及载荷条件

　　在TMJ负荷测量和计算中最难获得的未知变量是肌力的向量。有研究[8]采用约束形式解决建模中的肌力问题，但由于约束肌肉起止点后便限制了下颌骨上相应多点的位移，这会影响对咬合力由下颌骨向髁突传导的研究，且会形成力的超静定状态。也有学者采用索缆元[6]描述咀嚼肌，但由于索元只有变形时才提供力，如果分析不同咬合类型ICP紧咬时TMJ的负荷变化，此时肌肉呈等长收缩，无显著变形，故不宜用索元描述。因此，本实验边界条件的处理是将关节盘上表面、下颌角区进行固定约束。由于下颌角区的约束使得嚼肌与翼内肌附着处可随咬合力的变化和口颌系统受力平衡的需求而自动调整所提供力的大小，但颞肌附着处既不能再施加约束，以防影响咬合力向髁突的传导，也不能忽略该处的肌力载荷，故我们引用Korioth[9]所报道的咀嚼肌解剖方向，根据光弹实验[2]所测得的不同型各牙位的咬合力值，按照矢状面二维方向上力矩平衡的原则，计算出各种静态咬合时颞肌前、中、后束所提供的不同肌力值，加载于颞肌各束的附着点处，这样对肌力的处理方法更符合本实验的研究目的。具体计算时，在下颌骨模型上的相应牙齿位点加载咬合力。

表1　　有关材料的力学参数［4］

表3.2正交各向异性髁突的弱性参数[7]

2 结果

　　建立了包括下颌骨、髁突、关节盘、关节软骨的三维有限元模型，较为真实地模拟了不同咬合情况下咬合力与肌力间相互平衡的载荷关系，为一系列咬合对TMJ应力影响的力学研究提供了具有良好生物相似性和力学相似性的FEM模型(图1，2见第256页)。

　　3 讨论

　　有限元力学运算分析所应解决的关键问题是如何细划，以最大程度地提高计算精度。其次，早期对TMJ的力学研究中，常常省略关节盘，而关节盘是TMJ非常重要的解剖结构，具有特殊的生理病理学意义，在有关力学分析中，应予以足够重视，本研究即采用CT断层与手工断层描记相结合的方法，不仅分别提高了硬、软组织模型的精确性，而且真实再现了同一个体的盘-突关系。另外，为了提高模型在材料上与实体的相似性，本模型还给髁突赋予经超声投射法实测得到的正交各向异性的弹性参数[7]。这一系列的处理从各个不同的角度改善了模型与实体的相似性，从而可有效提高有限元计算的精确度与可信性。

　　3.2 模型的载荷相似性

　　在TMJ负荷测量和计算中最难获得的未知变量是肌力的向量。本实验所选择的约束和二维平衡力系计算相结合的确定方法，是根据各种具体载荷状态下，通过光弹方法得到的综合咬合力向量，按照二维力系平衡原理计算出相应的肌力，再返回模型进行加载，从而保证肌力大小随所受到咬合力加载的变化而适时调整。咬合力大小与方向是TMJ有限元分析中的另一问题，因为咬合力大小因人而异且变动范围较大，而其方向变化会对下颌骨及髁突的受力产生影响。目前所报道的各有限元研究中，所加载咬合力大小及方向的任意性很大，尤其是对所加载咬合力方向及各牙位咬合力值之比的确定，各研究报道差异很大。本研究则先通过光弹方法掌握各模拟对象的咬合力向量[2]，再将该结果作为有限元分析中的加载条件，从而避免了以往研究中咬合力加载的理想化和随意性，保证所得到的TMJ应力特征，具有好的相似性和代表性。

　　4 讨论

　　本模型的建立可有效地提高下颌骨及TMJ有限元模型的生物及力学相似性，为一系列咬合对TMJ应力影响的生物力学研究奠定基础。

　　本课题属国家自然科学基金资助项目　项目No.39370195

　　参考文献

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