下頜體骨折傾斜角度與堅(jiān)固內(nèi)固定穩(wěn)定性關(guān)系有限元分析

1、    下頜體骨折傾斜角度與堅(jiān)固內(nèi)固定穩(wěn)定性關(guān)系有限元分析張偉1，吳亞?wèn)|2，安繼平1，劉麒麟1(1.吉林大學(xué)口腔醫(yī)院口腔頜面外科，吉林長(zhǎng)春130021;2.貴州省人民醫(yī)院口腔科，貴州貴陽(yáng)550002)摘要目的：用三維有限元的方法分析下頜體骨折傾斜角度與小型鈦板堅(jiān)固內(nèi)固定后骨折段穩(wěn)定性的關(guān)系。為治療下頜骨體斜形骨折提供生物力學(xué)指導(dǎo)。方法：建立下頜骨體骨折的三維有限元模型，并設(shè)定不同的骨折線近中傾斜角度，按照Champy的下頜骨骨折理想固定線進(jìn)行小型鈦板固定，分別模擬切牙咬合及健、患側(cè)磨牙咬合，得出骨折段的相對(duì)位移情況。結(jié)果：下頜體骨折堅(jiān)固內(nèi)固定的穩(wěn)定性在夾

2、板與骨折線垂直的時(shí)候最好，隨著骨折線傾斜角度的增大，夾板與骨折線所成角度增大，骨折段的穩(wěn)定性越來(lái)越小，當(dāng)骨折線傾斜角度大于20°時(shí)，骨斷端的相對(duì)位移超過(guò)了150 m。結(jié)論：下頜體骨折段的穩(wěn)定性會(huì)隨著骨折線傾斜角度的增大而減小。當(dāng)骨折線傾斜角度大于20°時(shí)，應(yīng)通過(guò)改良手術(shù)方法或術(shù)后增加輔助固位或減小咬合力等措施防止固定失敗。關(guān)鍵詞下頜骨骨折;堅(jiān)固內(nèi)固定;有限元The rigid element analysis of relationship of angles of inclination of body of mandible and stability of rigid

3、 internal fixationZHANG-Wei1,WU Ya-dong2,AN Ji-ping1,et al(1.Departmnet ofOral and Maxillofacial Surgery，Hospital of Stomatology，Jilin University，Changchun 130021,China;2.Deparment of Stomatology，Guizhou Provincial Peoples Hospital，Guiyang，550002，China)Abstract：ObjectiveTo analyze the relationship o

4、f angle of inclination of the fracture of the body of mandibule and the stability of the fracture segments after rigid internal fixation using titanium miniplate，and to provide biomechanical guide for curing oblique fractures of the body of mandibule.MethodTo establish three-dimensional finite eleme

5、nt model for the fracture of body of mandible，and setup different angles of medial inclination of fracture lines，then making rigid internal fixation using titanium miniplates according Champy's ideal fixation line of mandibular fractures，to simulate incisor occlusion and molar occlusion of uninj

6、ured side or injured side.And then the relative displacements of the fracture segments were abtained ResultsThe stability of rigid internal fixation of the fractures of body of mandible was the best when the fracture lines were vertical with the miniplate.And as the angles of inclination of the frac

7、ture lines became larger，the angles of inclination between the miniplates and fracture lines became larger，and the stability of fracture segments became weaker.When the angles of inclination were lager than 20 degrees，the relative displacements of the bone stumps exceeded 150 m.Conclusion The stabil

8、ities of the fracture segments of body of mandible become weaker as the angles of inclination of the fracture lines become larger.When the angles of inclination are lager than 20 degrees，we should change the operation methods or decrease occlusal forces etc to prevent fixation failureKey Words:Mandi

9、bular fracture;Rigid internal fixation;Finite element下頜骨骨折是頜面部最常見(jiàn)的骨折，有頜間固定、動(dòng)力加壓夾板(DCP)或偏心動(dòng)力加壓夾板(EDCP)、重建夾板固定等多種治療方法。自從Champy(1975年、1976年)基于解剖和生物力學(xué)研究詳細(xì)闡述了下頜骨骨折的理想固定線，并發(fā)展了下頜骨小型板固定系統(tǒng)以來(lái)，因?yàn)槠淞己玫目刹僮餍院蜕锪W(xué)性能，受到越來(lái)越多的應(yīng)用，逐漸成為治療下頜骨骨折的首選方法。許多學(xué)者通過(guò)各種研究手段證實(shí)在下頜骨頦部及體部用小夾板沿此固定線路可為骨折段提供良好的穩(wěn)定性。通過(guò)復(fù)習(xí)這些文獻(xiàn)發(fā)現(xiàn)，絕大多數(shù)研究設(shè)定下頜體骨折線與

10、下頜體長(zhǎng)軸垂直。但實(shí)際上，隨著交通事故的不斷增多，下頜骨骨折狀況復(fù)雜化，下頜體的斜形骨折、粉碎性骨折或伴有骨缺損的骨折在臨床上越來(lái)越多見(jiàn)。本研究通過(guò)三維有限元方法揭示下頜體骨折傾斜角度與小型鈦板堅(jiān)固內(nèi)固定穩(wěn)定性的關(guān)系，為臨床上處理下頜體斜形骨折提供生物力學(xué)參考。1材料與方法1.1建立下頜骨模型：選用牙列完整整齊，牙周健康，咬合關(guān)系正常的成年男性志愿者1例。以眶耳平面為基準(zhǔn)平面進(jìn)行螺旋CT掃描。掃描參數(shù)為螺旋層厚1.5 mm，從髁突到頦部連續(xù)橫斷掃描73層。選擇骨組織窗觀察斷層，用Photoshop7.0讀取每層骨組織邊界坐標(biāo)值。將坐標(biāo)值輸入SolidWorks2002有限元軟件中，重建下頜骨三

11、維有限元模型。1.2參數(shù)：選取皮質(zhì)骨彈性模量為1.37×104MPa，泊松比為0.3;松質(zhì)骨彈性模量為7.93×103MPa，泊松比為0.31，計(jì)算時(shí)取密質(zhì)骨和松質(zhì)骨彈性模量的平均值2。牙的彈性模量為20.29 GPA，泊松比為0.33。固定系統(tǒng)用Champy小型鈦板固定系統(tǒng)(馬丁公司,德國(guó))，其材料參數(shù)為：長(zhǎng) 22.0 mm、寬5.0 mm、厚1.0 mm，彈性模量110 GPa，泊松比為0.3。1.3骨折設(shè)定：在右側(cè)下頜骨體設(shè)定一條骨折線，分別與水平面及骨表面切線平面垂直，并以此骨折線為基準(zhǔn)骨折線，設(shè)為0°。再在相同位置設(shè)定兩條骨折線，向近中傾斜，分別與0&#

12、176;骨折線近中交角呈10°和20°。骨折線的寬度設(shè)定為1 mm，此寬度是保證骨折I期愈合的臨界值4。每種骨折均平行放置兩塊小夾板，夾板與基準(zhǔn)骨折線垂直，夾板之間的距離為5 mm以上。1.4咬合加載：分別在下頜中切牙、健側(cè)和患側(cè)第一磨牙加載咬合力，均為z軸方向。Tate等研究發(fā)現(xiàn)下頜骨骨折術(shù)后6周的平均切牙咬合力為62.8 N5，Pruim 等認(rèn)為牙列前后牙咬合力值之間0.70.81.11.46，因此，設(shè)定中切牙咬合力為62.8N，健側(cè)及患側(cè)第一磨牙咬合力為125.6 N。1.5邊界約束：把下頜骨抽象為活動(dòng)鉸鏈約束7，在切牙咬合工況下抽象為類杠桿約束，而在磨牙咬合工況下抽

13、象為類杠桿約束8。2結(jié)果分別取每種骨折線骨斷端上牙槽唇(頰)側(cè)，牙槽舌側(cè)，下緣唇(頰)側(cè)，下緣舌側(cè)在X、Y、Z軸3個(gè)方向上的相對(duì)位移。從結(jié)果看，每種咬合狀況在每個(gè)局部X、Y、Z軸三個(gè)方向上的位移量并不是隨著骨折線傾斜角度的增大而增大。某些局部可以看出這一趨勢(shì)，但有的局部位移量反而隨骨折線傾斜角度的增大而減小。有的局部呈現(xiàn)出10°時(shí)位移最大或最小的情況。從表中可以發(fā)現(xiàn)，當(dāng)骨折線傾斜角度為20°時(shí)，牙槽舌側(cè)在X軸上的位移大于150 m。分別將切牙、患側(cè)磨牙、健側(cè)磨牙在4個(gè)位置和3個(gè)方向的位移量合并，可以發(fā)現(xiàn)，切牙及健側(cè)磨牙咬合的位移量隨著骨折線傾斜角度的增大減小，而磨牙咬合的位

14、移量隨著骨折線傾斜角度的增大而增大。見(jiàn)表1表4及圖1圖4。3討論在臨床上我們發(fā)現(xiàn)患者下頜體骨折線方向多種多樣，有垂直于下頜骨體長(zhǎng)軸，也有斜形，且傾斜角度大小不等。根據(jù)Champy下頜骨骨折理想固定線，兩塊小型夾板應(yīng)平行放在下頜體頰側(cè)骨面上，兩板之間的距離大于5 mm，由于下頜體有特殊的解剖結(jié)構(gòu)，即牙根和下牙槽神經(jīng)，小型夾板也只能與下頜骨體長(zhǎng)軸平行?？梢哉f(shuō)，下頜體骨折小型夾板放置的位置幾本沒(méi)有可變性。但是這一種不變的固定方法對(duì)于復(fù)雜多樣的骨折情況是不是都適用，都可以提供穩(wěn)固的保護(hù)，這是一個(gè)問(wèn)題。本研究通過(guò)生物力學(xué)的角度來(lái)討論下頜骨骨折線不同傾斜角度小型夾板固定的穩(wěn)定性。由于下頜體近中傾斜骨折線方

15、向與升頜肌群和降頜肌群牽引方向平行，為不利型骨折，因此，本研究選擇近中傾斜骨折線。研究結(jié)果表明，當(dāng)骨折線近中傾斜的角度大于20°時(shí)，在牙槽舌側(cè)的X軸方向上的位移大于150 mm，而這一位移量被認(rèn)為是保證骨折愈合的最大值9，因此提示當(dāng)骨折線近中傾斜角度大于20°時(shí)，小型夾板堅(jiān)固內(nèi)固定的穩(wěn)定性就可能不能保證骨折順利愈合。可以通過(guò)術(shù)中保證牙根及下牙槽神經(jīng)不被損傷的前提下，將夾板盡量與骨折線垂直，或者加大夾板的體積和用雙皮質(zhì)螺釘;術(shù)后減小咬合力或增加輔助固位。從每種角度骨折四個(gè)測(cè)量點(diǎn)在三個(gè)方向上的計(jì)算結(jié)果看，骨折位移量并沒(méi)有呈明顯的隨骨折線傾斜增大而增大或減小，而只是在局部的部位和

16、方向呈現(xiàn)這樣的規(guī)律。這可能是因?yàn)橄骂M骨復(fù)雜的結(jié)構(gòu)和咬合狀態(tài)所致。但是，如果將每個(gè)角度骨折線在四個(gè)測(cè)量點(diǎn)在三個(gè)方向的位移量合并，即可以看作每種骨折線的平均位移量，我們可以發(fā)現(xiàn)如下規(guī)律：切牙咬合和健側(cè)磨牙咬合時(shí)，骨斷端平均位移量隨骨折線傾斜角度的增大而減小;患側(cè)磨牙咬合時(shí)骨斷端平均位移量隨骨折線傾斜角度的增大而增大。4參考文獻(xiàn)1Franlkner MG，Hatcher DC，Hay A.A three-dimensional investigation of TMJ loadingJ.J Biomechanics，1987，20(10)：9972Tanaka E，Tanaka K，sakuda M

17、.A three-dimentional finite element model of the mandible including the TMJ and its application to Stress analysis in the TMJ during clenchingJ.Med Eng Plys,1994，16(3)：3163Hart RT，Hennebel VV，Thongpreda N，et al.Modeling the biomechanics of the mandible：a three dimensional finite element studyJ.J Biomech，1992，25(3)：2614盧軍.下頜骨堅(jiān)強(qiáng)內(nèi)固定應(yīng)力遮擋作用的有限元力學(xué)分析J.口腔頜面外科雜志，1995，5(1)：235Tate G，Elis E，Throckmorton G.Bite force in patients treated for mandibular angle fracturesJ.J Oral Maxillofac Surg，1994，52(7)：7346Pruim GJ，De Jone HJ，Ten Bosch JJ.Force acting on the mandible during bilateral static bite at dif