磨牙正鎖患者顳下頜關節形態學及磨牙正鎖患者顳下頜關節形態學及

[摘要] 目的 通過測量單、雙側磨牙正鎖患者的雙側顳下頜關節的形態及位置并模擬咬合時下頜骨受力變形情況，旨在為單、雙側磨牙正鎖患者的顳下頜關節紊亂病的診斷提供依據。方法 本研究為回顧性研究，根據納入標準，選擇成人安氏Ⅰ類錯患者20 例作為對照組，10 例單側磨牙正鎖患者（單側組）、10 例雙側磨牙正鎖患者（雙側組） 作為實驗組。患者拍攝錐形束CT，通過測量關節窩寬度、關節窩高度、關節結節傾斜度、髁突長軸、髁突短軸、髁突水平角及顳下頜關節間隙的大小，比較顳下頜關節形態和位置。利用軟件模擬患者咬合情況，進行下頜骨形態三維有限元分析，評估下頜骨的受力變形情況，進一步探討下頜骨形態受力與患者可能存在的顳下頜關節紊亂癥狀的關系。結果 比較對照組左側、單側組鎖側、雙側組左側顳下頜關節，結果顯示關節上間隙單側組小于對照組（Plt;0.05）；髁突長軸單、雙側組均小于對照組（Plt;0.05），且單側組大于雙側組（Plt;0.05）；髁突短軸雙側組小于對照組（Plt;0.05）；髁突水平角單、雙側組均大于對照組（Plt;0.05）。對比對照組右側、單側組正常側、雙側組右側關節形態和位置，結果顯示關節上間隙單、雙側組均小于對照組（Plt;0.05），髁突長軸雙側組小于對照組（Plt;0.05），髁突短軸單側組正常側大于雙側組。三維有限元分析：后牙正鎖患者的髁突是咬合變形集中區域，鎖側第一磨牙咬合時，X軸與Z軸方向上，變形最大區位于髁突。X軸方向上，髁突變形量鎖側大于正常側，在Z軸方向，正常側大于鎖側。X軸方向局部變形最大值點在鎖側髁突內極橫嵴前后，而局部變形最小值點在正常側髁突內極中1/3 前斜面處；Z 軸方向局部變形最大值點位于正常側髁突外極及外極下方；對不同咬合情況進行模擬發現，髁突X軸變形值在正常側磨牙咬合、Y軸變形值在正常側前磨牙咬合以及Z軸變形值在正中咬合最大，髁突變形值在鎖時并不最為顯著。結論 單、雙側磨牙正鎖髁突形態短小，雙側組相對單側組存在更加短小的髁突形態。磨牙正鎖患者的髁突是不良咬合變形集中區域，其變形最大點位分布于髁突內外極橫嵴附近。不良咬合情況對髁突變形值有影響，但不能說明二者之間是否有明確因果關系。

[關鍵詞] 正鎖； 顳下頜關節； 形態； 有限元分析

[中圖分類號] R782.6 [文獻標志碼] A [doi] 10.7518/hxkq.2024.2024169

正鎖是臨床常見的錯畸形，以第二磨牙正鎖最為常見，可發生于單側或雙側[1]，以單側多見。此類患者存在牙弓寬度不調、面部不對稱和下頜側方運動阻礙[2]，造成咬合異常，其中開口型異常增加了顳下頜關節（temporomandibularjoint，TMJ） 與咀嚼肌的功能負荷，從而影響面部對稱性，最終影響TMJ 形態與位置。部分研究[3-6]表明正鎖可能誘發顳下頜關節紊亂病（temporomandibulardisorders，TMD）。然而，對于不良咬合與TMD之間的關系仍存在爭議，咬合導致TMD尚無完善的縱向研究和循證醫學研究支持，甚至，Manfredini 等[7]表明咬合與TMD沒有特異性關聯。

本研究通過比較單、雙側第二磨牙正鎖患者雙側顳下頜關節形態及位置差異，同時構建三維模型進行有限元分析，通過設計異常咬合狀態下的應力負載，觀察下頜骨受力變形情況，在此基礎上進一步探討顳下頜關節形態與患者可能存在的TMD之間的關系，為臨床診療TMD提供參考。

1 材料和方法

1.1 研究對象

本研究為回顧性研究，2022 年7 月4 日—2023年12 月1 日于山東第二醫科大學附屬醫院口腔科就診并拍攝錐形束CT （cone beam computer tomography，CBCT） 的成年患者中篩選20 例作為研究對象，其中10 例雙側磨牙正鎖患者作為雙側組，10 例單側磨牙正鎖患者作為單側組；同期選擇骨性Ⅰ類、后牙咬合基本正常且年齡相近的安氏Ⅰ類錯患者20 例作為對照組。本研究經山東第二醫科大學附屬醫院倫理委員會審查批準［倫理編號：wyfy-2024-ky-089］。

單側組和雙側組納入標準：1） 恒牙列（第三磨牙除外），單側或雙側至少1 對磨牙且必須包含第二磨牙正鎖；2） 牙列中無其他反、開或內傾型深覆。排除標準：1） 先天頜面部發育異常者；2） 頜面部外傷史及有嚴重顳下頜關節疾病者；3） 正畸治療史；4） 后牙牙體缺損嚴重或有修復體者。

對照組納入標準：1） 恒牙列（第三磨牙除外），安氏Ⅰ類；2） 上下牙列無嚴重擁擠（擁擠度≤8 mm）；3） 前牙無開、反；4） 后牙咬合中性。排除標準同上。

1.2 研究方法

1.2.1 CBCT影像的獲取

CBCT拍攝及三維重建：使用SS-X10010Dplus型CBCT 掃描機（合肥美亞光電技術股份有限公司） 采集圖像，可視范圍16×10，CBCT 曝光時間6 s （脈沖模式8 s），球管電壓60～100 kV，電壓值可調，電流4～10 mA，電流值可調。所有CBCT拍攝受試者患者自然站立，采取正中咬合位，面部保持與地面垂直，面部中線與正中矢狀面一致，法蘭克福線（水平線） 位于患者眶耳平面上。

1.2.2 測量項目

在顳下頜關節界面下通過鼻尖-鼻中隔-枕骨大孔中心的連線為正中矢狀線，選取髁突最大面積軸位圖像，過髁突長軸中點并垂直于該連線的平面為矢狀面，測量項目見表1 及圖1。所有測量均由同一位醫師在相同條件下完成，每個項目進行3次測量，以平均值作為最終測量值。

1.2.3 下頜骨3D模型的獲取及處理

將全部納入對象的DICOM文件數據導入MimicsResearch 21.0 （Materialise 公司，比利時） 軟件，通過調整“閾值”“區域增長”和“智能充填”等功能選項分離出下頜骨并計算生成三維立體圖像（圖2），以STL 格式保存，初步得到下頜骨3D模型。

將下頜骨模型的STL 文件導入逆向工程3D軟件Geomagic Wrap 2017 （3D Systems 公司，美國），通過“重劃網格”“去除特征”“松弛”和“減少噪點”等功能對下頜骨模型進一步光滑處理，最后將文件以WRP 及STEP 格式保存（圖3）。

將光滑處理后的模型導入SolidWorks 2024 軟件（SolidWorks 公司，美國） 中，通過“裝配體”“配合”等功能將下頜骨與下頜牙列裝配并導出為STEP 格式（圖4）。

最后用有限元分析軟件Ansys Workbench 2022R1 （ANSYS 公司，美國） 建立有限元模型，設置材料屬性并導入下頜骨模型及網格模型構建（圖5） 進行下頜骨應力分析（圖6、7）。

咬合力量的負載參考郭維鵬等[8]的研究，后牙咬合的最大咬合力為30 kg，采用最大咬合力的20%～30%負載，選用雙側后牙咬合方式，并施加最大載荷的20%即6 kg 力。并參考楊文華[9]等的研究，模擬6 種咬合情況：前牙咬合、正中咬合、鎖側磨牙咬合、正常側磨牙咬合、鎖側前磨牙咬合、正常側前磨牙咬合。

加載部位的確定：前牙咬合為左右下頜中切牙、側切牙、尖牙切緣頰舌向一個網格；鎖側磨牙咬合為鎖側第一磨牙面；正常側磨牙咬合為正常側第一、二磨牙面；鎖側前磨牙咬合為鎖側第一、二前磨牙面；正常側前磨牙咬合為正常側第一、二前磨牙面；正中咬合為除鎖牙之外所有牙位。加載方式：確定咬合方式的加載部位后，于選擇區域平均分配力的大小，方向垂直于選定區域中心部位網格。

參考張淵等[10]的研究在模型中將下頜角區的自由度設置為0，觀察下頜骨模型在咬合時發生的變形情況。

假設模型中的所有材料都是彈性和各向同性的，模型組成成分的材料力學參數[10-11]為：下頜骨的彈性模量取皮質骨和松質骨的均值1.1×104 MPa，泊松比0.30；牙列的彈性模量為3.0×104 MPa，泊松比0.30。

1.3 統計學分析

使用SPSS 26.0 （IBM公司，美國） 對研究數據進行分析。運用Shapiro-Wilks 檢驗行樣本測量值正態性檢測，對于符合正態分布的計量資料，行配對t 檢驗；對于不符合正態分布的計量資料，行Kruskal-Wallis 秩和檢驗（顯著性水平α=0.05）。

2 結果

2.1 錯畸形分類

根據安氏分類法及分析頭影測量骨性分類對單側組10 例患者［男4 例， 女6 例， 平均年齡（26.33±2.71） 歲］、雙側組10 例患者［男5 例，女5 例，平均年齡（23.22±4.24） 歲］ 和對照組20 例患者［男12 例，女8 例，平均年齡（25.63±4.68）歲］ 進行錯畸形分類。比較單側組和雙側組患者安氏分類發現， 其差異無統計學意義（χ2=1.533，P=0.675），見表2；比較單側組、雙側組和對照組骨性分類發現，其差異無統計學意義（χ2=1.818，P=0.178），見表3。

2.2 單側組、雙側組與對照組患者顳下頜關節的形態和位置的組內比較

比較對照組、單側組及雙側組組內雙側顳下頜關節測量值差異均無統計學意義（表4～6）。

2.3 單側組、雙側組與對照組患者顳下頜關節形態和位置的組間比較

比較單側組鎖側、雙側組與對照組患者左側顳下頜關節形態和位置（表7），結果顯示關節上間隙單側組小于對照組（Plt;0.05）；髁突長軸單、雙側組均小于對照組（Plt;0.05），其中單側組大于雙側組（Plt;0.05）；髁突短軸雙側組小于對照組（Plt;0.05）；髁突水平角單、雙側組均大于對照組（Plt;0.05）；關節前間隙單、雙側組均小于對照組，但差異無統計學意義（Pgt;0.05）；關節窩高度、寬度單、雙側組均大于對照組，但差異無統計學意義（Pgt;0.05）。

比較單側組正常側與對照組、雙側組的右側顳下頜關節形態和位置（表8），結果顯示關節上間隙單、雙側組均小于對照組（Plt;0.05）；髁突長軸雙側組小于對照組（Plt;0.05）；髁突短軸單側組正常側大于雙側組（Plt;0.05）；關節前、后間隙單、雙側組均小于對照組，但結果差異無統計學意義（Pgt;0.05）；關節窩高度、寬度和關節結節斜度以及髁突水平角單、雙側組均大于對照組，但差異無顯著統計學意義（Pgt;0.05）。

2.4 有限元模型的建立結果

將模型處理完畢后， 使用有限元分析軟件Ansys Workbench 2022 R1重劃網格有限元建模，采用一階線性四面體單元劃分網格，共獲得1 195 925個單元（253 988 節點）（圖5）。對下頜骨模型進行應力負載的定向變形結果（圖6、7） 及模型定向變形值（表9）。

2.5 下頜骨變形情況分析

由于本研究關注點為顳下頜關節，因此下頜骨變形情況關注點僅為下頜切跡以上的髁突部分。模擬鎖側第一磨牙咬合時（圖8、9），在X軸與Z 軸方向上，變形最大區位于髁突。在X軸方向，髁突變形量鎖側大于正常側，而在Z軸方向，髁突變形量正常側大于鎖側。通過“創建局部最大探針”“創建局部最小探針”選項（由于變形量為矢量，所以變形量取絕對值比較大小），發現X軸方向局部變形最大值點在右側（鎖側） 髁突內極橫嵴前后，而局部變形最小值點在左側（正常側） 髁突，位于髁突內極中1/3 前斜面處（圖8）；而Z軸方向變形量相對于X軸方向小，局部變形最大值點位于左側（正常側） 髁突外極及外極下方（圖9）；對于Y 軸方向（圖5B），髁突表面相對于X、Z軸變形量不明顯。

2.6 不同咬合情況下對模型進行應力負載的定向變形值

對前牙咬合、正中咬合、鎖側磨牙咬合、正常側磨牙咬合、鎖側前磨牙咬合、正常側前磨牙咬合6 種咬合情況下髁突X、Y、Z 軸變形值進行分析，因變形值為矢量，故取絕對值進行比較（表9）。

X軸變形值：正常側磨牙咬合（正向） gt;正常側前磨牙咬合（正向） gt;前牙咬合（負向） gt;鎖側前磨牙咬合（負向） gt;鎖側磨牙咬合（負向） gt;正中咬合（負向）。

Y軸變形值：正常側前磨牙咬合（負向） gt;前牙咬合（正向） gt;正中咬合（正向） gt;鎖側前磨牙咬合（負向） gt;鎖側磨牙咬合（負向） gt;正常側磨牙咬合（負向）。

Z 軸變形值：正中咬合（正向） gt;正常側前磨牙咬合（負向） gt;鎖側前磨牙咬合（負向） gt;鎖側磨牙咬合（負向） gt;正常側磨牙咬合（負向） gt;前牙咬合（正向）。

3 討論

3.1 單、雙側磨牙正鎖患者TMJ 形態與位置

咬合對稱性與雙側髁突形態對稱性存在一定關系[12]，既往研究[13-14]表明，磨牙正鎖可引起下頜骨和髁突的不對稱，體現在髁突、下頜升支高度、下頜高度的不對稱指數[14-15]以及髁突形態評價與測量[16]等方面。

多數研究[1，13，17]認為單側磨牙正鎖可影響髁突形態及其位置，但未得出一致結論。本研究顯示單側組和雙側組髁突長軸、短軸均小于對照組，這與國內學者[13]研究結果相同，除生長發育的影響外，其與不良的咬合力及咬合狀態等因素有關。本研究還發現雙側組相對于單側組的髁突更短小，關節上間隙更小。Guercio-Monaco 等[18]發現髁突大小與關節功能相關，其中不可復性關節盤前移位患者髁突尺寸較小，且不同TMD患者的髁突尺寸不同。有研究[19]發現偏側咀嚼患者習慣側髁突整體變小，且發生上移位。還有研究[17，20]發現關節后間隙鎖側大于正常側，單側磨牙正鎖患者鎖側關節上間隙大于非鎖側，說明患者可能存在髁突發育受限的情況，與本研究結果一致。顳下頜關節紊亂綜合征伴偏側咀嚼患者存在髁突水平角偏大的問題，而偏側咀嚼患者與后牙正鎖同樣存在咬合不平衡的問題[21]，在本研究單側組和雙側組髁突水平角相對于對照組更大，說明患者髁突發生了旋轉。目前對于髁突傾斜旋轉方向與關節盤位置的關系仍有爭議，部分研究認為髁突傾斜度隨關節盤的位置不同而不同，髁突水平內旋以及髁突后移位與盤前移位關系密切[22]，也有研究[23]認為髁突長軸傾斜與關節盤移位無關。青少年髁突水平角的大小與下頜三維方向生長之間的關系密切，但還需進一步研究[24]。

TMJ 形態與咀嚼模式、肌肉活動及咀嚼負荷力有關，大部分單側后牙正鎖患者咀嚼側為非鎖側[25]，髁突形態與骨骼和咀嚼功能有關，非雙側咀嚼患者髁突形態偏圓形，雙側咀嚼患者髁突形態更加平坦[26]。也有相似研究[27]發現，不同咬合類型能顯著影響髁突高度。髁突位置對TMD患者有一定影響，TMD患者正畸治療后髁突位置有改變[28]，而正畸治療可以改善鎖側關節位置但對髁突形態改變不明顯[29]。髁突位置與不同程度的TMD有關[30]，不可復性盤前移位會導致髁突骨小梁密度的增加從而影響髁突發育[28，31]，同時髁突后移位、咀嚼模式、咀嚼壓力都是影響髁突軟骨成骨生長的重要因素[32]。

對于磨牙正鎖患者顳下頜關節狀況的分析診斷，需結合患者臨床檢查、CBCT、磁共振成像（magnetic resonance imaging，MRI） 等方法進一步診斷，且雙側磨牙正鎖患者相對于單側更需提高警惕，本研究提示患者的關節間隙、髁突大小以及髁突橫嵴的形態可作為觀察對象。

3.2 下頜骨有限元模型的建立

本研究通過Mimics、Geomagic Wrap、Solid‐Works 及Ansys Workbench 等軟件，成功建立了下頜骨的三維有限元模型，比較全面的模擬了不同咬合情況時下頜骨的變形情況，計算分析應力負載時模型變形量，發現了磨牙正鎖患者的髁突是變形集中的區域，這為磨牙正鎖與顳下頜關節疾病可能存在的聯系提供相關實驗支持。

有限元分析常用于顳下頜關節的研究[11，33-34]，通過有限元分析下頜骨應力加載實驗，表明髁突是應力集中的區域[35-37]。有研究[38]表明髁突頸部是關節盤的最大拉應力區，也有研究[19]發現夜磨牙患者髁突前斜面及頸部可能發生吸收性改建，且髁突有變小趨勢。本研究結果顯示鎖側第一磨牙咬合時X軸、Z 軸方向變形最大區域位于髁突，局部變形最大值點在髁突橫嵴、前斜面或橫嵴外側面，但Y 軸方向變形較小。這提示磨牙正鎖患者髁突頂端是危險區，結合本研究第一部分TMJ 的測量結果，這可能導致磨牙正鎖患者的髁突形態短小及不對稱。說明患者不良的咬合對髁突形態及位置均存在不利影響，最終可能導致髁突發生不同程度的退行性變。

通過模擬不同咬合情況下模型定向變形值發現，不同方向上的模型定向變形值在正常側咬合與鎖側咬合之間存在差異，部分結果表現為正常側咬合的變形值大于鎖側，但也有部分結果存在相反情況，即不良咬合情況下的髁突變形不一定比正常咬合情況下更為明顯，提示不同咬合情況對髁突變形值有影響，但這種影響是多方向且復雜的。Manfredini 等[7，37]研究表明咬合與TMD之間缺乏臨床相關性，但提示正中關系?最大牙尖交錯位不協調和側方干擾與TMD 可能相關。在本研究僅憑單純模擬咬合情況尚不能說明二者之間是否有特異性關聯。因此臨床實踐中應綜合考慮各種咬合因素，以更準確地評估和預測髁突形態。

本研究不足之處在于，實驗未將生長發育因素考慮在內，故不能明確在下頜骨發育過程中異常的咬合對于下頜骨發育的影響。其次，本實驗在處理下頜骨模型時并未完全模擬真實咬合時的復雜情況，模型精確度與下頜骨的實際形態可能存在偏差，且仍未明確咬合與TMD 是否有關聯，仍需增加實驗方法對下頜骨及其周圍組織建模再進一步研究。

單、雙側磨牙正鎖患者的髁突形態短小，雙側組相對于單側組存在更加短小的髁突形態。本研究通過三維有限元分析，模擬咬合應力負載觀察髁突變形情況，結果發現鎖側第一磨牙咬合時髁突是不良咬合變形集中區域，其變形最大點位分布于髁突內外極橫嵴附近，提示此類患者與顳下頜關節退行性改變密切相關。但由于咬合是一個復雜的活動過程，實驗中單純模擬不同咬合情況下髁突變形值大小未得出明確的比較結果，也證實了咬合與TMD之間的關系仍存在爭議，進一步說明咬合狀況在髁突變形分析中的重要性和復雜性。

利益沖突聲明：作者聲明本文無利益沖突。

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（本文編輯 洪瀟）

[基金項目] 濰坊市衛生健康委員會項目（WFWSJK-2023-377）