人工颞下颌关节的研究进展

孙荃 李恺得 刘磊

口腔疾病研究国家重点实验室 华西口腔医院创伤整形外科（四川大学），成都 610041

颞下颌关节（temporomandibular joint，TMJ）是人体最活跃的关节之一。关节强直、外伤、肿瘤等疾病的发生，常导致颞下颌关节发生形态缺陷，功能丧失，严重影响患者的生活质量。颞下颌关节的重建一直以来都是困扰外科医生的一个难题。传统的颞下颌关节重建方式是利用自体组织移植（如肋骨肋软骨、髂骨、下颌角、喙突等），一般认为可以有效降低复发并改善患者面型，恢复咬合关系，但这些治疗方法具有其固有缺点。首先，自体移植是从患者身上取骨及软骨，必然带来医源性创伤，增加手术时间及风险，还可能引起供区相应的并发症；其次，自体骨与髁突形态、骨质差异很大，只能达到功能上的近似，不能实现解剖学意义上的重建，重建效果并不理想；第三，自体移植常出现术后感染、吸收等问题，引起手术失败。综上所述，寻求新的治疗方法仍具有重要的理论和实践意义。利用人工颞下颌关节进行关节的重建，是口腔颌面外科近年来发展最快的治疗方式之一。本文就近年来人工颞下颌关节的发展及其应用作一综述。

1 人工颞下颌关节的设计进展

人工颞下颌关节的概念最早出现于19世纪末至20世纪初，后经过改良，采用薄金板、钮箔替代切除的髁突进行重建关节[1]。20世纪50年代起，学者们[2]在人工颞下颌关节的设计上不断推陈出新。由于对颞下颌关节本身的结构特点、生物力学的认识不足及材料与工艺的限制，早期的人工颞下颌关节手术植入效果并不令人满意。自20世纪80年代至今，随着相关学科的飞速发展，人工颞下颌关节从早期的模仿人工股骨头形式的髁突置换、单纯关节盘置换等形式向适应颞下颌关节自身解剖、组织环境、运动形式等特征的全关节置换发展[3]。

颞下颌关节是人体最复杂的关节之一。颞下颌关节由下颌骨髁突、颞骨关节面、居于二者之间的关节盘、关节周围的关节囊和关节韧带组成，因此其运动形式复杂多变。当下颌做开口运动时，双侧髁突在关节窝或关节结节下方转动；当下颌做前后运动时，双侧髁突及关节盘沿关节结节后斜面向前下方滑动；当下颌做侧方运动时，非工作侧髁突向前下内滑动，工作侧髁突沿髁突下颌升支后缘的垂直轴转动。由此可见，颞下颌关节组成的各个部分都参与到关节的运动当中。因此，在人工关节的设计形式上，目前针对全关节与半关节的设计争论已不复存在，全关节置换是发展的方向。人工颞下颌关节全关节假体在设计上是一种类似于髋关节假体的杵臼关节假体，主要由下颌部件和关节窝假体构成[4]。下颌部件即髁突假体，由行使关节功能的人工髁突和起固位作用的固位柄组成。在下颌部件的设计上，多采用整体结构的稳定形式。关节窝假体的设计较为多元化，其主要的区别在于假体覆盖的范围以及关节盘的应用。早期的关节窝假体只覆盖关节窝及关节结节，其与髁突的接触面积较小，使髁突的运动轨迹受到局限[1]。现在的关节窝假体增大了覆盖面积，关节窝假体覆盖关节窝、关节结节及窝的外侧缘[5]。除此之外，关节盘的应用也大大增加了与髁突的接触面积。由于关节盘具有使上下关节面吻合、改变颞下颌关节运动轴向、吸收拉力和压力及保持关节盘与髁突平衡等重要功能，关节盘的重建在人工颞下颌关节的设计当中也显得尤为重要。van Loon等[6]首次提出了在人工颞下颌关节中插入关节盘以减小单位面积所受应力从而降低摩擦系数，但至今关节盘的重建仍是难点。在近20年里，设计的研究重点被放在了人工髁突在关节窝内正确的生理位置上。研究[7]发现将旋转中心移至正常髁突转动轨迹的尾部即正常髁突下方15 mm处，更好的模拟了髁突正常的转动功能并增大了患者的张口度。

2 人工颞下颌关节的材料学进展

颞下颌关节是人体最活跃的关节之一，每天在说话、咀嚼、吞咽和打鼾等过程中运动接近2 000次。颞下颌关节的受力情况极其复杂，颞下颌关节通过大小、形态和结构的不断改建去适应变化了的力学环境，颞下颌关节负荷的增大以及关节组织适应力的降低会导致颞下颌关节形态的损失或破坏，故对于人工颞下颌关节材料的选择极其重要。早期的人工颞下颌关节置换尚处于部分关节置换的阶段，故关节假体多分为关节窝假体和下颌体假体。关节窝假体最早出现于1945年，Eggers运用钽箔制作了第一例人工关节窝。关节窝假体经历了不锈钢、硅橡胶等阶段，后逐步被钴铬钼合金所取代。下颌体假体最早由Hahn等于1964年制造，假体由丙烯酸髁突和钴铬钼合金升支组成[1]。自上世纪80年代起，人工颞下颌关节进入了全关节假体的新时代。因关节假体各部分功能不相同，对材料性能的要求也不尽相同，因此逐渐采用复合材料。早期的假体臼—头是金属—金属的配伍，后因关节面磨损较大，被金属—高分子材料所取代[2]。20世纪80年代初期出现了V-KⅠ型及V-KⅡ型全关节假体，这种由金属髁突与聚四氟乙烯组合的全关节假体的应用在美国逐步推广[8]。但由于这种假体的磨屑产生了异物反应，软硬组织的破坏，以及植入患者的顽固性疼痛等严重的并发症，已于90年代初被禁用[9]。V-K全关节假体带来的负面影响一度使人工颞下颌关节的发展处于停滞状态[10-11]。20世纪90年代后新的全关节人工颞下颌关节（金属—超高分子聚乙烯的配伍）的问世才重新提高了临床对人工颞下颌关节的需求[7,12]。如今金属—超高分子聚乙烯的配伍在人工颞下颌关节的领域中取得了较大的成功。目前市场上应用最为广泛的TMJ Concepts/Techmedica个性化人工颞下颌关节假体、Biomet/Lorenz标准型人工颞下颌关节假体均采用金属—超高分子聚乙烯的配伍。在随后的临床报告中显示这两种人工颞下颌关节假体所取得的疗效总体上令人满意[5,13-20]。这种低摩擦金属/高分子人工颞下颌关节的成功，主要源于超高分子聚乙烯材料的低摩擦因数、较高的耐磨性能、优越的生物相容性和生物稳定性以及高的冲击韧性。而钴铬钼合金和钛合金的耐磨性、耐腐蚀性和综合机械性能都较好，是目前人工关节中最常用的两种金属，普遍应用于国内外的假体材料中，几乎占据全部人工关节假体市场。

3 个性化人工颞下颌关节的进展

随着计算机技术的发展，人工颞下颌关节的个性化设计从设想逐步变为现实。1988年三维CT重建首次被用于人工颞下颌关节，通过计算机辅助设计与制造（computer aided design/computer aided manufacturing，CAD/CAM）技术精确测量人工颞下颌关节所需数据[13]。20世纪90年代后，随着快速原型技术（rapid prototyping，RP）的发展，人性化人工颞下颌关节逐渐成为趋势，借助CT或MRI数据在立体模型上勾勒出要重建区域的几何形态，为患者定制个性化假体，大大提高了假体的适应性和稳定性。RP是一门基于CT或MRI数据制作立体光刻模型的技术[21]，为个体化人工颞下颌关节的设计、制作提供了有利条件。由于基于快速原型制作，假体与患者颞下颌关节区解剖基本一致，术前可准确测量每一个固定钛钉的位置及深度，确保在获得可靠固定效果的同时，有效避免术中损伤下牙槽神经及颅内损伤。同时，各部件与颞部及下颌骨外形匹配良好，减少了人工关节松动发生的可能[22-24]。目前市场应用较为广泛的个性化人工颞下颌关节是TMJ Concepts/Techmedica假体。该人工关节采用个体化定制，通过小于0.625 mm层厚的CT数据，经计算机处理，完成较高精确度的快速原型，制作基于RP的个体化人工颞下颌关节。在快速原型上，根据治疗要求，确定髁突切除的部位，对关节窝外侧及下颌支外侧的突出部分作修整，以保证人工关节各组件良好就位[24]。采用个体化设计制作的TMJ Concepts/Techmedica人工颞下颌关节，至今在美国已完成近千例的临床应用，临床研究报告显示对于大部分使用TMJ Concepts/Techmedica个体化人工颞下颌关节进行全关节置换的患者，人工关节改善其因严重颞下颌关节疾病所致的开口受限、疼痛、咀嚼功能下降等症状的成功率在90%，并且在5年时间内人工关节作用良好[13-17]。TMJ Concepts/Techmedica个性化假体与Christensen标准型假体比较结果显示：使用TMJ Concepts/Techmedica假体组的患者在张口度、疼痛、咀嚼功能等方面的疗效较Christensen组有显著的提高[14]。

4 问题与展望

人工颞下颌关节置换术近年来逐渐成为颞下颌关节重建的重要形式之一，其相对禁忌证有全身情况不能耐受手术者、严重糖尿病患者、颞下颌关节急性炎症或感染患者等。而目前较多认同的适应证包括：自体关节或人工关节移植失败、经历多次手术者等；关节有较重的慢性炎性或吸收性病变；结缔组织或自身免疫性疾病；造成严重畸形的纤维性或骨性强直；发育畸形；外伤、肿瘤所致的下颌垂直高度或和关系丧失等[2]。尽管手术治疗以上严重的颞下颌关节病在国外尤其是美国较为普遍，每年有近3 000例人工颞下颌关节置换术。但人工颞下颌关节仍有以下问题，具体如下。1）设计方面：关节盘的重建至今仍是人工颞下颌关节设计中的难点。2）材料方面：由于超高分子聚乙烯、钴铬钼合金关节组合在人工髋关节的应用已超过40年，已有研究显示聚乙烯碎片（即磨屑）仍可引起骨质的溶解破坏[25]。在颞下颌关节领域，相关研究[26]较少。至于聚乙烯碎片是否也会引起人工颞下颌关节置换术后严重的并发症还需进一步的研究。虽然目前人工颞下颌关节在材料选择、作用形式等环节上仍未达到理想化，与正常颞下颌关节的功能活动相比也尚有较大差距，但作为自体骨移植的替代品，优良设计制作的人工关节对改善因颞下颌关节疾病所造成的严重症状具有较好的效果，临床上取得了明显的疗效。相信随着相关学科的进展，人工颞下颌关节会在颞下颌关节疾病的治疗中发挥越来越重要的作用。

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