下颌运动描记仪的研究进展

史文伟，程秀芳

(华北理工大学 机械工程学院，河北 唐山 063210)

0 引言

颞下颌关节紊乱综合征(temporomandibular disorders,TMD)是一种被世界卫生组织列为第四大的口腔科疾病，据文献记载约有20%～60%的人被TMD深深折磨着。患有此口腔疾病的人不仅有下颌运动障碍，还常常伴随着精神上的伤害，如耳鸣、头痛、记忆力下降等[1-3]，同时，对于此类疾病的治疗方法也无统一的标准[4]。由于TMD患者几乎都会发生开口运动异常，因此下颌运动轨迹的异常情况可以为医师提供一定的诊断依据,下颌运动描记仪的发展对于TMD疾病的诊断和康复程度的判定具有重要的意义。

1 下颌运动形式

颞下颌关节是面部唯一能活动的关节，也是人体面部最为复杂的关节之一[5]，因此了解颞下颌关节的结构对于研究下颌运动轨迹具有十分重大的意义。颞下颌关节由颞骨关节面(包括下颌支上的下颌髁突、关节窝和关节结节)、关节盘、关节囊、关节间隙和关节韧带这五部分组成，在咀嚼肌的参与下共同完成人体需要的下颌运动。颞下颌关节运动由转动运动和滑动运动组合完成，而转动运动又分为绕水平轴转动和绕垂直轴转动，颞下颌关节绕水平轴转动如图1所示。进食时，下颌的运动还有转动和滑动两种形式，当右侧咀嚼时，工作侧(右)髁突垂直轴转动，非工作侧(左)髁突作滑动运动，如图2所示。

图1 颞下颌关节沿两侧髁突的水平轴作转动运动 图2 右侧咀嚼时下颌髁突运动形式

最早探索到下颌的运动形式是1889年，Luce使用照相技术实现了对下颌运动轨迹的测量[6]。随着人类对测量下颌运动轨迹仪器的研究，Peyron和他的同事使用Carstens2D关节仪[7]记录了下颌切牙一个完整的模型在食物咀嚼时的周期序列，如图3所示。

从图3可以看出，人体下颌的运动轨迹是一种复杂的三维空间运动，这对于研发下颌运动轨迹描记仪起到了促进作用。

图3 牙切点运动轨迹

2 下颌运动描记仪的现状

目前，国外商品化的非接触型下颌运动轨迹描记仪主要有德国Siemens公司的SGG描记仪和美国K-5AR型下颌运动轨迹描记仪(MKG)。SGG描记仪是由西门子公司生产的一种利用磁电转换技术来描记下颌运动的记录仪，如图4所示。将磁钢固定于下颌骨中切牙处，当磁钢随人体下颌作特定运动时，磁钢与固定于面架上的磁敏传感器之间的距离发生变化，传感器周围磁场强度随之发生相应的变化，从而导致传感器的电阻发生变化，进而改变传感器的输出电压。根据磁场强度、输出电压和位移的关系，可以计算出下颌的运动轨迹。计算机中的一系列软件对采集到的下颌信号进行各种处理，如数学建模、加速度分析等，最终描绘出不同下颌运动形式在不同平面上的运动轨迹，并可以对处理后的数据进行存储和打印，以供随时查阅。经过各种实验验证，该套SGG描记仪拥有测量精度高、干扰性小、效率高和稳定性良好等优点。

图4 SGG下颌运动轨迹描记仪

国内的研究起步较晚，电子科技大学发明了一种可以记录牙颌运动轨迹的装置[8]，其主要包括上颌头架和下颌夹板，如图5和图6所示。固定在人体下颌骨上的下颌夹板中安装了一个超声换能发送单元，该单元能按一定的频率向上发送超声波信号，然后被固定于上颌头的上颌头架向下反射后，又被下颌夹板上的超声换能接收单元接收并转换成电信号。由于下颌夹板随着下颌运动，因此下颌夹板与上颌头架之间的距离随着下颌的运动而改变，因此输出的电压信号也在发生改变，当采集完一个周期的下颌运动信号后，通过计算机对信号进行处理，能够得到理想的下颌运动轨迹。

1-耳塞固定器；2-调节器；3-拧紧牙合叉接合片；4-眉间架图5 上颌头架示意图

1-超声换能器；2-牙合叉；3-拧紧牙合叉接合片图6 下颌夹板示意图

郑州大学开发出一种下颌跟踪装置用来测量下颌的三维运动[9]，如图7所示。该套设备是由8个霍尔传感器、固定面架、自由运动磁钢和相应的放大电路、A/D转换电路、采集系统所组成的磁性下颌运动跟踪装置，根据传感器输出的电压信号、磁场强度和磁钢的坐标，实现对下颌运动轨迹的跟踪采集。

图7 下颌运动跟踪装置

3 下颌运动测量仪存在的问题及发展趋势

目前，国内下颌运动测量仪器研究存在的主要问题包括：没有自主研发品牌的下颌运动轨迹描记仪；产品精度低；操作繁琐或不便；国外引进仪器价格昂贵等。因此下颌运动描记仪的开发具有非常广阔的市场空间。

下颌运动测量仪器的发展趋势：

(1) 大多数测量下颌运动的仪器正在朝着无接触测量的方向发展，而且更加人性化，对于下颌开口异常的患者使用起来更加舒适，进而有利于促进测试下颌异常或查看下颌康复效果的积极性。

(2) 所设计的下颌测量仪器更加轻便，使用更加方便，且几乎都与计算机联机进行测量，从而可以实现下颌运动轨迹再现和存储等优点，实现了人机交互的功能，朝着普遍化、智能化的方向发展，既省时又省力，减轻了医师的劳动强度。

(3) 在保证测量下颌运动轨迹精度的同时降低仪器的成本，且不会对使用者的健康造成任何危害，满足了普通大众的需求，在一定程度上减轻了受检查者的经济负担。