微创治疗拇外翻截骨端位移与跖痛症量化关系的有限元分析

目的 明确微创治疗拇外翻截骨端位移与发生转移性跖痛症之间的关系,结合有限元进行量化分析,为手术治疗转移性跖痛症提供精准数字化依据。方法 首先基于拇外翻患者术前足部相关数据的测量建立真实的拇外翻几何模型,参考文献对志愿者各方面生物力学系数赋值,根据模拟中西医结合手法整复微创治疗拇外翻技术,对其第一跖骨进行旋转、移动及截骨,最终得到微创治疗拇外翻合并跖痛症术后有限元模型。通过模拟微创治疗拇外翻截骨端位移,利用有限元计算获取拇外翻患者手术前后的第1跖骨下与第2跖骨头下最大压力数值,分析截骨远端位移方向和位移量与发生转移性跖痛症的量化关系。结果 平衡站立时,当第1跖骨截骨远端向外侧水平位移为2 mm时,随着垂直位移的增加,第1跖骨头下压力与第2跖骨头下压力变化具有明显相关性,r值为0.954;垂直位移在2 mm时,随着水平位移的增加,第1跖骨头下压力与第2跖骨头下压力变化相关性最大,r值为-0.764。结论 微创治疗拇外翻在截骨的基础上通过正骨手法将第1跖骨截骨远端向外侧位移2～4 mm时、跖侧位移2 mm时,能够有效减轻或治愈拇外翻及并发的跖痛症,避免拇外翻术后转移性跖痛症的发生。     

跖骨间弹性固定矫正拇外翻畸形后应力变化的有限元分析

背景：第1,2跖骨间弹性固定治疗拇外翻虽可获得满意的临床疗效,但报道中发生第2跖骨应力性骨折的并发症风险较高,课题组前期研究中使用这种弹性固定治疗拇外翻获得了良好临床效果。目的：通过对第1,2跖骨间固定建立拇外翻手术有限元模型,并进行力学加载分析,进一步验证该技术的安全可靠性。方法：基于1例女性拇外翻患者的CT图像作为建模数据,利用软件Mimics 19.0、Geomagic Studio、Hypermesh 12.0、ANSYS 19.0进行相关操作建立拇外翻三维模型,对拇外翻模型进行手术位点划分：自第1跖骨远节基底部分别至第2跖骨的远节基底部(A组)、中段(B组)、近节基底部(C组)分为3个手术模型。对3组手术模型进行水平力学加载逐步减小跖骨间角力学测试分析;模拟人体站立时的受力方式,在胫腓骨上段逐步进行垂直力学加载,观察全足及第1,2跖骨的力学及形变。结果与结论：(1)在应力方面,在第1,2跖骨间角施加水平方向的作用力在50,100,200,300 N时,跖骨整体作用点时最大应力发生在B组;第1跖骨应力最大发生在A组模型;第2跖骨应力最大发生在C组模型,第2跖骨应力最小发生在B组...     

不同康复训练方法对术后拇外翻第1跖列的生物力学影响

目的研究拇外翻术后不同康复训练对第1跖列的生物力学影响。方法通过拇外翻医学影像数据建立完整的足部三维有限元模型,此模型包括骨骼、籽骨、软骨、韧带、软组织、跟腱等结构。模拟分析拇外翻患者术后被动跖屈和背屈、主动跖屈和背屈、站立位对截骨远端的生物力学影响。结果被动训练情况下,截骨远端截骨面的应力分布较均匀,且峰值(7. 78 MPa)较站立位和主动训练时大;被动训练时的最大位移量(0. 98 mm)在前后方向上大于站立位(0. 69 mm)和主动训练(0. 38 mm)的位移量。结论被动训练可促进截骨面的接触,并减少截骨端的愈合时间,有利于术后拇外翻患者的康复。     

克氏针和绷带固定对微创术后拇外翻的生物力学影响

目的研究第1跖骨远端截骨后克氏针和绷带固定对拇外翻的作用效果。方法通过拇外翻的医学影像数据建立完整的三维足部有限元模型,此模型包括足骨、籽骨、软骨、韧带、软组织、跟腱等;分别建立克氏针和绷带固定的模型,分析拇外翻平衡站立时的足部受载特点。结果绷带固定下截骨之间的压应力(14.9 MPa)大于克氏针峰值应力(6.71 MPa)。从背侧、跖侧、内侧、外侧来看,克氏针固定对截骨面的稳定作用都优于绷带固定,更有利于截骨面的稳定。结论绷带固定可减少截骨端的愈合时间,有利于临床上拇外翻术后固定方式的优化选择。     

3D打印技术在骨科矫形器中的应用

随着计算机科学和技术的快速发展,数字医学概念应运而生,数字化技术在骨科的研究和应用日趋普及。 有限元分析是一种强大且高效的模拟真实实验的数值方法,常用于研究医学中涉及的生物力学、生物材料性能以及手术模拟等问题,尤其是近几年在足踝领域的应用也越来越多。 目前,基于足踝有限元模型的生物力学分析已被广泛应用于糖尿病足、足底筋膜疾病、足踝骨折及骨性关节炎等的机制分析、假体设计、手术模拟、鞋和鞋垫设计等方向,极大提高了临床医生对足踝生物力学的认知,为足踝相关疾病的研究与诊断提供新思路。 然而,利用有限元法分析拇外翻畸形的研究相对有限。 本文概述拇外翻及继发的扁平足、跖骨痛等病变的生物力学分析和建模方法,以及该方法在临床实际应用的现状,总结其优缺点并进行展望。     

拇外翻足三维有限元模型构建及其第1、2跖列生物力学分析

目的 建立拇外翻足有限元模型,研究不同拉力下第1、2跖列的应力及位移变化情况。方法 将采集的拇外翻病人足部CT图像导入Mimics软件,重建足部三维骨骼模型;利用3-matic软件对重建模型进行网格划分与体网格生成;将优化处理过的模型导入ANSYS中进行有限元分析,通过改变拉力大小、方向验证拉力与第1、2跖列的应力、位移之间的关系。结果 对第1近节趾骨施加不同大小、方向的拉力,当力小于12 N时,随着拉力的增加,第1趾骨位移变化较为明显,拉力每增大2 N,位移约增加1 mm;当力大于12 N时,随着拉力的增加,第1趾骨应力不断增加,而位移只发生微小变化;而当力保持12 N不变,以15°间隔改变力的方向时,第1、2跖列的应力大小及其分布随方向的变化而改变,同时位移也会产生相应的变化,且当力的方向与第2趾骨方向越趋于垂直时,第1趾骨产生的位移越大。结论 有限元分析技术可以形象、准确地分析第1、2跖列在不同拉力下的应力及位移变化情况,为拇外翻矫形器的设计奠定基础。     

拇外翻术后拇外翻角和第1-2跖骨间角X射线测量方法评价

背景：拇外翻术后拇外翻角和第1-2跖骨间角的测量关键在于第1跖骨轴线的确定。第1跖骨轴线的不同确定方法,造成了这两个角度测量值的差异,使不同临床研究之间的数据不具有可比性。对于拇外翻术后角度测量,国内外尚未形成公认的标准方法。 目的：回顾不同拇外翻术后拇外翻角和第1-2跖骨间角的测量方法的研究进展,为拇外翻的术后测量与评价研究提供参考。 方法：由第一作者在2012年2月检索PubMed、中国期刊全文数据库以及万方数据库。其中,英文检索词为：“hallux valgus”、“angles”、“radiographic measurements”。中文检索词为“拇外翻”、“角度”、“X射线测量”。选取29 篇文献进行归纳总结。 结果与结论：最好的测量方法其标记点必须是易于确定,可重复性好,应尽量避免受到截骨部位及跖骨本身解剖变异的影响。拇外翻术后X射线测量方法目前多用头部中心/基底部中心测量方法。专业化的工具软件测量取代手工测量是未来拇外翻术后X射线测量的发展趋势。     

拇展肌与拇收肌移位吻接术前、后黏弹性实验研究

研究了正常拇展肌、拇收肌拉伸黏弹性力学性质和模拟拇外翻拇展肌、拇收肌移位吻接术后拇展肌和拇收肌的拉伸黏弹性力学性质.取20个足标本,解剖后暴露拇展肌与拇收肌,得出拉伸应力松弛、蠕变等数据.对断裂后的拇收肌和拇展肌模拟临床手术进行移位吻接,对10个拇展肌和10个拇收肌标本做腱与腱吻接,另各取10个拇收肌、拇展肌标本做了腱与骨膜吻接.对吻接后的标本进行拉伸实验,得出了吻接术后各组拉伸应力松弛、蠕变曲线.以回归分析的方法处理实验数据,得出了归一化应力松弛、蠕变曲线及归一化应力松弛函数和归一换化蠕变函数.     

微创治疗拇外翻术后绷带外固定：有限元分析截骨端稳定性

文题释义：微创治疗拇外翻：根据小夹板纸压垫固定原理,采用1、2趾蹼间夹垫,“8”字绷带和宽胶布作外固定的方法,术后允许患者适当下地活动,进行拇趾关节、踝关节锻炼,避免了患者长期卧床及“石膏病”的发生。经临床应用获得了患者的肯定,总优良率为98.5%。 有限元分析法：有即化整为零、集零为整,通过将研究对象的连续求解区域离散为一组有限个单元,且按一定方式相互联结在一起的单元组合体,由于单元能按不同的联结方式进行组合,且单元本身又可有不同形状,因此可以模拟成不同几何形状的求解小区域,然后对单元进行力学分析,最后再整体分析。 背景：微创治疗拇外翻临床效果显著,仅通过绷带外固定维持截骨端稳定,目前缺少有关截骨端稳定性的研究。 目的：研究微创治疗拇外翻术后平衡站立工况“8”绷带外固定对截骨端应力和位移的影响。 方法：在微创治疗拇外翻术后“8”字绷带外固定有限元模型上,以第一跖骨截骨面为中心,建立3条两两垂直的坐标轴(X轴、Y轴、Z轴)。X、Z轴平行于足水平面,分别指向足内侧、前方;Y轴垂直于足水平面,指向上方;定义远端截骨面4个节点内上为A₁,外上为B₁,外下为C₁,内下为D₁,近端截骨面对应4个节点为A₂、B₂、C₂、D₂。位移与坐标轴方向一致时为正值,相反时为负值。通过有限元分析得出平衡站立工况截骨面远端及近端各个节点的应力、位移的方向和大小。 结果与结论：①微创治疗拇外翻术后“8”字绷带有限元模型平衡站立工况时,截骨端最大应力在截骨面的背外侧(B₂),为0.632 MPa;②截骨面第一主应力在Z轴上,方向与Z轴相反,与总应力相同,属于压应力;剪切力在XY平面最大,最大应力在近端截骨面的背内侧(A₂),为0.058 MPa;③第一跖骨截骨远、近端主要位移在X轴上,位移分别在截骨面的跖内侧(D₁),为-1.002 mm、跖内侧(A₂),为0.621 mm;④结果说明“8”字绷带外固定能够维持微创治疗拇外翻术后截骨端的稳定,有利于截骨端愈合。 ORCID: 0000-0003-3116-7287(白子兴) 中国组织工程研究杂志出版内容重点：人工关节;骨植入物;脊柱;骨折;内固定;数字化骨科;组织工程     

迷你双螺纹空心钉结合截骨治疗拇外翻

背景：拇外翻畸形矫正方式多样,采用迷你双螺纹空心钉材料结合截骨矫形的方式损伤小,能够满足拇外翻矫形的目的,是临床上新型的微创生物型内固定材料。 目的：回顾性分析迷你双螺纹空心钉材料应用于截骨矫形拇外翻治疗中的临床疗效。 方法：选择拇外翻畸形患者30例,其中双侧矫形患者8例,单侧矫形患者22例。根据自愿均采用第一跖骨截骨矫形迷你双螺纹空心钉内固定,治疗前后拍摄X射线片测量外翻角、跖间角、籽骨位置,进行AOFAS评分,并计算第一跖骨短缩长度。 结果与结论：采用迷你双螺纹空心钉结合截骨矫形治疗后,拇外翻畸形患者的外翻角、跖间角、AOFAS评分及籽骨位置较治疗前明显改善,第一跖骨短缩在矫形可控范围内避免畸形复发及跖骨痛。     

基于足负重位CT影像应用Mimics软件测量拇外翻相关指标

目的 探讨基于足负重位CT图像应用Mimics软件测量拇外翻相关角度的准确性及可靠性。方法 前瞻性选择昆明医科大学第一附属医院2016年7月—2017年3月收治的30例(36足)拇外翻患者,应用Mimics软件对患者足负重位CT图像行拇外翻3D重建。应用Mimics软件拟合区域功能自动分析计算生成近节趾骨轴线和第一、二跖骨轴线,并重建第一跖骨远端实际关节面,通过近节趾骨与第一跖骨3D模型进行修正;采用以上解剖学参数实现对拇外翻角(HVA)、跖骨间角(IMA)、跖骨远端关节面夹角(DMAA)的精确测量。由4名测量者分别使用上述计算机辅助CT建模测量法与常规X线测量法对30例拇外翻患者进行测量,比较各组观察指标测量结果的统计学差异,并行Bland-Altman分析一致性。结果 4名测量者采用常规X线法和CT建模重建法测量结果的ICC值分别为0.89和0.91,可靠性优。传统X线测量法测量患者HVA、IMA分别为29.10°±10.04°、13.98°±4.38°,CT建模法测量患者HVA、IMA分别为30.02°±10.62°、13.83°±4.29°,差异均无统计学意义(P值均＞0.05);传统X线测量法测量患者DMAA为12.57°±3.96°,CT建模法测量患者DMAA为16.21°±3.65°,差异有统计学意义(P＜0.01);Bland-Altman结果显示对于HVA、IMA角的两种测量方法一致性较好,DMAA的测量结果一致性较差。结论 基于足部模拟负重CT图像应用Mimics软件测量拇外翻HVA、IMA、DMAA可以精准生成上述3个角的边线,进而实现角度的精确测量;重建第一跖骨远端关节面,使DMAA测量的准确度和可靠性明显优于常规X线测量法。该方法是一种可行、可靠并且精准的测量方法,为拇外翻精准化、个体化治疗提供了可靠的基础。     

中脑水管处脑脊液循环的计算流体力学分析

目的:建立脑室系统的三维有限元模型,对脑脊液进行流固耦合流体力学分析。方法:以正常受检者的颅脑MR图像为数据源,在Mirnics 14.0中建立包括整个脑室系统的三维数字化模型,再导入到Ansys 13.0软件中进行有限元模型的建立,并模拟流固耦合条件下中脑导水管处脑脊液的流体力学变化。结果:得到了真实的脑室系统三维数字模型及正常中脑水管的有限元模型,进行有限元计算得出了一系列的可视化流体数据。结论:针对脑脊液物理特性的流固耦合研究更符合实际生理,为脑脊液循环计算流体力学研究提供了比较准确的模拟方法 。     

拇外翻畸形截骨矫形后第一跖骨三维层面畸形指标的量化分析

背景：关于拇外翻畸形二维层面的第一跖骨骨性结构位移改变参数对临床诊疗有重要意义,而三维层面畸形指标量化分析可能对术后疗效有一定影响。目的：探讨拇外翻畸形截骨矫形术后第一跖骨三维层面畸形指标量化改变,为临床工作提供参考。方法：选择2020年10月至2023年4月衡水市人民医院收治的拇外翻畸形患者100例(足),均行截骨矫形术。于术后6个月采用美国足踝矫形学会拇趾关节评分评估患者足部功能;术前、术后6个月拍摄负重位足部正侧位X射线片及模拟负重位CT片,量化分析不同年龄、不同性别、不同疗效患者手术前后第一跖骨三维层面畸形指标,包括第1-2跖骨间角、拇外翻角、远端关节面固角、胫侧籽骨位置及第一跖骨旋转α角,分析第一跖骨三维层面畸形指标手术前后差值对疗效的评估价值。结果与结论：(1)术后6个月美国足踝矫形学会评分为75-98分,平均(88.25±4.14)分,其中优56例,良28例,可14例,差2例,优良率为84%(84/100);(2)相较于术前,不同年龄、不同性别拇外翻畸形患者术后6个月第1-2跖骨间角、拇外翻角、远端关节面固角、胫侧籽骨位置及第一跖骨旋转α角均明显改善(P <0.05...     

Endobutton悬吊钢板在拇外翻畸形中的新应用

背景:拇外翻是一种复杂的畸形,尚无治疗金标准,截骨治疗目前得到推崇,但并发症较多,能否进行不截骨矫正拇外翻是作者所在课题组进行的一项新尝试。目的:探讨Endobutton钢板悬吊固定治疗拇外翻畸形的效果。方法:2013年4月至2018年8月苏州大学附属常州肿瘤医院骨科采用Endobutton钢板悬吊固定治疗拇外翻26足,不截骨。所有患者对治疗方案均知情同意,且得到医院伦理委员会批准。术前、术后测量拇外翻角及第1,2跖骨间角,术后12个月评估美国足踝外科协会评分。结果与结论:①所有患者均获满意随访,随访周期8-38个月;②术后患者拇外翻角[(14.15±3.60)°vs.(28.95±4.12)°,P<0.01]及第1,2跖骨间角均显著小于术前[(7.88±0.90)°vs.(15.82±1.81)°,P<0.01]:③术后12个月患者美国足踝外科协会评分为(89.15±7.81)分,显著高于术前(62.08±7.10)分(P<0.01);④提示Endobutton钢板悬吊固定第1,2跖骨间是治疗拇外翻是一种可行的方案。     

颈椎三维有限元模型的建立

目的 建立颈椎（C2～ C7）三维有限元模型。方法 根据1名既往无颈椎病史健康成年男性志愿者的颈椎断层CT扫描序列图像,采用Mimics1 3.1、SolidWorks2012软件进行三维重建和造型,利用ANSYS14.0软件,采用四面体网格划分方法,对颈椎及周围组织赋予不同的材料属性,建立颈椎（C2 ～C7）三维有限元模型。结果 本研究成功建立了6个椎体运动节段的三维有限元模型,模型高度模拟颈椎结构与材料特性,单元划分精细。在建立的模型上加载模拟脊柱的前屈、后伸、左右侧曲、左右旋转6种工况下的生理活动,所获得的理论分析结果与参考文献的报道一致。结论 建立的颈椎三维有限元模型可进行颈椎生物力学研究。     

机械应力对拇外翻足截骨端成纤维细胞外泌体的调控机制

背景:微创治疗拇外翻术后“裹帘”外固定(通过趾蹼间夹垫“8”字绷带弹性外固定实现),为截骨端愈合提供适宜的力学环境。可见应力刺激对截骨端愈合至关重要,但其机制尚未明确。目的:探索机械应力对成纤维细胞来源外泌体的调控机制。方法:取拇外翻手术取得的第1跖骨头内侧骨组织,采用组织直接贴壁培养的方法进行成纤维细胞体外培养获取传代细胞,模拟拇外翻患者术后“8”字绷带包扎法截骨端所受力学刺激,提取外泌体。利用电镜、纳米粒径追踪分析、Western blot检测外泌体大小分布、形态及外泌体标志物的差异。研究方案于2013-03-21经中国中医科学院望京医院伦理委员会批准,批准编号为2013-03-21。结果与结论:拇外翻足截骨块培养的成纤维细胞加载15%的静态拉伸作用后,分泌的外泌体增加,且外泌体中均存在CD9和CD81。2组外泌体的粒径分布范围相符,且15%的静态拉伸作用使得外泌体的浓度增高。说明15%的拉伸力有助于成纤维细胞分泌生长因子,进而有助于促进成骨细胞成骨。     

经皮微创跖骨远端截骨治疗拇外翻疗效观察

拇外翻是中老年人常见的后天性畸形，以女性多见，有家族性，时常合并扁平足。它是由拇跖外翻和跖骨内翻构成的三角形畸形，第一跖骨头肥大，内侧多形成滑囊，压痛明显，足前部增宽，足横弓塌陷，行走困难。传统的拇外翻手术方法有130余种，多数医生根据患者拇外翻角，跖骨间角，第一跖骨长度，内收程度等决定手术方式。我院白2006年1月～2007年4月采用经皮微创跖骨远端截骨方法治疗跖外翻16例27足取得了较好疗效，报告如下。[第一段]     

Ludloff截骨修复矫治拇外翻的三维力学特点

背景：目前针对Ludloff截骨三维特点的研究甚少,且结论稍有不同,导致不能准确地理解其截骨特点。 目的：分析Ludloff截骨技术修复矫治拇外翻的三维力学特点。 方法：采用长86.56 mm、直径30.65 mm的木质圆柱体,进行Ludloff截骨矫治拇外翻的模拟试验,测量并记录数据。 结果与结论：圆柱体的长度随矫形程度的增加而逐渐短缩;无论截骨面偏向跖侧、背侧或水平,截骨的结果均导致远端内旋。Ludolff截骨矫治拇外翻的结果是使截骨远端呈内旋,这对改善第一跖趾关节生物力学有积极的作用。对于有明显跖骨痛的患者可采用偏向跖侧15°~20°的截骨面;对于Ⅰ/ⅡIMA(≥30°)的患者,应谨慎使用Ludolff截骨。     

模拟足拇展肌与拇收肌移位吻接术生物力学性质实验研究

研究了正常拇展肌、拇收肌拉伸力学性质和模拟拇外翻拇展肌，拇收肌移位吻接术后拇展肌和拇收肌的力学性质。取10个足标本，解剖后暴露拇展肌与拇收肌，将标本固定于电子万能试验机底座上，由钢丝绳吊钩沿拇收肌、拇展肌纵行方向钩住、钢丝绳上端固定于试验机上夹头上，驱动机器，对标本施加拉应力，直至拇收肌或拇展肌断裂，得出拉伸最大载荷、应力、应变等数据。对断裂后的拇收肌和拇展肌模拟临床手术进行移位吻接，10个拇展肌标本做了腱与腱移位吻接，另取10个拇收肌标本做了腱与腱吻接，10个拇收肌标本做了腱与骨膜吻接。分别对吻接后的标本进行拉伸实验，分别得出了吻接术后各组的拉伸最大载荷、应力、应变等数据和曲线。 以多项式，用最小二乘法得出了各组标本的应力-变关系表达式及应力应变曲线。实验结果表明，拇收肌的应力与拇展肌接近。拇收肌应变大于拇展肌。模拟临床手术拇展肌腱与腱吻合拉伸强度大于拇收肌腱与腱吻合。应变小于拇收肌腱与腱吻合，拇收肌移位腱与骨膜吻接强度低于腱与腱吻合，二者应变较接近。得出了一些重要结论。对实验结果进行分析讨论。     

儿童肱骨三维有限元建模及验证

背景：有限元数值模拟力学实验方法是对人体进行生物力学结构研究的有效手段。 目的：建立正常6岁健康儿童肱骨的三维有限元模型。 方法：使用某6岁儿童志愿者的人体CT数据,导入到Mimics 10.01软件中,应用阈值分割的方法进行肱骨三维重建。运用Geomagic Studio 12.0对模型表面进行表面优化处理及曲面片的划分,然后使用TrueGrid软件进行网格划分,最后对其进行材料属性赋值,完成有限元模型的构建。施加边界条件及约束,模拟肱骨的三点弯曲试验,输出模拟结果。 结果与结论：建立完成的肱骨有限元模型包括3 024个节点,8节点六面体单元1 875个,实验分别加载0.01 m/s和3 m/s的动态载荷,肱骨中部均发生断裂,载荷-位移曲线与尸体试验结果近似。模拟结果显示,儿童肱骨的有限元模型仿真结果与尸体试验结果较为接近,有限元仿真法可以很好的模拟人体骨骼的物理特性。