下胫腓联合韧带的生物力学有限元分析

背景:下胫腓联合韧带对维持踝关节稳定性的作用较大,现在越来越多的学者开始注重下胫腓联合韧带的生物力学研究,但单独对下胫腓前韧带、骨间韧带、下胫腓后韧带、横韧带的生物力学研究报道较少.目的:建立一个包括下胫腓联合韧带、胫腓骨远端及距骨的踝关节三维有限元的仿真模型,研究下胫腓联合韧带对踝关节稳定性的影响.方法:基于计算机断...     

步态周期中踝关节有限元模型的构建及生物力学分析

背景:踝关节属于人体最重要的承重关节之一,在行走过程中发挥着重要作用,目前缺少有关踝关节在步态周期中应力的相关研究。目的:基于有限元法分析步态周期中踝关节的应力大小及区域变化。方法:首先通过Mimics 16.0软件及Rapidform XOR364软件构建踝关节有限元模型;利用此踝关节模型与Anderson构建的胫距下关节面有限元模型的应力及接触面积进行对比,验证模型的有效性;最后通过ABAQUS有限元分析软件,模拟踝关节在步态周期中平衡站立工况及支撑末期工况的应力状态,通过对比相同区域不同工况的应力变化,分析踝关节在步态周期中的作用,探讨踝关节失稳状态下踝关节的应力变化。结果与结论:(1)构建的踝关节有限元模型共包括44 551个单元、16 718个节点,并验证了其有效性与合理性;(2)平衡站立工况下:主要应力集中在距腓前韧带(A、B)、胫距前韧带(C、D)、胫距后韧带近端(F)、胫距关节下表面(H);踝关节最大应力在胫距后韧带近端附着点(F),为10.670 MPa;最小应力在内踝胫骨关节面(J),为2.965 MPa;(3)支撑末期工况下:主要应力集中在距腓前韧带(A、B)、胫...     

不同位置腓骨截骨后踝关节力学改变的有限元分析

目的基于有限元分析探讨不同高度腓骨截骨后的力学变化及对踝关节的影响, 为腓骨移植修复下颌骨缺损选择合适的腓骨截骨位置提供理论指导。方法纳入2020年6月—2022年6月蚌埠医学院第一附属医院CT室10例患者的左下肢CT影像资料, 其中男7例、女3例, 年龄20～60岁、中位年龄43岁, 口腔癌患者4例、右下肢骨折患者6例。基于患者CT扫描原始数据, 采用Mimics、Geomagic studio、SolidWorks、Abaqus等软件构建出包含胫腓骨和踝关节的三维有限元模型。按照腓骨截骨高度不同分为5组:A组(对照组)为包含完整的胫腓骨和踝关节的骨骼模型, B组～E组(观察组)分别为距离腓骨下端5、7、9和11 cm处向上截取8 cm长腓骨的胫腓骨和踝关节骨骼模型。在有限元分析软件Abaqus 6.14中, 对各组模型设置约束及载荷条件, 建立分析作业, 得出应力分布及变化, 采用方差分析、SNK-q检验等统计学方法对比分析各组模型中胫距关节面、距腓关节面、跟距关节面、胫腓关节面应力变化情况, 以及胫骨内部应力变化情况。结果 A组踝关节受力时各关节面应力由大到小依次为跟距关节面、胫...     

踝外侧副韧带损伤对踝关节稳定性及软骨接触应变影响的有限元分析

背景：在踝关节扭伤和踝关节韧带损伤中近85%涉及外侧副韧带,损伤的机制为足跖屈时踝关节内翻。急性踝关节外侧扭伤的患者中有20%-40%会出现持续疼痛和慢性踝关节外侧不稳,导致距骨平移和旋转过大,加速软骨磨损,导致关节退化。目的：通过有限元建模探究不同类型的踝外侧副韧带损伤模型对踝关节稳定性以及距骨穹窿软骨接触应变的影响。方法：将1名27岁志愿者足踝CT扫描数据DICOM文件导入有限元软件中,进行三维重建及曲面拟合,再进行网格划分,建立含有骨骼、关节软骨和韧带的完整踝关节有限元模型,对比正常、距腓前韧带损伤、跟腓韧带损伤和距腓前韧带+跟腓韧带损伤4种不同工况下的踝关节稳定性和距骨软骨接触应变的改变。结果与结论：(1)在前抽屉试验中,距腓前韧带损伤和距腓前韧带+跟腓韧带损伤距骨前移距离明显大于正常和跟腓韧带损伤(P <0.05),而距腓前韧带损伤和距腓前韧带+跟腓韧带损伤之间、正常和跟腓韧带损伤之间差异无显著性意义(P> 0.05);(2)在距骨倾斜试验中,跟腓韧带损伤和距腓前韧带+跟腓韧带损伤距骨倾斜角度明显大于正常和距腓前韧带损伤,而跟腓韧带损伤和距腓前韧带+跟腓韧带损伤之...     

下胫腓联合损伤模型复位的压力与位移变化的生物力学研究

目的　探讨下胫腓联合损伤复位施加压力与位移变化的关系,探索最佳复位力度。 方法　选取10例新鲜冻融尸体小腿标本,解剖下胫腓联合复合体,依次切断下胫腓联合前方结构（下胫腓前韧带）、后方结构（下胫腓后韧带和下胫腓横韧带）,以及下胫腓联合上方10 cm的骨间膜,在同一标本上建立不同程度的下胫腓损伤模型,每个模型分别接受CT扫描,通过Mimics软件测量外踝嵴（A）和内踝表面中心（B）在不同模型中的距离。循AB连线方向复位,记录位移与压力大小的关系。 结果　分别切断下胫腓前联合、前后联合、前后联合及上方10 cm骨间膜后,AB平均距离均有增大,与下胫腓联合完整时差异有统计学意义,P<0.05;但每组损伤模型间AB距离对比无明显统计学差异,P>0.05。使用生物力学压力测试仪测出下胫腓解剖复位所需压力为40~70 N。下胫腓前后联合断裂复位所用压力与单纯下胫腓前联合断裂复位对比差异无统计学意义,P>0.05。下胫腓前后联合及上方10 cm 骨间膜断裂复位所用压力与下胫腓前后联合断裂复位对比差异无统计学意义,P>0.05;但与单纯下胫腓联合前韧带断裂复位对比差异具有统计学意义,P＜0.05。 结论　下胫腓联合不同程度损伤后,下胫腓之间分离的距离较完整时存在显著性差异,需用不同大小的力量进行复位。     

外踝韧带张力测定与踝关节不稳定性实验

本实验应用改良扣带式张力传感器测定了32侧完整成人下肢踝关节骨—韧带标本,并模拟腓骨部分切除和外踝韧带断裂后,进行了踝关节不稳定性试验,发现这些结构的损伤可造成相应的踝关节不稳定,腓骨切除后胫腓前后韧带张力增加,而距腓前后韧带与跟腓韧带张力减小(P<0.05),并出现踝关节不稳,内旋、内收和前抽屉运动分别增加4.3°,4.6°和2.3mm(P<0.05)。     

旋前-外旋型三踝骨折逆移位手法复位有限元分析

目的结合临床经验应用有限元方法探讨旋前-外旋型三踝骨折逆移位手法复位的可行性。方法基于CT影像及骨骼韧带等组织解剖特点、材料参数,构建国人年轻男性筋骨完整的正常踝关节模型;根据旋前-外旋型三踝骨折的相关特点,在恰当的位置进行截骨造模,建立筋骨结构完整的旋前-外旋型三踝骨折有限元模型;在有限元骨折模型上进行逆移位手法复位力学加载。结果通过位移加载,所建旋前-外旋型三踝骨折有限元模型得到了有效的复位。结论通过对逆移位手法复位旋前-外旋型三踝骨折进行有限元分析,在临床经验的基础上进一步证明了逆移位手法复位方法具有一定的可行性、有效性及科学性。     

下胫腓联合韧带损伤与体位关系的生物力学研究

目的　对下胫腓联合韧带损伤与体位的关系进行生物力学研究,探讨下胫腓联合各韧带在踝关节何种体位上更容易损伤。 方法　8只（左、右各4只）新鲜成人小腿,完全暴露下胫腓联合各韧带后自踝关节上方20 cm横断,上端用牙托粉包埋模拟上胫腓关节。足底自跟骨前方横断,保留距下、距舟、跟骰关节,同样用牙托粉平行足底板包埋置于生物材料实验系统上。固定踝关节于中立、背伸(15°)、跖屈（20°）、内翻（15°）、外翻（20°）、内旋（10°）、外旋（5°）7个体位,逐步缓慢轴向加载500N和外旋方向5N.m扭矩后测出各韧带相对于中立位未受力时的长度变化,计算出各韧带的应变。 结果　下胫腓前韧带在踝关节处于内翻、跖屈位时应变最大和次最大,分别为(0.1294±0.0030)、(0.1150±0.0018);下胫腓骨间韧带也在踝关节处于内翻、跖屈位时应变最大和次最大,分别为（0.1331±0.0030）、（0.1138±0.0053）;下胫腓后韧带（包括深层的下胫腓横韧带）亦在踝关节处于内翻、跖屈位时应变最大和次最大,分别为（0.0427±　0.0016）,（0.0285±0.0015）,统计分析具有显著性差异（P<0.05）。 结论　下胫腓前韧带在内翻位或内翻、跖屈复合体位（即旋后位）时应变最大因此受力最大更易损伤,同理下胫腓骨间韧带、后韧带也均在内翻位或旋后位时更易损伤。     

41例旋后外旋型踝关节骨折手术治疗体会

目的 探讨分析如何提高旋后外旋型踝关节骨折的手术疗效。方法 回顾分析41例旋后外旋型踝关节骨折的手术疗法及随访结果，患者手术时在X光机监视下先复位、固定外踝，再固定下胫腓关节，最后固定内踝．内翻位石膏固定治疗三角韧带损伤。在后踝骨折大于1／3关节面时，行螵钉固定。结果 41例患者均得到随访，平均随访时间18月(12～62月），临床疗效优25例(61％)，良10例(244％)，可4例(9.7％)．差2例(4．9％)。结论 正确的手术方法可获得较好的临床手术疗效。     

旋后外旋型踝关节骨折手术治疗体会 （附41例报告）

目的探讨分析如何提高旋后外旋型踝关节骨折的手术疗效.方法回顾分析41例旋后外旋型踝关节骨折的手术方法及随访结果,患者手术时在X光机监视下先复位、固定外踝,再固定下胫腓关节,最后固定内踝,内翻位石膏固定治疗三角韧带损伤.在后踝骨折大于1/3关节面时,行螺钉固定.结果 41例患者均得到随访,平均随访时间18月(12～62月),临床疗效优25例(61%),良10例(24.4%),可4例(9.7%),差2例(4.9%).结论正确的手术方法可获得较好的临床手术疗效.     

前韧带加强修复结合螺钉固定用于下胫腓不稳的生物力学特性分析

目的 建立踝关节骨折固定后遗留下胫腓前韧带损伤,用锚钉加强修复结合螺钉固定的有限元模型,比较其受力及变形情况.方法 选取1例正常男性青年志愿者踝关节CT图像,建立踝关节骨折固定后遗留下胫腓前联合损伤有限元模型,对损伤模型置入锚钉固定为实验组,使用螺钉固定为对照组.通过有限元分析计算,观察两组模型在各种载荷工况下的最大应...     

下胫腓关节的损伤机制及其稳定复合体解剖研究

目的　对下胫腓关节及其稳定复合体进行解剖研究,分析下胫腓关节损伤的相关机制,以期为临床治疗提供解剖学依据。 方法　收集由福尔马林固定的5例完整的成人尸体（共10侧）,模拟临床下胫腓关节损伤并进行暴力试验,解剖观察下胫腓联合韧带的稳定复合体。 结果　下胫腓的稳定复合体由胫腓下联合横韧带、前韧带、后韧带和胫腓骨间韧带构成;Cotton试验中最先撕裂的是胫腓下联合前韧带,随之接连受损的是骨间膜与下胫腓骨间韧带,胫腓下联合横韧带与后韧带均保存较为完整。 结论　下胫腓关节及其稳定复合体发生损伤时,下胫腓关节会发生分离,应及早进行关节及其稳定复合体的修复重建。     

利用有限元分析技术探讨后踝骨折的治疗方案

目的通过踝关节三维有限元模型,研究静止站立位后踝骨折后胫距关节面的应力变化及位移趋势,为后踝骨折的治疗提供理论依据。方法以一套正常人体站立位踝关节CT图像为原始数据,应用有限元建模技术,建立带有关节软骨的踝关节三维有限元模型,对模型的有效性进行验证。通过对后踝关节面进行分区、切割,模拟计算后踝不同骨折范围条件下施加正常应力时的关节软骨接触面积、最大接触应力、平均接触应力、最大位移等参数。结果随着骨折范围的增加,胫骨软骨接触面积呈逐渐减小趋势,胫骨软骨的平均接触应力值逐渐增大,胫骨相对位移增加。胫距关节的应力区主要集中在踝穴的外侧及前外侧,当后踝骨折面积超过1／3时,关节负重区面积明显缩小,关节位移趋势增加。结论后踝骨折面积超过1／3时,关节接触面积明显减小,应力变化明显增加,关节位移趋势增加,预后不佳,具有手术复位固定的指征。     

踝关节腓骨旋转角测量：术中判断下胫腓骨联合复位的成功率

背景：CT在诊断下胫腓联合方面优于X射线平片,但是判断下胫腓联合旋转失匹配的CT诊断标准目前还缺乏研究。目前国内外下胫腓关节三维失匹配还缺乏系统研究,特别是对旋转关系的测量。 目的：用CT测量正常人群的下胫腓联合的腓骨相对胫骨的旋转角度。 方法：在符合条件的志愿者中随机抽取21名男性及21名女性进行测试,用CT随机扫描单侧踝关节。轴位CT测量包括胫腓前间隙、胫腓后间隙、腓骨旋转角、胫腓前关节面切线角、胫腓后关节面切线角。为了确保可靠性,2个研究者在3个不同的场合独立鉴定、评价每个CT数据。 结果与结论：42例踝关节纳入到数据分析。下胫腓联合胫骨面形状大致分为深弧形、浅弧形、浅坡形及平直形,其中以深弧形对称型多见。腓骨形状可大致分为三角形、圆形、椭圆形,以三角形最多见。各测量指标95%置信区间：胫腓前间隙2.10-2.25 mm、胫腓后间隙4.14-4.29 mm、腓骨旋转角103.97°-106.30°、胫腓前关节面切线角21.88°-26.64°、胫腓后关节面切线角33.03°-36.63°。其中腓骨旋转角测量变异系数最小,相对波动小,更具有代表性。下胫腓联合CT测量的众多指标中腓骨旋转角是一个更为稳定的指标。这些数据为下胫腓联合的精确复位提供数据基础。     

旋后外旋型踝关节骨折中后踝骨折块的三维分布热图研究

目的 探讨Lauge-Hansen旋后外旋型踝关节骨折的后踝骨折块的立体骨折线-面-三维立体分布情况,为临床提供参考。方法 回顾性分析2012年1月—2017年3月同济大学附属同济医院收治的70例旋后外旋型Ⅲ/Ⅳ度后踝骨折患者的CT扫描数据及临床资料,将所有医学数字成像和通信数据使用Mimics 16.0进行分析,复位骨折后,使用3-Matic软件在立体图形中标识骨折线。进行标准化后,将所有后踝骨折块的立体骨折线绘制于同一三维立体图像中。最终绘制出骨折线和骨折面的热图。结果 后踝关节面骨折线变化各异,但大部分骨折线仍集中于一条弧形带状区域。该带状区域始于距离后缘切线1/7~2/7的位置,止于距离外缘切线5/11~7/11的位置。后踝骨折块关节面占胫骨远端总关节面面积的比例平均为14.96%(2.23%~38.45%)。立体骨折块出现频率最高的区域位于标准底部视角后侧的2/11、标准内侧视角后侧的1/9、标准外侧视角后侧的1/11。结论 后踝骨折的位置变异较大,大部分骨折块位于后外侧,即主要为 HaraguchiⅠ型或Bartonicek-Rammelt 2型骨折。对于后踝骨折的线-面-三维研究,有助于手术计划的制定、损伤机制的探索,以及为生物力学或有限元建模提供理论依据。     

Anatomical evaluation and clinical importance of the tibiofibular syndesmosis ligaments

The aim of this study was to describe the detailed anatomical arrangement of ligaments of the tibiofibular syndesmosis and to highlight the clinical aspects of fracture dislocations. This study was performed on 42 legs of adult human embalmed cadavers. Tibiofibular syndesmosis ligaments attachments and their mutual relationships were described and their dimensions were measured. The anterior tibiofibular ligament is usually composed of three parts. This ligament runs obliquely at laterodistaly direction making 35° angle with horizontal plane and posteriorly 65° angle with sagittal plane. The posterior tibiofibular ligament runs almost horizontally 20° angle with horizontal plane. The mean thicknesses of tibial and fibular attachments are 6.38±1.91 mm and 9.67±1.74 mm, respectively. The inferior transverse ligament originates from just below the posterior tibiofibular ligament, which has variations on the shape and dimensions due to its attachment points. The average length is 36.60±9.51 mm. The network between the fibular notch and the distal fibula has been filled with the interosseous tibiofibular ligament whose fibers follow the laterodistal and anterior direction from the tibia to the fibula. It lies proximally 30–40 mm from the mortise. At the inferior view of the tibiofibular syndesmosis a pyramidal shaped cartilaginous facet was observed which was attached to the fibula. The length of this cartilage was variable. Some of synovial plicas from the ankle joints synovial membrane were observed at this view. We conclude that the results of this study may be useful to both orthopedic surgeons and radiologists for anatomic evaluation of the tibiofibular syndesmosis area.     

不同手术方式治疗踝关节韧带复合体损伤的生物力学评价

目的　研究不同手术方式治疗踝关节3个韧带复合体同时损伤的生物力学特征。 方法　选用6例成年新鲜正常踝关节,建立3组模型：A组：模拟内、外侧韧带损伤后予以形态和张力完全修复,下胫腓联合不固定。B组：模拟内、外侧韧带损伤后予以形态和张力完全修复,固定下胫腓联合。C组：模拟踝关节外侧韧带损伤后予以形态和张力完全修复,固定下胫腓联合,内侧韧带损伤不修复。 6例踝关节按A 、B、C顺序分别入组,分别在背伸10°等5种状态下加载压力,记录和比较各组标本的峰值压力。 结果　各状态下应力比较：B组＜C组＜A组;B组与A组比较均有统计学差异（P＜0.05）;B组与C组比较在背伸、外翻位有统计学差异（P＜0.05）,在其他位置无统计学差异。 结论　当踝关节3个韧带复合体同时损伤时,内、外侧韧带同时完好（或修复）,并且固定下胫腓联合的手术方式能使踝关节应力减至最低。