拇外翻術(shù)后并發(fā)轉(zhuǎn)移性跖骨痛機(jī)制的有限元研究.pdf

1、轉(zhuǎn)移性跖骨痛主要是指足部手術(shù)或外傷后引發(fā)外側(cè)跖骨頭下的局限性疼痛，臨床常見于拇外翻術(shù)后。一般順序?yàn)橄瘸霈F(xiàn)在第2跖骨頭，其次為外側(cè)的第3～5跖骨。Jones發(fā)現(xiàn)一些關(guān)于第一跖骨頭頸部截骨(Austin，Reverdin，改良Reverdin)術(shù)后出現(xiàn)轉(zhuǎn)移性損傷的發(fā)生率為6％。Shapiro和Heller報道Mitchell截骨術(shù)后，有33％的患者會發(fā)生轉(zhuǎn)移性跖骨痛。郭林對術(shù)后轉(zhuǎn)移性跖骨痛10足進(jìn)行分類，Keller術(shù)后發(fā)生3足，Mitch

2、ell和Wilson各2足，Scarf，Loison和跖趾關(guān)節(jié)融合各發(fā)生1足。
　　 據(jù)文獻(xiàn)記載治療拇外翻有200多種術(shù)式，現(xiàn)在臨床上經(jīng)常被使用的術(shù)式有8-9種，但無論哪一種手術(shù)，對于轉(zhuǎn)移性跖骨痛的發(fā)生均不可避免?，F(xiàn)今它已作為患者對術(shù)后效果不滿意的主要原因之一，困擾著國內(nèi)外許多足踝外科醫(yī)生。導(dǎo)師溫建民采用中西醫(yī)結(jié)合微創(chuàng)方法治療拇外翻畸形，20年來通過對2萬多例拇外翻患者的臨床觀察和驗(yàn)證，其手術(shù)優(yōu)良率達(dá)98.5％。該手術(shù)具有創(chuàng)口小

3、、痛苦及合并癥少、矯形滿意、術(shù)后即可下地行走等優(yōu)點(diǎn)被廣大患者所接受，但臨床上也會偶發(fā)轉(zhuǎn)移性跖骨痛的病例。所以研究其相關(guān)原因并解決這一問題成為當(dāng)前足踝外科醫(yī)生所面臨的重要課題。
　　 近年來隨著有限元分析方法在生物力學(xué)方面的應(yīng)用，尤其在對人體骨骼結(jié)構(gòu)進(jìn)行力學(xué)研究時，傳統(tǒng)力學(xué)實(shí)驗(yàn)幾乎無法直接進(jìn)行，所以在模擬力學(xué)實(shí)驗(yàn)時有限元分析方法則成為了一種行之有效的方法。有限元分析方法的最大優(yōu)點(diǎn)是對生物體無損傷，且可以模擬活體組織內(nèi)部的生物力學(xué)行

4、為，模擬環(huán)境及生物力學(xué)測試精度高，模型具有使用的可重復(fù)性。除此之外，有限元法在研究實(shí)效上具有省時快捷，費(fèi)用低廉，應(yīng)用面廣等優(yōu)點(diǎn)。
　　 本文采用中西醫(yī)結(jié)合微創(chuàng)截骨術(shù)后并發(fā)轉(zhuǎn)移性跖骨痛患者1例，對其右足進(jìn)行有限元建模。結(jié)合微創(chuàng)手術(shù)的操作特點(diǎn)，選擇第一跖骨短縮量、第一跖骨截骨遠(yuǎn)端移位量、第一跖楔關(guān)節(jié)角度變化量為假設(shè)條件，通過對模型的加載和計(jì)算分析，綜合觀察各跖骨頭下的應(yīng)力變化特點(diǎn)，探索轉(zhuǎn)移性跖骨痛的生物力學(xué)發(fā)生機(jī)制。
　　

5、1.目的
　　 1.1建立拇外翻術(shù)后轉(zhuǎn)移性跖痛癥足的有限元模型;
　　 1.2探索拇外翻術(shù)后出現(xiàn)轉(zhuǎn)移性跖骨痛的生物力學(xué)機(jī)制。
　　 2.方法
　　 2.1采用1例拇外翻術(shù)后轉(zhuǎn)移性跖骨痛右足，運(yùn)用螺旋CT掃描獲得該足圖像，以圖像處理軟件VTK5.0、三維建模軟件Geomagic Studio8.0、有限元軟件ANSYS13.0為工具，建立患足有限元模型，經(jīng)驗(yàn)證模型有效性和可靠性后，模擬靜態(tài)下直立加載人體重力

6、，觀察前足各跖骨頭下應(yīng)力分布。另外以Foot-scan測試系統(tǒng)對患足靜態(tài)直立時進(jìn)行測試，對比前后兩者之間的差異。
　　 2.2根據(jù)術(shù)前術(shù)后X線測量，得出第一跖骨實(shí)際短縮量為5mm。在有限元模型上，模擬施行第一跖骨延長術(shù)，每次延長1mm，共5次，直至恢復(fù)術(shù)前長度，觀察足站立相前足跖骨頭下應(yīng)力變化。
　　 2.3模擬第一跖骨截骨遠(yuǎn)端，分別向背側(cè)(2mm、4mm)及跖側(cè)(2mm、4mm)移位，觀察足站立相前足跖骨頭下應(yīng)力變化。

7、
　　 2.4模擬第一跖楔關(guān)節(jié)角度分別為9°、12°、15°時，觀察足站立相前足跖骨頭下應(yīng)力變化。
　　 3.結(jié)果
　　 3.1建立了拇外翻術(shù)后轉(zhuǎn)移性跖骨痛足的三維有限元模型，模型構(gòu)建了骨骼、軟骨、跖腱膜，足底軟組織等組織，共計(jì)六面體單元數(shù)91093個，節(jié)點(diǎn)數(shù)128302。通過驗(yàn)證有限元模型是有效且可靠的，對比有限元模型靜態(tài)足底應(yīng)力與Foot scan力板測量，兩者應(yīng)力分布趨勢一致。
　　 3.2模擬第一

8、跖骨延長術(shù)，每次延長第一跖骨1mm，分5次，直至第一跖骨恢復(fù)術(shù)前長度。靜態(tài)下，腓側(cè)籽骨下應(yīng)力有增大趨勢(1.888Mpa～2.534Mpa);第二跖骨頭下應(yīng)力呈減小趨勢，(1.393Mpa～1.209Mpa);第三跖骨頭下應(yīng)力呈現(xiàn)減小趨勢(1.311Mpa～1.255Mpa);第四跖骨頭下應(yīng)力呈減小趨勢(2.138Mpa～1.818Mpa);脛側(cè)籽骨和第五跖骨頭下應(yīng)力變化趨勢不明顯。
　　 33模擬第一跖骨截骨遠(yuǎn)端，分別向背側(cè)（

9、2mm，4mm）及跖側(cè)(2mm，4mm)移位，當(dāng)?shù)谝货殴墙毓沁h(yuǎn)端自跖側(cè)4mm向背側(cè)4mm移位后，第一跖骨頭下應(yīng)力逐漸減小(脛側(cè)籽骨1.107～0.435Mpa，腓側(cè)籽骨1.935～1.697Mpa);第二跖骨頭下應(yīng)力逐漸增大(1.246～1.543Mpa);第三跖骨頭下應(yīng)力逐漸增大(1.209～1.705Mpa);第四、五跖骨頭下應(yīng)力變化趨勢不明顯。
　　 3.4模擬第一跖楔關(guān)節(jié)活動度改變，設(shè)定第一跖楔關(guān)節(jié)活動度分別為9°，12

10、°，15°，當(dāng)?shù)谝货判P(guān)節(jié)角度增加時，脛側(cè)籽骨應(yīng)力呈逐漸減小趨勢(0.876～0.291Mpa);第二跖骨頭下應(yīng)力逐漸增大(1.393～1.789Mpa);第三跖骨頭下應(yīng)力逐漸增大(1.311～2.672Mpa);第五跖骨頭下應(yīng)力逐漸增大(2.470～3.571Mpa);腓側(cè)籽骨和第四跖骨頭下應(yīng)力變化不明顯。
　　 4.結(jié)論
　　 4.1本研究建立了準(zhǔn)確且可靠的三維有限元模型。
　　 4.2拇外翻術(shù)后第一跖骨長度

11、、第一跖骨截骨遠(yuǎn)端位置，第一跖楔關(guān)節(jié)角度變化均會對前足足底應(yīng)力產(chǎn)生影響。
　　 4.3拇外翻術(shù)后第一跖骨短縮，會導(dǎo)致外側(cè)跖骨頭負(fù)荷增加，出現(xiàn)轉(zhuǎn)移性跖骨痛的風(fēng)險。相比之下，第二跖骨頭下應(yīng)力比第三跖骨應(yīng)力增高迅速可能是轉(zhuǎn)移性跖骨痛多先侵犯第二跖骨的原因。拇外翻矯正手術(shù)應(yīng)盡可能不干擾，少影響第一跖骨長度，以獲得相對正常的足底應(yīng)力分布。
　　 4.4拇外翻術(shù)后第一跖骨頭移向背側(cè)，導(dǎo)致第一跖骨頭周圍正常構(gòu)型被破壞，應(yīng)力向外側(cè)轉(zhuǎn)移。

12、根據(jù)第一跖短縮量與第一跖骨傾斜角度，來決定截骨遠(yuǎn)端跖移量，如此才能恢復(fù)相對正常的足部應(yīng)力分布，降低術(shù)后轉(zhuǎn)移性跖痛癥的發(fā)生率。
　　 4.5第一跖楔關(guān)節(jié)角度異常增加，足底負(fù)重模式會隨之改變，外側(cè)跖骨頭下應(yīng)力逐漸增大。第三跖骨頭下應(yīng)力較第二跖骨下應(yīng)力增加更為明顯，可能在原有第二跖骨頭疼痛的基礎(chǔ)上引發(fā)新一輪跖痛癥。第一跖楔關(guān)節(jié)失穩(wěn)可能成為轉(zhuǎn)移性跖骨痛發(fā)生的潛在因素。
　　 以上因素均可能導(dǎo)致轉(zhuǎn)移性跖骨痛的發(fā)生，應(yīng)引起臨床醫(yī)生的