组合带血管髂骨及皮瓣重建跖骨缺损的三维有限元研究及临床分析

目的分析跖骨缺损对足弓的影响及髂骨重建对足功能恢复的意义．、方法用三维激光测量仪测绘成人正常足骨骼标本，得到足的点云图和解剖特征数据，再结合临床实用简化模拟出胫侧组(1—3跖骨)、腓侧组(4～5)跖骨缺损后，以有限元法计算足弓应力和位移的改变；评价采用髂骨重建后足位移及应力恢复数据和结果。结果跖骨缺损导致足位移和应力的改变：与完整足相比较，1～3跖骨100％缺损，位移(USUM)增加2．15倍，应力(VON)增加2．12倍；1～3跖骨50％缺损USUM增加1．65倍，VON增加2．05倍；4—5跖骨100％缺损后VON增加1．09倍，USUM增加1．44倍；50％缺损VON增加1．03倍。临床采用髂骨重建后，足弓及足支撑点恢复，有限元模拟结果数据接近正常值，临床病例随访效果满意。结论前足损伤致足跖骨缺损临床上应予重建修复，恢复足的三点支撑和足弓。采用游离髂骨加皮瓣组合移植是较为理想的手术方式。     

游离髂骨重建跖骨缺损的三维有限元及临床分析

目的 了解1～3跖骨缺损以髂骨重建后对足功能的影响。方法 在足骨骼三维模型上模拟1～3跖骨50％及100％缺损，采用髂骨重建，以有限元法计算得到的最大位移及最大应力为指标，分别评估跖骨缺损和重建后足的位移及应力。分析1996年3月～2003年1月5例跖骨缺损以游离带血管髂骨串联皮瓣重建后的疗效。结果 1～3跖骨缺损对足功能影响较大，与完整足相比较，缺损100％最大位移增加2．15倍，最大应力增加2．12倍；缺损50％最大位移增加1．65倍，最大应力增加2．05倍。模拟髂骨块重建跖骨缺损100％及50％后，最大应力及最大位移与正常数值相近。临床应用的5例，术后骨瓣及皮瓣均成活，随访1～2年。按Maryland足功能评价：优2例，良2例，可1例。结论 1～3跖骨缺损应修复，游离髂骨串联皮瓣移植是较为理想的手术方式。     

近跖骨基部截骨术治疗应力性跖骨痛(27例34足疗效观察)

应力性跖痛是前足第1横弓坍陷和受力不均引起的跖底压迫性疼痛[1],好发于第2、3、4跖骨头下,单个或数个罹患.自1994年以来,作者经手术治疗36例(51足),仅27例(34足)获随访. l 资料与方法 1.1 一般资料 汇集本院1994年6月～2010年12月进行手术治疗资料完整的应力性跖痛症(stress metatarsalgia) 27例34足,排除因(姆)趾籽骨移位或疲劳性跖痛症等.     

脊髓灰质炎后遗症高弓足第一跖骨下垂畸形

本文论述脊髓灰质炎后遗症高弓足第一跖骨下垂畸形的临床表现，影像学改变及分型，介绍第一跖节截骨融合术。根据我们的体会，该术式使脊髓灰质炎后遗症高弓足畸形的矫治更加完美，满意。     

第1跖楔关节失稳与(足母)外翻术后转移性跖骨痛相关性-前足跖骨头下压力的有限元研究

[目的] 建立(足母)外翻术后转移性跖骨痛足的有限元模型,探索足第1跖楔关节在矢状位的角度变化对前足跖骨头下的应力影响.[方法] 对(足母)外翻术后转移性跖骨痛患足进行CT扫描,利用VTK、Geomagic Studio 8.0、AN-SYS 13.0软件在计算机内构建右足三维有限元模型,静态直立加载人体重力,矢状位模拟第1跖楔关节角度分别在9°、12°、15°时,综合观察前足第1～5跖骨头下应力数值变化特点.[结果] 通过有限元方法对应力分析,第2、3、5跖骨头下Von Mises应力呈增大趋势,内侧籽骨应力逐渐减小,外侧籽骨应力先减小后增大,第4跖骨头下应力先增大后减小.[结论] 利用有限元分析方法研究第1跖楔关节对前足的应力影响,随着第1跖楔关节角度增加,前足外侧应力负荷有增大趋势.第1跖楔关节失稳可能是引起转移性跖骨痛发生的一个相关因素.临床医生对第1跖楔关节失稳应予以充分的重视,对于术前检查存在第1跖楔关节失稳,X线片有阳性表现的患者应向其交待术后出现转移性跖痛症的风险,并建议患者行跖楔关节融合术,以减少术后出现跖痛症的发生概率.     

第1跖骨远端楔形截骨治疗严重足母外翻25例分析

目的探讨严重足母外翻的治疗方法,评价第1跖骨远端截骨旋转复位配合软组织松解治疗严重足母外翻的临床效果。方法对25例（31足）中、老年重度足母外翻患者采用第1跖骨远端截骨结合足母趾骨赘切除、关节囊紧缩缝合加足母内收肌松解术,截骨端旋转复位克氏针交叉固定。结果本组25例（31足）均获随访,随访时间8～24个月,平均2.3年。采用美国足踝矫形学会足母外翻评分标准进行评定,本组优28足,良2足,差1足,优良率96.77%。均无感染及骨不连发生。结论第1跖骨远端楔形截骨旋转复位配合软组织松解,是治疗中、老年重度足母外翻安全有效的方法,无明显并发症及复发,疗效可靠。     

跖骨颈截骨内翻嵌插固定治疗(足母)外翻畸形

[目的]探讨跖骨颈斜行截骨内翻嵌插固定治疗疼痛性母外翻畸形的疗效。[方法]回顾该术式治疗36例(52足)疼痛性母外翻患者的临床资料,随访时限为2 a。手术前后均摄双足正侧位X线片,测量母外翻角及第1、2跖骨间夹角以判定畸形程度。并采用足部疾患治疗效果JOA评分并进行患足功能评分以评价其临床疗效。对该术式的适应证和并发症亦作了一定的探讨。[结果]术后骨愈合满意,无延迟愈合及不愈合情况,皮肤感染2例3足。术后2 a与术前相比,患者的母外翻角及第1、2跖骨间夹角平均矫正15.6°和4.2°,JOA评分提升29.6分。[结论]跖骨颈斜行截骨内翻嵌插固定可三维立体矫正母外翻畸形,是治疗疼痛性母外翻畸形的良好选择。     

足内侧皮神经营养血管皮瓣修复第1跖骨背软组织缺损

目的 探讨足内侧皮神经营养血管皮瓣修复第1 跖骨骨折术后跖背软组织缺损的手术方法及临床疗效.方法 2006年8月-2010年5月,应用足内侧皮神经营养血管皮瓣修复第1 跖骨骨折术后皮肤坏死46背软组织缺损13例,皮瓣切取面积：1.5cm×3.0cm～5.0cm×7.0cm.结果 13例皮瓣全部成活.随访6～12个月,外形、功能满意.结论 足内侧皮神经营养血管皮瓣的手术操作简单,血供可靠,足部损伤小.易成活,是修复第1跖骨骨折术后跖背软组织缺损比较理想的手术方法.     

第1跖骨头下沉治疗中重度(足母)外翻伴转移性跖骨痛

目的 探究Scarf+Akin截骨术(Scarf Akin osteotomy, SAO)联合第1跖骨头下沉(the first metatarsal head was sunk, FMHS)治疗中重度(足母)外翻伴转移性跖骨痛的临床疗效。方法 2019年10月至2021年10月采用SAO联合FMHS治疗51例(62足)(足母)外翻患者,其中男性6例,女性45例;年龄26～69岁,平均(46.40±13.69)岁。分析比较术前及末次随访时患足负重正位X线片所示(足母)外翻角(hallux valgus angle, HVA)、跖骨间角(intermetatarsal angle, IMA)、跖骨远端关节面角(distal metatarsal articular angle, DMAA)及第1跖骨角(first metatarsal angle, FMA)等影像学结果的变化。采用美国足踝外科学会(American orthopedic foot and ankle society, AOFAS)(足母)指关节评分系统评价疗效。采用视觉模拟评分法(visual analogue scal...     

正常人足踝部有限元模型的构建研究

目的 研究足踝部有限元模型的构建方法,为足踝部生物力学提供一个数字化研究平台. 方法 获取一名30岁男性志愿者的右足螺旋CT扫描图像,利用Mimics软件重建出足踝部28块骨骼及外围软组织的三维结构,通过Solidworks处理后导入Ansys的Workebench模块,建立足踝部三维有限元模型.在模型中还通过解剖和文献数据模拟建立各关节软骨、韧带、跖筋膜、小腿骨间膜,然后模拟踝关节正常站立状态下受力,选择相应边界条件进行加载分析. 结果建立了一个包含骨与外围软组织等复合结构的正常人体右足三维有限元模型,相埘客观地反映了人体足踝部的基本解剖结构和力学特性.模拟人体站立状态垂直加载600 N载荷于胫骨下端的上截面,踝关节胫骨下关节面应力主要分布于中部及前外侧,最大应力为3.97 MPa,平均接触应力为1.52 MPa,接触面积为343.6 mm~2. 结论本研究所建立的止常人体足躁部三维有限元模型经验证结果可靠,可进一步用于足踝部损伤的研究.     

下颌角截骨整形手术前后下颌骨生物力学的三维有限元分析

目的 通过建立下颌角截骨整形手术前后下颌骨的三维有限元模型,模拟分析手术前后咬合工况和下颌骨受外力撞击工况下颌骨的生物力学变化.方法 选取1例咬合关系正常的女性下颌角肥大患者,手术前后分别行三维CT检查,采集DICOM数据,利用改进的Mimics软件读取DICOM数据进行三维重建并转化为IGES格式后输入ANSYS10.0软件,牛成有限元模型的面、体和三维网格,设置边界约束条件和前处理条件后进行咬合工况和撞击工况的有限元分析.结果 下颌角截骨整形手术后在咬合工况和撞击工况下,下颌骨的最大应力值和最大应力分布范围与术前相比基本一致,但是应力的时间一位移曲线与术前有一定差异.结论 下颌角截骨整形手术后,下颌骨的应力传导时相发生一定变化,但是对正面撞击的耐受程度与术前无明显差异.     

足骨及软组织创伤缺损的组合组织修复

目的 研究解决足部创伤及疾病造成的足骨及软组织缺损的修复重建方法，减少和减轻足残疾和功能不良率，最大限度的恢复足功能和外型。方法 对足背、前足、足跟、踝下等部位单纯软组织缺损，采用局部转移或旋转皮支皮瓣、筋膜皮瓣、游离皮瓣、全厚皮片植皮等方法修复；足底负重区采用预制皮瓣方法解决；前足、足跟及其它跗骨复合组织缺损采用带血管髂骨加皮瓣组织移植重建；内、外踝缺损应予以重建。结果 247例经上述方法处理，临床疗效满意。按美国AOFAS踝-足评分标准：优84例，良107例，可42例，差14例。结论 髂骨为一扁平状骨，血运丰富，用于重建再造跖骨缺损尤其是多跖骨缺损、跟骨缺损时，接地稳定且触地面积大，便于负重、固定及承压。内、外踝可取带筋膜的髂骨和腓骨头重建骨及韧带缺损，组合带血管骨与皮瓣修复缺损，可将移植骨及皮瓣各自先充分对位满意后再行组合，较理想地恢复足的解剖和生理功能。     

Experimental and finite element analysis of tibial stress fractures using a rabbit model

AIM: To determine if rabbit models can be used to quantify the mechanical behaviour involved in tibial stress fracture (TSF) development.METHODS: Fresh rabbit tibiae were loaded under compression using a specifically-designed test apparatus. Weights were incrementally added up to a load of 30 kg and the mechanical behaviour of the tibia was analysed using tests for buckling, bone strain and hysteresis. Structural mechanics equations were subsequently employed to verify that the results were within the range of values predicted by theory. A finite element (FE) model was developed using cross-sectional computer tomography (CT) images scanned from one of the rabbit bones, and a static load of 6 kg (1.5 times the rabbit''s body weight) was applied to represent running. The model was validated using the experimental strain gauge data, then geometric and elemental convergence tests were performed in order to find the minimum number of cross-sectional scans and elements respectively required for convergence. The analysis was then performed using both the model and the experimental results to investigate the mechanical behaviour of the rabbit tibia under compressive load and to examine crack initiation.RESULTS: The experimental tests showed that under a compressive load of up to 12 kg, the rabbit tibia demonstrates linear behaviour with little hysteresis. Up to 30 kg, the bone does not fail by elastic buckling; however, there are low levels of tensile stress which predominately occur at and adjacent to the anterior border of the tibial midshaft: this suggests that fatigue failure occurs in these regions, since bone under cyclic loading initially fails in tension. The FE model predictions were consistent with both mechanics theory and the strain gauge results. The model was highly sensitive to small changes in the position of the applied load due to the high slenderness ratio of the rabbit’s tibia. The modelling technique used in the current study could have applications in the development of human FE models of bone, where, unlike rabbit tibia, the model would be relatively insensitive to very small changes in load position. However, the rabbit model itself is less beneficial as a tool to understand the mechanical behaviour of TSFs in humans due to the small size of the rabbit bone and the limitations of human-scale CT scanning equipment.CONCLUSION: The current modelling technique could be used to develop human FE models. However, the rabbit model itself has significant limitations in understanding human TSF mechanics.     

半月板三维有限元模型建立及力学分析

目的:建立正常膝关节及半月板三维有限元模型,较真实模拟膝关节及半月板的解剖形态及特点,通过初步有限元生物力学分析验证模型的有效性,并阐释半月板的部分生物力学机制。方法:利用CT和MRI扫描一健康男性志愿者膝关节获得其图像信息,导入至Mimics 10.01及Geomagic Studio软件构建膝关节各组织结构三维模型,利用ANSA软件对结构模型进行组合建立完整的膝关节模型,并对模型进行网格划分,最终建立了完整膝关节三维有限元模型。最后将有限元模型导入到ANSYS软件中,设置材料属性、建立边界条件和施加载荷,进行有限元分析,验证模型有效性,并分析半月板的生物力学特性。结果:所建立的模型包含膝关节骨、关节软骨、半月板及主要韧带结构,能有效模拟膝关节及半月板的解剖形态及特点。内侧半月板接触面积为771.05 mm2,外侧半月板接触面积为634.31 mm2,内外侧半月板接触面积比为1.216。内外侧半月板的应力分布均匀,但内侧半月板所受应力高于外侧半月板,其峰值应力分别出现在内侧半月板后角及外侧半月板前角,其峰值应力为4.11 MPa。半月板最大位移位于其体部,内侧较外侧形变更大,最大位移形变值为0.33 mm。所获得的力学分析结果于文献相一致,验证了模型的有效性。结论:本研究所建立的膝关节及半月板有限元模型具有有效性,可为半月板撕裂及半月板切除术等有限元分析研究提供有效的模型。所获得的有限元分析结果能够阐释半月板的部分生物力学机制,为临床半月板损伤和治疗提供理论指导。     

Lenke 1 BN型特发性脊柱侧凸有限元模型的建立及有效性验证

目的 构建Lenke 1 BN型青少年特发性脊柱侧凸(adolescent idiopathic scoliosis,AIS)三维有限元模型,并验证其有效性,为AIS生物力学仿真研究建立理想的数字化平台.方法 选择1例18岁女性Lenke 1 BN型AIS志愿者作为研究对象.取仰卧位,应用螺旋CT从T1椎体上缘至尾骨以1 mm间距进行连续扫描,获得Dicom格式CT图像539张.将CT图像导入逆向工程软件Mimics 10.01,建立包括胸-腰-骶尾椎和胸廓等结构的完整AIS三维几何模型.对模型进行几何清理,然后导入有限元前处理软件Hyper Mesh 7.0划分有限元实体单元,并参照文献添加椎间盘及韧带结构单元,生成完整的AIS三维有限元模型.参照文献赋予模型材料参数和实常数,并通过左、右Bending试验和仰卧-站立试验,对模型进行整体的有效性验证.结果 成功构建了完整的Lenke 1 BN型AIS三维非线性有限元模型,共划分节点341 228个,四面体单元1 409 929个,壳单元163 132个,线缆单元715个和杆单元149个.有限元模拟左、右Bending试验和仰卧-站立试验误差分别为8.3%和3.9%.结论 所建立的Lenke 1 BN型AIS三维有限元模型完整、逼真、可靠且有效,可用于进一步的AIS生物力学仿真研究.     

三种不同骨瓣重建跟骨缺损的有限元及临床分析

目的比较游离髂骨、腓骨、肩胛骨重建跟骨缺损的有限元及临床效果。方法建立足骨骼三维模型,模拟跟骨大部分缺损,分别采用髂骨、腓骨、肩胛骨重建,以有限元法计算得到的位移及应力作为评价足功能指标。同时分析临床8例跟骨缺损重建后的疗效。结果有限元计算表明跟骨部分缺损对残足位移及应力影响很大,跟骨缺损后最大综合位移(USUM)为3.535mm,比正常足增加434倍;最大应力(VON)为154.372MPa,增加约50倍。髂骨重建者USUM、VON小于腓骨、肩胛骨重建者。临床骨重建后足功能有不同程度改善,吻合血管的髂骨移植效果较好。结论从力学角度和临床效果考虑,跟骨缺损必须修复,髂骨为首选供骨。     

跟骨三维有限元模型的建立与静态分析

目的 建立一个基于健康人体的跟骨三维有限元模型,静态分析双足站立相时跟骨内部的生物力学特性,探讨跟骨骨折疼痛的内外侧应力不均衡因素.方法 选取1名健康男性志愿者,年龄28岁,体重64kg.采用16排螺旋CT对足部沿横断面连续扫描,将符合DICOM 3.0标准的CT断层图像导入MIMICS10.1中,设定阈值为226～3071 Houfield unit,确定方位后经手动编辑、区域增长、形态学操作及空洞处理等,生成足部的三维模型,从整个足部模型中提取跟骨模型.对跟骨进行面网格的优化处理后,导入ANSYS10.0中得到体网格模型.根据CT断层图像的灰度值完成模型材质的添加,生成最终的三维有限元模型.模拟研究对象双足静止站立的状态,距下关节面在整个分析过程中被全约束,自足跟及跟腱附着点处对模型分别施加垂直向上的320 N和160 N载荷,观察跟骨的Vonmises应力分布.结果 MIMICS软件能够迅速建立更为精确的有限元模型,当垂直载荷作用于跟骨后,跟骨内、外侧存在一定的应力不均衡因素.跟骨的外侧结构是明显的薄弱区域,随着跟骨外侧壁的应力增加,导致继发外侧畸形,压迫腓骨长短肌及跟骰关节产生疼痛.结论 创建的跟骨三维有限元模型,经验证是一个较为精确的正常跟骨三维模型,可用于理解跟骨内部的应力分布变化.     

体绘制分体建模法建立人体股骨有限元模型

背景：股骨三维有限元研究建模方法有很多种,而采用体绘制分体建模方法至目前为止尚未见报道。目的：采用体绘制分体建模方法建立正常人股骨三维有限元实体模型,分析该建模方法的优越性。方法：将CT原始图像进行去噪等预处理后,建立正常人股骨三维有限元模型,模型包括皮质骨、松质骨及髓腔3部分解剖结构。再将皮质骨分为3种材料、松质骨分为6种材料,骨髓为单一材料属性分体建模,并行有限元力学分析。结果：采用体绘制分体建模方法建立的人股骨三维有限元模型包括皮质骨、松质骨及髓腔解剖结构。结论：采用体绘制分体建模比整体建模单一划分材料更接近真实情况,更符合有限元分析的要求。