下胫腓联合韧带的生物力学有限元分析(下胫腓韧带)

摘要:

下胫腓联合韧带:包括下胫腓前韧带、骨间韧带、下胫腓后韧带、横韧带。骨间韧带由骨间膜的远端增厚部分形成。下胫腓骨前韧带起源于胫骨结节的前外侧,止于腓骨脊的前侧。下胫腓后韧带起源于胫骨脊的后侧,止于外踝后缘。下胫腓横韧带组成下胫腓后韧带的下半部分,可视为下胫腓后韧带的延伸,下胫腓联合对维持踝关节的稳定具有重要意义。

有限元法:认为求解区域由许多小节点中相互连接的子域(单元)组成,模型给出了基本方程的近似解。单元(子域)可以划分为不同的尺寸,因此它们可以很好地适应复杂的几何形状、复杂的材料特性和复杂的边界条件。

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:基于计算机断层扫描CT图像信息,结合Mimics、Geomagic Studio软件,建立包含胫骨、腓骨、距骨及部分软骨的踝关节仿真模型,再将模型导入有限元分析软件Abaqus中,构建出包含韧带等软组织的踝关节三维有限元模型,最终模拟4种不同类型受力环境下的下胫腓前韧带、骨间韧带、下胫腓后韧带、横韧带的应力分布和应力云图变化情况。

结果与结论:①在内旋载荷下,下胫腓后韧带受力最大;在外旋载荷下,下胫腓横韧带受力最大,其次为下胫腓前韧带;在垂直+内旋载荷下,下胫腓后韧带受力最大,且大于内旋载荷下的最大应力值;在垂直+外旋载荷下,下胫腓横韧带受力最大,其次为下胫腓前韧带,且均大于外旋载荷下的最大应力值;②结果表明,下胫腓后韧带在防止踝关节内旋损伤时作用较突出,下胫腓横韧带和前韧带在防止踝关节外旋损伤时作用突出。

https://orcid.org/0000-0002-9266-8002 (丁军稳)

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

关键词: 下胫腓, 韧带, 生物力学, 有限元分析, 踝关节, 三维有限元模型, 生物力学

引用本文: 丁军稳, 米 涛, 李泽清, 任 荣, 唐保明, 罗 伟, 李钊伟. 下胫腓联合韧带的生物力学有限元分析[J]. 中国组织工程研究, 2022, 26(33): 5259-5264.

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下胫腓联合韧带的生物力学有限元分析

胫骨开放性骨折外固定支架手术

在祖国医学骨伤治疗中,小夹板外固定在四肢骨折的治疗中有着重要作用。而我们今天讲的外固定架是我们骨科手术治疗的常用利器。

外固定架种类多,常见的有组合式外架、环形外固定架(Ilizarov外固定支架)、混合式外架等等。而且外架不仅能治疗骨折,在矫形中也有很神奇的作用。前些年很多求美人士追捧的断骨增高术,其就是利用外固定架的骨延长作用。不过现在想通过这个手术增高的朋友们,请断了这个念想哦,因为现在严禁开展此类手术。


外固定架治疗的患者

外固定支架的优点很多:

创伤小,操作简单,不易感染

便于换药和护理

可以早期活动关节,防止关节僵硬

可以门诊拆除,无须再次住院

还可根据骨折复查情况对骨折复位随时调整

基于上述优点,在骨折治疗当中,外固定架主要用于四肢开放性骨折的临时或终极固定,亦可以用于部分闭合性骨折,也可以用于骨盆骨折的急救。

下面介绍一个我的病例:

40岁男性,骑电动车与面包车相撞,右膝关节下方撞到绿化带的桩子上,导致右胫骨近端开放性粉碎性骨折。留下一个长约20CM的不规则伤口,以及直径约4CM的骨质缺损。

这一例胫骨开放性骨折,合并严重的软组织损伤。如果直接放钢板固定,很容易感染,也违反了开放性骨折治疗的原则。

所以我们选择了一期清创缝合、抗生素骨水泥占位、骨折复位外固定架固定。


胫骨干骺端存在骨缺损

胫前皮肤存在长约20CM的裂伤口,且皮缘挫伤严重,骨质外露缺损


清创缝合加外固定架固定后的外观,由于外固定后骨折端稳定,患者可以很方便地移动患肢而不疼痛,方便护理和关节功能锻炼。

术后DR,骨折力线恢复。


其他同道的病例


胫腓骨开放性骨折组合式外固定架治疗


胫腓骨开放性骨折环形外架固定

当然外固定也不是万能的,有一些缺点,比如:针道感染、固定期间影响美观、固定针松动、延迟愈合、骨折再移位等等。

总结:外固定架在骨折治疗中有着重要的作用,创伤小,操作简单,非常适合严重开放性骨折的治疗。

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