小兒橈骨小頭半脫位旋前復位的三維有限元分析

1、小兒橈骨小頭半脫位旋前復位的三維有限元分析【摘要】目的討論橈骨小頭半脫位旋前復位法的臨床復位機理。方法應用三維重建軟件建立橈骨小頭半脫位患者的三維有限元模型，分析并討論橈骨小頭半脫位旋前復位法的復位機理。結(jié)果獲得橈骨小頭半脫位患者在旋前45時的三維有限元模型。結(jié)論旋前復位法是有效的橈骨小頭半脫位的復位方法?！娟P(guān)鍵詞】橈骨；脫位；手法，骨科；旋前；計算機模擬KEYRDS:radius;dislatins;anipulatin,rthpedi;prnatin;putersiulatin橈骨小頭半脫位RHS又稱“牽拉肘，俗稱“肘脫環(huán)，多發(fā)于5歲幼兒，以13歲發(fā)病率最高。傳統(tǒng)的復位方法多采用旋后復位法

2、，近年許多學者發(fā)現(xiàn)，單純的旋前復位法也可以獲得良好的治療效果。筆者通過對RHS患者建立旋前45的三維有限元，并測試其橈骨小頭及環(huán)狀韌帶的受力和位移，討論RHS旋前復位法的臨床復位機理。1臨床資料1.1一般資料RHS患兒1例，男，3歲，身高88，體質(zhì)量16kg，前臂外傷后20in入院?；贾怅P(guān)節(jié)微屈，前臂旋前、下垂于身前、不動，回絕碰觸或接摸物品，肘前凸有觸痛點。行X線檢查，排除其他肘關(guān)節(jié)疾患。取肘關(guān)節(jié)伸直、前臂旋前45的體位行ST斷層掃描圖1。1.2設備16層螺旋T機德國西門子公司；計算機工作站：PU為Pentiu，3.6GHz，內(nèi)存1G，硬盤80G；有限元分析軟件ANSYS8.1美國ANSY

3、S公司；統(tǒng)計軟件SPSS10.0。1.3步驟和方法1.3.1T掃描及圖像處理患兒取仰臥位，盡量保持患兒患肢長軸與掃描斷面垂直。掃描參數(shù)如下：層厚0.50，球管電流與電壓200a/120kV。掃描范圍自肘上方10始至肘下方10。在T工作站中，通過調(diào)整圖像灰度、增加比照度等對圖像觀察細節(jié)進展調(diào)整，得到182幅明晰的骨窗斷層圖像，保存為DI格式，并刻錄光盤。1.3.2三維模型的建立將DI格式的圖像數(shù)據(jù)導入三維重建軟件aterialiseiis，通過挑選選取的50幅圖像，去除周圍組織圖像，界定目的圖像的閥值，重建肘關(guān)節(jié)包括肱骨下端，橈骨、尺骨上端及脫位的環(huán)狀韌帶的三維圖像，并輸出其邊界坐標。采用通用的

4、AD造型軟件UnigraphisNX作為實體建模平臺。將iis生成的輪廓數(shù)據(jù)導入，生成三維實體模型，并將模型光滑處理，使其受力面和接觸面均為平面。1.3.3肘關(guān)節(jié)實體模型的建立根據(jù)T測量的數(shù)據(jù)，通過作圖軟件UnigraphisNX直接生成肘關(guān)節(jié)三維實體圖像圖2。1.3.4網(wǎng)格劃分將肘關(guān)節(jié)的三維實體模型導入ANSYS，通過ANSYS前處理程序，將其進展網(wǎng)格劃分，網(wǎng)格類型及數(shù)量如下：肱骨下端四面體單元，17864；橈骨四面體單元，18236；尺骨四面體單元，18712；環(huán)狀韌帶四面體單元，2684。、1.3.5各構(gòu)造材料學參數(shù)彈性模量(Yungsdulus)和泊松比(pissnsrati)各參數(shù)如

5、表1所示。表1模型各材料系數(shù)略轉(zhuǎn)貼于論文聯(lián)盟.ll.2結(jié)果在前臂旋前45的三維有限元模型上施加旋前10N的力，計算出橈骨小頭及環(huán)狀韌帶對應的關(guān)鍵點在X、Y、Z軸方向的位移及應力，結(jié)果如表2。表2X、Y、Z軸上的關(guān)鍵點應力及位移略3討論為了確切理解RHS旋前復位法的復位機理，筆者對RHS的肘關(guān)節(jié)建立了三維有限元模型。根據(jù)本課題的實際需要，考慮肘關(guān)節(jié)及RHS的特點和構(gòu)造，本課題主要研究旋前45時，應用三維有限元建立的RHS的肘關(guān)節(jié)環(huán)狀韌帶及橈骨小頭對應的應力及位移。另外，因三維運動可以用6個自由度來表示，包括3個線變量確定橈骨小頭某一點的坐標，3個角變量確定模擬物體的空間方向。每個自由度可以計算出

6、3個運動參數(shù)來理解模擬物體受力和相對運動方向。本試驗的關(guān)鍵在于模擬在旋前過程中環(huán)狀韌帶及橈骨小頭的受力和相對運動方向，對于本試驗，取環(huán)狀韌帶及橈骨小頭相應的關(guān)鍵點做為測試對象，就可以理解環(huán)狀韌帶及橈骨小頭間的相對運動方向和受力，以理解旋前復位法復位的過程及推斷其復位的機理。在建模時，取上肢中立位，X軸垂直于矢狀面向肘關(guān)節(jié)外側(cè)為正向；Y軸垂直于冠狀面向肘關(guān)節(jié)前側(cè)為正向；Z軸垂直于橫截面向頭側(cè)為正向。在旋前45位的三維有限元模型上施加10N的力，對橈骨小頭及環(huán)狀韌帶的關(guān)鍵點的受力和位移進展的數(shù)據(jù)統(tǒng)計，發(fā)現(xiàn)旋前45的體位中，環(huán)狀韌帶關(guān)鍵點Z點和橈骨小頭關(guān)鍵點Z點受到的力的方向是相反的，環(huán)狀韌帶受到了

7、Z軸負方向的力，即向前臂方向的力，而橈骨小頭在Z軸方向的力是正向的，即方向與前臂方向相反。根據(jù)RHS的特點可以看出，在旋前45體位中，橈骨小頭和環(huán)狀韌帶所受的力在理論上正好是反脫位方向的力，而在旋前45的體位中，橈骨小頭及環(huán)狀韌帶的關(guān)鍵點的位移也是反脫位方向的，這種相對位置的改變說明單純旋前復位可以使橈骨小頭復位。另一方面，當RHS發(fā)生時，環(huán)狀韌帶嵌壓于肱橈關(guān)節(jié)中時環(huán)狀韌帶往往受到關(guān)節(jié)端的擠壓刺激而處于痙攣的狀態(tài)，甚至可能導致環(huán)狀韌帶水腫，阻礙環(huán)狀韌帶的復位，而患兒在前臂旋轉(zhuǎn)運動時肱橈關(guān)節(jié)反復摩擦會加重疼痛感，所以患兒均喜歡將前臂固定在旋前位拒活動以減少疼痛的刺激。假如在復位過程中采取擬創(chuàng)傷機制進展復位，采取反患兒舒適的前臂旋后位進展復位時，患兒往往不會配合，進展對抗，造成復位困難。而