小儿桡骨小头半脱位旋前复位的三维有限元分析

1、小儿桡骨小头半脱位旋前复位的三维有限元分析【摘要】目的讨论桡骨小头半脱位旋前复位法的临床复位机理。方法应用三维重建软件建立桡骨小头半脱位患者的三维有限元模型，分析并讨论桡骨小头半脱位旋前复位法的复位机理。结果获得桡骨小头半脱位患者在旋前45时的三维有限元模型。结论旋前复位法是有效的桡骨小头半脱位的复位方法。【关键词】桡骨；脱位；手法，骨科；旋前；计算机模拟KEYRDS:radius;dislatins;anipulatin,rthpedi;prnatin;putersiulatin桡骨小头半脱位RHS又称“牵拉肘，俗称“肘脱环，多发于5岁幼儿，以13岁发病率最高。传统的复位方法多采用旋后复位法

2、，近年许多学者发现，单纯的旋前复位法也可以获得良好的治疗效果。笔者通过对RHS患者建立旋前45的三维有限元，并测试其桡骨小头及环状韧带的受力和位移，讨论RHS旋前复位法的临床复位机理。1临床资料1.1一般资料RHS患儿1例，男，3岁，身高88，体质量16kg，前臂外伤后20in入院。患肢肘关节微屈，前臂旋前、下垂于身前、不动，回绝碰触或接摸物品，肘前凸有触痛点。行X线检查，排除其他肘关节疾患。取肘关节伸直、前臂旋前45的体位行ST断层扫描图1。1.2设备16层螺旋T机德国西门子公司；计算机工作站：PU为Pentiu，3.6GHz，内存1G，硬盘80G；有限元分析软件ANSYS8.1美国ANSY

3、S公司；统计软件SPSS10.0。1.3步骤和方法1.3.1T扫描及图像处理患儿取仰卧位，尽量保持患儿患肢长轴与扫描断面垂直。扫描参数如下：层厚0.50，球管电流与电压200a/120kV。扫描范围自肘上方10始至肘下方10。在T工作站中，通过调整图像灰度、增加比照度等对图像观察细节进展调整，得到182幅明晰的骨窗断层图像，保存为DI格式，并刻录光盘。1.3.2三维模型的建立将DI格式的图像数据导入三维重建软件aterialiseiis，通过挑选选取的50幅图像，去除周围组织图像，界定目的图像的阀值，重建肘关节包括肱骨下端，桡骨、尺骨上端及脱位的环状韧带的三维图像，并输出其边界坐标。采用通用的

4、AD造型软件UnigraphisNX作为实体建模平台。将iis生成的轮廓数据导入，生成三维实体模型，并将模型光滑处理，使其受力面和接触面均为平面。1.3.3肘关节实体模型的建立根据T测量的数据，通过作图软件UnigraphisNX直接生成肘关节三维实体图像图2。1.3.4网格划分将肘关节的三维实体模型导入ANSYS，通过ANSYS前处理程序，将其进展网格划分，网格类型及数量如下：肱骨下端四面体单元，17864；桡骨四面体单元，18236；尺骨四面体单元，18712；环状韧带四面体单元，2684。、1.3.5各构造材料学参数弹性模量(Yungsdulus)和泊松比(pissnsrati)各参数如

5、表1所示。表1模型各材料系数略转贴于论文联盟.ll.2结果在前臂旋前45的三维有限元模型上施加旋前10N的力，计算出桡骨小头及环状韧带对应的关键点在X、Y、Z轴方向的位移及应力，结果如表2。表2X、Y、Z轴上的关键点应力及位移略3讨论为了确切理解RHS旋前复位法的复位机理，笔者对RHS的肘关节建立了三维有限元模型。根据本课题的实际需要，考虑肘关节及RHS的特点和构造，本课题主要研究旋前45时，应用三维有限元建立的RHS的肘关节环状韧带及桡骨小头对应的应力及位移。另外，因三维运动可以用6个自由度来表示，包括3个线变量确定桡骨小头某一点的坐标，3个角变量确定模拟物体的空间方向。每个自由度可以计算出

6、3个运动参数来理解模拟物体受力和相对运动方向。本试验的关键在于模拟在旋前过程中环状韧带及桡骨小头的受力和相对运动方向，对于本试验，取环状韧带及桡骨小头相应的关键点做为测试对象，就可以理解环状韧带及桡骨小头间的相对运动方向和受力，以理解旋前复位法复位的过程及推断其复位的机理。在建模时，取上肢中立位，X轴垂直于矢状面向肘关节外侧为正向；Y轴垂直于冠状面向肘关节前侧为正向；Z轴垂直于横截面向头侧为正向。在旋前45位的三维有限元模型上施加10N的力，对桡骨小头及环状韧带的关键点的受力和位移进展的数据统计，发现旋前45的体位中，环状韧带关键点Z点和桡骨小头关键点Z点受到的力的方向是相反的，环状韧带受到了

7、Z轴负方向的力，即向前臂方向的力，而桡骨小头在Z轴方向的力是正向的，即方向与前臂方向相反。根据RHS的特点可以看出，在旋前45体位中，桡骨小头和环状韧带所受的力在理论上正好是反脱位方向的力，而在旋前45的体位中，桡骨小头及环状韧带的关键点的位移也是反脱位方向的，这种相对位置的改变说明单纯旋前复位可以使桡骨小头复位。另一方面，当RHS发生时，环状韧带嵌压于肱桡关节中时环状韧带往往受到关节端的挤压刺激而处于痉挛的状态，甚至可能导致环状韧带水肿，阻碍环状韧带的复位，而患儿在前臂旋转运动时肱桡关节反复摩擦会加重疼痛感，所以患儿均喜欢将前臂固定在旋前位拒活动以减少疼痛的刺激。假如在复位过程中采取拟创伤机制进展复位，采取反患儿舒适的前臂旋后位进展复位时，患儿往往不会配合，进展对抗，造成复位困难。而