有限元分析与生物力学研究在僵硬性马蹄内翻足畸形治疗中的应用研究

Severe stiff clubfoot because of its complicated deformity lesion, surgical treatment is often more difficult, the traditional postoperative stability of the ankle is difficult to maintain. With the development of imaging and computer technology, finite element and biomechanical analysis are widely used in the diagnosis and treatment of motor system diseases. However, this method has not been reported for the operation of bfoot. In the previous study, the team used finite element analysis to guide the ankle instability caused by lateral ligament injury of the ankle and got a good therapeutic effect. This study will use finite element analysis technology to produce rigid clubfoot deformity bones and soft tissue dels, the use of finite element biomechanics in the model to explore different osteotomy and ligament and tendon ransplantation program after the clubfoot The stability of the ankle and the establishment of a preoperative assessment and surgical design system for ubfoot to provide mental evidence for the determination of the optimal treatment for clubfoot.

严重的僵硬性马蹄内翻足因为其复杂的畸形病变机制，手术治疗往往难度较大，传统术后踝关节稳定性难以维持。随着影像学及计算机技术的发展，有限元和生物力学分析被大量用于运动系统病变的诊治中，但尚无报道将此方法用于马蹄内翻足的手术。本团队在前期研究中利用有限元分析法指导踝关节侧方韧带损伤导致的踝关节不稳定，并得到了良好的治疗效果。本研究将利用有限元分析技术制作出僵硬性马蹄内翻足畸形骨骼与软组织模型，利用有限元生物力学技术在该模型上探索不同的截骨及韧带和肌腱移植方案对术后马蹄内翻足患者踝关节稳定性的影响，建立马蹄内翻足术前评估及手术方案设计系统，为马蹄内翻足最佳治疗方案的确定提供实验依据。

僵硬性马蹄内翻足畸形复杂，由于骨骼的重叠，临床中常用的二维平片难以精准评估其畸形程度，从而对治疗带来一定的难度，本项目利用数字化软件精准评估僵硬性马蹄足的畸形特点，同时进行仿真生物力学分析，为僵硬性马蹄内翻足的精准治疗带来一定的启示。首先，本研究利用数字化软件重建出僵硬性马蹄内翻足的三维模型，对比分析二维平片与数字软件测量僵硬性马蹄内翻足相关评估指标的差异；本研究发现在足正位X片上，距骨-跟骨角、距骨-第1跖骨角使用两种方法测量的结果差异无显著性差异，而跟骨-骰骨角使用两种方法测量的结果有显著性差异；在侧位片上，跟骨-距骨角、胫骨-跟骨角、距骨-第1跖骨角、跟骨-第5跖骨角的测量结果没有显著性差异；其次，僵硬性马蹄内翻足的治疗金标准是三关节融合术，相关研究报道行三关节融合术时后足矫正的角度会导致临近关节应力增加，从而导致关节炎的发生，因此在行三关节融合术时后足的矫正角度尤为关键。传统的三关节融合术是将后足以外翻5°的方式固定，但是易发生残留畸形相关并发症，有学者提出将后足矫正至0°能获得较为满意的临床疗效，然而并未进行临床验证和相关生物力学研究。我们在建立了有限元模型并验证其有效性之后，对僵硬性马蹄内翻足有限元模型模行三关节融合术，模拟出内翻“3°”、中立位“0°”和外翻“3°、6°、9°”为矫正角度的5种不同工况以及术前模型，通过对比胫距关节峰值von Mises应力，在后足内翻“3°”时应力最大，为3.36Mpa，而外翻“6°”时应力最小，为1.77Mpa，通过对比分析我们认为以后足外翻“6°”作为标准来进行三关节融合术时，可以明显降低胫距关节应力集中，从而可以降低胫距关节炎发生的风险。在精准评估僵硬性马蹄内翻足后我们以后足外翻“6°”作为标准制作出截骨融合导板，术中精准截骨融合三关节。本项目通过数字化软件对僵硬性马蹄内翻足进行生物力学分析精准的评估，为僵硬性马蹄内翻足的精准微创治疗提供了生物力学依据。