中西医结合微创技术治疗拇外翻维持截骨愈合力学环境的试验研究与有限元分析

Chinese and Western Integrative Medicine treatment of hallux valgus relies on fracture fixed "wrapped in shade" theory of Traditional Chinese Medicine. With reference to small splint fixed principle of paper clip pad, it adopts external fixation of the word "8" elastic bandage. Abandoning the traditional plates, screw fixation and plaster fixation, it allows patients to walk after operation. Some scholars doubts that whether it can remain relatively stable fracture without internal fixation or brake to affect fracture healing. But after the observation of 20000 cases for hallux valgus postoperative in this method, the situation of delayed union and nonunion of osteotomy does not happen. How to make a scientific explanation for these phenomenon needs further study. On the basis of former research, this topic first of all measures the nature of the stress and displacement of direction and size of the fracture end on the condition of the hallux valgus foot standing after fixed load weight load by the research on mechanic, to do qualitative research on mechanical environment of the fracture end in order to provide the reference of validation and data for the finite element analysis. Then we establish the finite element mode of external fixation of the word "8" elastic bandage after hallux valgus operation by simulating the cycle of standing and gait and quantitatively analysing the displacement and stress of the fracture end, to study its influence on healing of osteotomy in order to reveal the mechanism of the system maintaining appropriate stress environment for healing of osteotomy, finally to explore the way of healing of osteotomy.

中西医结合微创技术治疗拇外翻依据中医骨折固定的"裹帘"理论，参照小夹板纸夹垫的固定原理，采用"8"字绷带弹性外固定，摒弃传统钢板、螺钉固定和石膏固定，术后允许下地行走。有学者对此存在怀疑，骨折必须保持相对稳定才能愈合，截骨不做内固定，又不制动是否影响骨愈合。但经2万余例拇外翻病例观察，并未出现截骨延迟愈合和不愈合情况。如何对此做出科学的解释，需要深入研究。本课题在原研究的基础上①通过力学试验研究拇外翻足截骨固定后站立位加载体重负荷时，测量截骨端的应力性质和位移方向与大小，对截骨端的力学环境做定性研究，为有限元分析提供有效性验证和数据参考。②建立拇外翻足术后"8"字绷带外固定有限元模型，对站立位和步态周期进行模拟，定量分析截骨端位移和应力，揭示该系统维持骨愈合适宜应力环境的机理，探讨截骨的愈合方式。分析步态周期中截骨端微动的程度和方向，对术后活动频度、时间及强度做出科学论证，以利于指导临床。

中西医结合微创技术治疗拇外翻依据中医骨折固定的“裹帘”理论，参照小夹板纸夹垫的固定原理，采用“8”字绷带弹性外固定，摒弃传统钢板、螺钉固定和石膏固定，术后允许下地行走。有学者对此存在怀疑，骨折必须保持相对稳定才能愈合，截骨不做内固定，又不制动是否影响骨愈合。但经2万余例拇外翻病例观察，并未出现截骨延迟愈合和不愈合情况。如何对此做出科学的解释，需要深入研究。本课题通过力学试验研究拇外翻足截骨固定后站立位加载体重负荷时，测量截骨端的应力性质和位移方向与大小，对截骨端的力学环境做定性研究，为有限元分析提供有效性验证和数据参考。建立拇外翻足术后“8”字绷带外固定有限元模型，对站立位和步态周期进行模拟，定量分析截骨端位移和应力，揭示该系统维持骨愈合适宜应力环境的机理，探讨截骨的愈合方式。.该研究获取了拇外翻削磨钻截骨端之间的滑动摩擦系数平均值为0.66。得到了外固定绷带的弹性模量为44.61Mpa。在动态力学测试平台模拟人体站立时姿态，对实验标本进行加载，获取了拇外翻术后“8”字绷带外固定截骨端的平均压力21.03±1.93N；截骨端垂直方向平均位移0.27±0.03mm。使用SPI压力测试系统采集术后在“8”字绷带外固定在站立和行走时截骨端周围的压力数据，为有限元的建模与分析提供了外周压力载荷参数。.建立了微创技术截骨手法整复后拇外翻模型，包括骨骼、肌肉、韧带及肌腱等组织。通过Footscan测量对模型进行了可靠性验证。有限元截骨模型在“8”字绷带外固定工况下站立位截骨端的位移和应力研究发现，应力主要集中于截骨面的背外侧，截骨端向外侧位移。截骨端的最大总应力0.632MPa和最大总位移1.007mm，均未超出骨折愈合所耐受的范围。在步态周期中，截骨端所受应力以压应力为主，截骨远端向外侧移位。术后在“8”字绷带外固定的情况下，适当下地活动，通过肌肉收缩对截骨端产生较大的压力，加大了截骨端的摩擦力，使截骨端相互嵌插，可以有效维持截骨端的稳定，不会对截骨端愈合造成不利影响。