踝关节韧带损伤及修复对关节面受力面积及应力的影响

目的探讨踝关节韧带损伤及修复对关节面受力面积及应力的影响。方法将正常踝关节标本100个随机分为五组,每组10个。A组保留原本的踝关节韧带;B组切断下胫腓联合前韧带;C组切断踝关节内、外侧韧带和下胫腓联合前韧带;D组在C组处理基础上,用螺丝固定下胫腓联合损伤韧带,采用缝合铆钉修复三角韧带;E组在C组处理基础上,仅用螺丝固定下胫腓联合损伤韧带。采用QX-W400生物力学试验机检测各组在背伸10°、内翻20°、外翻10°、跖屈20°及中立位时关节面受力面积及应力。结果背伸10°、内翻20°、外翻10°、跖屈20°及中立位时关节面受力面积由大到小依次为A、D、E、B、C组,关节面应力由小到大依次为A、D、E、B、C组,组间比较P均<0.05。结论踝关节韧带损伤时关节面受力面积减少、关节面应力增加,且损伤越严重上述变化越明显;及时修复受损伤韧带包括三角韧带,可减少应力面积,改善其生物力学环境。

基于足踝三维有限元模型的摇拔戳手法治疗外侧踝关节扭伤关节面力学分析

目的探讨摇拔戳手法治疗外侧踝关节扭伤的力学调衡作用机理。方法运用1例急性外侧踝关节扭伤患者胫骨远端1/3以下的踝部CT断层扫描图片,通过Abaqus 6.13和Mimics10.0软件构建足踝三维有限元模型,并采用摇拔戳手法治疗,隔日1次,疗程为2周。于手法治疗前、初次治疗后、疗程结束后2周进行在体试验力学数据采集及转化,将数据转化后的相关力学参数代入有限元模型中,比较摇拔戳手法治疗外侧踝关节扭伤3个时间点的4种踝关节工况(跖屈、背伸、内翻、外翻)下关节面应力峰值及应力分布面积变化。结果在体试验结果示,4种踝关节工况下在3个不同时间点踝关节的最大运动角度均逐渐增大,其中背伸工况下治疗前、初次治疗后、疗程结束后2周踝关节的最大运动角度分别为26.5°、27.5°、31.7°。有限元加载试验结果显示,4种踝关节工况下,在3个不同时间点距骨与胫骨、腓骨的两个关节接触面的应力载荷峰值逐渐升高,应力分布面积逐渐增大。其中背伸工况下,治疗前距骨与胫骨关节接触面的应力载荷峰值为49.5 MPa,应力分布面积为131.04 mm^(2),初次治疗后分别为50.0 MPa、146.88 mm^(2),疗程结束后2周分别为52.4 MPa、218.88 mm^(2);治疗前距骨与腓骨关节接触面的应力载荷峰值为26.5 MPa,应力分布面积为226.08 mm^(2),初次治疗后分别为27.5 MPa、237.60 mm^(2),疗程结束后2周分别为32.5 MPa、269.28 mm^(2)。结论摇拔戳手法能够有效改善外侧踝关节扭伤踝穴关节面的应力分布情况,使踝关节面的载荷承重能力逐渐增加,应力分布逐渐趋于均匀化,从而使扭伤后踝关节活动受限的症状得以改善,这可能是摇拔戳手法治疗外侧踝关节扭伤的力学调衡作用机制之一。