小儿桡骨小头半脱位旋前复位的三维有限元分析

小儿桡骨小头半脱位旋前复位的三维有限

元分析

作者：韩大为，李良华，王清玉，刘铮

【摘要】目的探讨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，分析并探讨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

ABSTRACT: Objective To explore the mechanism of pronation reduction for radial head subluxation. Methods A RHS's three dimensional finite element model was established with materialise mimics to study the mechanism of pronation reduction of radial head subluxation. Results The RHS's three dimensional finite element model in positions at 45 of pronation has been established with materializing mimics. Conclusion Pronation reduction is an effective treatment for radial head subluxation.

KEY WORDS: radius; dislocations; manipulation, orthopedic; pronation; computer simulation

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1～3岁发病率最高。传统的复位方法多采用旋后复位法，近年许多学者发现，单纯的旋前复位法也可以取得良好的治疗效果。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，探讨RHS旋前复位法的临床复位机理。

1 临床资料

一般资料

RHS患儿1例，男，3岁，身高88 cm，体质量16 kg，前臂外伤后20 min入院。患肢肘关节微屈，前臂旋前、下垂于身前、不动，拒绝碰触或接摸物品，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SCT断层扫描（图1）。

设备

16层螺旋CT机（德国西门子公司）；计算机工作站：CPU 为Pentium Ⅳ， GHz，内存1 G，硬盘80 G；有限元分析软件ANSYS （美国ANSYS公司）；统计软件SPSS 。

步骤和方法

CT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 mm，球管电流与电压200 Ma/120 kV。扫描范围自肘上方10 cm始至肘下方10 cm。在CT工作站中，通过调整图像灰度、增加对比度等对图像观察细节进行调整，得到182幅清晰的骨窗断层图像，保存为DICOM格式，并刻录光盘。

三维模型的建立

将DICOM格式的图像数据导入三维重建软件Materialise mimics，通过筛选选取的50幅图像，去除周围组织图像，界定目标图像的阀值，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CAD造型软件Unigraphics NX作为实体建模平台。将Mimics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。

肘关节实体模型的建立

根据CT测量的数据，通过作图软件Unigraphics NX直接生成肘关节三维实体图像（图2）。

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，将其进行网格划分，网格类型及数量如下：肱骨下端四面体单元，17 864；桡骨四面体单元，18 236；尺骨四面体单元，18 712；环状韧带四面体单元，2 684。、

各结构材料学参数

弹性模量(Young's modulus)和泊松比(poisson's ratio)各参数如表1所示。表1 模型各材料系数（略） 2 结果

在前臂旋前45°的三维有限元模型上施加旋前10 N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2 X、Y、Z轴上的关键点应力及位移（略）

3 讨论

RHS是临床中常见的损伤，目前认为环状韧带本身的松弛或薄弱点的撕裂是其发病的主要原因，但其形成过程还不明确。有学者认为，由于环状韧带过于松弛，导致在外力牵拉下，桡骨小头易滑出环状韧带，当外力消失，环状韧带嵌顿，造成了半脱位[12]；而Robert 等认为，在外力作用下，环状韧带薄弱点破裂导致桡骨小头嵌顿环状韧带，从而产生临床症状[34]。

因RHS患者一般具有前臂旋前牵拉史，且受伤后多保持于旋前位不敢活动，传统的复位方法常选用旋后复位法。然而，近年来许多学者发现单纯的旋前复位法也可以取得良好的治疗效果。如Julia 等通过大量研究认为，旋前复位法成功率远高于旋后复位法[56]。

为了确切了解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的特点和结构，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3个运动参数来了解模拟物体受力和相对运动方向。本试验的