定性，已見文獻報道，而腕舟骨腰部骨折掌側入路Herbert釘逆行固定(由近極向遠極固定嶼順行固定哪種固定方式能夠提供更高的穩(wěn)定性未見文獻報道。本實驗通過三維有限元技術分析對比掌側入路螺釘逆行固定與順行固定這2種固定方式的生物力學穩(wěn)定性，為臨床上掌側入路Herbert螺釘逆行固定提供生物力學依據。

1材料與方法

1．1模型數據的采集

選擇1名青年男性志愿者，腕關節(jié)活動正常，無腕關節(jié)疾病史，志愿者對實驗方案知情同意。拍攝腕關節(jié)正側位片，腕舟骨軸位片，排除腕部疾病。采用螺旋CT對志愿者腕關節(jié)進行薄層掃描，層厚lmm，掃描范圍包括尺橈骨遠端3cm、8塊腕骨、近端掌骨1／3及相關韌帶。

1．2腕部三維幾何模型的建立

將SCT掃描數據以Dieom格式導入Mimics軟件(比利時Materialise公司)，進行灰度閾值調整、區(qū)域分割后，建立腕部三維模型。

1．3腕舟骨腰部骨折不同方法螺釘的裝配

以STL格式將腕骨模型和螺釘導入Freeform軟件(美國Phantom公司)，以臨床操作為參照，逆行固定(由腕舟骨近極向遠極固定選取舟月骨間韌帶邊為進針點，順行固定(由腕舟骨遠極向近極固定以舟骨結節(jié)為進針點，將螺釘裝配于腕舟骨模型上。

1．4三維有限元模型的建立

1．4．1有限元網格劃分

在Freeform軟件中對各模型鋪面處理后以IGES格式導入有限元分析軟件Ansys中，shell63單元模擬區(qū)域皮質骨，其它結構采用十結點solid92單元進行風格劃分。參考腕骨軟骨厚度數據，設定軟骨層厚度為1mm“。將軟骨基準面三角形單元沿著單元法線方向向外延展1mm，生成軟骨單元。再對腕骨各單元節(jié)點進行優(yōu)化處理，消除交叉單元，并進行單元網格優(yōu)化以及邊界光滑處理，得到包含骨單元與軟骨單元的三維有限元模型。加入橈舟頭韌帶、橈舟月韌帶、舟頭韌帶、舟大小多角韌帶、掌側舟月韌帶等腕舟骨周圍韌帶組織，建立腕部三維有限元模型。在處理過程中，為了完善腕部模型和便于后續(xù)的計算分析，對模型中骨性結構以外的組織進行了以下處理：

② 將骨性結構以外的軟組織作為一個整體納入模型；

②軟組織與骨性結構定義為緊密結合關系；

③保留腕舟骨以及與腕舟骨相關

節(jié)的橈骨、尺骨、月骨等骨性結構的獨立，其它各骨進行了融合處理。

1.4.2材料屬性定義

(1)骨與軟骨的材料屬性。

一般來講，生物組織屬于各向異性的非線性體。本實驗假設腕部骨骼和關節(jié)軟骨均為各向同性均勻的線彈性材料，又因皮質骨與松質骨的彈性模量均遠遠大于軟骨的彈性模量，所以將骨骼單元的楊氏彈性模量統(tǒng)一設置為10000MPa，泊松比0.3。在不同的文獻中，軟骨的楊氏彈性模量從1MPa到10MPa不等，泊松比從0.45到0.49不等，本實驗研究選取楊氏彈性模量5Mpa，泊松比0.47。

(2)韌帶的材料屬性。

在對正常人體結構的三維有限元分析中，研究者通常在模型中將韌帶模擬成一維線性或非線性彈簧單元。這種方法不僅使模型簡單化，并且不影響外部載荷作用下關節(jié)運動力學以及韌帶整體承載作用的分析。本實驗在建模時也采用一維非線性彈簧單元來模擬腕舟骨周圍韌帶。韌帶骨端附著的位置是根據各韌帶解剖學上的附著位置，并參考MRI掃描以及解剖學軟件等確認韌帶相應附著的位置，接著連接韌帶兩端骨模型上相應的附著節(jié)點，分別用2個非線性彈簧單元進行模擬。各韌帶對應的彈簧剛度系數均參考現有文獻數據。

1.4.3螺釘固定模型的建立

應用有限元軟件Ansys將上述模型改建成4種腕舟骨腰部骨折螺釘內固定模型。其中逆行固定模型3種，順行固定模型1種。逆行固定模型選取相同的進針點，進針點位于腕舟骨近極舟月骨間韌帶腕舟骨附著點邊。以逆行固定進針點為中點，前臂縱軸線過中點建立Y軸，垂直于Y軸建立X軸，以中點作一腕舟骨中軸線為z軸。定義將螺釘置于腕舟骨中軸線(z軸)的模型為第2種模型；以z軸為中心向兩邊各成5。角建立第1、3種模型。第4種模型為順行固定模型，由腕舟骨結節(jié)進針，將螺釘置于腕舟骨中軸上。賦予螺釘單元材料屬性：楊氏彈性模量E=11300Mpa，泊松比0.3。腕舟骨腰部骨折模型以及不同方式螺釘固定模型示意圖(圖1．2)。

1．5載荷設置與邊界條件

本實驗對第2掌骨和第3掌骨遠端施加沿前臂縱軸方向共100N的壓力載荷，方便與已有實驗結果對照。將模型中的尺橈骨近端在x、Y、z3個方向完全約束?？紤]軟骨之間的摩擦系數較小，且關節(jié)液具有減小摩擦的作用，因此本實驗沒有考慮關節(jié)間兩關節(jié)面摩擦因素的影響。為簡化模型分析，對正常腕骨模型進行加載分析，重點分析腕舟骨的應力受力情況，通過對計算結果的分析統(tǒng)計，把以上分析結果作為初始力學邊界條件，對單獨的腕舟骨模型及腕舟骨骨折固定后模型進行計算分析。

2結果

對模型驗證過程中，本實驗對正常模型掌骨進行加載分析，重點分析腕舟骨的應力受力情況。通過對計算結果的分析統(tǒng)計，掌骨受到100N軸向壓力作用下，腕舟骨的外部載荷主要來自于橈舟關節(jié)面、舟月關節(jié)面、舟．多角關節(jié)面以及舟月韌帶，還有部分示平衡的力量來自于其它關節(jié)面或者軟組織，具體結果見表2。

2．1模型的驗證

計算第2掌骨和第3掌骨受到100N的軸向壓力作用下橈腕關節(jié)面接觸應力分布情況，結果通過橈腕舟骨關節(jié)面?zhèn)鬟f的載荷約占整個橈腕關節(jié)載荷傳遞總量的48％。本實驗結果與前人實驗數據通過橈腕舟骨關節(jié)面?zhèn)鬟f的載荷約占整個橈腕關節(jié)載荷傳遞總量的44％~55％相接近。驗證了模型的合理性和可行性，為進一步研究腕舟骨腰部骨折內固定模型提供理論依據。

2．2軸向壓力作用后各模型和螺釘應力情況

對4種腕舟骨腰部骨折螺釘內固定模型加載相同軸向作用力，測定所有模型骨折斷端水平移位和螺釘所受最大應力值。在相同軸向壓力下各模型骨折斷端水平移位和螺釘所受最大應力值見表3。

結果由逆行固定模型中，第1種與第3種模型螺釘所受最大應力值與骨折端移位比第2種模型大；第2種模型與第4種模型螺釘所受應力值最小，且骨折端移位最小，且2者數值非常接近。

3討論

目前常用治療腕舟骨骨折的手術入路有腕掌側入路和背側入路。掌側入路因未對腕舟骨背側殘存血運造成影響，能最大限度的保護腕舟骨殘存的血運又能很好暴露腕舟骨遠端和腰部骨折，并能矯正背側成角畸形，因此多數學者對于腕舟骨腰部骨折建議使用掌側入路。

腕舟骨滋養(yǎng)血管主要來自橈動脈分支，分別經腕舟骨背側腰部水平與結節(jié)部進入腕舟骨，其近極均被軟骨覆蓋無血管進入，主要由骨內血管逆行供血。不穩(wěn)定型腕舟骨腰部骨折常因骨折斷端明顯移位嚴重破壞了腕舟骨背側的血供，而自腕舟骨結節(jié)進入腕舟骨血運約占20％～30％，因此保護由結節(jié)進入腕舟骨血運非常重要。

治療上應盡量避免由于手術操作而加重腕舟骨血供的破壞，掌側順行固定需要直接在腕舟骨結節(jié)上鉆孔固定，很容易進一步影響腕舟骨的血運，從而導致腕舟骨骨折的骨不連和缺血性壞死概率增高。而另一種內固定方式，即掌側入路逆行固定為自腕舟骨近極向遠極進行固定，由于術中無需暴露腕舟骨結節(jié)及在其上鉆孔固定，很大程度上減少了對腕舟骨的血運的影響，最大限度地保護腕舟骨整體血運，從而提高骨折的愈合率，尤其適用于腰部和近端骨折。本實驗通過三維有限元技術分析說明了臨床上掌側入路Herbert螺釘逆行固定能夠提供牢固力學固定。

隨著有限元軟件、計算機及醫(yī)學影像學的發(fā)展，三維有限元技術計算結果的可靠性與精確度日趨成熟，且具有其它實驗應力分析法無法比擬的優(yōu)點，是目前生物力學研究的主要手段之一。在本實驗研究中，應用三維有限元分析對比4種腕舟骨腰部橫行骨折螺釘固定術后模型生物力學穩(wěn)定情況。過去經常應用二維有限元分析腕骨力學效應，然而這種模型無法計算腕骨在冠狀面的移位情況。Carrigan應用腕骨三維有限元模型分析載荷傳遞途徑，然而為了避免軸向載荷作用下模型失敗，所有的腕骨被限制于只能在平行于載荷作用方向上運動。此外，上述研究還分析了幾個參數對模型的影響，揭示了當腕舟骨各方向運動未被限制時結果的差異性。

本實驗應用三維有限元技術分析腕舟骨腰部骨折螺釘逆行固定與順行固定術后力學效應。模型模擬正常腕舟骨運動，其只受腕舟骨周圍韌帶以及骨關節(jié)的生理限制。在這種情況下，所有的模型都保持穩(wěn)定，因此對于模型分析計算可以不需要任何邊界限制條件。

本實驗通過計算螺釘內固定模型骨折端移位情況進行評估各模型的穩(wěn)定性。臨床上一定量軸向移位，即骨折斷端一定量分離移位是可以接受的，甚至是有益的，它能促進骨折愈合，而骨折端水平移位容易導致骨折不愈合m。因此，我們假設骨折斷端水平移位應該保持在最小值，認為越小水平移位模型越穩(wěn)定。

通過有限元分析計算第2、4種內固定方式水平移位最小，所以認為這兩種模型穩(wěn)定性高。對于腕舟骨骨折行螺釘內固定時，大多數學者認為應將螺釘安置于腕舟骨中軸線上，因為螺釘的位置不適當可能導致腕舟骨骨折延遲愈合甚至骨不連。本實驗通過三維有限元分析，對比逆行固定模型中，結果第2種模型，即將螺釘安置于腕舟骨中軸線上時骨折端水平移位情況最小，螺釘所受最大應力最小，即骨折內固定術后最穩(wěn)定，螺釘松動可能性較小。

因此，對于腕舟骨腰部骨折行螺釘逆行固定時，應盡量將螺釘安置于腕舟骨軸線上。臨床上對于腕舟骨骨折采用掌側入路順行固定時，通常從腕舟骨結節(jié)進針，沿腕舟骨縱軸固定。本實驗第4種模型模擬臨床上順行固定，在與逆行固定模型加載相同載荷后，結果骨折端水平移位距離與逆行固定中第2種模型相等，螺釘所受最大應力最小，但與第2種模型非常接近。

本實驗結果證明，對于腕舟骨腰部骨折螺釘安置于腕舟骨軸線時骨折較穩(wěn)定。在所有逆行固定模型中，將螺釘置于腕舟骨中軸線時模型最穩(wěn)定，而當螺釘置于腕舟骨軸線上時，逆行固定與順行固定生物力學穩(wěn)定性未見明顯差異，說明逆行固定能提供順行固定一樣的生物力學穩(wěn)定度。因此，腕舟骨骨折行螺釘內固定時，應盡量將螺釘置于腕舟骨中軸線上，這與前期生物力學實驗結果相同嘲。

本實驗在建模與對模型分析上也存在很多不足之處，對于模型的驗證，未能獲得國人尸體作腕部相同加載的尸體標本所測得生物力學實驗數據進行驗證，而建模卻是采用國人的SCT數據，因為種族差異，所以實驗數據是有差異的。

本實驗建模時為了減少計算量，將尺橈骨以及各腕骨材料性質

定義為單一的皮質骨構成，若要實驗數據更準確，需要按CT

掃描密度計算彈性模量。對于韌帶附著點定位時，本實驗只

結合MRI以及解剖學資料，沒有薄層軟組織切片數據支持，

無法精確定位，建議在以后的在腕部建模中能融合CT、MRI

以及薄層軟組織切片數據，使模型更逼真。