目的：通過有限元分析的方法，研究不同錨釘數(shù)量及位置對肩關(guān)節(jié)Bankart損傷修復(fù)強度影響。

方法：利用逆向建模技術(shù)，將包含正常成人志愿者肩關(guān)節(jié)的三維CT數(shù)據(jù)，導(dǎo)入Mimics10．0、Geomagic2012軟件中對相關(guān)組織進行重建，然后在Hypermesh13．0軟件中進行網(wǎng)格劃分，賦予材料屬性，在Abaqus6．14中調(diào)整MPC約束的位置及數(shù)量，建立A模型（正常對照模型）、B模型（Bankart損傷對照模型）、C模型（1枚錨釘）、D模型（2枚錨釘）、E模型（3枚錨釘）、F模型（4枚錨釘），6種工況的肩關(guān)節(jié)有限元模型。添加肱骨外旋及前移載荷，模擬肩關(guān)節(jié)前向不穩(wěn)的恐懼試驗。

結(jié)果：

（1）正常情況下，伴隨著肱骨頭的外旋下盂肱韌帶復(fù)合體出現(xiàn)皺褶，并且在其前后束止點周圍出現(xiàn)明顯的應(yīng)力集中。

（2）Bankart損傷導(dǎo)致下盂肱韌帶前束應(yīng)力增大52．33％、后束增大45．67％，游離部分關(guān)節(jié)盂唇出現(xiàn)不均勻剪應(yīng)力降低。

（3）錨釘修復(fù)的各模型中，錨釘部位均出現(xiàn)明顯的應(yīng)力集中，并能夠減小前后束韌帶的應(yīng)力，其中C、D模型與B模型比較差異無統(tǒng)計學(xué)意義（P＞0．05），E、F模型與B模型比較差異有統(tǒng)計學(xué)意義（P＜0．05）。

結(jié)論：在修復(fù)Bankart損傷時，應(yīng)用1枚或2枚錨釘能夠減小下盂肱韌帶前后束的應(yīng)力，但如外旋角度較大時，在錨釘位置產(chǎn)生的應(yīng)力集中明顯增大，增加修復(fù)失敗的風(fēng)險。而應(yīng)用3枚或4枚錨釘，能夠通過錨釘之間的“負荷共享”效應(yīng)增強對下盂肱韌帶約束，并且減少錨釘自身的應(yīng)力，從而確保肩關(guān)節(jié)的前方穩(wěn)定，為患者的早期康復(fù)提供力學(xué)環(huán)境。

【關(guān)鍵詞】肩關(guān)節(jié)；Bankart損傷；有限元分析

隨著關(guān)節(jié)鏡技術(shù)的發(fā)展，鏡下縫合錨釘修復(fù)技術(shù)治療Bankart損傷得到廣泛應(yīng)用，影響術(shù)后治療效果的關(guān)鍵因素是錨釘?shù)闹萌胛恢眉皵?shù)量，多數(shù)報道認(rèn)為應(yīng)最少置入3枚錨釘［1］。但亦存在置入1枚［2］、3枚或4枚錨釘［3］進行修復(fù)的臨床報道。本研究通過有限元分析的方法研究錨釘位置及數(shù)量對肩關(guān)節(jié)前下盂唇及關(guān)節(jié)囊修復(fù)強度的影響。

1 資料與方法

1． 1 肩關(guān)節(jié)模型的構(gòu)建

選取經(jīng)X線片檢查確定肩關(guān)節(jié)形態(tài)正常的健康志愿者1名，34歲，男性，身高174cm，體重75kg。排除肩部外傷史、骨關(guān)節(jié)畸形或代謝性疾病。采用128排螺旋CT對該志愿者行左側(cè)肩關(guān)節(jié)外展90°薄層掃描，掃描層厚0．625mm，圖像格式存儲為DI-COM格式文件導(dǎo)入醫(yī)學(xué)三維重建軟件Mimics10．0。根據(jù)組織的灰度值，通過區(qū)域分割，得到肱骨近端、肩胛骨的人體骨骼模型，以點云格式導(dǎo)入Geomagicstudio2012。對模型進行除噪點、平滑等處理，擬合出骨骼的NURBS曲面，再導(dǎo)入Hypermesh13．0劃分網(wǎng)格，將骨骼及關(guān)節(jié)盂唇劃分為四面體C3D4單元，下盂肱韌帶及關(guān)節(jié)囊劃分為殼體S3R單元，共49068個節(jié)點，258220個單元。將生成的三維模型導(dǎo)入Abaqus6．14，所有結(jié)構(gòu)的材料屬性為各項同性線彈性材料。關(guān)節(jié)囊及韌帶的彈性模量10．1MPa、泊松比0．4；皮質(zhì)骨的彈性模量1．34×104MPa、泊松比0．3；關(guān)節(jié)軟骨的彈性模量0．3×104MPa，泊松比0．3（圖1）。

在肩關(guān)節(jié)盂及相對應(yīng)的關(guān)節(jié)盂唇的節(jié)點上設(shè)置MPC約束進行Tie綁定模擬錨釘固定。調(diào)整約束位置及MPC的數(shù)量，建立A模型（正常對照模型）、B模型（Bankart損傷對照模型）、C模型（8點鐘位置安裝1枚錨釘）、D模型（7－8點鐘位置安裝2枚錨釘）、E模型（6－9點鐘位置安裝3枚錨釘）、F模型（6－9點鐘位置安裝4枚錨釘），6種工況的肩關(guān)節(jié)有限元模型（圖2）。

將肩胛骨內(nèi)側(cè)緣作為邊界條件固定模型。加載方式模擬肩關(guān)節(jié)前向不穩(wěn)檢查恐懼試驗（Cranktest），即在外展90°位，上臂繞自體中心軸外旋并給予一定的前向推力。

1． 3 統(tǒng)計學(xué)處理

所有數(shù)據(jù)采用SPSS19．0統(tǒng)計學(xué)軟件進行統(tǒng)計學(xué)分析。定量資料采用均數(shù)±標(biāo)準(zhǔn)差（χ±s）表示。選取6個模型中，下盂肱韌帶復(fù)合體在6－9點鐘止點位置周圍的10個節(jié)點，應(yīng)用配對t檢驗對研究對象在不同外旋角度下的平均應(yīng)力進行統(tǒng)計學(xué)比較，以P＜0．05為差異有統(tǒng)計學(xué)意義。

2 結(jié)果

2． 1 下盂肱韌帶復(fù)合體在不同模型中的應(yīng)力分布

結(jié)果顯示在A模型中，下盂肱韌帶復(fù)合體的應(yīng)力集中在遠近端附著點，伴隨著肱骨頭的外旋，環(huán)繞肱骨頭發(fā)生皺褶，使應(yīng)力集中在下盂肱韌帶的前后束止點周圍（圖3a）。與之相比，在B模型（Bankart損傷模型）中的，下盂肱韌帶前后束附近的應(yīng)力較A模型前束增大52．33％、后束增大45．67％，游離部分關(guān)節(jié)盂唇出現(xiàn)不均勻剪應(yīng)力（圖3b）。錨釘固定的各模型中，在錨釘固定點對應(yīng)的下盂肱韌帶復(fù)合體上均出現(xiàn)明顯的應(yīng)力集中，與C、D模型相比，在E、F模型中應(yīng)力集中區(qū)分布趨向均勻（圖3c，3d，3e，3f）。

在各模型中， 外旋角度對錨釘在下盂肱韌帶前后束固定點周圍應(yīng)力分布結(jié)果見表 1 。

?除 9 點鐘外旋30°外，B模型其余外旋角度對錨釘在下盂肱韌帶前后束固定點周圍應(yīng)力均大于A模型。C、D模型與B模型比較差異均無統(tǒng)計學(xué)意義。E、F模型各外旋角度對錨釘在下盂肱韌帶前后束固定點周圍應(yīng)力均小于B模型。

3 討論

Bankart損傷發(fā)生導(dǎo)致了前下方盂唇被盂肱下韌帶復(fù)合體（前束及關(guān)節(jié)囊）在關(guān)節(jié)盂附著處撕裂，從而導(dǎo)致肩關(guān)節(jié)外展90°時，由于前下方缺乏靜力性結(jié)構(gòu)維持，肱骨頭會出現(xiàn)前下滑移或再脫位。

目前，關(guān)節(jié)鏡下應(yīng)用帶線錨釘修復(fù)Bankart損傷已經(jīng)為臨床醫(yī)師所公認(rèn)，但在錨釘置入的數(shù)量上還存在爭議［4］。Boileau等［3］認(rèn)為置入≤3枚錨釘存在復(fù)發(fā)性關(guān)節(jié)不穩(wěn)的風(fēng)險，因而建議置入4枚螺釘。Levy等［2］報道用1枚錨釘進行荷包縫合的方法成功進行36例肩關(guān)節(jié)鏡下Bankart修復(fù)術(shù)。Witney－Lagen等［5］對114例關(guān)節(jié)鏡下1枚錨釘修復(fù)肩關(guān)節(jié)不穩(wěn)進行4年隨訪發(fā)現(xiàn)，用1枚錨釘亦能取得良好的穩(wěn)定性，同時提出術(shù)中應(yīng)將錨釘置于4點鐘方向，2股縫合線分別固定3點鐘和6點鐘方向。Sisto等［6］報道，在Bankart修復(fù)術(shù)失敗的患者中，87％的錨釘沒有放置在4點鐘方向。

針對前下盂肱韌帶復(fù)合體的有限元研究存在一維線性單元［7］、二維殼單元［8］、三維六面體或四面體單元［9］3種模型。一維線性單元模型無法體現(xiàn)關(guān)節(jié)囊與肱骨近端的解剖特征及關(guān)節(jié)運動過程中關(guān)節(jié)囊的皺褶變形，目前已很少應(yīng)用。三維六面體或四面體單元模型，雖然在解剖特征上可以充分顯示肱骨近端與關(guān)節(jié)囊的連接關(guān)系，但在進行大變形分析時，由于部分單元會發(fā)生反轉(zhuǎn)變形，而使模型很難收斂。二維殼單元模型不僅對關(guān)節(jié)囊與骨骼的連接關(guān)系進行充分的仿真，而且實現(xiàn)了關(guān)節(jié)囊的變形。本研究建立的有限元模型中，骨骼及關(guān)節(jié)盂唇使用三維四面體單元，韌帶及關(guān)節(jié)囊使用二維殼單元。

本研究發(fā)現(xiàn)正常模型中，下盂肱韌帶復(fù)合體其關(guān)節(jié)盂唇附著處出現(xiàn)均勻的應(yīng)力分布，并伴隨著肱骨外旋，在下盂肱韌帶前后束出現(xiàn)較大的應(yīng)力集中，這與Benjamin的試驗結(jié)果相一致［8］。與A模型比較B模型中，盂唇損傷區(qū)域的前、后端出現(xiàn)較大的應(yīng)力集中，并在游離的盂唇產(chǎn)生切向應(yīng)變，并且外旋角度增大，前后端應(yīng)力越集中，在外旋90°時，前束增大約52．33％、后束增大45．67％。比較安裝錨釘后各模型的應(yīng)力分布可以發(fā)現(xiàn)，與B模型比較，在外旋30°時，C、D模型中下盂肱韌帶前束應(yīng)力分別減少9．82％、16．58％，E、F模型中下盂肱韌帶前束應(yīng)力分別減少28．79％、27．46％；在外旋60°時，C、D模型中下盂肱韌帶前束應(yīng)力分別減少3．41％、13．24％，E、F模型中下盂肱韌帶前束應(yīng)力分別減少33．17％、34．77％。外旋90°時，C、D模型中下盂肱韌帶前束應(yīng)力分別減少18．54％、28．68％，E、F模型中下盂肱韌帶前束應(yīng)力分別減少36．71％、41．24％。

上述結(jié)果提示，由于Bankart損傷導(dǎo)致下盂肱韌帶在6～9點范圍內(nèi)游離，肱骨外旋會導(dǎo)致在損傷前后緣附著點韌帶的應(yīng)力集中，1枚或2枚錨釘修復(fù)能夠減小下盂肱韌帶前后束的應(yīng)力，但隨著外旋角度增加，其控制作用逐步減弱，并且會在錨釘上產(chǎn)生較大的應(yīng)力集中。而3枚或4枚錨釘能夠通過錨釘之間的“負荷共享”效應(yīng)增強對下盂肱韌帶約束，并且減少錨釘自身的應(yīng)力，從而確保肩關(guān)節(jié)的前方穩(wěn)定，為患者的早期康復(fù)，提供力學(xué)環(huán)境。