小夹板治疗桡骨远端C型骨折有限元研究

黄彬铖

[摘要]目的 探讨小夹板治疗桡骨远端C型骨折有限元研究。方法 选取2018年6月11日我院收治的1例26岁健康男性桡骨远端C型骨折患者作为研究对象，并根据该患者右前臂CT扫描数据，建立正常桡骨远端三维模型。依据AO分型，人为划分骨折线，建立3种C型骨折前臂高阶四面体网格模型。并对3种骨折模型进行有限元分析，计算出相应云图。结果 实验结果表明，其骨折类型中C1.1、C2.1及C3.1型的骨折块数较少，其骨折缝处为最大应力的集中处，也对维持骨折的稳定性带来一定优势。结论 通过对小夹板治疗桡骨远端C型骨折进行相关有限元研究，初步确定了其适用范围，可为临床工作提供一些参考。

[关键词]小夹板;桡骨远端;C型骨折;有限元研究

[中图分类号] R274.11          [文献标识码] A          [文章编号] 1674-4721（2019）11（a）-0004-04

Finite element study of small splint in the treatment of type C distal radius fracture

HUANG Bin-cheng

Department of Orthopedics， Panyu Hospital of Chinese Medicine in Guangzhou City， Guangdong Province， Guangzhou   511400， China

[Abstract] Objective To investigate the finite element study of small splint in the treatment of type C distal radius fracture. Methods A 26-year-old healthy male patient with type C distal radius fracture admitted to our hospital on June 11， 2018 was selected as the study object. According to the CT scan data of the patient′s right forearm， a three-dimensional model of the normal distal radius was established. According to AO classification， fracture lines were artificially divided， and three kinds of type C fracture upper forearm high-order tetrahedral mesh models were established. Three fracture models were analyzed by finite element method， and corresponding cloud images were calculated. Results The experimental results showed that the fracture types of C1.1， C2.1 and C3.1 were fewer in the number of fracture blocks， and the fracture joints were the concentration of maximum stress， which also brought some advantages to maintain the stability of the fracture. Conclusion The application of small splint in the treatment of type C fractures of the distal part of the flexure bone has been preliminarily determined through the relevant finite element study， which can provide some references for clinical work.

[Key words] Small splint; Distal radius; Type C fracture; Finite element study

C型桡骨远端骨折的患者在同时患有其他多种疾病的情况下，由于进行手术时有很多不确定的风险因素，因此不得不进行保守治疗，因此临床上常常使用小夹板外固定的方法进行治疗。很多医学专家认为，C型桡骨远端骨折使用夹板固定这种治疗方法欠缺考虑，因为治疗效果很一般。关于老年人桡骨远端关节内骨折的治疗方法包括两种，一种是切开复位内固定法，另一种是手法整复夹板外固定法，但是针对患者的关节面塌陷超过3 mm的情况，治疗时长期的保守治疗要比进行手术治疗效果明显，而且还可以减少并发症的发生[1]。伴随着社会的不断发展，有限元技术也得到了快速进步，并且常应用于骨科手术方面，因此对小夹板在临床上的使用，采用有限元技术对其进行研究已经很有可能[2]。本研究对小夹板固定的方式进行C型桡骨远端骨折的治疗的详细情况进行描述，以期为以后的临床研究提供依据。

1资料与方法

1.1一般资料

选取2018年6月11日我院收治的1例26岁健康男性橈骨远端C型骨折患者作为研究对象，并且将实验方法和实验目的全部告诉该患者，同时要签一份知情通知书。本研究已经通过医院医学伦理委员会审核批准。

1.2方法

首先将受试者的右臂前臂进行夹板外固定，之后进行CT扫描（层距和层厚均为1 mm），之后得到扫描的数据结果，并将数据保存为DICOM格式，然后上传到电脑上进行保存，作为之后建模需要的数据库。使用Mimics 15.0软件将CT得到的数据导入到计算机，同时建立正常的桡骨远端的三维模型，然后按照以下五步进行操作，其中包括对图像进行前处理、选择合适的阈值、区域的增长、对得到的图像进行分割以及对模型表面进行平顺处理，同时意味着得到了初级的三角面片模型，然后将其用STL格式进行保存。由于这个模型存在表面过于粗糙和畸形以及扭曲等一些不好的结构特点，所以首先要使用Mimics 15.0权健将数据导出，然后使用软件Imageware 13.0对三角面片初级模型进行后续处理，包括对模型进行降噪处理、使模型表面得到光顺模型进行精细的划分，以及使用精确面等方法进行曲面化等步骤，最终得到实际的三维实体模型。然后以.stp的格式将Imageware 13.0软件中导出的三维模型的数据进行保存，方便之后在数据库中对数据进行处理，同时有利于分析和建立有限元的模型[3-5]。

模型组装：在正常模型基础上人为划分骨折线。对正常模型偏移一定厚度（0.5 mm），获得皮质骨与松质骨，参考AO分型，对尺桡骨进行分块切割，获得AO分型骨折模型。从Imageware 13.0导出三维模型数据，格式为.stp，导入Pro/E 5.0中进行模型组装，对需要进行处理的部分或者特征进行操作，共得到9个C型骨折模型，具体见图1。

1.3观察指标

使用ANSYS 15.0软件对完整的桡骨远端的三维模型进行处理，然后使用Workbench软件的一项功能，如自动网格划分，将模型按照要求划分。ANSYS Workbench软件可以自动地将其网格划分的功能进行调整，然后得到具有更好特性和形状的元素，而且针对精度高的部分，软件可以将其网格密度进行调整，确保得到质量较高的网格。网格划分可以使用Solid 186的单元类型的方法，而尺桡骨干的模型总共有185 168个节点以及147 401个单元。

1.4统计学方法

通过Ansys Workbench软件进行三维FE分析，提取桡骨远端各骨折亚型的尺桡骨远端骨与软组织的应力云图，骨折固定后的软组织应力最大值、骨折缝处应力数值。

2结果

2.1软组织及骨折端在载荷条件下的最大压应力情况

通过分析AO骨折程度分型情况，并利用ANSYS软件结构计算得出每种骨折分型基础下软组织和骨折端受压的分布情况，具体见表1。

2.2适用范围

局部软组织和骨折断端应激的云图具体见图2。受到人最大可以负荷的生理轴向100 N时，此时人体各组织承受的最大力是4.0195 MPa，而且这种强度的力度是人体可以承受的，因此并不会有筋膜间室以及皮肤压疮等并发症的产生。因为腕部的软组织比较少，所以这部分的力度明显大于其他部位，主要的力量集中在绕腕关节，并且以骨折断端为中心，夹板固定部位的应力越往四周力度越小。C1.1、C2.1和C3.1型的骨折，由于骨折块比较少，所以骨折缝处的应力是最大的，能够将骨折的稳定性保持的比较好的原因也可能是因为应力在此部位比较集中[6-9]。因此可以判定，应力在骨折端处越集中，使用夹板进行固定的越稳定，那么对骨折端进行固定时效果就越好;相反，就代表固定的效果比较差。

3讨论

以患者受伤肢体的生理功能为出发点，对夹板采用扎带加压的方式进行约束，之后对骨折端的移位和畸形进行矫正，从而将骨折端进行固定，这就是小夹板外固定的方法[10-11]。传统的小夹板是中医在进行骨折治疗时的一大特点，常常应用于对四肢骨折闭合复位外的固定。《肘后救卒方》中記录着我国第一次使用夹板固定对骨折进行治疗的真实事件，因此小夹板是祖国的文化瑰宝。临床实践证明在对桡骨远端骨折进行治疗时，小夹板外固定的方法效果显著，而且许多研究结果表明，在治疗桡骨远端骨折时使用手法复位小夹板外固定的方式均得到良好的效果，受到众多国内骨科方面认可，很多患者也很大程度地接受这项治疗方法，而且这种治疗方法还受到国际骨科方面的认同[12-13]。针对C型桡骨远端骨折，很多情况下，单纯采用夹板或者石膏这种保守的治疗方法，固定的有效性和复位的准确度都得不到有效的处理，因此还需要配合手术一同进行治疗。

小夹板固定骨折有很多优点，最重要的优点是，骨折处的有效固定可以和肢体早期锻炼结合在一起，称之为“动静结合”。在骨折处伤口愈合期间，骨折断端处轻微的活动现象是可以的，骨端间适当的挤压和摩擦对伤口的愈合有一定的效果[14];但是骨折端如果活动空间太大，超过了适当的活动范围，则会对伤口愈合有一定的阻扰。骨折处愈合的动力主要有两点，一是骨折端的应力，二是骨折端的轻微活动。轻微的活动能够使骨痂加快长成，促进骨折伤口恢复，但是不适当的应力，会造成骨折伤口恢复的速度变缓。通常解释为，骨折端处产生的压应力促进伤口愈合;而剪应力会造成伤口愈合缓慢。所以，在采用小夹板外固定的方法进行治疗时，要有很好的手法进行复位，这样可以将剪切应力尽可能的减小，也可以降低对伤口愈合造成的影响[15-16]。另外，扎带的松紧也至关重要;如果扎带过于松，患者进行锻炼时，会出现固定失效和夹板脱落的情况，如果太紧，患者锻炼过程中导致筋膜间室综合症以及压疮等现象的发生。研究报道[17]，在受到100 N左右的轴向力的情况下，人体并不会受到伤害，因为人体可以承受的最大的应力是4.0195 MPa。如果患者存在高程度的骨折粉碎以及有很多的骨折块等现象，其在刚恢复时进行锻炼的过程中，移位或者骨折端处受到的关于应力的刺激小等现象会常常发生，这样会减慢伤口愈合速度，因此保持骨折端的稳定需要增加载荷。本实验为静力实验，对骨折端轻微活动时产生的数据进行分析，因此骨折处愈合的情况不能完全详细的展现;另外，由于骨组织和软组织可以承受的安全的载荷还不能确定，以上这些问题都需要进一步的研究。有限元的分析技术有个缺点，由于是在理想状态下建立的三维模型，并未考虑存在其他的影响因素[18]。本实验使用的所有模型材料的定义是相同的，弹性材料、各向同性、和均质，与事实不相符。而且，生物组织有很多特点，其中包括多样性和复杂性，以及在建立模型方面的技术受到很多方面的制约，所以现在不能将有限元模型准确地呈现出来。而且精确模型的建立需要考虑的因素众多，其中包括加载条件及解剖形状等方面，因此本研究建立的有限元模型以及对模型的分析和解释均不能代表上述治疗骨折方法的有效性[19]。

本研究结果显示，骨折类型中C1.1、C2.1及C3.1型的骨折块数较少，其骨折缝处为最大应力的集中处，也对维持骨折的稳定性带来一定优势。提示患者骨折处若采用夹板固定且集中的话，可达到预期治疗效果，与相关研究结果较为一致[20]。

综上所述，对桡骨远端C型骨折进行相关实验研究，可以为临床提供一定参考，尤其为基础疾病较多、不能耐受手术的高龄患者的保守治疗提供部分参考依据。但是本研究是在健康成人模型的基础上开展，人为划分了骨折线，而临床骨折的具体形式多样，仅选取代表性的骨折形式，与实际不符，故需进一步进行临床验证。

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（收稿日期：2019-02-15  本文编辑：任秀兰）