摇拔戳手法治疗急性外侧踝关节扭伤后距腓前韧带力学分析_李磊.pdf
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1、中国中医急症 2023年2月第32卷第2期JETCM.Feb.2023,Vol.32,No.2踝关节扭伤是骨科急诊常见的运动损伤之一,其症状表现为踝关节局部肿胀、疼痛、淤青、行走困难等1。“摇拔戳”作为清宫正骨学术流派的代表手法之一,以“轻巧柔和”的手法特点,使扭伤的外侧踝关节从“骨错缝,筋出槽”的病理状态达到“骨正筋柔”的正常生理状态从而减轻患者疼痛,改善患者踝关节的运动功能2。“摇拔戳”手法在临床上的疗效评价多以患者主观感受及症状为主,但其具体的机制尚不明确。近年来随着有限元分析方法在骨科的应用,使得骨科各摇拔戳手法治疗急性外侧踝关节扭伤后距腓前韧带力学分析李磊1,2高景华2温海宝2李依蒙
2、1,2李建国2高春雨2(1.北京中医药大学,北京100105;2.中国中医科学院望京医院,北京 100102)中图分类号:R684.7文献标志码:B文章编号:1004-745X(2023)02-0221-05doi:10.3969/j.issn.1004-745X.2023.02.008【摘要】目的 探究摇拔戳手法治疗急性外踝关节扭伤的力学作用机理。方法 在中国中医科学院望京医院急诊科收集1例外踝关节扭伤患者,扫描并保存患者胫骨远端1/3以下踝关节CT断层图片,利用Abaqus 6.13和Mimics10.0软件来构建足踝三维有限元模型。记录手法治疗前、初次治疗后、疗程结束2周3个时间点的在体
3、力学数据,经过数据转换处理后代入有限元模型中,分析在3个不同时间点4种工况下距腓前韧带的参数及力学数据。结果 有限元加载试验提示,随着时间进展,经手法治疗后,距腓前韧带的弹性模量逐渐降低,距腓前韧带的最大应力逐渐增大。结论 摇拔戳手法能通过降低距腓前韧带的弹性模量,使距腓前韧带承受的最大应力增加。可能是通过手法缓解踝关节扭伤后踝周围韧带的痉挛紧张状态,提高韧带对力的耐受,这可能是摇拔戳手法治疗外侧踝关节扭伤的力学作用机制之一。【关键词】外踝关节扭伤摇拔戳手法有限元模型力学分析Mechanical Analysis of Anterior Talofibular Ligament in the
4、Treatment of Acute Lateral Ankle Sprainby Shaking,Pulling and Pressing ManipulationLi Lei,Gao Jinghua,Wen Haibao Li Yimeng,Li Jianguo,Gao Chunyu.Beijing University of Chinese Medicine,Beijing 100105,China.【Abstract】Objective:To explore the mechanical mechanism of shaking,pulling and pressing manipul
5、ation inthe treatment of acute lateral ankle sprain.Methods:One case of lateral ankle sprain was collected in the Emergency Department of Wangjing Hospital,Chinese Academy of Traditional Chinese Medicine.CT tomograms of theankle below 1/3 of the distal tibia of the patient were scanned and saved.The
6、 three-dimensional(3D)finite element model of the foot and ankle was constructed using ABAQUS 6.13 and mimics10.0 software.The physicalstrength data at three time points before the manipulation treatment,after the initial treatment and after the end ofthe treatment period were recorded.After data co
7、nversion,they were imported into the finite element model to analyze the parameters and mechanical data of the anterior talofibular ligament at three different time points and fourworking conditions.Results:The finite element loading test showed that after the manipulation treatment,the elastic modu
8、lus of the anterior talofibular ligament gradually decreased and the maximum stress of the anterior talofibular ligament gradually increased with the progress of time.Conclusion:Shaking,pulling and pressing manipulation can increase the maximum stress of the anterior talofibular ligament by reducing
9、 the elastic modulus of the anterior talofibular ligament.It may be done by manipulating the spasmodic tension of the ligaments around the ankle after an ankle sprain and improving the tolerance of the ligament to stress,which may be one of the mechanical mechanisms of the shaking,pulling and pressi
10、ng manipulation in the treatment of lateral ankle sprains.【Key words】Lateral ankle sprain;Shaking;Pulling and pressing manipulation;Finite element model;Mechanicalanalysis 基金项目:国家中医药管理局中医药创新团队及人才支持计划项目(ZYYCXTD-C-202003);中国中医科学院科技创新工程(CI2021A02015);北京市中医管理局北京市中医药科技发展基金(JJ-2020-72)通信作者(电子邮箱:)研究报告-221中
11、国中医急症 2023年2月第32卷第2期JETCM.Feb.2023,Vol.32,No.2类治疗客观化及有效性得到验证3。本研究通过构建足踝三维有限元模型,对“摇拔戳”手法治疗外侧踝关节扭伤前、中、后期3个不同时间点的距腓前韧带的参数及力学数据进行收集与分析,从生物力学角度研究“摇拔戳”手法治疗外侧踝关节扭伤的力学调衡作用机理。现报告如下。1材料与方法1.1实验对象选自中国中医科学院望京医院急诊骨科1例右足外侧踝关节扭伤男性,年龄26岁,身高170 cm,体质量63 kg。患者运动时右足扭伤后右踝关节外侧出现疼痛,局部肿胀,皮下淤青,跛行。体查时局部明显压痛,嘱患者足内翻动作时,右足外踝前下
12、方疼痛加重,疼痛致踝关节跖屈、背伸、内翻、外翻等活动受限,行右踝关节X线检查后排除踝关节存在撕脱骨折,脱位;行右踝关节核磁排除患者踝关节韧带有度以上撕裂损伤4。向患者告知试验目的及方案并签署知情同意书,同意入组试验。本研究通过中国中医科学院望京医院医学伦理委员会批准(批件号:WJEC-KT-2015-041-P002)。1.2设备及材料SMATOM Definitim Edge 64排螺旋CT机 德国西门子(SIEMENS)公司。高级计算站ThinkStation d20:双CPU为英特尔六核处理器X5680,3.33 GHz;内存为96 G 1333 ECC;显卡NVIDIA Q5000,2
13、.5 G;操作系统为 64 位 Windows7 系统(中国中医科学院骨研所提供)。CT 数据处理软件:Mimics 10.0(比利时 Materialise公司)。逆向处理软件:Solidworks 2016(美国达索 SIMULIA公司)。分网软件:Hypermesh 12.0(美国Altair公司)。有限元分析软件:Abaqus 6.13(美国达索SIMULIA公司)1.3CT图像采集患者平卧于CT床上,固定患肢,采用德国西门子(SIEMENS)公司 SMATOM Definitim Edge 64 排螺旋CT机扫描患侧踝关节。扫描参数:120 kV球管电压,280 mAs,扫描角度0,
14、层厚1.2 mm,层间距0.75 mm,窗位70,窗宽320。为便于后续在模型中计算踝关节运动角度,从上到下逐层扫描患者右侧胫骨远端1/3以下部分后获得患者右侧外踝CT 断层图片,将CT断层图片以国际标准Dicom格式保存。1.4足踝三维有限元模型建立1.4.1CT图像边界定位对DICOM格式的CT图片进行矢量化处理将二维图片转换为三维,设定重建图像的矢状位和冠状位的方向,对图像进行定位后,软件可自动形成各断层图像的边界轮廓。1.4.2阈值界定和骨骼分离通过对定位后的图像进行骨质阈值设定,分离骨性结构及其周围的软组织。对于分离后生成的骨性结构,运用软件Draw、Erase等编辑功能进行处理,再
15、运用区域生长的功能,分离出踝关节的距骨、跟骨等骨结构。1.4.33D图像生成和表面光滑处理运用3D calculate软件对处理好的骨性结构进行3D计算,将未分离的骨结构、毛刺手动分离消除,填补骨骼层内的假孔。分割出一个较光滑的骨骼模型,利用Mimics10.0软件对得到的骨骼模型进一步光滑处理,在维持骨骼外形下使骨骼表面最优化。1.4.4足踝模型逆向处理和三维网格曲面重建利用solidworks2016软件对Mimics中所生成点云的数据优化后进行曲面重构等逆向处理得到骨骼结构整体外表面,保存为igs文件。再运用Hypermesh12.0软件对骨骼结构分网操作,最终得到三维网格模型。1.4.
16、5足踝模型简化为减少干扰,使计算优化,对关节软骨及韧带进行简化处理,根据足踝关节的解剖结构,确定维持足踝关节功能的9组韧带的起止点,以只受牵拉不受压的杆单元代替足踝韧带,运用Abaqus6.13软件定义材料属性并生成模拟足踝关节9组韧带的杆单元。根据踝关节软骨的生理功能及位置信息,运用Abaqus6.13软件接触算法,建立与足踝屈伸运动相关的4个接触面的软骨。1.4.6材料参数设置将骨骼与软骨视作同性材料,骨骼的皮质骨、松质骨和软骨以不同的弹性模量加以区分。通过查阅相关文献5,皮质骨弹性模量范围在7 00012 000 mPa,通过有限元正常模型的计算运动角度结果与在体实验运动角度比较,得到适
17、合该模型皮质骨弹性模量为7 300 Mpa,模型材料属性见表1、表2。表1足踝骨与骨材料属性项目皮质骨松质骨软骨弹性模量(MPa)7 300100150泊松比0.30.350.42表2足踝韧带材料属性项目胫腓前韧带ATiF胫腓后韧带PTiF距腓前韧带ATaFi距腓后韧带PTaFi跟腓韧带CaFi胫腓前韧带ATiTa胫腓后韧带PTiTa胫跟韧带TiCa胫舟韧带TiNa弹性模量(MPa)260260255.5216.5512184.599.5512320.7泊松比0.40.40.40.40.40.40.40.40.4截面(mm2)18.418.412.921.99.713.522.69.77.1-
18、222中国中医急症 2023年2月第32卷第2期JETCM.Feb.2023,Vol.32,No.21.4.7足踝接触面装配根据外侧踝关节的解剖关系及实际接触研究,确定模型中足踝关节各骨骼之间的接触位置及接触面积。依据CT图像确定足踝关节的胫骨、腓骨和跟骨的实际位置,以及骨骼对应的坐标方向进行装配。装配完成后得到足踝有限元三维模型。见图1。1.5踝关节三维有限元模型有效性验证通过在体试验测量结果与有限元模型计算结果进行对比验证足踝三维有限元模型的有效性。1.5.1验证方法于中国中医科学院望京医院急诊骨科收集的1名急性右外侧踝关节扭伤男性患者,符合中医病证诊断疗效标准6中踝关节扭伤标准、有相关影
19、像证据且无禁忌证。1.5.2实验操作准备施术者穿戴力学数据测量手套并调整传感器位置,患者穿戴运动捕捉系统紧身下衣,在患者紧身衣固定位置粘贴轻质反光球(Marker点)。见表3。1.5.3摇拔戳手法操作7患者采取侧卧位,患侧在上,助手握住患侧小腿近端使其固定。施术者双虎口相对,双手拇指按住外踝骨缝,余4指拿住患侧足踝,使足踝被动环转摇晃6次。施术者与助手相对拔伸,并将足跖屈内翻。再将足背伸外翻,双手拇指同时向下戳按。再用揉捻法,按摩舒筋。1.5.4正式操作施术者以双手拇指施加力于患者足踝固定点,保证试验期间操作者的施力点相同。使患者足踝关节被动进行跖屈、背伸、内翻、外翻4个方向运动,运动范围以患
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