胫后肌腱转位治疗足下垂的有限元分析
【作者】网站采编
【关键词】
【摘要】0 引言 Introduction 足踝是人体力学系统的基石，在稳定重心、缓冲震荡、协调运动中具有重要的作用，足踝部结构的损伤、异常或不稳可进一步影响下肢、骨盆、脊柱的力学稳定性。对足
0 引言 Introduction
足踝是人体力学系统的基石，在稳定重心、缓冲震荡、协调运动中具有重要的作用，足踝部结构的损伤、异常或不稳可进一步影响下肢、骨盆、脊柱的力学稳定性。对足踝部生物力学的分析研究，对治疗和预防损伤、手术重建功能有重要的意义。足踝部有限元分析应用的实例有：建立踝关节三维有限元骨折模型，反映骨折后关节的形态改变和骨折块的移位情况；杜世新等[1]建立了正常足和先天性马蹄内翻足的有限元模型对比，提示内翻畸形始于胚胎发育期且逐步加重；WONG等[2]建立了胫骨后肌腱病变的有限元模拟，揭示了中足载荷传递和韧带形变导致的内侧纵弓的负载平衡被破坏，易引发扁平足、跖骨内翻和踇外翻等疾病；辅助鞋具、垫、矫形器具和假肢的设计研发等。有限元对足踝部力学特性的了解、指导治疗及评价预后具有积极的意义，但尚未查询到任何与肌腱转位治疗足下垂的有限元分析相关的研究报道。
肌腱转位治疗足下垂这一术式，大多可以改善临床症状，但是效果有限，有一定复发率，原因在于：术前对胫骨前肌肌力评估不细、长期足下垂者合并不同程度跟腱挛缩、骨间膜过小。肌力再平衡后，对足弓、步态、后足力线、足踝骨关节的远期影响缺乏深入研究，故探讨胫后肌腱转位治疗腓总神经完全损伤所致足下垂相关有限元受力分析，具有重要的临床意义。传统经验常规选择中侧楔骨作为胫后肌腱转位锚定点[3]。文章通过有限元技术对胫后肌腱转位这一手术方式进行建模及受力分析，针对肌腱转位锚定点的选择进行验证，探究其生物力学特性，以期为临床提供参考。
1 对象和方法 Subjects and methods
1.1 设计 有限元分析。
1.2 时间及地点 实验于2019年10月至2020年1月在西安交通大学附属3201医院完成数据采集，在重庆市文理学院智能制造工程学院实验室完成。
1.3 对象 选择1例左侧腓总神经损伤导致左侧足下垂畸形的年轻男性患者(由西安交通大学附属3201医院骨科提供)，经X射线片证实无肿瘤、骨质疏松等病理性骨质病变。使用西门子公司64层128排CT对该患者的左足进行层高0.65 mm的扫描，并获取二维CT图像。扫描范围从胫腓骨下段直至足趾，获得250张空间分辨率为512像素*512像素的Dicom格式文件，予以保存[4]。
选择10位双下肢正常年轻男性受试者(由西安交通大学附属3201医院体检中心提供)用于表面肌电信号的测量。纳入标准：①健康男性；②年龄25-35岁；③肌肉维度适中。排除标准：体质量指数异常(＞23.9 kg/m2，＜18.5 kg/m2)者。
研究方案的实施符合西安交通大学附属3201医院的相关伦理要求。所有受试者均对试验过程完全知情同意，并签署了“知情同意书”。
1.4 方法
1.4.1 表面肌电数据的采集 踝关节运动涉及到了肌力，通过阅读大量中外文献[5-9]，发现表面肌电信号电位变化的振幅与肌肉负荷大小存在相关性，目前普遍被大家接受的是表面肌电信号的时域参数均方根幅值RMS与肌力成线性关系。
对10位研究对象的右侧下肢进行表面肌电数据的采集(见图1)。根据小腿浅表肌肉在体表的投影位置安放相应的电极(见图2)。电极片的位置影响具体肌电信号的测量值，肌腹、肌肉边缘的测量结果明显不同，但对信号的变化斜率无影响[10-11]。位置较深的肌肉，可将电极贴于肌肉的边缘，例如踇长伸肌、腓骨短肌。因此并不直接从表面肌电信号的均方根幅值RMS得出具体肌力值，而是根据该肌屈伸活动不同的RMS，同时结合线性关系评估肌力大小[6]。
图 1｜肌电诱发电位仪Figure 1 ｜Electromyographic evoked potential meter
图 2｜安放电极片的位置Figure 2 ｜Position of electrode pads
测试时让受试者做多次主动屈伸踝关节的等长运动，在听到口令后2 s内达到最大肌力，维持4 s后放松，使受试者有足够的休息时间，避免肌肉疲劳。从每条数据中挑选力量最稳定的1 s信号段用于提取均方根幅值RMS(见图3)。
图 3｜表面肌电信号Figure 3 ｜Surface electromyogram signal
由此可以测量肌肉的表面肌电信号，并分别计算各个肌肉做最大屈、伸关节活动时的均方根幅值RMS。
表面肌电信号的均方根幅值RMS的计算公式为：
1.4.2 肌力大小的预估 ①比肌力：绝对肌力除以该肌的生理横截面积，每平方厘米的肌力平均值称为比肌力；②绝对肌力：是一块肌肉做最大收缩时所能产生的最大肌力，它以最大收缩时所能克服的阻力来表示。肌力的大小是与肌的横截面积成正比。查阅国际生物力学大会关于肌肉的比肌力相关文献，得到以下参数：踝屈伸运动肌肉的比肌力约为伸肌群4.69 kg/cm2，屈肌群7.77 kg/cm2。根据前人对16例男性尸体的小腿构筑学研究结果[12]，小腿各个肌肉的生理横截面积如下(见表1)：
文章来源：《医用生物力学》 网址: http://www.yyswlx.cn/qikandaodu/2021/0205/334.html