有限元分析法在拇外翻生物力学研究中的应用：可靠性与提升空间

doi:10.3969/j.issn.2095-4344.0176

摘要/Abstract

摘要：

文章快速阅读：

文题释义：

拇外翻：是一种常见的疾病，中老年人的患病率居多，青少年其次。它的诊断不是一件难事，但治疗方法却多种多样，包括保守治疗和手术治疗。大部分治疗方法都有一定的道理，但它们的效果及预后可能需要进一步探索。

拇外翻模型的材料定义：部分学者将足部的组织均被看作是均质连续、各向同性的线性弹性单元。这种材料定义方式明显减少了建模的难度和工作量，但是同时也降低了模型的仿真度。因此，把足部的不同组织区分定义为不同的材料属性可以把仿真度增大，进而更加贴近临床。对于软骨和关节，把大关节或者在运动中具有重要意义的关节定义为非均质、各向异性的材料更为可靠。

摘要

背景：拇外翻是一种病因复杂的临床常见病，其治疗方法多样。其中拇外翻的力学分析是目前研究的重点。应用有限元分析方法对拇外翻进行力学分析使得其治疗变得可以预测。

目的：探讨有限元分析法在拇外翻生物力学研究中的临床应用。

方法：以中文检索词“有限元，拇外翻”和英文检索词”Finite element，hallux valgus”分别检索1980年1月至2017年3月CNKI数据库和PubMed数据库。排除与文章目的无关、内容重复及低质量文献。根据入选标准保留33篇文献，对有限元分析应用于拇外翻的关键问题进行综述。

结果与结论：①目前对拇外翻的有限元研究方法很多，大多需要医工合作去完成，方法较成熟，但是国内建立模型材料属性的数据大多是来自国外的研究；②有限元分析方法在拇外翻的病因研究、术前规划和预后判断等方面有着重大的实用价值，具有一定的可靠性；③拇外翻有限元模型局限在静态分析和步态周期分析方面，同时在建模细节和对材料属性的定义方面也有着很大的提升空间。

中国组织工程研究杂志出版内容重点：人工关节；骨植入物；脊柱；骨折；内固定；数字化骨科；组织工程
ORCID: 0000-0001-8810-1655(张占阅)

关键词: 拇外翻, 生物力学, 骨科植入物, 数字化骨科, 有限元, 跖骨, 材料属性, 截骨, 足, 模型

Abstract:

BACKGROUND: Hallux valgus is a common orthopedic disease, and its causes are complex and treatment is varied. The mechanical analysis of hallux valgus is an issue of concern. The finite element analysis makes it predictable to treat hallux valgus.

OBJECTIVE: To explore the clinical application of finite element analysis in biomechanical study of hallux valgus.

METHODS: The first author searched CNKI and PubMed databases from January 1980 to March 2017 using the key words of “finite element, hallux valgus” in English and Chinese, respectively. The repetitive, irrelevant and low-quality articles were excluded. Finally 33 eligible articles were included in accordance with the inclusion criteria, and the critical issues of finite element analysis applied in hallux valgus were reviewed.

RESULTS AND CONCLUSION: (1) There are many researches concerning finite element of hallux valgus, which mostly require physicians to work with engineers. These methods are already very mature, but most of the model and material properties of the data come from foreign researches. (2) The finite element analysis is important and reliable for the etiology of hallux valgus, preoperative planning and prognosis. (3) The finite element model of the hallux valgus is only used on static analysis and gait cycle analysis, the modeling details and definition of material properties still need to be improved.

中国组织工程研究杂志出版内容重点：人工关节；骨植入物；脊柱；骨折；内固定；数字化骨科；组织工程

Key words: Hallux Valgus, Metatarsal Bones, Finite Element Analysis, Biomechanics, Tissue Engineering

中图分类号:

R318

张占阅，董乐乐，左强，郭鹏年，吕国栋，刘瑞. 有限元分析法在拇外翻生物力学研究中的应用：可靠性与提升空间[J]. 中国组织工程研究, 2018, 22(11): 1762-1767.

Zhang Zhan-yue, Dong Le-le, Zuo Qiang, Guo Peng-nian, Lv Guo-dong, Liu Rui. Finite element analysis applied in the biomechanical study of hallux valgus: reliability and room for improvement[J]. Chinese Journal of Tissue Engineering Research, 2018, 22(11): 1762-1767.

图/表（结果） 3

2.1 拇外翻有限元模型的建立与验证

2.1.1 有限元建模的数据采集有限元模型的数据采集方法多种多样，包括X射线、三维激光扫描、CT图像、核磁图像等，目前在骨科应用最广泛的是计算机断层扫描(CT)和磁共振成像(MRI)图像数据，至于超声重建二维模型极其少见。早期有限元模型建立利用X射线图像^[2]，虽然X射线成像有成本低、直观等优势，但是它所产生的投影图像精度低，难以区分不同组织，现已弃用。使用CT和MRI数据建立的有限元模型更有效、更完整。对于整个足部几何重建的三维逼真模型的设计，CT数据数据更适合骨成像，而MRI数据更适合软组织重建。利用CT数据建模，价格较MRI便宜，扫描时间较快，对骨骼重建有着明显的优势。对于CT扫描参数的基本要求包括：患者非负重踝关节中立位；记录层厚、床进速度、间隔、范围、二维扫描断层图像的分辨率、数量；最后CT扫描数据以DICOM(Digital Imaging and Communications in Medicine)格式存储到可读写光盘。目前在拇外翻有限元研究中最常用的是使用CT数据建立模型。

2.1.2 建立几何模型的工具获得患者扫描数据后，利用计算机建立完整的有限元模型需要多种软件联合去实现，其中包括辅助工具和有限元软件。

辅助工具：①Mimics，它是Materialise公司的一款通过输入DICOM格式的扫描数据建立三维模型的软件。Mimics软件在FEA模块中进行网格划分，并对模型进行材料分配，定义不同材料的弹性模量和泊松比，最后用有限元分析的格式输出。其具有操作简单、容易上手和运算时间短等优点；②Geomagic Studio，这是一款逆向工程软件，可以把三维扫描数据和点云数据生成三角片，然后进入多边形阶段，定义边界条件创建曲面，最后自动转化成NORBS曲面并以Iges格式输出用于有限元分析。它具有界面简洁、功能强大等优点，比CAD软件(Computer Aided Drafting)的效率更高；③MATLAB，它是美国MathWorks公司出品的一款软件，它集数值分析、矩阵运算、非线性控制设计等功能于一身，是一种高级技术语言，在数值计算方面独具优势。但是这款软件对于非专业人员来说相对较难，必须具有计算机语言基础才能掌握，所以在有限元分析建模的应用上少见；④FreeForm(3D触觉式设计系统)，它利用触觉式设计工具重建三维模型，再输入到CAD软件中对数据进行处理分析，它具有建模制作周期短、功能简单灵活、操作界面直观等特点；⑤UG(Unigraphics NX)，它是Siemens PLM Software公司的一个产品，它可轻松构建各种实体的模型，功能强大。既能解偏微分方程又可自适应网格加密，该软件也得到了不少学者的青睐。除了以上几款常用建立有限元的辅助工具，还有SolidWorks，HyperMesh、Vtk等软件，这几款软件功能侧重点不同，应用不广泛。

有限元软件：比较常见的是ANSYS和ABAQUS这两款软件。①ANSYS，1970年由美国ANSYS公司开发的应用于有限元分析的一款大型软件，具有功能强大、操作简单等特点。目前是国际上成为最流行的有限元分析软件。它可以进行结构静力分析、结构动力分析、结构非线性分析、动力学分析等，同时可对CAD模型进行高质量、便捷的自适应网格划分。经过不停的优化，现已更新到ANSYS 14.0版本。其中ANSYS的Workbench界面与其经典界面相比，具有简洁并能更加正确的导入大多数建模软件建立模型，明显提高计算的效率的优点，但同时在一定程度上对功能也进行了简化；②ABAQUS，1978年由HKS公司开发的另一款常用的有限元分析软件，它也可对复杂的非线性问题进行求解，致力于更复杂的工程问题，现已更新到6.13版。

目前常见建模方法：利用Mimics和Geomagic Studio两款软件建立实体模型后导入ANSYS或者ABAQUS建立有限元模型。这种联合建模方式具有分工明确、方便快捷、精度较高、贴近临床等特点。

2.1.3 建立有限元模型建立有限元模型，首先要选择合适的网格划分方式，定义不同组织单元属性，进而进行网格划分控制，从而利用XMESH命令进行网格划分。拇外翻模型在承受外力后，内部组织之间的力学尤为重要，所以采用耦合和约束方程进行网格划分。拇外翻的骨骼、肌腱等组织较复杂，可在有限元网格划分方面，分为有限的四面体网格或六面体网格，目前国内大多数均采用四面体网格划分。

对于拇外翻模型的材料定义，部分学者将足部的组织均被看作是均质连续、各向同性的线性弹性单元。这种材料定义方式明显减少了建模的难度和工作量，但是同时也降低了模型的仿真度。因此，把足部的不同组织区分定义为不同的材料属性可以把仿真度增大，进而更加贴近临床。对于软骨和关节，把大关节或者在运动中具有重要意义的关节定义为非均质、各向异性的材料更为可靠^[3]。但是为了使计算结果的难度降低，可以把在力学分析中影响较小的关节定义为非线性，比如远端趾间关节等；对于矢状面微动关节，像跗跖关节和跗骨关节，有学者把其进行弹性软骨融合；对于趾骨间关节和跖趾关节，有研究进行非线性超弹性软骨连接。对于材料属性的设定，本文综合了国内外的研究常用数据^[4-12]，见表1。

2.1.4 加载模型和确定边界约束成功建立拇外翻有限元模型后，对其进行加载和约束。为了使微分方程组能顺利求解，同时排除分析时的非主要的因素，需要确定模型的边界条件。对跟骨上表面进行完全约束，固定内侧楔骨和其远侧为活动端^[13-14]。还有学者对胫骨远端、腓骨及跟骨底部进行完全约束^[15]。于踝关节静态中立位垂直加载人体重力，对单足加载1/2体质量的力。设定支持结构：定义平行于足底的面、矢状面、冠状面及垂直于矢状面和冠状面的面^[16-17]。

2.1.5 模型有效性的验证由于拇外翻足结构的复杂性、计算机软硬件的局限性及有限元方法固有的限制，模型的建立结果不能完全反应真实的力学特性。多数使用力板测试技术或标本生物力学测试^[18-19]。证明有限元模型的可靠性是利用它分析问题的前提，常见用于验证模型有效性的方法有：①同一例患者静止站立在Footscan平板压力测试系统上测量出来的足底受力数据与三维有限元模型足底压力对照(图2)，以验证所建模型的有效性^[14]。Footscan平板系统具有测试简单、可重复性好、方法可靠的优点。它不仅能提供直观的图形，也可提供准确的数值，因此成为临床常用的验证有限元模型的有效性的方法；②如无条件进行Footscan平板压力测试对比，则可与高质量文献的类似建模结果数据进行对比^[20]。

2.2 有限元分析方法在拇外翻中的应用

2.2.1 拇外翻病因学研究拇外翻的成因诸多，包括遗传因素、长期穿高跟鞋或尖头鞋和足部结构异常等可导致拇趾向足外侧过度倾斜的因素。国内外学者通过有限元分析法对拇外翻的病因进行多方面的研究报导：①王旭等^[15]通过建立正常足的三维有限元模型，进而对第一跖列进行有限元分析，得出第一跖列反复负重可能是拇外翻发生的因素之一的结论；②Morales-Orcajo等^[21]采用有限元分析10个拇趾近节趾骨模型中的应力分布模式进行了定性比较，认为它们的几何形状是拇外翻的潜在病因；③足的第一跖列有着减震和负重的重要功能；Wong等^[22]对跖楔角和跖趾关节在韧带松弛的情况下进行了有限元研究，结果表明，第一跖列的过度活动增加了跖楔角和跖趾关节的负荷，从而造成了跖骨旋转，发生跖内翻，这是拇外翻产生的重要因素；④Kai等^[23]建立有限元分析模型观察第一跖骨和内侧跖楔关节之间的应力应变，证明第一跖列运动范围和拇趾外翻存在一定的联系。

2.2.2 拇外翻治疗的研究在有限元分析应用于拇外翻矫正手术之前，外科医生经常通过足部X射线片凭经验进行拇外翻矫形手术，仅仅是通过截骨恢复拇趾形态和足弓生物力学的结构去获得疗效，往往没有一个相对客观的标准去评价手术效果。如今学者把有限元分析法高效的应用于拇外翻的治疗评估当中：①孙卫东等^[24]对中西医结合微创技术治疗拇外翻采用第一跖骨头颈部截骨方式，通过建立拇外翻有限元模型，模拟截骨线与第1跖骨轴线在矢状面上的7个截骨角度，最后证明了第一跖骨在矢状面从远端背侧向近端跖侧方向进行60°的截骨最具稳定性。他们还建立模拟第一跖骨颈部截骨和绷带外固定的有限元模型，证明这种截骨和固定方式联合治疗拇外翻的有效性^[25]；②毕春强等^[26]静态分析建立的第一跖骨头颈部截骨后应用绷带外固定的有限元模型，从而证明这种方法可显著减少截骨端的位移，应力适中，对骨折的愈合起到很好的效果；③Matzaroglou等^[27]通过对拇外翻患者进行改良的90°-Choven截骨进行有限元分析，与经典的60°-Choven截骨相比，90°-Choven截骨在两截骨端的接触应力方面更具优势；④跖楔关节融合术是矫正拇趾外翻的外科手术方法之一，特别是对那些具有第一跖列失稳的患者，由于第一跖列失稳是导致拇外翻的因素之一。Wong等^[28]通过对1名28岁的女性磁共振成像的足部有限元模型的建立，模拟跖楔关节融合术并进行周期步态分析，证明了跖楔关节融合术可以恢复第一跖列的承重能力；⑤金立夫等^[14]对1例微创截骨术后2年出现转移性跖骨痛的患者进行CT数据建模，分析表明引起转移性跖骨痛的一个可能成因是第一跖楔关节失稳，并提醒医生需高度注意术前拇外翻患者有无第一跖楔关节失稳，必要时加做跖楔关节融合术，预防术后转移性跖骨痛；⑥Kristen等^[29]建立了拇外翻的模型，对3种截骨术式进行力学分析，比较不同拇外翻截骨术式的稳定性。

2.2.3 关于拇外翻其他方面的研究 ①跖腱膜在模型建立方面，陶凯等^[13]通过建立1名志愿者足的有限元模型，对比分析模型中不建立跖腱膜和韧带对足部力学分布的影响，并推测其他忽略的组织在建模中的重要性；②边蔷等^[30]研究新鲜离体足部9个肌腱样本，对其进行测量和加载，最后得出相应的弹性模量。但在足部组织弹性模量的测定方面，国内相关研究少见；③对于跖腱膜的研究，牛文鑫等^[19]通过建立3种跖腱膜的末端连接的位置模型，包括跖腱膜末端分别与两侧趾骨、趾骨以及跖骨头连接，最后综合解剖和可靠的实验结果证明了，跖腱膜末端连接在跖骨头上的模型更合理。

参考文献

[1] 温建民,孙卫东,成永忠,等. 基于CT图像拇外翻足有限元模型的建立与临床意义[J]. 中国矫形外科杂志, 2012,20(11): 1026-1029.

[2] Behforootan S, Chatzistergos P, Naemi R, et al. Finite element modeling of the foot for clinical application: A systematic review. Med Eng Phys. 2017;39:1-11.

[3] Trabelsi N, Milgrom C, Yosibash Z. Patient-specific FE analyses of metatarsal bones with inhomogeneous isotropic material properties. J Mech Behav Biomed Mater. 2014;29: 177-189.

[4] Cheung JT, Zhang M. A 3-dimensional finite element model of the human foot and ankle for insole design. Arch Phys Med Rehabil. 2005;86(2):353-358.

[5] Lemmon D, Cavanagh P. Finite element modeling of plantar pressure beneath the second ray with flexor muscle loading. Clin Biomech(Bristol, Avon). 1997;12(3):S13-S14.

[6] Gefen A. Stress analysis of the standing foot following surgical plantar fascia release. J Biomech. 2002;35(5):629-637.

[7] Patil KM, Jacob S. Mechanics of tarsal disintegration and plantar ulcers in leprosy by stress analysis in three dimensional foot models. Indian J Lepr. 2000;72(1):69-86.

[8] Nakamura S, Crowninshield RD, Cooper RR. An analysis of soft tissue loading in the foot--a preliminary report. Bull Prosthet Res. 1981;10-35:27-34.

[9] Buchler P, Ramaniraka NA, Rakotomanana LR, et al.A finite element model of the shoulder: application to the comparison of normal and osteoarthritic joints. Clin Biomech(Bristol, Avon). 2002;17(9-10):630-639.

[10] Race A, Amis AA. The mechanical properties of the two bundles of the human posterior cruciate ligament. J Biomech. 1994;27(1):13-24.

[11] Wright DG, Rennels DC. A study of the elastic properties of plantar fascia. J Bone Joint Surg Am. 1964;46:482-492.

[12] Isvilanonda V, Dengler E, Iaquinto JM, et al. Finite element analysis of the foot: model validation and comparison between two common treatments of the clawed hallux deformity. Clin Biomech (Bristol, Avon). 2012;27(8):837-844.

[13] 陶凯,王冬梅,王成焘,等. 韧带和跖腱膜在足部有限元分析中的力学作用[J]. 生物医学工程学杂志, 2008,25(2):336-340.

[14] 金立夫,胡海威,温建民,等. 第1跖楔关节失稳与母外翻术后转移性跖骨痛相关性-前足跖骨头下压力的有限元研究[J]. 中国矫形外科杂志, 2013,21(9):908-913.

[15] 王旭,马昕,陶凯,等.足踝有限元模型的建立与初步临床应用[J]. 中国生物医学工程学报, 2008,27(2):287-292.

[16] 王旭,陶凯,马昕,等. 第一跖列负重变化对母趾形态影响的有限元分析[J]. 复旦学报(医学版),2006,33(2):167-170.

[17] 刘清华,余斌,金丹,等. 解剖结构完整的踝关节有限元模型构建及意义[J]. 山东医药,2010,50(14):1-3.

[18] 陶凯,王冬梅,王成焘,等. 基于三维有限元静态分析的人体足部生物力学研究[J]. 中国生物医学工程学报, 2007,26(5): 763-766+80.

[19] 牛文鑫,杨云峰,俞光荣,等. 人体足部三维有限元模型的有效构建方法及其合理性的实验分析研究[J]. 生物医学工程学杂志, 2009,26(1):80-84.

[20] 金乾坤,何盛为,何飞熊,等. 足踝部三维有限元仿真模型的构建及验证[J]. 中国数字医学,2016,11(4):83-86.

[21] Morales-Orcajo E, Bayod J, Becerro-de-Bengoa-Vallejo R, et al.Influence of first proximal phalanx geometry on hallux valgus deformity: a finite element analysis. Med Biol Eng Comput. 2015;53(7):645-653.

[22] Wong DW, Zhang M, Yu J, et al. Biomechanics of first ray hypermobility: an investigation on joint force during walking using finite element analysis. Med Eng Phys. 2014;36(11): 1388-1393.

[23] Kai T, Cheng-Tao W, Dong-Mei W, et al. Primary analysis of the first ray using a 3-dimension finite element foot model. Conf Proc IEEE Eng Med Biol Soc. 2005;3:2946-2949.

[24] 孙卫东,温建民,胡海威,等. 拇外翻第1跖骨颈部不同截骨角度截骨端稳定性有限元分析[J]. 中华损伤与修复杂志(电子版), 2012, 7(5):492-496.

[25] 孙卫东,胡海威,温建民,等. 第1跖骨颈部微创截骨联合分趾垫和“8”字绷带外固定治疗拇外翻的有限元分析[J].中医正骨,2014, 26(4):3-6.

[26] 毕春强,温建民,孙卫东,等. 静态有限元法分析基于“裹帘”法外固定拇外翻术后截骨端的稳定性[J]. 中国组织工程研究, 2016, 20(22):3294-3300.

[27] Matzaroglou C, Bougas P, Panagiotopoulos E, et al. Ninety-degree chevron osteotomy for correction of hallux valgus deformity: clinical data and finite element analysis. The open orthopaedics journal. 2010;4:152-6.

[28] Wong D, Wang Y, Zhang M, et al. Functional restoration and risk of non-union of the first metatarsocuneiform arthrodesis for hallux valgus: A finite element approach. Journal Biomech. 2015;48(12):3142-3148.

[29] Kristen KH, Berger K, Berger C, et al. The first metatarsal bone under loading conditions: a finite element analysis. Foot Ankle Clin. 2005;10(1):1-14.

[30] 边蔷,胡海威,温建民,等. 足部相关肌肉、肌腱组织材料弹性模量的测定[J]. 中国组织工程研究,2015,19(12):1919-1923.

[31] Wang Y, Wong DW, Zhang M. Computational models of the foot and ankle for pathomechanics and clinical applications: a review. Ann Biomed Eng. 2016;44(1):213-221.

[32] Perrier A, Luboz V, Bucki M, et al. Conception and evaluation of a 3D musculoskeletal finite element foot model. Comput Methods Biomech Biomed Engin. 2015;18 Suppl 1: 2024-2025.

[33] 周宇宁,张宏,陈相春,等. 建立足部三维有限元数字模型[J]. 中国组织工程研究,2015,19(5):662-666.

引言

拇外翻是最常见的前足畸形，发病机制复杂，青少年、中年人及老年人的发病均不少见，且女性比男性的发病率高。拇外翻可以表现为足大拇趾外翻，第一二跖骨间角增大，肌肉功能障碍等异常，这些变化并不总是相互联系的，病理变化多种多样，因此拇外翻是一种复杂的疾病。对于这种复杂的疾病研究，由于足部受多种生物力学因素影响，参与承重和运动，所以力学分析可能是探究其病因的必要的研究方法。利用可靠的生物力学分析能够深入了解拇外翻的病因及其临床治疗方法。目前在基础研究中成果较多，但是与临床结合应用的实例却殊为罕见。

对拇外翻的生物力学研究方法包括足印、平板测试、压力鞋及鞋垫技术，这些技术只能获得足部特定部位的力学分布。随着医学与数字技术的结合与发展，有限元分析法被用来解析拇外翻内在的骨骼、软组织应力及关节间的接触压力。有限元是一个强大的数值分析法，它可以用来解决复杂的几何物体、材料性能及不同载荷的问题。利用有限元分析法建立足部包含骨骼、关节及韧带等软组织的模型，可操作性强，可进行术前和术后的力学分析，有助于制定手术计划和减少术后并发症。这已成为当今足踝外科领域的研究热点。

目前，有限元分析法已经成为研究人体肌肉骨骼系统生物力学的实用工具^[1]。利用逆向工程原理的数字化仿真研究在拇外翻领域中的应用，包括病因研究、模拟术前设计、优化治疗方法、判断预后等。通过建立三维可视化模型并进行合理的数据分析，能显著提高对拇外翻生物力学的理解程度。有限元分析是拇外翻力学分析中重要的工具，具有很大的应用价值。回顾近年文献，作者就拇外翻的有限元研究状况及存在的关键问题进行了系统的分析和综述。

中国组织工程研究杂志出版内容重点：人工关节；骨植入物；脊柱；骨折；内固定；数字化骨科；组织工程

材料方法

讨论

有限元分析是在20世纪70年代引入人体骨骼肌肉系统中的生物力学评价方法。足与踝关节的生物力学模型已应用于损伤机制的分析、假体的设计、术前规划及理解生物力学知识等方面^[31]。拇外翻在研究中能够建立等比例虚拟模型，具有很好的相似性和极强的可操作性，同时还可进行精细的数字化分析。了解健康或者病理状态是准确建立足部模型的必不可少的条件^[32]。对于需要截骨手术的拇外翻患者可进行反复术前模拟，在仿真分析中通过应力应变等力学改变得出最佳手术方案，进而为手术成功及预后的判断奠定良好的基础。有限元分析在骨科生物力学中应用广泛，在拇外翻领域中也屡见不鲜，是生物力学研究的可靠的数字化平台。目前有限元模型的建立，由于对各组织材料参数和解剖结构之间的连接不够精准，所以建立的模型只能达到仿真的程度。由于足部是人体骨骼系统中相对复杂的，所以想要把全部骨、关节、韧带、肌肉及软组织建模非常困难，这是拇外翻有限元模型的建立难点。模型的建立需要一定程度的简化和假设材料属性及加载边界条件等，这就会在准确性上产生差异，在某种程度上降低了其应用价值。关节模型的模拟是有限元建模的难点，关节软骨用杆单元模拟，使其具有弹性的同时还保证软骨相对滑动的特性。杆单元可以自由合理的设定软骨间的接触面积，更符合人体的解剖力学结构^[33]。建模越精细，越能逼真的反应人体各个部位的受力，但这需要更深一步的研究。目前，有限元模型的分析大都是静态的，对于动态分析还尚未成熟。

建立拇外翻的有限元模型，必须以精准和实用为前提，进而希望能够简捷的服务于临床。模型的建立增加了医生术前跟患者沟通的素材，可以得到患者更多的信任。国内ANSYS软件中有限元模型加载大都是以国外文献的相关数据及解剖结构为基础。对于研究生物材料的参数，静态和动态的研究是不同的，所以为了更加真实的模拟动态分析，需要进一步深入研究不同生理状态下的生物材料的参数值。步态周期的研究还不是很成熟，尤其是跑步步态周期的机制比较复杂，小腿、大腿相关肌肉及骨盆转动等多因素的参与使研究变得更为精细化和复杂化。因此，人体不同的运动状态或病理改变时的组织的弹性模量也应该充分考虑。

对于拇外翻有限元模型建立的可靠性，应该通过扩大CT的扫描范围，以便能够研究整个下肢甚至全身对拇外翻足力学的影响因素。CT和MRI进行联合建模是否能产生更详细的骨骼和软组织的重建？不同程度的拇外翻有什么区别？其术后拇外翻足的力学有何改变？术后是否恢复足的正常力学分布，从而达到治标治本的效果？这些都是针对拇外翻的思考。建立拇外翻的有限元模型或者应用模型评价手术的疗效，可能更加客观的分析相关的力学改变及解决临床上遇到的难题，从而成为解决这些问题的可靠工具。目前这项技术在国内虽然应用不是很普遍，但是也取得了不俗的成果。有鉴于此，作者认为国内的这种结合技术需要更多的实践去进一步提高。

中国组织工程研究杂志出版内容重点：人工关节；骨植入物；脊柱；骨折；内固定；数字化骨科；组织工程