2.1  尺桡骨骨折受力情况  在外力载荷作用下，不当外力受力均集中在距离桡骨远端30 mm左右位置，即密质骨和松质骨的交界处，可以认为该位置为尺桡骨间接暴力骨折和螺旋暴力骨折的高发区域。在冲击力为1 000 N或剪应力5 MPa条件下，尺桡骨最大应力值可以达到197.6 MPa，持续的应力作用下该部位将出现断裂，由于骨折受力将通过骨间膜影响前臂的另一块骨骼，可以将尺桡骨作为整体来进行考虑，形成的尺桡骨有限元模型与朱攀前等^[17]提到的尺桡骨中段骨折模型的相关调查研究高度吻合^[18]。依照刘寒江等^[6]在运用有限元法建立兔尺桡缺损模型的生物力学特性研究中，对尺桡骨内部的应力分布情况进行详细分析发现，兔在后腿站立时，尺桡骨近端的高应力部分以尺桡骨中轴为中心，呈扇形分布，逐渐沿尺桡骨上侧分散。王玲等^[19]建立尺桡骨有限元模型，并模拟人体手部质量施加对应载荷后发现，尺桡骨近端的应力集中部位在臂关节下方、桡骨转子及尺骨冠状突位置，由此得到结论：对于股骨横向所受的压力，桡骨转子及尺骨冠状突为主要的承重结构。通过进行有限元分析，共获得2种骨折分类云图模型，其详细结果见图3，4。

2.2  包含受力情况的尺桡骨骨折有限元计算结果的应力分布  依据照那木拉等^[20-21]提到的蒙医整骨术的“喷酒将抚-手法复位-外自固定-及早锻炼”传统步骤，可以考虑分别使用牵拉以致垂直方向复位，钩拉以致水平方向复位，转压以致减少断面剪应力的整骨方式，对云图中显示的2种骨折方式进行整骨。同时因为蒙医整骨手法通过“以力对力”实现目标，故可以推断，根据王梅等^[22]所完成的研究成果，前臂在正中位时最适宜采取整骨手法进行治疗，此时尺桡骨最大受力来自于尺桡骨的骨间膜，为骨间膜对尺骨和桡骨分别的拉力，可认为在采取整骨手法时，尺桡骨骨间膜拉力与对于骨折近端的纵向拉力和横向扭转力形成受力平衡，见图5，6。

按照中国蒙医整骨术有关概念，在医患配合状态下，患者坐位，伸直曲肘固定，术者在骨折远端进行对抗拔伸，矫正旋转及重叠畸形，可以认为是用于骨折近端的纵向拉力，同时待骨折两端充分拔开后，双手拇指向掌侧按压骨折远端。余指上托骨折近端向背侧，屈腕纠正背侧移位，可以认为是作用于骨折近端的横向推力，然后用左手顶住尺骨茎突，右手拔伸腕部向尺侧倾斜，纠正骨折远端向桡侧移位以及下尺桡关节分离，可以认为是循着骨折线形成反过程，用反向压力“以力对力”复位的过程。

此时骨折面t，受到横向复位力F和轴向拉力N，且共同与骨间膜拉力T形成受力平衡，见图7。因此，有受力平衡公式：Nsinα-Fcosα≤T=k(Ncosα+Fsinα)

此时k为骨折面相对滑动力(与横向复位力相对)及骨折面正压力(与轴向压力相对)之间的关联系数。

尺桡骨近远端分别参与构成肘关节和腕关节，因存在由尺骨侧下方向桡骨侧上方延展的骨间膜结构，如果其中一个部分出现骨折情况，外力将通过骨间膜传导至另一部分，从而引起尺桡骨干骨折^[1]，按照韩庆斌等^[2]的研究成果，在国内骨伤患者当中，尺桡骨骨折患者大概占总比例的6%，同时包括了人类上肢骨折中的15%^[3]。尺桡骨骨折主要可以分为以下3种：①直接暴力：多为前臂受到重物击打，锐器损伤，机器碾压所致，主要特点为骨折位置大致为一平面，创面为横型或粉碎型，伴随有不同程度的软组织损伤、神经损伤，或合并开放性骨折；②间接暴力：多为下肢重心不稳定不平衡导致跌倒，前肢先着地所引发的受伤情况，桡骨承担地面施与的作用力，最终引发斜型骨折^[4]；③旋转暴力：受伤同时前臂环绕手臂中轴线发生旋转，如运动过于剧烈的情况，大多情况下为螺旋性或多段粉碎性骨折，同时伴随前臂的脱套伤。

自1972年开始，有限元分析法一直被广泛应用于以骨伤力学为代表的各类生物力学实验当中。目前治疗尺桡骨骨折的手段，按照是否需要手术干预，可分类为需要干预和无需处理两个大类别。保守治疗作为拥有悠久历史的处理手段，目前仍作为修复尺桡骨骨折的主要治疗手段，通常在使用臂丛或静脉麻醉作为辅助手段下，通过一定的手法控制尺骨、桡骨骨折患处端部分的成角、旋转、分离及短缩移位，结合高分子材料制成的绷带或小夹板和传统骨折复位手法，将受创部位以康复位置固定，借此防止骨折断面因为平常的活动再次错位。保守治疗法需要依照当前环境下尺桡骨愈合的受力情况，对位于前臂外侧行使固定技能的石膏或小夹板进行及时调整，而在康复过程当中的各项可控或者不可控的活动非常容易导致复位后的骨折断面出现再移位，而引发畸形愈合^[5]。而尺桡骨的对应位置变化，又会使得前臂对应关节的功能受到影响^[6]。因此，治疗师对前臂骨折采取治疗手法，必须以力线回复，前臂旋转功能恢复作为骨折正常愈合的判断标准，而不能将尺桡骨骨折混同于一般的骨折情况^[6-7]。

有限元法的基本原理是将连续体拆分成各自紧密相关的三维个体，根据相应节点及单元的应力和位移列出方程组计算求解，就能得到其他各单元体及节点的应力和位移的变化，从而得到所需结果的应力和位移量。此次实验就是用MimicsResearch软件将患者的桡骨CT扫描资料进行三维重建，获得各项参数，为桡骨三维有限元模型的应力分析做好前期准备工作，然后将桡骨三维重建模型导入ABAQUS有限元软件中进行正常状态下和伸直型骨折时候的力学性能分析。因尺桡骨骨折发生后，两断端间即刻就会产生幅度较大的错位及成角，所以在临床应用上必须使用较为严格的标准对待，将整骨手法的复位与固定作为核心的评价手段。而源于蒙古族先民的日常生活、具有几百年历史的蒙医整骨，具有骨折固定材料常见、手法简单明确，且具有无创伤、疗效显著的特点^[8-9]。蒙医传统整骨在治疗骨折当中将骨折部位(断段)定义为静，骨折以外的部位(关节)定义为动，在骨折康复过程中以人的主动性和能动性作用为重点，以“静中有动，动中有静，动静结合”作为概念。在当今骨折复位方法遭遇瓶颈，无法实现突破的背景下，作者尝试依照古老的蒙医整骨术思想，通过对前臂建立的模型进行有限元分析，寻找对有关手法进行量化的可能性。

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1.1  设计  基于有限元分析的计算机建模实验。

1.2  时间及地点  于2017年8月在内蒙古医科大学附属医院影像科CT完成数据采集，于2018年6月在内蒙古大学交通学院完成数据分析。

1.3  对象  选择健康的男性志愿者1名，志愿者年龄35岁，体质量67 kg，身高176 cm，无尺桡骨外伤史，右臂尺桡骨无伤病史，同时排除肿瘤转移、放化疗及结核病史。签署CT扫描知情同意书后，于2017年8月在内蒙古医科大学附属医院进行常规检查。患者侧卧位，使用GE 64排螺旋CT对患者右前臂进行螺旋扫描，数据以DICOM格式保存。扫描条件：电压120 kV，电流250 mA，自尺桡骨近端至远端层厚2 mm，层距5 mm，单层像素矩阵大小512×512^[9-12]。

1.4  方法

1.4.1  尺桡骨三维模型的建立  将志愿者右臂尺桡骨CT资料，导入Mimics17.0软件当中，通过阈值分割、区域确定、腔隙填充、蒙罩编辑等步骤，建立尺桡骨的骨骼仿真几何模型，实验步骤参考王伟^[13]、郝飞等^[14]实验的建模方法。几何模型在转换为STL格式后导入3-Matic Studio软件中，经过一系列手段后，获得右臂尺桡骨三维模型。

1.4.2  网格化模型的建立和分析前处理

网格划分与材料参数：将上述模型修复多余边界，重新划分网格，之后将优化的模型导入AQABUS当中，通过表面和内部定义划分骨皮质和骨松质的区域，同时对骨间膜单独进行定义，建立尺桡骨有限元网格模型，见图1；皮质骨、松质骨材料参数见表1所示。

边界条件及载荷设置：边界条件设置为尺桡骨近端固定，假设遭遇直接暴力引发骨折时，施加的一对等大反向且不在同一条线上的不当外应力压强为35 MPa，作用位置趋近于桡骨中间远端位置，方向垂直于桡骨表面；假设引发骨折时，所施加的不当外压力与骨轴方向成45°，大小为1 000 N，分别作用于桡骨近端背伸位(Colles骨折)和掌屈位(Smith骨折)，见图2。按照徐琴^[15]、马会旭等^[16]对尺桡骨受力情况的研究，并依据具体情况对载荷大小做出适当调整。

1.4.3  有限元运算分析  将上述设置完毕的受力条件依次导入有限元模型当中，在ABAQUS软件中进行运算模拟，并查看有关运算结果。

1.5  主要观察指标  尺桡骨远端受力分布以Von Mises云图形式给出、骨折起始点及骨折线通过云图的应力集中区域进行测算，针对测算结果对蒙医整骨手法和方式进行假设。

有限元计算结果表明，尺桡骨伸直性骨折的骨折部位首先发生于松质骨和密质骨交界处的掌侧，是因为发生跌倒时，桡骨所受的外界冲击力有两个分量，其中平行与骨纵轴的分量对桡骨产生压缩力，垂直与骨纵轴的分量使桡骨产生弯曲变形，结合骨间膜传导的冲击力分量，共同作用而导致骨折。而按照中国蒙医整骨术有关概念，在医患配合状态下对近折端固定、活动远折端循骨折线形成弯曲变形的反过程，用反向压力“以力对力”复位，可以近似认为是对尺桡骨伸直型骨折过程的“反向重建”。而由于尺桡骨体密质骨和松质骨的弹性模量不同，根据应力-应变关系可知，相同的应变，弹性模量越大，所需应力越大，故骨折发生在尺桡骨体向远端移行处，即是说蒙医整骨术应在尺桡骨体向近端移行处施加。依照邢海清等^[23]建立尺桡骨有限元模型，并模拟人体手部质量施加对应载荷后发现，尺桡骨近端的应力集中部位在臂关节下方、桡骨转子及尺骨冠状突位置，由此得到结论：对于股骨横向所受的压力，桡骨转子及尺骨冠状突为主要的承重结构。JOHNSON等^[24-26]认为不采用手术治疗的患者有66%可能性感染并发症，同时接近15%的可能性出现功能障碍。对于无明显并发症的尺桡骨骨折，国内外现多采取整骨手法配合夹板固定进行治疗^[27-30]，在临床应用中为对尺桡骨骨折治疗提供理论支持。根据刘献祥^[31]的分类，通常认为尺桡骨的骨折在受到直接、间接、螺旋3种形式的暴力时发生。考虑到附着在前臂尺桡骨上的肌腱及对应的肌肉群因素，在受到间接暴力作用时，随年龄、体型、健康程度变化的肌肉收缩力以及骨密度也必须纳入到前臂骨折种类的考虑范围内。陈玉凤^[32]所做的尺桡骨骨折手术治疗护理研究也从另一个角度对相关观点进行了阐释，但并没有重现骨折发生的动态全过程，同时也没有建立能够反映尺挠骨断裂情况的模型。

得益于有限元法的建模准确、操作简便、实验可重复性高等优点，它在生物力学当中得到了广泛的应用^[32]。而结合采集到的医学图像，建立尺桡骨三维模型并确定相关的边界条件则是进行有限元分析的前置条件^[33-35]。此次实验结合相关软件，以儿童和老年人群体尺挠骨骨折时的受力情况作为分析对象，模拟出Colles和Smith两种骨折时尺挠骨的受力情况，结合“以力对力”的原则即可估计出蒙医整骨手法需要使用的力量大小和方向，与文献中提到的临床常用分型定义一致^[36-38]，另由于弯曲变形的力是由背侧的压应力和掌侧的张应力合成的，发生尺桡骨伸直性骨折时，掌侧的张应力集中，明显大于背侧。而生物力学显示，骨对压力的抵抗力较强，在压力情况下不易破坏，在张力情况下抵抗力较弱，易发生骨折。结合以上可知，尺桡骨伸直性骨折先发生的部位是松质骨和密质骨交界处的掌侧，因此，应将近端背侧作为治疗“反向压力”的施加方向。从而达到“以力对力”的目的。此次研究参考临床实践中经常遭遇的跌倒及过度运动引起的儿童和老年人群体尺挠骨骨折病例，对2种常见骨折类型下的尺桡骨远端受力进行模拟，建立模拟受力云图，同时依照“以力对力”的原则将蒙医整骨手法适用区域和力度规范化，符合文献中提到的临床常用分型定义^[36-38]，为尺桡骨骨折的骨受力机制研究提供了一定的实验参考。

结论：此次研究进一步确认了蒙医整骨手法在尺桡骨骨折中的应用原理，即通过桡骨远端施加的复位力，及通过上尺桡关节施加的反作用力形成的切应力，所扮演的关键性的作用。

实验改进方向：①在尺桡骨建模材料定义上，此次研究建立的股骨近端模型，为求将尺桡骨的骨折情况尽可能简化，并未对尺桡骨端部的特殊力学结构进行特殊处理，只是单纯的将骨皮质及骨松质定义为2种不同的材质。根据廖怀章的研究，将骨骼的材料属性需要进行进一步多样化，才能够接近骨质材料变化的要求^[34]。将在下一步的研究中，进一步拓展骨质材料的多样性。②前臂软组织方面，考虑到尺桡骨远近端为前臂肌肉群的起始附着点^[21]，肌肉的收缩对尺桡骨损伤的变化有较大影响^[22]，此次研究除骨间膜的对应参数以外，并没有将肌腱等其他软组织纳入考虑范围，在未来会尝试建立包括肌肉受力情况在内的前臂尺挠骨受力综合模型，从而进一步以强化前臂受力的仿真效果。③对尺桡骨的模型三维边界条件设定，此次研究按照旧有研究成果，将尺桡骨近端固定，近端单元活动度设置为0，希望能对有关部分的边界条件设置进行进一步深入的分析。④此次研究距离获得关于蒙医整骨手法的详细仿真模型仍有一定差距，为此，作者认为可以将包括肌肉收缩在内的尺桡骨近远端的综合受力情况考虑在内；同时实验样本过少，且并未对得到的结果进行量化分析。今后将在综合衡量变量方面，进一步扩大计算范围。

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文题释义：
蒙医整骨术：是蒙古族历代医者们所积累的、具有蒙古民族特色的治疗骨折与脱臼、软组织损伤等一系列整骨疗法的总称。蒙医整骨方法简练、手法简单，具有可靠的临床效果。蒙医整骨讲究“机触于处，巧生于内，手随心转，法从手出”。实施疗法的时候，需要重视人体生理功能之内在作用，注意保护人体骨骼之完整性，最大限度地发挥组织器官的自愈能力，使伤折部位及早愈合，恢复正常生理功能。
尺桡骨三维模型建立：当前科研活动当中主要使用直接建模、坐标点建模、组织切片建模，基于医学图像建模，和DICOM数据直接建模。其中基于CT数据的DICOM数据建模方法因为数据来源准确而且建模过程不需要人为干预，成为有限元分析过程中最常用的建模方法。

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