1.4.2  桡骨远端FrykmanⅧ型骨折有限元模型的构建  课题组前期基于Mimics软件已经建立了包含骨骼、韧带、关节软骨及软组织的正常腕关节有限元仿真模型，见图1，其中采用弹簧单元模拟了腕关节的韧带结构，并对模型进行了有效性的验证^[7]。现对该基础模型进行了增加尺桡骨髓腔的优化设计，优化后模型单元数量为859 409，节点数量为324 534，见图2。

1.4.2  桡骨远端FrykmanⅧ型骨折有限元模型的构建  课题组前期基于Mimics软件已经建立了包含骨骼、韧带、关节软骨及软组织的正常腕关节有限元仿真模型，见图1，其中采用弹簧单元模拟了腕关节的韧带结构，并对模型进行了有效性的验证^[7]。现对该基础模型进行了增加尺桡骨髓腔的优化设计，优化后模型单元数量为859 409，节点数量为324 534，见图2。

鉴于尺骨茎突骨折分为Ⅰ型尖端骨折和Ⅱ型基底部骨折，在Hypermesh软件中，依据FrykmanⅧ骨折线位置的分布特点及尺骨茎突骨折2种分型骨折线位置的不同，对腕关节仿真模型进行分网、切割造模，并依照钢板螺钉尺寸设计预留出钉孔位置，见图3。

1.4.3  钢板螺钉系统有限元模型的构建及与骨折模型的组装  在参考AO辛迪思公司桡骨远端2.4 mm锁定钢板螺钉系统手册所描述特征的基础上，利用游标卡尺对钢板及螺钉进行实际测量，根据所得数据在SolidWorks 2016软件中进行钢板螺钉系统1∶1比例的三维绘制，绘制过程中对钢板的边缘倒角及螺钉螺纹进行简化处理，构建桡骨远端2.4 mm斜T型锁定钢板螺钉内固定系统的三维有限元模型。通过查阅有关内固定钢板参数的文献对不同位置的钢板、螺钉进行赋值后进行组装^[9-10]，见图4。据此建立出实验所需钢板固定骨折的模型，用于模拟仿真钢板固定后状态。钢板固定桡骨远端FrykmanⅧ型骨折合并尺骨茎突Ⅰ型骨折模型(以下简称为Ⅰ型-钢板固定模型)单元数量为875 765，节点数量为346 288；合并尺骨茎突Ⅱ型骨折(以下简称为Ⅱ型-钢板固定模型)单元数量为875 693，节点数量为346 181。

2.1  旋转工况中钢板模型单元承受的应力分布  见图5。

2.2  旋转工况中下尺桡关节的相对位移变化  提取模型中立位时下尺桡关节内部尺、桡骨关节软骨部分，选取尺骨头几何中心在桡骨乙状切迹上的投影点为原始标志点。通过软件测量各模型在不同工况下标志点的位移变化值，就可以完成旋转工况中下尺桡关节相对位移变化的采集，相对位移数值见表1，截图见图6。

2.2  旋转工况中下尺桡关节的相对位移变化  提取模型中立位时下尺桡关节内部尺、桡骨关节软骨部分，选取尺骨头几何中心在桡骨乙状切迹上的投影点为原始标志点。通过软件测量各模型在不同工况下标志点的位移变化值，就可以完成旋转工况中下尺桡关节相对位移变化的采集，相对位移数值见表1，截图见图6。

2.3  骨折模型中尺骨茎突骨折端位移的变化  在旋转工况中，2个骨折模型中尺骨茎突骨折端均发生了明显的位移变化，通过有限元软件提取了加载过程中的变化情况，并以图例形式进行了说明，具体数值见表2，应力值变化曲线图见图7。

2.3  骨折模型中尺骨茎突骨折端位移的变化  在旋转工况中，2个骨折模型中尺骨茎突骨折端均发生了明显的位移变化，通过有限元软件提取了加载过程中的变化情况，并以图例形式进行了说明，具体数值见表2，应力值变化曲线图见图7。

高达50%-70%的桡骨远端骨折合并有尺骨茎突骨  折^[1]，骨折预后由此产生的并发症已经引起了临床的重视，但对尺骨茎突骨折是否需要固定仍存在争议^[2-6]。相关骨科生物力学研究中，选用尸体实验可能会遇到尸体模型选择标准不一以及力学测量手段不同等问题。此次研究选用有限元分析进行研究，能够克服以上问题。

      桡骨远端骨折Frykman分型由Frykman于1967年提出，8种分型中的偶数型均合并有尺骨茎突骨折。作者基于Mimics软件构建了桡骨远端FrykmanⅧ型骨折桡骨钢板螺钉固定的有限元仿真模型，并设定工况与载荷进行了力学分析，以期望给此类骨折手术方案的选择提供一定的临床参考。

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

1.1  设计  有限元法CT数据分析。

1.2  时间及地点  于2018年1月至2019年10月在中国中医科学院望京医院与中医正骨技术北京市重点实验室完成。

1.3  对象  选择1例女性健康志愿者，年龄36岁，身高166 cm，体质量62 kg，腕部无其他畸形及病变。志愿者对实验方案知情同意且签署知情同意书，伦理委员会批号：WJEC-KT-2017-019-P001。

1.4  方法

1.4.1  资料的获取与保存  采用志愿者的右上肢为观察对象，在前臂中立位置，采用CT扫描技术(SOMATOM Definition Edge64排128层螺旋CT机，Siemens，AG，Germany)对志愿者右前臂及手部进行逐层扫描。扫描范围自尺骨鹰嘴水平至第三掌指关节水平，扫描层间距为   0.5 mm，扫描长度304.5 mm，共计609层，获取用于三维有限元模型的基本资料，以医学数字成像通信标准(Digital Imaging and Communications in Medicine，DICOM)格式保存数据。

1.4.2  桡骨远端FrykmanⅧ型骨折有限元模型的构建  课题组前期基于Mimics软件已经建立了包含骨骼、韧带、关节软骨及软组织的正常腕关节有限元仿真模型，见图1，其中采用弹簧单元模拟了腕关节的韧带结构，并对模型进行了有效性的验证^[7]。现对该基础模型进行了增加尺桡骨髓腔的优化设计，优化后模型单元数量为859 409，节点数量为324 534，见图2。

对模型轴向施加100 N载荷后计算出桡腕关节面接触应力最大值为10.6 MPa，获得桡骨远端关节面应力分布云图与尸体实验报道得出的应力分布图基本吻合^[8]，证实了优化后模型的有效性。

相关技术成果获得国家版权局计算机软件著作权登记一项(一种桡骨远端骨折的有限元建模系统，2019-07-10，登记号：2019SR1037684)。

鉴于尺骨茎突骨折分为Ⅰ型尖端骨折和Ⅱ型基底部骨折，在Hypermesh软件中，依据FrykmanⅧ骨折线位置的分布特点及尺骨茎突骨折2种分型骨折线位置的不同，对腕关节仿真模型进行分网、切割造模，并依照钢板螺钉尺寸设计预留出钉孔位置，见图3。

1.4.3  钢板螺钉系统有限元模型的构建及与骨折模型的组装  在参考AO辛迪思公司桡骨远端2.4 mm锁定钢板螺钉系统手册所描述特征的基础上，利用游标卡尺对钢板及螺钉进行实际测量，根据所得数据在SolidWorks 2016软件中进行钢板螺钉系统1∶1比例的三维绘制，绘制过程中对钢板的边缘倒角及螺钉螺纹进行简化处理，构建桡骨远端2.4 mm斜T型锁定钢板螺钉内固定系统的三维有限元模型。通过查阅有关内固定钢板参数的文献对不同位置的钢板、螺钉进行赋值后进行组装^[9-10]，见图4。据此建立出实验所需钢板固定骨折的模型，用于模拟仿真钢板固定后状态。钢板固定桡骨远端FrykmanⅧ型骨折合并尺骨茎突Ⅰ型骨折模型(以下简称为Ⅰ型-钢板固定模型)单元数量为875 765，节点数量为346 288；合并尺骨茎突Ⅱ型骨折(以下简称为Ⅱ型-钢板固定模型)单元数量为875 693，节点数量为346 181。

1.4.4  工况的设定及操作  在建立的2个钢板固定骨折的有限元模型上确定边界条件，将模型中的尺骨近端在X、Y、Z 3个方向施加完全约束。参照文献中设定的应力值^[11]，在旋前和旋后方向分别对模型施加22 N·m扭矩载荷模拟腕关节受到旋转力时的情况。将边界条件和负载在ABAQUAS软件设定好后，提交计算，对典型结果进行分析。

1.5  主要观察指标  在旋前和旋后2种工况下，观察2个模型中钢板内植物单元的应力分布、下尺桡关节相对位移及尺骨茎突骨折端位移的变化情况。

1972年Brekelmans和Rybichi首次将有限元分析法应用于骨科研究^[12-13]，有限元分析法是实际是一种数值计算方法，它借助于电子计算机来进行运算，将待分析的连续性实体离散成为有限个单元，再以各单元的结合体替代原连续型实体，并逐个研究各单元的力学性质。有限元研究的优势是能够避开人体体内试验面临的伦理问题，能够解决目前尸体实验中缺乏对关节周围细小韧带结构力学测量手段的问题。它省时快捷、费用低廉、应用面广、适应性强，可以反复使用、无损耗，能够通过模拟分析的方法研究实验方法所不能研究的工况，得到客观实体实验法难以得到的研究结果。正因如此，有限元研究作为基础研究项目在骨科学研究中得到了广泛应用^[14]，其中骨盆、股骨、膝关节、肩关节、脊柱、桡骨等相关模型的构建相继报道，研究主要集中于骨关节应力分析、预测骨折发生风险、指导内固定物的设计和指导手术方案等方面^[15-22]。

临床中对于桡骨远端骨折或是关节脱位的治疗普遍比较重视，但却很少关注尺骨茎突骨折，这就可能诱发后期下尺桡关节不稳、尺骨茎突骨折不愈合及畸形愈合，同时也可能伴发腕关节弹响、握力下降、尺侧疼痛以及抗阻力疼痛等病症^[23]。按照尺骨茎突基本的解剖特征，尺骨茎突Ⅰ型骨折主要是由于腕尺侧副韧带过度地牵拉，张力上升、撕裂后诱发茎突尖端骨折；Ⅱ型骨折为桡骨远端骨折合并三角纤维软骨损伤，三角软骨盘及其边缘掌侧或背侧桡尺韧带过度地牵拉，从而导致尺骨茎突基底部出现骨折。腕关节结构复杂，针对尺骨茎突骨折和下尺桡关节稳定性的尸体实验研究较难开展，建立腕关节有限元仿真模型进行模拟分析是目前较方便采用的一种研究途径。

此次研究在建立并验证了正常腕关节的三维有限元模型的基础上，通过有限元相关软件分网、切割造模建立桡骨远端FrykmanⅧ型骨折合并尺骨茎突Ⅰ型和Ⅱ型骨折的2种有限元模型，并完成桡骨远端钢板螺钉固定模型的组装。结果显示在设定相同旋转载荷条件下，桡骨远端FrykmanⅧ型骨折合并尺骨茎突Ⅱ型骨折的钢板固定模型中钢板单元承受的峰值应力及应力高峰值区域的面积均大于合并尺骨茎突Ⅰ型骨折钢板固定的骨折模型，这说明前者钢板单元需要代偿性起到更多的拮抗模型形变的作用。需要重点指出的结果是合并尺骨茎突Ⅱ型骨折的模型中下尺桡关节的相对位移值及尺骨茎突骨折端位移值也均大于后者，这表明桡骨远端FrykmanⅧ骨折合并尺骨茎突Ⅱ型骨折下尺桡关节更为不稳定。相关Meta分析研究指出，桡骨远端骨折合并有尺骨茎突骨折的患者仅单纯接受钢板固定桡骨远端骨折治疗后，有56%-78%的病例会出现尺骨茎突骨折不愈合^[24]。目前广泛认同尺骨茎突骨折与下尺桡关节不稳定性相关^[25]，另有学者指出下尺桡关节不稳定不是尺骨茎突骨折的唯一并发症，骨折后腕关节局部在压力下可引起疼痛，或会出现三角软骨嵌塞和软化^[26]。KRAMER等^[27]对200例桡骨远端骨折患者进行了平均20个月的随访研究，发现其中有110例合并有尺骨茎突骨折，这些患者临床转归较差，腕关节尺侧疼痛、下尺桡关节不稳定发生率较高，活动范围和握力丧失较大，但以上观察指标在尺茎突骨折愈合与否的子群体间无明显差异，并认为桡骨远端骨折后以上并发症的发病率取决于是否存在尺骨茎突骨折，而与其是否愈合无关。GONG等^[28]对29例桡骨远端骨折合并急性下尺桡关节不稳的患者进行了桡骨掌侧钢板固定，同时手术固定了尺茎突基底骨折或修复了损伤的三角纤维软骨复合体，术后1周即允许患者进行腕关节主动运动锻炼，治疗1年后所有患者下尺桡关节稳定，握力平均为健侧的90%。以上研究均建议对桡骨远端骨折和尺骨茎突骨折采用同期固定治疗。

也有学者持有不同意见。ZENKE等^[29]对行掌侧锁定钢板内固定的118例桡骨远端骨折病例进行了回顾性分析，分为无尺骨茎突组、合并尺骨茎突Ⅰ型骨折组、合并尺骨茎突Ⅱ型骨折组，所有尺骨茎突骨折均为未予处理，术后随访发现3组间的影像学结果及临床结果差异均无显著性意义，并指出尺骨茎突骨折与否及尺骨茎突骨折不同分型并不影响桡骨远端骨折掌侧锁定钢板内固定手术疗效，当然研究者也指出未设立尺骨茎突骨折固定组进行对照使研究具有一定的局限性。张俊等^[30]也认为尺骨茎突骨折与否及其类型与桡骨远端骨折内固定手术预后无关，但同时指出，桡骨远端骨折合并尺骨茎突Ⅱ型骨折患者应常规检查下尺桡关节稳定性，对于尺骨茎突Ⅱ型骨折移位程度较大且较为年轻的患者，尺骨茎突骨折行内固定治疗可能更有利于腕关节功能的恢复。

      综上，针对于桡骨远端骨折合并的尺骨茎突骨折，是否需要手术固定处理及不同骨折类型的处理方式相信还会继续争论下去。目前相关国内外文献报道多为临床研究，相关力学机制探讨的基础研究鲜有报道。通过有限元分析研究显示，桡骨远端FrykmanⅧ型骨折合并有尺骨茎突骨折时会影响下尺桡关节的稳定性，其中合并有尺骨茎突Ⅱ型骨折时较为明显。此次研究表明，合并尺骨茎突Ⅱ型骨折对下尺桡关节稳定性影响较大，也代表了固定尺骨茎突Ⅱ型骨折对重获下尺桡关节稳定性有一定的价值，这能够给此类骨折手术方案的选择提供参考。

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

文题释义：

尺骨茎突骨折：高达50%-70%的桡骨远端骨折合并有尺骨茎突骨折，骨折预后由此产生的并发症已经引起了临床的重视，但对尺骨茎突骨折是否需要固定仍存在争议。

桡骨远端骨折Frykman分型：由Frykman于1967年提出，8种分型中的偶数型均合并有尺骨茎突骨折。

尺骨茎突骨折：高达50%-70%的桡骨远端骨折合并有尺骨茎突骨折，骨折预后由此产生的并发症已经引起了临床的重视，但对尺骨茎突骨折是否需要固定仍存在争议。

桡骨远端骨折Frykman分型：由Frykman于1967年提出，8种分型中的偶数型均合并有尺骨茎突骨折。

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