转移性跖骨痛主要是指足部手术或外伤后引发外侧跖骨头下的局限性疼痛,临床常见于拇外翻术后。一般顺序为先出现在第2跖骨头,其次为外侧的第3～5跖骨。Jones发现一些关于第一跖骨头颈部截骨(Austin, Reverdin,改良Reverdin)术后出现转移性损伤的发生率为6%。Shapiro和Heller报道Mitchell截骨术后,有33%的患者会发生转移性跖骨痛。郭林对术后转移性跖骨痛10足进行分类,Keller术后发生3足,Mitchell和Wilson各2足,Scarf, Loison和跖趾关节融合各发生1足。据文献记载治疗拇外翻有200多种术式,现在临床上经常被使用的术式有8-9种,但无论哪一种手术,对于转移性跖骨痛的发生均不可避免。现今它已作为患者对术后效果不满意的主要原因之一,困扰着国内外许多足踝外科医生。导师温建民采用中西医结合微创方法治疗拇外翻畸形,20年来通过对2万多例拇外翻患者的临床观察和验证,其手术优良率达98.5%。该手术具有创口小、痛苦及合并症少、矫形满意、术后即可下地行走等优点被广大患者所接受,但临床上也会偶发转移性跖骨痛的病例。所以研究其相关原因并解决这一问题成为当前足踝外科医生所面临的重要课题。近年来随着有限元分析方法在生物力学方面的应用,尤其在对人体骨骼结构进行力学研究时,传统力学实验几乎无法直接进行,所以在模拟力学实验时有限元分析方法则成为了一种行之有效的方法。有限元分析方法的最大优点是对生物体无损伤,且可以模拟活体组织内部的生物力学行为,模拟环境及生物力学测试精度高,模型具有使用的可重复性。除此之外,有限元法在研究实效上具有省时快捷,费用低廉,应用面广等优点。本文采用中西医结合微创截骨术后并发转移性跖骨痛患者1例,对其右足进行有限元建模。结合微创手术的操作特点,选择第一跖骨短缩量、第一跖骨截骨远端移位量、第一跖楔关节角度变化量为假设条件,通过对模型的加载和计算分析,综合观察各跖骨头下的应力变化特点,探索转移性跖骨痛的生物力学发生机制。1.目的1.1建立拇外翻术后转移性跖痛症足的有限元模型；1.2探索拇外翻术后出现转移性跖骨痛的生物力学机制。2.方法2.1采用1例拇外翻术后转移性跖骨痛右足,运用螺旋CT扫描获得该足图像,以图像处理软件VTK5.0、三维建模软件Geomagic Studio8.0、有限元软件ANSYS13.0为工具,建立患足有限元模型,经验证模型有效性和可靠性后,模拟静态下直立加载人体重力,观察前足各跖骨头下应力分布。另外以Foot-scan测试系统对患足静态直立时进行测试,对比前后两者之间的差异。2.2根据术前术后X线测量,得出第一跖骨实际短缩量为5mm。在有限元模型上,模拟施行第一跖骨延长术,每次延长1mm,共5次,直至恢复术前长度,观察足站立相前足跖骨头下应力变化。2.3模拟第一跖骨截骨远端,分别向背侧(2mm、4mm)及跖侧(2mm、4mm)移位,观察足站立相前足跖骨头下应力变化。2.4模拟第一跖楔关节角度分别为9。、12。、15。时,观察足站立相前足跖骨头下应力变化。3.结果3.1建立了拇外翻术后转移性跖骨痛足的三维有限元模型,模型构建了骨骼、软骨、跖腱膜,足底软组织等组织,共计六面体单元数91093个,节点数128302。通过验证有限元模型是有效且可靠的,对比有限元模型静态足底应力与Foot scan力板测量,两者应力分布趋势一致。3.2模拟第一跖骨延长术,每次延长第一跖骨1mm,分5次,直至第一跖骨恢复术前长度。静态下,腓侧籽骨下应力有增大趋势(1.888Mpa～2.534Mpa)；第二跖骨头下应力呈减小趋势,(1.393Mpa～1.209Mpa)；第三跖骨头下应力呈现减小趋势(1.311Mpa～1.255Mpa)；第四跖骨头下应力呈减小趋势(2.138Mpa～1.818Mpa)；胫侧籽骨和第五跖骨头下应力变化趋势不明显。3.3模拟第一跖骨截骨远端,分别向背侧(2mm,4mm)及跖侧(2mm,4mm)移位,当第一跖骨截骨远端自跖侧4mm向背侧4mm移位后,第一跖骨头下应力逐渐减小(胫侧籽骨1.107-0.435Mpa,腓侧籽骨1.935-1.697Mpa)；第二跖骨头下应力逐渐增大(1.246-1.543Mpa)；第三跖骨头下应力逐渐增大(1.209-1.705Mpa)；第四、五跖骨头下应力变化趋势不明显。3.4模拟第一跖楔关节活动度改变,设定第一跖楔关节活动度分别为90,120,150,当第一跖楔关节角度增加时,胫侧籽骨应力呈逐渐减小趋势(0.876~0.291Mpa)；第二跖骨头下应力逐渐增大(1.393-1.789Mpa)；第三跖骨头下应力逐渐增大(1.311-2.672Mpa)；第五跖骨头下应力逐渐增大(2.470-3.571Mpa)；腓侧籽骨和第四跖骨头下应力变化不明显。4.结论4.1本研究建立了准确且可靠的三维有限元模型。4.2拇外翻术后第一跖骨长度、第一跖骨截骨远端位置,第一跖楔关节角度变化均会对前足足底应力产生影响。4.3拇外翻术后第一跖骨短缩,会导致外侧跖骨头负荷增加,出现转移性跖骨痛的风险。相比之下,第二跖骨头下应力比第三跖骨应力增高迅速可能是转移性跖骨痛多先侵犯第二跖骨的原因。拇外翻矫正手术应尽可能不干扰,少影响第一跖骨长度,以获得相对正常的足底应力分布。4.4拇外翻术后第一跖骨头移向背侧,导致第一跖骨头周围正常构型被破坏,应力向外侧转移。根据第一跖短缩量与第一跖骨倾斜角度,来决定截骨远端跖移量,如此才能恢复相对正常的足部应力分布,降低术后转移性跖痛症的发生率。4.5第一跖楔关节角度异常增加,足底负重模式会随之改变,外侧跖骨头下应力逐渐增大。第三跖骨头下应力较第二跖骨下应力增加更为明显,可能在原有第二跖骨头疼痛的基础上引发新一轮跖痛症。第一跖楔关节失稳可能成为转移性跖骨痛发生的潜在因素。以上因素均可能导致转移性跖骨痛的发生,应引起临床医生的足够重视。