目的：使用正常成人新鲜尸体足标本，静态下通过生物力学加载机对正常及韧带或骨骼损伤后的足标本进行不同载荷的加载，利用数字散斑相关法、电阻应变片法及足底压力测试系统，来测量人体足横弓主要骨结构的位移变化、主要骨结构的表面应力变化和足底压力分布变化。同时，围绕正常人体足部主要骨、韧带结构建立正常人体足横弓三维有限元模型，对模型模拟实验操作，分析有限元模型正常和韧带、骨骼损伤后足横弓主要骨结构的形态和应力变化。从尸体标本和有限元模型两方面，了解足横弓静力性内在维持结构的生物力学响应，建立合理的足部生物力学模型，为足横弓生物力学的研究提供平台，为足横弓塌陷的发生机理进行初步探讨，并为治疗方案的选择提供理论依据。　　 材料和方法：1、6例正常成人新鲜尸体足标本（包括胫腓骨下1/3），去除踝关节以上的软组织。解剖显露连接内侧楔骨与第二跖骨基底部的背侧韧带、骨间韧带及跖侧韧带、足舟骨、内侧楔骨、中间楔骨、外侧楔骨、骰骨及5根跖骨，标记足横弓的主要骨结构。具体分为8种工况：①完整状态；②切断连接内侧楔骨与第二跖骨基底部的背侧韧带；⑨切断连接内侧楔骨与第二跖骨基底部的骨间韧带；④切断连接内侧楔骨与第二跖骨基底部的跖侧韧带：⑤一枚螺钉从内侧楔骨拧入第二跖骨基底对韧带损伤修复固定；⑥第二趾截除（保留跖趾关节）；⑦第二跖骨骨折（远1/3处）；⑧带部分跖骨的第二趾截除（远1/3处）。通过电子万能试验机从0N逐级加载到1200N(间隔为200N)，由两个电荷耦合图像传感器CCD(Charge Coupled Device)，采集各个工况下标本的灰度图像，利用数字散斑相关分析计算各个工况足横弓整体刚度变化及主要骨性结构的同步位移变化，对结果进行统计分析。2、通过静态电阻应变测试仪和微型箔式电阻应变片，在上述各工况下，同步测量足横弓主要骨性结构（足舟骨、内侧楔骨、中间楔骨、外侧楔骨、骰骨、第1～5跖骨）的表面应力和应变，对结果进行分析。3、利用TekScan便携足底压力测量系统及鞋垫式传感器，在上述工况下，同步采集足底压力分布图，分析前足5个跖骨头及踇趾下的峰值压力，了解韧带、骨骼损伤对足底压力分布的影响。4、选取一侧正常新鲜尸体足标本进行CT扫描，采集图片，在Dell prestionTM650工作站，利用同济大学自行开发的图像提取工具jpeg-Test final和建模前处理软件包、绘图软件Qcad、图像处理软件Gimp、有限元分析软件Ansys和Abaqus，建立包括胫腓骨下端的足部三维有限元模型。模型包括骨骼、关节、韧带和足底软组织成分。对模型施与适当的边界条件和约束，模拟上述实验操作，分析模型在不同载荷下足部骨骼结构的位移及最大von mise应力分布。并同标本生物力学测试结果进行比较。　　 结果：1、采集6个标本、10块骨骼、8种工况、7个加载阶段的实时位移灰度图像。完整状态（工况1）下，随载荷的增加，足横弓的高度逐级下降，前足逐渐变宽。在最大载荷1200N时，纵向位移舟骨下降最大，为5.18±0.38mm，第五跖骨下降最小，仅为1.57±0.13mm;前足的横向位移第一跖骨表现为内收，其余跖骨为外展，第五跖骨最大，为2.84±0.25mm；第二跖骨最小，为1.79±0.28mm。背侧韧带切断（工况2）后，足横弓在纵向和横向上的位移均有所增加，但与完整状态相比各骨性结构的位移变化均无统计学意义(p＞0.05)。骨间韧带切断（工况3）后，足横弓在纵向和横向上的位移均有所增加，与工况2相比，纵向位移均无统计学意义(p＞0.05)；5个跖骨头及第一、二跖骨基底部的横向位移均有统计学意义(p＜0.05)。跖侧韧带切断(工况4)后，足横弓在纵向和横向上的位移均继续增加，但不显著。重建（工况5）后，足横弓的高度显著回升，各骨性结构的纵向和横向位移显著减小。第二趾截除(工况6)后，足横弓各骨性结构的纵向、横向位移都有增加。但同工况5相比，各骨性结构的位移下降都没有统计学意义(p＞0.05)。第二跖骨骨折（工况7）后，足横弓整体呈下降显著趋势，纵向位移显著增加，同工况6相比，有统计学意义(p＜0.05)；横向位移继续增加，但无统计学意义(p＞0.05)。带部分跖骨的第二趾截除(工况8)后，足横弓整体继续显著下降，各骨性结构的纵向、横向位移显著增加，同工况7相比，各骨性结构的位移变化有统计学意义(p＜0.05)。2、采集6个标本、12个测点、8种工况、7个加载阶段的骨表面应变值。随载荷的增加，应变呈逐级增大趋势；同一载荷下，各测点的应变值有显著性差异(p＜0.05)。在所有工况下，足横弓主要骨性结构多数测点为负值，即表现为压应力。完整状态下各测点中以第二跖骨中部的应变值最大，为-738.45±71.87με:第五跖骨测点的应变最小，为-59.94±5.81με。工况2与工况1相比各测点的应变值均有所增大，但无统计学意义(p＞0.05)。工况3与工况2相比各测点的应变值继续增大，中间楔骨、内侧楔骨、第一跖骨、第二跖骨颈部、中部、基底部和第三跖骨测点的应变值均有统计学意义(p＜0.05)。工况4与工况3相比各测点的应变值均有所增大，但无统计学意义(p＞0.05)。工况5与工况4相比各测点的应变值呈减小趋势，中间楔骨、内侧楔骨、第一跖骨、第二跖骨颈部、中部、基底部、第三跖骨和内侧楔骨测点的应变值均有统计学意义(p＜0.05)。工况6与工况5相比各测点的应变值呈增大趋势，各测点的应变值变化均无统计学意义(p＞0.05)。工况7与工况6相比各测点的应变值除第二跖骨中部、基底部及中问楔骨显著减小外，其余均显著增大，均有统计学意义(p＜0.05)。工况8与工况7相比各测点的应变值除中间楔骨显著变小，第二跖骨中部和基底部显著减小并变为拉应力外，其余均显著增大，均有统计学意义(p＜0.05)。3、采集6个标本、8种工况、7个加载阶段的前足5个测点的足底峰值压力值。随载荷的增加，足底各测点的峰值压力呈增大趋势；同一载荷下，各测点的峰值压力有显著性差异(p＜0.05)。完整状态下，各测点峰值压力最小。工况2与工况1相比各测点的峰值压力均有所增大，但无统计学意义(p＞0.05)。工况3与工况2相比各测点的应变值继续增大，第一、二跖骨头下的峰值压力均有统计学意义(p＜0.05)。工况4与工况3相比各测点的峰值压力均有所增大，但无统计学意义(p＞0.05)。工况5与工况4相比各测点的峰值压力呈减小趋势，第一、二跖骨头下的峰值压力有统计学意义(p＜0.05)。工况6与工况5相比各测点的峰值压力呈增大趋势，各测点的足底峰值压力均无统计学意义(p＞0.05)。工况7与工况6相比各测点的峰值压力除第二跖骨显著减小外，其余均显著增大，均有统计学意义(p＜0.05)。工况8与工况7相比各测点的应变值除第二跖骨显著减小外，其余均显著增大，均有统计学意义(p＜0.05)。4、建立了正常人体左足三维有限元模型（包括胫腓骨下端）。包含23块骨骼。利用杆单元模拟足部骨骼间的关节。利用NURBS曲面，进行网格划分，生成壳单元模拟足底，利用索单元模拟韧带。最终建立包括骨骼、关节软骨、韧带、足底软组织的足部三维有限元模型，对模型分析显示：1200N载荷下，正常足横弓各骨性横弓均有不同程度的下降，应力分布也有明显差异。同标本生物力学实验比较，也有类似的变化趋势。　　 结论：　　 1、数字散斑相关法、电阻应变片法和足底压力分析系统紧密结合，用于足横弓静力性内在维持结构的生物力学研究，可获得较为全面的力学信息和数据，对足踝部生物力学研究的深入和细化有重要意义。　　 2、足横弓静态下的主要维持因素为骨骼和韧带。完整状态下，足横弓的位移、骨表面的应变及足底压力随载荷增加呈逐级增大。就位移而言，表现为足横弓高度的下降和前足的增宽（第一跖骨的内收和其余跖骨的外展）；就应变而言，其中第二跖骨最大，可见第二跖骨为应力性骨折的好发部位；就足底压力而言，第二跖骨头下压力最大，从而不支持三点负重理论。　　 3、随韧带的切断，足横弓高度持续下降，前足横弓表现为第一跖骨的内收和其余跖骨的外展增加，内侧楔骨和第二跖骨基底的间距变宽，与跖跗关节损伤后的应力位摄片相吻合；骨表面的应变也呈增大趋势，且应变的变化比位移更为灵敏。足底压力持续增大，尤其是第一二跖骨头。Lisfranc韧带对足横弓的维持至关重要。　　 4、重建后足横弓高度明显恢复；足底的峰值压力相应减小。骨表面的应变减小，特别是内侧楔骨，可能是因为螺钉分担较大的应力，因此提示跖跗关节损伤修复的患者在完全负重前应取出螺钉，以免应力集中，螺钉断裂。　　 5、随骨性结构的破坏，足横弓高度显著下降，同时伴有前足增宽。骨表面应变显著增加，以第一、三跖骨最为显著。足底压力的最高值向外移至第三、四跖骨头。第二跖骨骨折和带部分跖骨的第二趾切除对足横弓的高度、骨表面应变及足底压力影响明显。对于跖骨骨折临床上应及时修复，而对于第二趾的截除，应尽量保留跖趾关节，以免应力及足底压力的重新分配，导致一系列临床症状的出现。由此可见，第二跖列作为足纵弓和横弓的交叉点，在足部形态的维持及足弓功能的实现上非常重要，保持第二跖骨的完整是足部正常负重的前提。　　 6、本实验的三维有限元模型同生物力学实验比较，位移及应力的变化趋势两者基本一致，有限元模型能用于足横弓生物力学的研究。能较好的模拟临床，使实验变得更为便捷。