为了避免此类并发症,可采用一期外固定支架后固定二期行距下关节融合术治疗。本研究拟通过建立锁定钢板内固定治疗SandersW型跟骨骨折的有限元模型,旨在探讨此类骨折的最佳治疗方案,同时为现有的锁定钢板治疗理念和技术提供理论依据。
材料与方法:
一、有限元模型的建立 选取健康志愿者I名(该志愿者已签署知情同意书并符合相关医学伦理学的要求),男,26岁,体质量70kg,经过X线检查排除足躁部损伤或疾病双足行螺旋CT平扫(16排螺旋CT,GE公司,美国).球管电压120kV,电流65一150mA,暴露时间0.5一1.0、,选择骨组织窗扫描,扫描层厚0.625mm,扫描长度为躁关节上方10cm至足底,所得数据以.dicom格式保存,共289张图片。采用右侧足踩数据为样本,将二维.dicom格式保存的数据导人Mimics13.0软件(Materialise公司,比利时),设定适当的灰度I值,对图像进行分割,输出.stl格式文件,导人Ceomagic10.0软件(Geomagic公司,美国)进行光滑处理,并模拟Sanders型跟骨骨折进行截骨,根据骨折模型将骨折块分成8块(图l},拟合曲面,以.iges文件输出。 结合跟骨的三维测量数据,根据Synthes公司提供的数据,应用proE4.。三维绘图软件(PTC公司,美国)对跟骨锁定钢板进行三维虚拟重建,螺钉以直径为3.5mm圆柱体进行简化处理,所得结果以.iges输出。再将跟黔和内固定的几何模型导人有限元分析前处理软件Hypermesh10.O}Altair,美国)中进行装配,生成钢板内固定的有限元模型(图2)。所有模型均采用solid185单元,所得共划分36131个单元和69590个节点,然后导人有限元分析软件Ansys13.0(ANSYS公司,美国)后进行处理分析。
二、材料属性
本研究中内固定和骨的相关材料为均质、各向同性的fsl,材料属性参考相关文献{6一7」三、边界条件和加载
假设为骨折面完全断裂并处于接触状态,摩擦系数为0.2}8}。将跟骨、足部负重区三维有限元模型下缘全部节点的自由度约束为0作为边界条件,即远端各节点在、、y、z轴上的位移为o}普通加压钢板设定与跟骨接触为加压摩擦接触,锁定钢板与跟骨间不考虑加压摩擦接触。采用目前常用的简化模型,不考虑韧,!fi:影响。计算该状态下跟骨与钢板的应力分布、位移。假定人体质量为70k};此状态下轴向应力。
四、评价指标
通过以下指标评定:①跟骨骨折块和内固定的应力分布、应力峰值;②跟骨和内固定的最大应力点、最大位移区域。结果
一、骨折块与钢板的应力分布
锁定钢板固定后,轴向700N应力时各骨折块的应力分布提示,跟骨侧应力集中于距下关节内侧面、近跟下关节处骨块一螺钉界面、近足跟处骨块-螺钉界而、近跟般关节一面骨块一螺钉界面,应力大小分别为15.224,13.083,9.786,7.632MPa;钢板螺钉最大应力为260.1MPa,主要集中于钢板中后段,即后侧骨块与中前侧骨块的骨折线处
二、骨折块与钢板的位移分布骨折块中发生位移较大的部位为载距突、后侧骨块与中间骨块接触部、中间骨块与前侧骨块接触部,分别为0.403,0.320,0.319mmo钢板螺钉最大位移位于上排螺钉远端,其中最大位移为固定载距突的螺钉远端,大小为0.390mm.
讨论
切开复位内固定治疗跟骨关节内骨折,恢复关节面的平整非常关键。但是跟骨为松质骨,即使术中对-关节面进行很好地复位,术后依然会存在不同程度的塌陷,尤其是加压钢板固定时,初始的关节面塌陷不可避免。骨科内固定器械的改良和发展已经改变了以往“跟骨骨折切开复位内固定是行不通”的观点,目前大部分学者都认同切开复位内固定技术可以用于大部分跟骨骨折的治疗,且疗效优于保守治疗。对于关节面碎裂较为严重的SandersW型骨折,内固定的固定效果直接决定了预后。术后长期的疼痛、高发的创伤性关节炎均使部分学者选择距下关节融合术来治疗此类患者。从本研究结果来看,当跟骨受到轴向压力时,各骨折块之间位移不同,最大位移部位位于载距突,其发生的位移可为中部及外侧骨折块的2倍,术后关节面的台阶将不可避免。因此,目前的锁定钢板内固定技术治疗SandersW型跟骨骨折并不能较好地维持关节面的平整,早期下地负重可能会加重关节面的不平整,从而导致远期创伤性关节炎的高发。