SandersⅡB型跟骨骨折三螺钉固定力学稳定性有限元分析.pdf

手术电子杂志 2023 年 第 10 卷 第 1 期 Electronic Journal of Medical Operations Vol.10 No.1 2023 37 SandersB型跟骨骨折三螺钉固定力学稳定性有限元分析郑昊明1，李宝成2，曹立鹤2，苗帅2，杨葆林1，刘伟达11.内蒙古科技大学包头医学院研究生院，内蒙古 包头，014040；2.内蒙古科技大学包头医学院第一附属医院手足踝外科，内蒙古 包头，014010通讯作者：李宝成，Email:【摘要】目的 应用有限元分析法，探究以不同置钉角度三螺钉固定治疗SandersB型跟骨骨折的生物力学稳定性。方法 应用Mimics Medical 19.0 软件建立跟骨三维模型，通过Geomagic Wrap软件及Sliodworks软件对跟骨三维模型进行切割及装配操作，建立SandersB型跟骨骨折及不同内固定模型：（1）1 枚螺钉经跟骨结节内侧、外侧和跟骨外侧壁固定载距突，其余 2 枚螺钉经跟骨后方向跟骰关节方向固定（纵行方向交叉、水平方向平行），模型共计三组（A组、B组、C组）；（2）1 枚螺钉经跟骨结节内侧、外侧和跟骨外侧壁固定载距突，其余 2 枚螺钉经跟骨后方向跟骰关节方向固定（纵行方向交叉、水平方向交叉），模型共计三组（D组、E组、F组）；（3）1 枚螺钉经跟骨结节内侧、外侧和跟骨外侧壁固定载距突，1 枚螺钉经跟骨后方固定跟骨外侧壁，最后 1 枚螺钉经跟骨后方固定跟骰关节（纵行方向平行、水平方向平行），模型共计三组（G组、H组、I组）。运用Ansys 17.0 软件对 9 组模型进行参数设定并进行有限元分析，分析跟骨整体骨块应力、螺钉应力、骨折块位移及螺钉形变情况。结果 在相同条件加载下，内固定模型D组和E组在跟骨整体等效应力、螺钉受力等效应力、骨折块位移及螺钉形变方面均小于其他 7 组模型。结论 1 枚螺钉经跟骨结节内侧或外侧向固定载距突，另 2 枚螺钉经跟骨后方固定跟骰关节（纵行方向交叉、水平方向交叉）时，更符合跟骨生物力学特征，可为临床SandersB型跟骨骨折螺钉内固定治疗提供参考。【关键词】有限元分析；跟骨骨折；微创；螺钉内固定【文章编号】2095-8331(2023)01-37-08DOI:10.3969/j.issn.2095-8331.2023.01.004本文著录格式：郑昊明，李宝成，曹立鹤，等.SandersB型跟骨骨折三螺钉固定力学稳定性有限元分析J.手术电子杂志，2023，10(1):37-44.Finite element analysis of mechanical stability of three-screw fixation at different nail angles for the treatment of Sanders type II.B calcaneal fractureZHENG Haoming1,LI Baocheng2,CAO Lihe2,MIAO Shuai2,YANG Baolin1,LIU Weida11.Baotou Medical College,Inner Mongolia University of Science and Technology,Baotou,Inner Mongolia 014040,China;2.Department of Hand,Foot and Ankle Surgery,The First Affiliated Hospital of Baotou Medical College of Inner Mongolia University of Science and Technology,Baotou,Inner Mongolia 014010,ChinaCorresponding author:LI Baocheng,Email:【Abstract】Objective The finite element analysis method was used to explore the biomechanical stability of Sanders type II.B calcaneal fracture treated with three-screw fixation at different nail angles.Methods Mimics Medical 19.0 software was used to establish a three-dimensional model of the calcaneus,and the three-dimensional model of the calcaneus was cut and assembled through Geomagic Wrap software and Sliodworks software to establish Sanders II.B calcaneal fracture and different internal fixation models：(1)One screw fixed the distance process 收稿日期：2022-12-27论著手术电子杂志 2023 年 第 10 卷 第 1 期 Electronic Journal of Medical Operations Vol.10 No.1 2023 38 跟骨是人体最大的跗骨，在人体重力承担及传导中起重要作用，因此跟骨骨折占足部骨折的 60，成为最常见跗骨骨折1。跟骨形状不规则，存在关节多、关节曲率及附着韧带复杂等特点，若跟骨骨折复位不佳，则会导致创伤性关节炎、足功能受限等并发症，致残率可高达 30%2,3。Sanders型跟骨骨折治疗方式繁多，但缺少统一标准。传统经跟骨外侧“L”型切开复位钢板内固定治疗、经皮撬拨复位螺钉内固定治疗及经跗骨窦有限切开钢板内固定治疗已成为治疗Sanders型跟骨骨折常见方法。传统经跟骨外侧“L”型切开复位钢板内固定治疗手术视野宽广，可直视距下关节，但却对于软组织条件要求严格且切口感染风险较微创治疗高。很多学者近年来提出经跗骨窦有限切开钢板内固定治疗，该术式对软组织剥离少、损伤较轻，并且可以直视距下关节，目前该术式被诸多学者采用，且临床疗效较为满意。经皮撬拨复位螺钉内固定治疗Sanders型跟骨骨折手术时长较短，切口并发症发生率低，Ebrahimpour等4研究表明该术式能降低距下关节疼痛并且负重时间提前，符合加速康复外科（enhanced recovery after surgery，ERAS）理念。应用经皮螺钉微创内固定治疗跟骨骨折已取得较为满意的结果5-7。研究表明与钢板内固定相比，经皮空心螺钉微创内固定治疗的稳定性及功能恢复无明显差异8。跟骨骨小梁分为张力骨小梁、后压力骨小梁及前压力骨小梁，三种骨小梁起支撑作用。因此，本研究的目的是：（1）在恢复跟骨高度、宽度及角度前提下，置入螺钉角度高度近似模仿小梁结构，重建力学稳定性，探究不同三螺钉固定方式对SandersB型跟骨骨折生物力学稳定性的影响；（2）通过生物力学分析比较SandersB型跟骨骨折螺钉固定的优化方案。1 资料与方法1.1 一般资料随机选取 1 名正常男性志愿者为研究对象，年龄 20 岁，身高 170 cm，体重 60 kg，体质量指数（body mass index，BMI）20.76 kg/m2，体格检查及X线检查排除下肢骨折及畸形等情况。本研究采用包头医学院第一附属医院 256 排螺旋CT（Somatom Sensation，德国）进行扫描；包头医学院第一附属医院骨科生物力学实验室及 3D打印实验室提供如下软件：医学影像软件Mimics 19.0（Materialiss公司，比利时），逆向工程处理软件Geomagic Wrap 2017（Geomagic公司，美国）；模型构建软件Sliodworks 2017（Solidworks公司，美国）；有限元分析软件Ansys 17.0（Solidworks公司，美国）。1.2 试验方法1.2.1 数据采集 使志愿者右足部处于中立位，自足底部至膝关节下方 10 cm进行全程CT扫描9，扫描后得到CT图像数据，以Dicom文件格式保存至指定文件夹。1.2.2 三维模型建立 将采集的志愿者CT以Dicom格式导入Mimics 19.0 软件，建立跟骨三维网格化模型，填充跟骨内部、光滑跟骨表面，参数转换及生成网格化跟骨模型，将 1:1 模型以SLT文件保存。through the medial,lateral and lateral walls of the calcaneal tubercle and the remaining two screws were fixed in the direction of the dice joint in the retrocalcaneal direction(crossed in the longitudinal direction and parallel horizontally),and the model totaled three groups(group A,group B,and group C);(2)One screw fixed the distance process through the medial,lateral and lateral walls of the calcaneal tubercle and the remaining two screws were fixed in the posterior calcaneal direction and the dice joint direction(longitudinal cross,horizontal crossing),and the model totaled three groups(group D,group E,and group F);(3)One screw fixed the distance process through the medial,lateral and lateral walls of the calcaneal tubercle of the calcaneus,one screw fixed the lateral wall of the calcaneus posterior to the calcaneus,and the last screw fixed the calcaneal dice joint(parallel in the longitudinal direction and parallel horizontally)through the back of the calcaneus,and there were three groups of models(group G,group H,and group I).Ansys 17.0 software was used to set parameters and perform finite element analysis of nine groups of models to analyze the overall calcaneus bone stress,screw stress,fracture block displacement and screw deformation.Results Under the same conditions,the internal fixation models in groups D and E were lower than the other seven groups in terms of calcaneus overall e