聊一聊：螺钉与钢板内固定跟骨骨折的有限元分析

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经皮交叉螺钉内固定是治疗跟骨非严重粉碎骨折的重要方法，具有创伤小、恢复、并发症少等独特势。由于螺钉固定不能提供与钢板固定类似的框架式稳定结构，研究人员对其治疗跟骨骨折时是否具有足够的稳定性一直存有争议，术后的早期功能锻炼也受到一定限制。有限元分析的最新消息可以到我们平台网站了解一下，也可以咨询客服人员进行详细的解答！http://www.nataid.com/

有限元分析方法是一种重要的生物力学研究工具，可以计算复杂形态物体在不同载荷下的应力、应变和位移。在踝足外科中，有限元分析可以为假体设计、临床治疗方案和内固定材料选择提供参考。B等通过有限元法研究跟骨松质骨缺损与应力分布的关系，发现随着骨缺损增大，跟骨应力可发生明显变化；当缺损超过13时，比较大应力增加约1倍，骨折风险也明显增加。王一民等通过有限元法模拟锁定钢板治疗SIV型跟骨骨折，发现术后存在较高创伤性关节炎的风险，而对现有钢板进行改良可以达到提高手术疗效的目的。

目前，有关跟骨骨折微创与传统治疗方法的生物力学稳定性比较还鲜有报道。为此，本文通过建立跟骨关节内骨折的有限元模型，比较采用交叉螺钉与钢板两种不同固定方式在生理荷载下的稳定性，为临床跟骨骨折治疗提供参考。

选取1正常男性志愿者，32岁，身高172，体重65，下肢及足部病变、外伤和畸形。应用GELS64排螺旋CT扫描机沿人体横断面以层厚125、螺距125自上而下进行螺旋扫描。扫描范围起于胫骨中下13至足底，共得到220张CT图片，际建模采用中间有效图片80张。

使用M170软件的医学图像分割功能根据CT图像灰度提取跟骨的维轮廓点云，并对皮质骨和松质骨进行有效区分。将采集的点云文件输入逆向工程软件G120，在其中模型经历点阶段()、多边形阶段()、成形阶段()3个处理阶段。在点阶段，对输入的点云数据进行清理，清除由于图片处理失误造成的杂乱数据。干净点云自动形成角面片进入多边形阶段；在多边形阶段，运用基于曲率的孔填充、光顺等操作对角面片进行编辑，构建体外形；在成形阶段，体是模型构建的中心环节。对曲面域基于曲率划分，比较后将生成的曲面转化成C1连续的非均匀有理B样条(NURBS)曲面。

将G120里生成的体模型IGES文件导入有限元分析软件ABAQUS中去，通过布尔运算建立皮质骨和松质骨模型。建立3个模型：①正常跟骨模型；②以4枚螺钉固定的SIII型跟骨骨折模型。两枚螺钉由跟骨外侧向内横向固定于载距突，两枚螺钉由跟骨结节向跟骰关节方向纵向固定；③以锁定钢板固定的跟骨骨折模型。各模块在ABAQUS134中用C3D10结构体单元进行格划分。骨组织材料属性参数参考文献，其中皮质骨弹性模量为10GP，泊松比为03；松质骨弹性模量为145GP，泊松比为02。钢板与螺钉的材料为钛合金，其属性按参考文献选取，弹性模量为200GP，泊松比为028。

固定跟骨结节后下缘、跟骰关节各方向自由度，模拟单足站立姿态。从距骨垂直向下均匀分布加载700N，模拟正常体重。

对完整跟骨体模型进行有限元格划分，共生成体单元105030个，节点20221个；交叉螺钉固定跟骨模型，生成体单元146608个，节点30018个；钢板固定跟骨模型，生成体单元186176个，节点39698个。骨及螺钉应力集中区主要分布在跟骰关节、跟骨结节后下缘等处，比较大应力为1019M；中立角为低应力区。应力分布与跟骨的生理受力基本一致，考虑建模误差和有限元计算误差，结果非常理想。