螺钉空间编织与钢板固定跟骨骨折的生物力学及有限元研究

作者：张勇; 翁秋燕; 张雁儒; 陈剑明; 杨云峰^*

来源：中华骨科杂志, 2023, 43(15).

• 跟骨
• 骨折固定术, 内
• 有限元分析
• 生物力学

目的比较跟骨骨折采用螺钉空间编织固定和跟骨钢板固定的生物力学特性。方法采用跟骨模型标本建立SandersⅢ型跟骨骨折模型:生理模型组, 为正常跟骨模型;钢板组, 为常规钢板固定骨折模型;金属螺钉组, 为金属螺钉编织固定骨折模型;7枚和9枚可吸收螺钉空间编织组(可吸收7钉组和可吸收9钉组), 为分别用7枚或9枚可吸收钉编织固定骨折模型。进行循环测试和力学压缩试验, 记录载荷-位移曲线。复制金属螺钉空间编织及跟骨解剖钢板系统材料属性, 建立有限元骨折模型, 逆向处理完成钢板螺钉组、编织螺钉组的跟骨内固定模型;模拟人体(70 kg)单足站立状态下的跟骨生物力学特性变化, 以Von Mises等效应力云图、位移云图分析结构强度分布规律。结果 20～200 N载荷的循环测试中生理模型组、钢板组、金属螺钉组、可吸收7钉组、可吸收9钉组的模型间隙分别为(0.87±0.22)、(0.82±0.08)、(0.70±0.12)、(1.04±0.13)和(0.83±1.76)mm, 模型间隙的差异有统计学意义(F=3.16, P=0.037);其中可吸收7钉组大于金属螺钉组, 差异有统计学意义(t=4.28, P=0.003)。五组变形量分别为(0.37±0.06)、(0.38±0.07)、(0.38±0.06)、(0.52±0.07)和(0.42±0.07)mm, 差异有统计学意义(F=4.39, P=0.010);其中可吸收7钉组变形量大于生理模型组、钢板组及金属螺钉组(t=3.69, P=0.006;t=3.25, P=0.012;t=3.51, P=0.008)。静力测试中压缩位移分别为(7.14±0.79)、(7.30±0.66)、(6.95±0.28)、(8.19±0.61)和(7.16±0.55)mm, 差异有统计学意义(F=3.28, P=0.032), 其中可吸收7钉组位移大于金属螺钉组(t=4.13, P=0.003);刚度分别为(570.60±122.62)、(512.86±80.77)、(497.40±66.50)、(456.21±58.19)和(560.39±94.40)N/mm, 差异无统计学意义(F=1.44, P=0.258)。有限元分析结果示3 500 N轴向压力载荷下钢板螺钉组压缩最大位移为6.47 mm、刚度为540.96 N/mm、钢板和螺钉Von Mises等效应力峰值分别为450.31、353.15 MPa, 编织螺钉组压缩最大位移为5.25 mm、刚度为666.67 N/mm、螺钉Von Mises等效应力峰值为396.20 MPa。结论与传统跟骨外侧钢板固定相比, 空间编织固定可提供跟骨愈合所需的足够稳定生物力学, 在结构性稳定性方面优越于钢板螺钉, 更有助于提高跟骨骨折固定的疗效。

• 单位
  宁波市第六医院; 宁波大学; 上海同济医院