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有限元分析交叉螺釘固定跟骨時，應(yīng)力集中于螺釘與骨折端接觸的位置，分布范圍較小。兩枚橫向螺釘中，下方螺釘最高應(yīng)力大于上方螺釘；縱向螺釘中，內(nèi)側(cè)螺釘最高應(yīng)力大于外側(cè)螺釘。上、下方橫向釘以及內(nèi)、外側(cè)縱向釘?shù)淖畲髴?yīng)力分別為61.32、97.35、39.23、29.95MPa，而跟骨的最大應(yīng)力為115.5MPa。
正常跟骨及跟骨骨折模型的位移主要集中于距下關(guān)節(jié)，越向內(nèi)側(cè)位移越大，最大位移發(fā)生在跟骨載距突。完整跟骨的最大位移為48μm，而交叉螺釘和鋼板固定時跟骨的最大位移分別為106、319μm。
人體足部骨骼結(jié)構(gòu)復(fù)雜，數(shù)量多、體積小、關(guān)節(jié)多，且曲面、曲率復(fù)雜，韌帶、肌腱繁多，并具有復(fù)雜的運動學(xué)與動力學(xué)特性。同時，限于醫(yī)學(xué)影像技術(shù)和計算機圖形學(xué)的發(fā)展程度，早期人體有限元模型大多是二維有限元模型。這些模型過于簡化，難以準(zhǔn)確模擬非規(guī)則幾何形狀并有復(fù)雜關(guān)節(jié)的真實實體。大容量電子計算機的出現(xiàn)，使建立足部三維有限元模型成為可能。但在早期的三維跟骨模型報道中，松質(zhì)骨被假設(shè)為均一分布，皮質(zhì)骨厚度也是固定的。從生物力學(xué)觀點來看，這樣所建立的模型必然不能反映跟骨的真實力學(xué)特性。螺旋CT為建立跟骨有限元模型帶來極大方便。Keyak等提出利用CT數(shù)據(jù)自動重建骨骼三維有限元模型的方法。Tannous等詳細(xì)報道了利用CT掃描數(shù)據(jù)建立踝足三維有限元模型的方法。隨后建立的足部有限元模型不僅在幾何結(jié)構(gòu)上精確細(xì)致，還重建了軟骨、韌帶等組織，甚至考慮骨折及重建等特殊情況。
交叉螺釘內(nèi)固定是一種適用于非嚴(yán)重粉碎跟骨骨折的治療方法，目前大部分學(xué)者將其用于治療患有糖尿病、吸煙或開放骨折等高感染風(fēng)險的患者。Aldelqaid報道采用閉合復(fù)位螺釘內(nèi)固定治療60例跟骨關(guān)節(jié)內(nèi)骨折患者，結(jié)果顯示優(yōu)良率為79.3%，故作者認(rèn)為螺釘固定適用于大多數(shù)的跟骨關(guān)節(jié)內(nèi)骨折，尤其適合不能耐受開放復(fù)位內(nèi)固定的患者。Hammond等對17例高感染風(fēng)險的跟骨骨折患者采用經(jīng)皮螺釘固定進(jìn)行治療，骨折復(fù)位的優(yōu)良率達(dá)到94%，無一例患者發(fā)生切口感染。盡管螺釘固定治療跟骨骨折具有良好的臨床效果，但由于其是否具有足夠的固定強度尚存有爭議，故術(shù)后的早期功能鍛煉一直未能有效開展。在Hammond等所報道的病例中，所有患者術(shù)后8周需佩戴護(hù)具，且不能進(jìn)行早期鍛煉。因此，利用有限元法分析螺釘固定治療跟骨骨折的力學(xué)穩(wěn)定性，對于臨床手術(shù)的開展和術(shù)后早期康復(fù)鍛煉以及促進(jìn)后足功能恢復(fù)均具有重要意義。
從有限元分析的結(jié)果看，與完整跟骨模型相比，骨折模型各組織最大應(yīng)力都顯著增大，其原因在于貫穿跟骨骨折端的4枚螺釘承載了全部載荷，發(fā)揮了類似扁擔(dān)的作用，在骨折端形成明顯的應(yīng)力遮擋效應(yīng)。從應(yīng)力云圖看，螺釘固定時不同位置螺釘?shù)淖畲髴?yīng)力存在差別。在兩枚橫向螺釘中，下方螺釘所承受的最大應(yīng)力高于上方螺釘；在兩枚縱向螺釘中，內(nèi)側(cè)螺釘?shù)淖畲髴?yīng)力高于外側(cè)螺釘。螺釘應(yīng)力分布的差別提示，在開展跟骨骨折治療時，應(yīng)根據(jù)不同位置選擇不同規(guī)格的螺釘固定。固定跟骨載距突下方和跟骨內(nèi)側(cè)骨塊時，可適當(dāng)選用大直徑的螺釘固定，以增大骨與釘?shù)慕佑|面，對保護(hù)骨組織和固定位置都有積極作用。鋼板固定骨折模型的最大應(yīng)力大于交叉螺釘固定骨折模型，這是因為鋼板與螺釘通過鎖定形成框架式懸臂固定結(jié)構(gòu)，鋼板分擔(dān)了更大的載荷。
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