第一部分 基于CT数据的后踝解剖型锁定钢板的设计目的:根据我国成人正常踝关节CT图像数据构建后踝表面信息数据库,通过Mimics软件,对正常成人踝关节CT三维重建医学图像快速分割图像,测量后踝解剖学数据,设计研发符合后踝解剖形态具有成角稳定性的后踝解剖型锁定钢板。同时,采用蒙特卡罗方法拟合设计后踝解剖型锁定钢板的相关解剖学参数。方法:采集我国长三角地区300例成人(18岁-65岁)正常踝关节CT图像,通过目前国际上公认的一款强大的医学图像处理软件Mimics软件进行数据分析,研制符合国人后踝解剖学形态的后踝解剖型锁定钢板,分别测量后踝平面-后踝切迹平面夹角α、后踝切迹与后踝穹隆顶切线面的夹角β、后踝切迹与下胫腓联合的胫骨腓切迹面夹角Y,绘制后踝置钉安全区,在后踝安全区域内设置螺钉置钉点及钉道方向,测量后踝钢板远排螺钉安全进钉角度。采用蒙特卡罗方法对正常踝关节CT图像进行数据拟合所设计的后踝解剖型锁定钢板所需要的各种解剖学参数,包括后踝平面-后踝切迹平面夹角α、后踝切迹与后踝穹隆顶切线面的夹角β、后踝切迹与下胫腓联合的胫骨腓切迹面夹角γ,绘制后踝置钉安全区,在后踝安全区域内设置钢板螺钉置钉点及钉道方向,测量后踝钢板远排螺钉安全进钉角度。结果:后踝平面-后踝切迹平面夹角、后踝切迹与后踝穹隆顶切线面的夹角、后踝切迹与下胫腓联合的胫骨腓切迹面夹角男女之间比较差异无显著性意义(P>0.05)。结论:结果表明设计研发后踝解剖型锁定钢板可利用Mimics软件测量后踝解剖学数据,方法简单易行、形象直观;根据后踝骨面特征的相关解剖学参数可详细描述后踝解剖的共同特征和差异性。同时,蒙特卡罗方法可以对正常踝关节CT图像数据进行相关的各种解剖学参数大数据拟合,进一步验证后踝解剖型锁定钢板的解剖学特性。第二部分 比较后踝解剖型锁定钢板固定后踝骨折的有限元分析目的:1.利用有限元方法分析所设计的后踝解剖型锁定钢板固定不同类型后踝骨折的生物力学稳定性。2.分析比较与空心拉力螺钉、1/3管型钢板固定后踝骨折的生物力学稳定性。方法:1.以一名正常成年男性志愿者的踝关节为受试对象,通过使用西门子64排双源螺旋CT拍摄这名正常成年男性的右侧踝关节,所获取的CT图像数据,应用有限元建模技术,建立踝关节的三维有限元模型,并对模型有效性进行验证。通过对后踝关节面骨折类型进行分区、切割,模拟计算不同后踝骨折条件下施加正常应力时的骨折移位程度、不同程度应力时骨折移位程度、最大应力、最大位移等相关参数。分析所设计的后踝解剖型锁定钢板固定不同类型后踝骨折的生物力学稳定性及其特性。2.利用有限元方法分析比较与空心拉力螺钉、1/3管型钢板固定后踝骨折的生物力学稳定性,评价后踝解剖型锁定钢板在固定后踝骨折时的生物力学特性及优势。结果:后踝解剖型锁定钢板固定不同类型后踝骨折的生物力学稳定性较空心拉力螺钉、1/3管型钢板固定的生物力学稳定性具有明显优势。空心螺钉、1/3管型钢板及解剖型锁定钢板的三种固定方式对应位移云图的变化趋势表明:位移变化的结果云图分布相近,可比性很高;位移值依次降低,固定效果在提升。三种固定方式的应力云图的变化趋势表明:应力变化的结果云图分布相近,可比性很高;应力值依次降低,而且效果明显。解剖锁定钢板对比空心钉和1/3管型钢板应力值降低。结论:通过构建成人踝关节后踝骨折模型的有限元分析,所设计的后踝解剖型锁定钢板在固定后踝骨折时,其生物力学特性较空心螺钉、1/3管型钢板固定后踝骨折更具有生物力学成角稳定性。第三部分 后踝解剖型锁定钢板的生物力学研究目的:1、分析比较后踝解剖型锁定钢板及1/3管型钢板固定尸体标本后踝骨折的生物力学特性。2、通过万用生物力学测试系统检测所设计后踝解剖型锁定钢板的力学强度,如抗轴向压缩、抗扭转力,计算其力学强度与体积的比值。方法:本课题组项目研究与常州华森医疗器械有限公司合作研发生产所设计的后踝解剖型锁定钢板。采用与人体骨骼弹性模量相近的钛合金材料(Tc4),设计后踝解剖型锁定钢板,并进行相关出厂检测。同时,本实验采用同一厂家生产的1/3管型钢板作为实验对照钢板。生物力学试验采用6具成年新鲜带踝的小腿标本(复旦大学附属华山医院浦东分院解剖教研室及延边大学解剖学实验室),其中男性4具,女性2具,平均年龄50岁(36-65岁)。自膝关节离断,保留小腿及踝关节。标本随机分为2组,A组为后踝解剖型锁定钢板组,B组为1/3管型钢板组。A、B两组内固定材料均采用同一医疗器械公司生产的钢板进行实验研究(常州华森医疗器械有限公司提供)。分别固定尸体标本的后踝骨折,采用万用生物力学测试系统对所设计的不同长度规格的后踝解剖型锁定接骨板和1/3管型钢板进行抗轴向压缩、抗扭转力的力学测试,评价后踝解剖型锁定钢板在固定后踝骨折时的生物力学特性及优势。结果:本试验研究结果显示,后踝解剖型锁定钢板较1/3管型钢板固定不同类型后踝骨折,在抗轴向压缩实验及抗扭转力实验等方面均取得良好效果,在统计学上均具有显著差异性(P<0.05)。结论:本试验研究表明后踝解剖型锁定钢板较1/3管型钢板固定不同类型后踝骨折,在抗轴向压缩、抗扭转力等方面均取得良好效果,具有生物力学角稳定性,防止后踝骨折的轴向移位。因此,后踝解剖型锁定钢板在固定后踝骨折时具有良好的生物力学稳定特性。第四部分 后踝解剖型锁定钢板在后Pilon骨折的临床应用目的:比较分析后踝解剖锁定钢板固定、1/3管型钢板及空心拉力螺钉内固定治疗后踝骨折的临床疗效。方法:回顾性分析2017年1月至2018年08月收治的82例踝关节骨折累及后踝骨折,且后踝关节面大于踝关节面25%以上骨折患者的临床资料,采用后外侧入路且根据固定方式不同分为后踝解剖锁定钢板固定组(解剖锁定钢板组,A组),1/3管型钢板固定组(管型钢板组,B组)和空心螺钉固定组(空心螺钉组,C组)。A组24例,男15例,女9例;年龄20-65岁,平均(43.3±12.4)岁;根据Denis-weber骨折分型:B型10例,C型14例。B组28例,男18例,女10例;年龄21-62岁,平均(44.0±11.8)岁;根据Denis-weber骨折分型:B型16例,C型12例。C组30例,男18例,女12例;年龄20-65岁,平均(49.9±11.3)岁;根据Denis weber骨折分型:B型14例,C型16例。比较三组手术时间、术中透视次数、出血量,以及术后1个月,3个月,6个月及12个月,患者术后X线表现,骨折愈合时间,患者末次随访时采用美国足踝外科协会(AOFAS)的踝-后足评分标准,评估踝关节功能。结果:结果表明后踝解剖型锁定钢板组(A组)平均手术时间(0.88±0.14)h较空心螺钉组(C组)(1.14±0.14)h及管型钢板组(B组)(1.23±0.12)h均短,差异有统计学意义(P<0.05)。三组平均出血量为A组(108.33±11.87)ml、B组(136.61±11.10)ml、C组(117.67±9.46)ml,术中出血量A组<C组<B组,统计学无明显差异(P>0.05),但所设计解剖型锁定钢板组手术时间短,术中相对出血少。术中三组透视次数比较,A组(6.04± 1.14)次、B 组(7.75±1.45)次、C 组(9.3±1.72)次,A 组<B 组<C 组,差异有统计学意义(P<0.05)。术后X线表现、骨折愈合时间,术后功能及并发症进行比较。结果表明术后三组患者均无伤口感染,无切口延迟愈合及骨不连发生。有3例C组患者出现后踝骨折复位不良,骨折移位大于2mm;有2例患者空心螺钉位置差,空心螺钉置入下胫腓联合。A组及B组分别有1例和3例患者术后出现踇趾轻度屈曲挛缩,A组2例和B组5例患者出现踝关节活动时不适感,经过康复锻炼后症状消失。术后1个月、3个月、6个月、12个月及末次随访时三组患者AOFAS的踝-后足评分比较,三组的踝-后足评分在术后1个月、6个月及12个月组间比较,比较均无统计学意义(P>0.05),但在术后3个月三组间踝-后足评分比较,A组优于B组及C组,差异均有统计学意义(P<0.05);末次随访时所有患者的AOFAS踝-后足评分分别与相应术后3个月、6个月、12个月比较差异均有统计学意义(P<0.05)。结论:经后外侧入路采用三种不同方式内固定后Pilon骨折,空心螺钉相对微创,但复位质量不确定,术中透视次数多,时间长;而管型钢板及解剖锁定钢板可直视下解剖复位,创伤相对大,但术后易早期功能锻炼和负重行走。但术中管型钢板需要塑型,增加手术时间,螺钉方向不易把控,容易误入关节内,导致不良并发症。