【摘 要】
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研究目的:本研究通过建立踝关节融合术不同内固定方式的有限元模型,对临床上常见的融合内固定方式以及在常规钢板基础上设计的优化钢板的内固定方式进行仿真模拟分析,并研究不同内固定方式对踝关节融合效果的影响。研究方法:获取一名健康成年男性足部的高分辨率CT图像,应用Mimics 21.0、Geomagic 2017、Solid Works 2019、Workbench 2019软件建立包括骨骼、软骨、韧带
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研究目的:本研究通过建立踝关节融合术不同内固定方式的有限元模型,对临床上常见的融合内固定方式以及在常规钢板基础上设计的优化钢板的内固定方式进行仿真模拟分析,并研究不同内固定方式对踝关节融合效果的影响。研究方法:获取一名健康成年男性足部的高分辨率CT图像,应用Mimics 21.0、Geomagic 2017、Solid Works 2019、Workbench 2019软件建立包括骨骼、软骨、韧带的踝关节有限元模型。通过施加中立位载荷获得踝关节接触压力的分布区域和峰值大小以验证模型的有效性;建立基于常规融合术不同内固定方式的踝关节融合模型,在此基础上对融合内固定物进行优化,通过施加中立位、背屈位、内旋位、外旋位4种载荷,对所有的内固定方式进行仿真模拟。通过分析融合面的微动、融合面的接触压力、胫骨融合前后最大应力的变化以及植入物对融合面的应力遮挡情况,评估不同内固定方式的优劣。研究结果:（1）中立位、背屈位、内旋位、外旋位4种载荷状态下,各种内固定方式的融合面微动情况各有优劣,对每种内固定方式在4种载荷下的结果分别进行评分,优化钢板组结合半螺纹拉力螺钉内固定方式（D2）获得了最佳稳定性;（2）优化钢板组结合半螺纹拉力螺钉内固定方式（D2）和常规钢板组结合半螺纹拉力螺钉内固定方式（C2b）在背屈位、内旋位、外旋位出现的接触压力峰值分别为28.528MPa、35.110MPa、28.591MPa和26.724MPa、22.127MPa、22.572MPa,优化钢板组结合半螺纹拉力螺钉内固定方式（D2）融合面接触压力略高;（3）优化钢板组结合跨关节螺钉内固定方式（D1）胫骨的最大应力值是59.2MPa,优化钢板组结合半螺纹拉力螺钉内固定方式（D2）胫骨的最大应力值是32.187MPa,均高于常规钢板组结合跨关节螺钉内固定方式（C2a）和常规钢板组结合半螺纹拉力螺钉内固定方式（C2b）;（4）常规钢板组结合半螺纹拉力螺钉内固定方式（C2b）和优化钢板组结合半螺纹拉力螺钉内固定方式（D2）较其对应的跨关节螺钉内固定方式（C2a和D1）的应力遮挡率均降低,且D2内固定方式和C2b内固定方式具有相同的应力遮挡率0.86。研究结论:（1）三螺钉内固定方式的融合效果整体优于双螺钉,保证融合稳定性的同时增加了抗旋能力,并且第三颗螺钉的前入路较后入路在融合稳定性上表现更优。（2）优化钢板结合半螺纹拉力螺钉内固定方式在所有融合方式中,融合面微动更小、融合面接触压力分布更平均、融合后胫骨应力峰值增加不明显、植入物对融合面的应力遮挡较常规钢板组保持一致,因此成为所有内固定方式中的最优方案。（3）优化钢板在减小钢板体积的同时保证了内固定物的强度和融合的稳定性。因此建议踝关节融合的前路钢板设计在跨关节处适当加厚、加宽,在钢板两端略微变薄、变窄,缩小钢板整体体积的同时保证力学强度,维持弹性固定的同时获得更好的融合效果。
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