单枚下胫腓联合螺钉不同角度固定下胫腓损伤的生物力学特性

背景:下胫腓联合损伤后的螺钉置入存在较多的争议,且随着计算机技术的逐渐发展,有限元法被不断应用在骨科领域中,该技术的可靠性也得到了显著提升.目的:通过建立踝关节三维有限元模型,研究单枚下胫腓联合螺钉不同角度置入固定下胫腓时的生物力学特性.方法:基于健康志愿者断层CT图像基础,利用Mimics软件、Geomagic Studio软件建立踝关节模型并进行有效性验证,将模型导入Solidworks软件中,通过建立螺钉6种不同角度(模型a:向前15°、向上10°,模型b:向前15°、向上15°,模型c:向前15°、向上20°,模型d:向前25°、向上10°,模型e:向前25°、向上15°,模型f:向前25°、向上20°)置入固定下胫腓的有限元模型,模拟人体中立位单足站立时踝关节的受力方式,比较不同角度置入固定方式下螺钉的最大应力分布及螺钉的最大位移.结果 与结论:①在内旋、外旋载荷下,螺钉的最大应力点均在胫腓骨之间靠近胫骨处,在内旋载荷下,模型a、b、c、d、e、f的最大应力分别为53.38,52.05,52.63,54.39,53.85,52.83 MPa;在外旋载荷下,模型a、b、c、d、e、f螺钉的最大应力分别为73.75,71.62,66.81,77.96,75.31,74.60 MPa;②在内旋载荷下,模型a、b、c、d、e、f的最大位移分别为3.27,3.25,3.2,2.83,2.99,2.98 mm;在外旋载荷下,模型a、b、c、d、e、f螺钉的最大位移分别为2.69,2.71,2.75,2.41,2.53,2.55 mm;③结果 提示,在内旋、外旋载荷下,螺钉在向前25°置入固定时得到了更强的踝关节稳定性.