跟骨骨折手术治疗的有限元分析

有限元法是20世纪40年代随着计算机技术的发展而迅速发展起来的一种现代计算方法。关于有限元法及其在生物力学中的应用现状，我们在第5章中有了详细的介绍。有限元分析方法在足踝生物力学研究中的应用主要集中于足踝畸形矫正，鞋类辅助设计以及运动功能评价等方面。香港理工大学张明教授课题组通过有限元分析拇外翻矫形第一跖楔关节融合对足部应力分布的影响，发现融合可导致第一和第二跖骨的应力明显增大，第一跖骨头的内偏减少，同时融合骨所承受的拉应力也明显降低[28]。该研究认为：第一跖楔关节融合有助于恢复第一跖列的负重功能。有限元研究还可以为鞋类设计提供指导意见。余嘉等人[29]建立了女性足部的三维有限元模型用以研究高跟鞋对足部功能的影响，发现足跟抬高对足部力学环境并无直接影响，但会导致拇外翻畸形程度加重。

在跟骨骨折损伤治疗方面，也有学者采用有限元分析对不同手术方式进行分析。Pang等人[30]通过建立SanderⅡ型跟骨骨折，研究载距突螺钉对跟骨骨折治疗稳定性的影响。研究发现，载距突螺钉固定可有效增加固定的稳定性，并降低固定材料的应力。因此，载距突螺钉应作为跟骨骨折的常规操作。倪明等人[31]通过有限元分析可吸收螺钉治疗跟骨关节内骨折的生物力学稳定性，发现可吸收螺定固定跟骨骨折具有较好的初始稳定性，但螺钉的位置对其应力有较大的影响，且骨折术中需要重建跟骨内侧壁和纠正骨缺损。Bayod等[32]通过建立足部的三维有限元模型，研究不同程度骨缺损对跟骨应力分布的影响，研究发现当跟骨缺损超过24×7×7.5mm3时，跟骨所承受的最大应力从42.16 MPa上升到86.28MPa，同时应力分布范围也明显改变。因此跟骨缺损不应超过此范围，否则容易并发应力性骨折。

尽管有限元分析在跟骨损伤治疗方面已有初步的应用，但由于模型几何形态的复杂性，目前有限元分析仅对跟骨部分手术方式进行了模拟，不能满足临床治疗的需要。为此，本节内容拟通过建立跟骨骨折的有限元模型，比较不同内固定材料，如钢板、金属螺钉、可吸收螺钉以及克氏针等治疗跟骨骨折的生物力学稳定性。通过与生物力学实验的比较，为跟骨骨折临床治疗的选择提供参考。