【摘要】 目的 對合并膝關節脫位的脛骨內側平臺骨折的4種內固定方法進行生物力學性能靜態有限元分析比較，希望為臨床選擇提供參考。方法 采用CT掃描技術，通過對Synbone人工骨結構的掃描，利用MIMICS軟件重建脛骨近端的三維有限元模型，在此基礎上制備骨折脫位型脛骨平臺骨折4種內固定方法〔內側雙鋼板(MDP)，雙側雙鋼板(BDP)，外側鎖定鋼板+拉力螺釘(LLP)，內側T型單鋼板+拉力螺釘（MSP）〕的三維有限元模型， 最后用ANSYS軟件進行力學數據分析。結果 4種固定方法的最大應力值在500、1 000、1 500 N 3個垂直載荷強度下均依次為LLP＞MSP＞BDP＞MDP，LLP固定的最大應力值是其他3種固定方法的2.8～6.3倍。結論 MDP固定后的應力最小，其后依次為BDP與MSP，而LLP固定的應力最高。 【關鍵詞】 脛骨內側平臺骨折 有限元分析

合并膝關節脫位的脛骨內側平臺骨折是一種較嚴重的平臺骨折，發生率約占脛骨平臺骨折的10％［1］。這種骨折不僅在內側平臺有較大的骨折塊，還有外側平臺、髁間棘的骨折以及韌帶松弛而合并膝關節的半脫位，往往需手術治療。但是手術復位固定較困難，目前已有很多固定方法，如內側雙鋼板(MDP)、雙側雙鋼板(BDP)、外側鎖定鋼板+拉力螺釘(LLP)、內側T型單鋼板+拉力螺釘（MSP）等，哪種方法更好仍在不斷的實踐和研究中。Jiang等［1］用生物力學測定的方法比較了以上4種不同內固定方法的穩定性，認為MDP最可靠，LLP最差。本研究采用有限元分析方法比較了這4種內固定方法的穩定性。 1 材料和方法 1.1 材料 1.1.1 脛骨 Synbone人工骨，型號1118，瑞士Synthes醫療器械有限公司。 1.1.2 內固定器材 4.5系統不銹鋼“T”型支撐鋼板及螺釘及3.5系統鈦合金有限接觸動力加壓鋼板（LC-DCP）、螺釘，武進醫療器械公司。微創內固定系統（LISS），瑞士Synthes醫療器械有限公司。 1.1.3 三維有限元模型建立的硬件設備及軟件條件 DELL PRESIONTTM 650工作站。醫學影像控制系統Mimics 10.0（Materiaise′s Interactive Medical Image Control System， UK)；有限元分析軟件ANSYS 10.0；計算機輔助設計軟件Pro/Engineer 2001；繪圖軟件Auto CAD 14.0、3D MAX 6.0、CINEMA 4D 9.0；圖像處理軟件Photoshop 10.0。 1.2 方法 1.2.1 有限元模型的重建 對一完整的Synbone人工骨的脛骨（型號1118）進行CT（西門子CT掃描機）斷層成像。在CT成像過程中，將掃描對象置于掃描視野中心，保持縱軸方向不動，掃描條件為：140 kV，320 mA，層厚1 mm。掃描范圍從脛骨平臺到脛骨遠端1/3，得到CT圖片，在Mimics中轉化為數字信號，處理后生成合并膝關節脫位的脛骨內側平臺骨折三維CAD模型并輸出，見圖1。 圖1 合并膝關節脫位的脛骨內側平臺骨折 三維CAD模型多視角截圖 1.2.2 4種內固定后模型的三維重建 以繪圖軟件Auto CAD、3D MAX、CINEMA 4D等重建內固定物，外形尺寸數據由內固定物的生產商（瑞士Synthes醫療器械有限公司，江蘇武進醫療器械公司）提供。將上一步的合并膝關節脫位的脛骨內側平臺骨折的三維CAD模型導入Pro/Engineer 2001中，將兩部分按實際相對位置和尺寸比例相結合，螺釘在脛骨內部的部分也完全按原比例結合，最終生成三維CAD模型，儲存時的幾何精度與第一步的三維重建模型相同，以確保不損失數據。 1.2.3 4種內固定方法生物力學性能的ANSYS分析 1.2.3.1 網格劃分 將上一步最終生成的CAD模型導入ANSYS軟件，采用ANSYS前處理系統，脛骨選擇SOLID98號單元，鋼板采用PLANE42號單元，螺釘采用LINK8號單元，劃分網格，高應力區自動網格加密處理，獲得合并膝關節脫位的脛骨內側平臺骨折不同固定方法的有限元模型。 1.2.3.2 接觸條件 骨骼視為正交各向同性材料，其他所有材料均為彈性材料。拉力螺釘在脛骨平臺及脛骨干內為完全固定，摩擦系數為0.3， 骨折界面摩擦系數亦為0.3，微創內固定系統（LISS）鋼板與螺釘間為剛性連接。 1.2.3.3 載荷及邊界條件 將固定后的合并膝關節脫位的脛骨內側平臺骨折三維有限元模型遠端固支，即遠端各節點在X、Y、Z軸上的位移為0。以500、1000、1500 N的縱向靜載荷分別進行加載。 1.2.3.4 生物力學性能分析 對不同固定方法固定后的合并膝關節脫位的脛骨內側平臺骨折有限元模型分析脛骨近端的應力分布，得出最大應力值。 2 結 果 2.1 應力分布 各模型加載500、1000、1500 N后脛骨近端的應力圖見圖2，最大應力值及其集中部位見表1。從這些結果可以看出，4種固定方法固定后的合并膝關節脫位的脛骨內側平臺骨折最大應力分布區域均位于內側骨折塊內。 2.2 應力值 4種固定方法的最大應力值在不同載荷強度下均依次為LLP＞MSP＞BDP＞MDP，LLP固定的最大應力值是其他3種固定方法的2.8～6.3倍。 3 討 論 合并膝關節脫位的脛骨內側平臺骨折多由高能量的內翻應力和軸向應力所致，骨折累及包括部分外側平臺、髁間棘及整個內側平臺在內的大塊區域，通常都伴有一個較大的內側或后內側的“關鍵骨塊”［1］。由于前后交叉韌帶的附著點分別位于髁間棘偏內及后方，因此雖然此型骨折中股骨髁與內側平臺骨塊相互關系仍可保持一致，但外側平臺可因失去了交叉韌帶的控制而向外上方移位，導致膝關節半脫位。這種骨折非常不穩定，預后也較其他類型的平臺骨折差［1-2］。其原因不僅包括骨折時較多的軟組織合并傷，也很大程度上與這種骨折的復位固定較難、術后并發癥較多有關［3］。這種骨折的處理較難，手術要恢復骨與關節正確的解剖關系，并給予可靠的固定，以利于膝關節早期活動。雖然文獻報道有多種治療方法可供選擇，但鋼板內固定仍是最有效的治療方法［1］。

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