生物力学评价

交叉螺钉内固定是一种适用于非严重粉碎跟骨骨折的治疗方法，目前主要用于治疗患有糖尿病、吸烟或开放骨折等高感染风险的患者。Aldelqaid[25]报道，采用闭合复位螺钉内固定治疗60例跟骨关节内骨折患者，整体优良率达79.3%。Hammond和Crist医生[33]对17例高感染风险的跟骨骨折患者采用经皮螺钉固定进行治疗，骨折复位的优良率达到94%，无一例患者发生切口感染。尽管螺钉固定治疗跟骨骨折具有良好的临床效果，但由于其是否具有足够的固定强度尚存有争议，因此术后的早期功能锻炼一直未能有效开展。在Hammond和Crist[33]所报道的病例中，所有患者术后需佩戴8周的护具，且不能早期锻炼。因此，利用有限元法分析螺钉固定治疗跟骨骨折的力学稳定性，对于临床手术的开展和术后早期康复锻炼以及促进后足功能恢复均有重要意义。

从有限元分析的结果看，与完整跟骨模型相比，交叉螺钉固定的跟骨骨折模型中各组织最大应力都显著增大，其原因在于贯穿跟骨骨折端的4枚螺钉承载了全部载荷，发挥了类似扁担的作用，在骨折端成明显的应力遮挡效应。从应力云图看，螺钉固定时不同位置螺钉的最大应力存在差别。在两枚横向螺钉中，下方螺钉所承受的最大应力高于上方螺钉；在两枚纵向螺钉中，内侧螺钉的最大应力高于外侧螺钉。应力分布的差异不仅与螺钉位置有关，与材料也有关系。与金属螺钉相比，可吸收螺钉的最大应力明显小于前者，其原因在于可吸收材料强度较弱，应力遮挡效应相对较小。另外，在选择交叉螺钉固定治疗跟骨骨折时，在不同位置应选择不同规格的螺钉固定。固定跟骨载距突下方和跟骨内侧骨块时，可适当选用大直径的螺钉固定，以增大骨与钉的接触面，对保护骨组织和固定位置都有积极作用。

与交叉螺钉固定的骨折模型比较，钢板固定时的最大应力大于前者，这是因为钢板与螺钉通过锁定形成框架式悬臂固定结构，钢板分担了更大的载荷。应力云图显示，采用钢板固定时，最大应力集中在载距突螺钉内侧、钢板后上角与前部，即传统的三点固定区。这提示三点固定原则适用于SanderⅢ型跟骨骨折，载距突螺钉对后关节面起重要的支撑作用。因此，跟骨骨折采用钢板固定时，对跟骨中间骨折块需做到确切固定。从计算结果看，无论是采用可吸收材料还是金属材料固定跟骨骨折，在700N荷载下的最大应力均小于材料的剪切强度[27，34]，这意味着两种固定方式均具有较好的初始稳定性。

在两种治疗模式下，跟骨皮质骨和松质骨的最大应力均小于骨组织的破坏强度。因此，从生物力学角度，应可优先考虑可交叉螺钉固定的治疗方案。与单足站立不同，行走或剧烈运动时跟骨所承受的荷载将增加5～10倍，螺钉的最大应力理论上已超过金属材料的最大阂值。即使未发生内固定断裂，也可能出现金属切割骨折端，固定失败的可能。综上考虑，骨折治疗时可依据具体情况选择螺钉或钢板固定骨折，但不管选择何种固定方式，术后均可早期功能锻炼，但不建议早期承重运动，尤其需避免剧烈运动。

完整模型和跟骨骨折模型的位移均发生在距下关节，且越靠近跟骰关节，位移越大。位移的发生与跟骨的受力一致，但与固定材料无明显关联。距下关节是跟骨的主要承重区域，在生理情况下所承受的压力并不相同，前距下关节的压力高于其他部分[35]。螺钉固定时，螺钉内侧也相应承受较大的压力，发生的相对位移也较大。从临床角度看，跟骨内侧位移较大意味着重建内侧壁对于恢复跟骨稳定具有重要意义，术中需尽量保证内侧壁的复位。同时，如果存在明显骨缺损，建议使用人工骨或自体骨填充，以防止螺钉在受力后位移过大，固定失败。另外，金属螺钉治疗跟骨骨折的位移与交叉金属螺钉固定类似，表明两者的稳定性差别不大。因此，对于无明显骨缺损的跟骨骨折，两种固定方式均可用。

骨折端的位移也是内固定材料稳定性的重要指标之一。从位移云图看，钢板固定时，骨折端的位移主要集中于载距突骨块，其原因可能与单枚螺钉固定不足，载距突沿螺钉发生旋转。与钢板固定相比，交叉螺钉固定时，载距突的位移相对较小，这可能与两枚螺钉平行固定有关。从临床角度看，单枚螺钉固定不能有效控制载距突的旋转，尤其是对于存在载距突骨折的情况下，应使用两枚螺钉进行固定。骨折端位移同时也有助于判断骨折愈合情况。动物实验证明，对于间隙不超于3.0mm的骨折，骨折端移位在0.15～0.34mm有助于骨折愈合[36]。从本实验结果看，无论是交叉螺钉固定，还是钢板固定，骨折端位移均在合理范围内。因此，骨折愈合在生物力学上是可能实现的。

尽管本实验中建立的有限元模型比较精细，但由于组织材料的各向异性、不均匀性、非线性使其自身的本构关系难以确定。本模型主要是对跟骨的骨性结构进行了分析，并未考虑与其连接的软组织，如跟腱等的影响；同时未将跟骨置于完整足部模型中进行计算。以上因素会造成计算机模拟的结果与真实情况存在一定的偏差。另外，本实验仅对站立姿态下跟骨骨折的应力进行了研究，这不能完全反映跟骨在人体运动中的受力情况。但有限元模型在总体的变化趋势上能与实验和临床应用取得一致，说明有限元模型在对各种手术方案的分析中是有一定作用的。今后有必要对人体跟骨的有限元模型进一步完善，对现有的模型添加韧带、肌肉等粘弹性组织，实现动态模拟，从而达到模拟人体正常的生理情况。