Haraguchi Ⅱ型后踝骨折3种内固定方式的有限元分析

doi:10.3969/j.issn.1006-5725.2024.08.020

摘要/Abstract

摘要：

目的基于计算机三维有限元技术方法研究Haraguchi Ⅱ型后踝骨折不同内固定材料的生物力学特性，确定后踝骨折的最佳内固定材料，为临床提供基础理论支持。方法通过计算机三维有限元技术，建立后踝空心螺钉固定+内踝空心螺钉（A组）、后踝支撑钢板固定+内踝空心螺钉（B组）和后踝重建钢板固定+内踝空心螺钉（C组）三种不同内固定材料固定Haraguchi Ⅱ型后踝骨折的三维有限元模型，并对模型行生物力学分析，比较各组内固定材料的优劣性。结果两组钢板固定模型的最大主应力和胫骨应力要明显低于3枚空心螺钉固定模型组，而重建钢板组的应力又低于支撑钢板组；三组模型中内踝处空心螺钉的应力重建钢板组最小，空心螺钉组最大；胫骨的总位移变化范围空心螺钉组最大，支撑钢板组次之，重建钢板组最小。结论重建钢板固定Haraguchi Ⅱ型后踝骨折的生物力学稳定性最强，为一种比较理想的固定方法，对临床具有一定的指导性。

关键词: 后踝骨折, 内固定, 生物力学, 有限元

Abstract:

Objective Based on computer three?dimensional finite element technology， this study investigates the biomechanical properties of different internal fixation materials for Haraguchi typeⅡ ankle fractures， determines the optimal internal fixation material for ankle fractures， and provides basic theoretical support for clinical practice. Methods Using computer three?dimensional finite element technology， a three?dimensional finite element model was established for the fixation of Haraguchi typeⅡ posterior ankle fractures using three different internal fixation materials： posterior ankle hollow screw fixation and inner ankle hollow screw （Group A）， posterior ankle support steel plate fixation and inner ankle hollow screw （Group B）， and posterior ankle reconstruction steel plate fixation and inner ankle hollow screw （Group C）. Biomechanical analysis was performed on the model to compare the advantages and disadvantages of the internal fixation materials in each group. Results The maximum principal stress and tibial stress of the two steel plate fixation models were significantly lower than those of the three hollow screw fixation model group， while the stress of the reconstructed steel plate group was lower than that of the supporting steel plate group； Among the three models， the stress reconstruction of the hollow screw at the inner ankle was the smallest in the steel plate group and the largest in the hollow screw group； The total displacement range of the tibia is the largest in the hollow screw group， followed by the supporting steel plate group， and the smallest in the reconstruction steel plate group. Conclusion Reconstructing steel plates to fix Haraguchi typeⅡ ankle fractures has the strongest biomechanical stability and is a relatively ideal fixation method， which has certain guidance for clinical practice.

Key words: posterior ankle fracture, internal fixation, biomechanics, finite element method

中图分类号:

R683.42

程邦君,黄燕峰,罗轶. Haraguchi Ⅱ型后踝骨折3种内固定方式的有限元分析[J]. 实用医学杂志, 2024, 40(8): 1137-1141.

Bangjun CHENG,Yanfeng HUANG,Yi. LUO. A biomechanical comparison of three types of internal fixation for posterior malleolar fracture[J]. The Journal of Practical Medicine, 2024, 40(8): 1137-1141.

图/表 6

图1

表1

图2

图3

图4

图5

参考文献 20

1	程邦君，罗轶，冯晓兵，等.空心螺钉和“L”形钢板治疗胫骨中下1／3螺旋形骨折合并后踝骨折的疗效比较［J］.中华创伤杂志，2018，34（7）：591-596。. doi:10.3760/cma.j.issn.1001-8050.2018.07.004 doi: 10.3760/cma.j.issn.1001-8050.2018.07.004
2	方文来，陈墨川，孙辽军，等. 改良后外侧入路治疗外踝后踝骨折的初步报道［J］. 中华创伤骨科杂志，2020，22（1）：45-48. doi:10.3760/cma.j.issn.1671-7600.2020.01.008 doi: 10.3760/cma.j.issn.1671-7600.2020.01.008
3	VERHAGE S M， KRIJNEN P， SCHIPPER I B. Persistent postoperative step-off of the posterior malleolus leads to higher incidence of post-traumatic osteoarthritis in trimalleolar fractures［J］. Arch Orthop Trauma Surg，2019，139（3）：323-329. doi:10.1007/s00402-018-3056-0 doi: 10.1007/s00402-018-3056-0
4	ELGAYAR L， ARNALL F， BARRIE J. A systematic review investigating the effectiveness of surgical versus conservative management of unstable ankle fractures in adults［J］. J Foot Ankle Surg，2019，58（5）：933-937. doi:10.1053/j.jfas.2018.12.017 doi: 10.1053/j.jfas.2018.12.017
5	SWITAJ P J， WEATHERFORD B， FUCHS D， et al. Evaluation of posterior malleolar fractures and the posterior pilon variant in operatively treated ankle fractures［J］. Foot Ankle Int， 2014，35（9）：886⁃895. doi:10.1177/1071100714537630 doi: 10.1177/1071100714537630
6	ANDERSON R T， PACACCIO D J， YAKACKI C M， et al. Finite element analysis of a pseudoelastic compression-generating intramedullary ankle arthrodesis nail［J］. J Mech Behav Biomed Mater， 2016， 62：83-92. doi:10.1016/j.jmbbm.2016.04.037 doi: 10.1016/j.jmbbm.2016.04.037
7	JI W， LUO C， ZHAN S， et al. Combined proximal tibial osteotomy for varus osteoarthritis of the knee： biomechanical tests and finite-element analyses［J］. Knee，2020，27（3）：863-870. doi:10.1016/j.knee.2020.01.006 doi: 10.1016/j.knee.2020.01.006
8	HARAGUCHI N， HARUYAMA H， TOGA H， et al. Pathoanatomy of posterior malleolar fractures of the ankle［J］. J Bone Joint Surg Am， 2006，88（5）：1085⁃1092. doi:10.2106/jbjs.e.00856 doi: 10.2106/jbjs.e.00856
9	HARAGUCHI N， ARMIGER R S. Mechanism of posterior malleolar fracture of the ankle： a cadaveric study［J］. OTA Int， 2020，23（2）：e60. doi:10.1097/oi9.0000000000000060 doi: 10.1097/oi9.0000000000000060
10	MENGNAI L I， RACHEL C， BRIAN W， et al. Comparing different surgical techniques for addressing the posterior malleolus in supination external rotation ankle fractures and the need for syndesmotic screw fixation［J］. Foot Ankle Surg， 2017，56（4）：730-734. doi:10.1053/j.jfas.2017.01.053 doi: 10.1053/j.jfas.2017.01.053
11	陈烽，安忠诚，周芳，等. 后踝固定与否对不同 Haraguchi 分型后踝骨折疗效的影响［J］. 中国修复重建外科杂志， 2021，35（6）：722-728.
12	EVERS J， FISCHER M， RASCHKE M， et al. Leave it or fixation it？ How fixation of a small posterior malleolar fragment neutralizes rotational forces in trimalleolar fractures［J］. Arch Orthop Trauma Surg，2022，142（6）：1031-1037. doi:10.1007/s00402-021-03772-9 doi: 10.1007/s00402-021-03772-9
13	MANSUR H， LUCAS P P A， VITORINO R C， et al. Biomechanical comparison of four different posterior malleolus fixation techniques： a finite element analysis［J］. Foot Ankle Sur， 2022，28（5）：570-577. doi:10.1016/j.fas.2021.06.001 doi: 10.1016/j.fas.2021.06.001
14	WANG Z， SUN J， YAN J， et al. Comparison of the efficacy of posterioranterior screws， anterior-posterior screws and a posterioranterior plate in the fixation of posterior malleolar fractures with a fragment size of ≥ 15% and < 15%［J］. BMC， 2020，21（1）：570. doi:10.1186/s12891-020-03594-7 doi: 10.1186/s12891-020-03594-7
15	SUN D， SHI G， DU K， et al. Biomechanical Study on different fixation methods of cannulated screws for posterior malleolus fracture［J］. Comput Methods Biomech Biomed Engin，2023：1-9. doi:10.1080/10255842.2023.2231115 doi: 10.1080/10255842.2023.2231115
16	ANWAR A， HU Z， ADNAN Z， et al. Comprehensive biomechanical analysis of three clinically used fixation constructs for posterior malleolar fractures using cadaveric and finite element analysis［J］. Sci Rep， 2020，10（1）：18639. doi:10.1038/s41598-020-75819-7 doi: 10.1038/s41598-020-75819-7
17	WANG J， JIA H B， ZHAO J G， et al. Plate versus screws fixation for the posterior malleolar fragment in trimalleolar ankle fractures［J］. Injury， 2023，54（2）：761-767. doi:10.1016/j.injury.2022.10.032 doi: 10.1016/j.injury.2022.10.032
18	OCHMAN S， RASCHKE M J. Ankle fractures in older patients： What should we do differently？［J］. Unfallchirurg， 2021，124（3）：200-211. doi:10.1007/s00113-021-00953-4 doi: 10.1007/s00113-021-00953-4
19	MCHALE S， WILLIAMS M， BALL T. Retrospective cohort study of operatively treated ankle fractures involving the posterior malleolus［J］. Foot Ankle Surg， 2020， 26（2）：138-145. doi:10.1016/j.fas.2019.01.003 doi: 10.1016/j.fas.2019.01.003
20	WEIGELT L， HASLER J， FLURY A，et al. Clinical and radiological mid- to long-term results after direct fixation of posterior malleolar fractures through a posterolateral approach［J］. Arch Orthop Trauma Surg， 2020，140（11）：1641-1647. doi:10.1007/s00402-020-03353-2 doi: 10.1007/s00402-020-03353-2

组件名称	材料	弹性模量（MPa）	泊松比	密度（kg/m²）	网格类型
骨皮质层	皮质骨	17 000	0.30	1 800	S3R
胫骨松质骨	松质骨	800	0.20	290	C3D4
空心螺钉	Ti6Al4V	110 000	0.30	4 500	C3D10
支撑钢板	Ti6Al4V	110 000	0.30	4 500	C3D10
重建钢板	Ti6Al4V	110 000	0.30	4 500	C3D10

[1]	赖培茜,胡佩,王洪伸,郑延华,蓝梅妍,陈少华. 循经取穴贴敷疗法对腰椎内固定术后患者胃肠功能的影响[J]. 实用医学杂志, 2024, 40(2): 267-271.
[2]	唐广满王来毅金根洋 . 颈椎后路单开门椎管扩大成形术与颈前路减压内固定术治疗颈椎过伸性损伤的疗效 [J]. 实用医学杂志, 2023, 39(9): 1132-1137.
[3]	李祖涛翁友林蔡昱徐江波车立新孙俊刚 . Multiloc 钉与钢板治疗肱骨干骨折术后非感染性骨不连的疗效 [J]. 实用医学杂志, 2023, 39(8): 980-984.
[4]	邹汉玉陈翔赵莉娟张国辉张宏 . 牵引治疗神经根型颈椎病机制及应用进展 [J]. 实用医学杂志, 2023, 39(7): 793-797.
[5]	张成年,李雪城,张政,张岱捷. 经尺骨鹰嘴截骨入路与肘关节外侧入路脱位法复位内固定治疗肱骨远端冠状面骨折的疗效比较[J]. 实用医学杂志, 2023, 39(19): 2506-2510.
[6]	周楠马明亮刘宏智赵冬阳王志刚. 下肢轴向牵引器与徒手复位在股骨远端骨折钢板内固定术中的疗效 [J]. 实用医学杂志, 2022, 38(5): 611-615.
[7]	翁友林李祖涛蔡昱孙俊刚徐江波 . 股骨颈动力交叉钉系统和空心钉治疗Pauwels Ⅲ型股骨颈骨折近期疗效 [J]. 实用医学杂志, 2022, 38(23): 2962-2967.
[8]	刘颖曹爽李业奎周业金. 后路短节段内固定治疗创伤性A型胸腰椎骨折中附加伤椎强化和附加伤椎置钉的疗效比较[J]. 实用医学杂志, 2022, 38(23): 2980-2987.
[9]	黄晓东陈昌红 . 骨水泥强化椎弓根钉内固定术对老年骨质疏松性胸腰椎骨折的疗效 [J]. 实用医学杂志, 2022, 38(22): 2813-2821.
[10]	周峰高一淋 . 血清网膜素-1、转化生长因子-β1、铁蛋白水平对胸腰椎骨质疏松性骨折内固定术后骨不愈合的预测价值 [J]. 实用医学杂志, 2022, 38(21): 2715-2719.
[11]	赵锦胜曹汉岐杨寒石 . 经伤椎与跨伤椎椎弓根螺钉内固定对胸腰椎爆裂性骨折患者的疗效及生物力学特征[J]. 实用医学杂志, 2022, 38(12): 1465-1469.
[12]	贾天米周业金姚涛陶勇. 解剖板内固定治疗SandersⅡ型跟骨骨折：植骨与非植骨的疗效比较[J]. 实用医学杂志, 2021, 37(23): 3052-3056.
[13]	王珂杰, 张益舸, 赵镒汶, 丁文鸽. 跟骨牵引复位控制装置辅助治疗跟骨骨折中长期疗效观察 [J]. 实用医学杂志, 2021, 37(13): 1684-1689.
[14]	宋振杰, 刘洪江, 唐汉武, 王利仁, 原超 . 腰椎融合术中应用聚醚醚酮棒与钛棒疗效对比的Meta分析 [J]. 实用医学杂志, 2021, 37(12): 1580-1586.
[15]	祝捷, 杨运发, 肖学军 . Multiloc髓内钉与Philos钢板治疗Neer二、三部分肱骨近端骨折的疗效比较 [J]. 实用医学杂志, 2021, 37(11): 1450-1455.