论文摘要
目的:用三维有限元方法建立跟骨三维模型,计算各种加载情况下模型中各节点的应力应变情况。探讨跟骨生物力学及其骨折发生机制,选用不同类型的内固定材料来测试并比较它们的性能,以期对跟骨骨折的治疗提供理论依据。方法:通过扫描正常人跟骨螺旋CT并运用SAP-93计算软件,精确模拟边界条件,在计算机上建立完整的跟骨三维有限元模型。模拟踝关节在中立位和背伸20°时跟骨受到跟腱的牵拉和距骨、骰骨挤压状态下的受力状况,探讨跟骨在中立位和背伸20。位情况下发生何种类型的骨折。再分别用跟骨钢板-Ⅰ型、跟骨钢板-Ⅱ型、跟骨钢板-Ⅲ型（以下简称Ⅰ型、Ⅱ型、Ⅲ型）3种内固定材料固定,分析研究这些内固定材料形状的优劣。结果:模型中显示跟骨在踝关节中立位时节点206、217、529、544、884、902、1538、1549、1764的应力明显大于周围节点的应力。背伸20°受力时节点206、217、529、543、546、1009、1013、1398、1486、1806的应力明显大于周围节点的应力。（1）中立位3种固定方式的钢板应力分布都不均匀,钢板前部应力水平均高于后部。3种固定方式下跟骨的应力最大值均在跟骨前部。Ⅱ型的应力分布最不均匀,其平均应力为16.12MPa,最大应力值在钢板上臂螺钉孔周围为127.90Mpa。Ⅰ型的应力分布相对比较均匀,其平均应力为10.58MPa,最大应力值在钢板前端上支螺钉孔周围为31.40Mpa。Ⅲ型的应力分布介于两者之间,其平均应力值为14.24MPa,最大应力值在钢板最前端的下部螺钉孔周围为102.60Mpa。与正常跟骨同一截面的应力分布相比,采用Ⅰ型、Ⅱ型、Ⅲ型固定者,前骨折块断面应力变化趋势相同;采用Ⅲ型固定者跟骨后骨折块断面应力分布差异最大,采用Ⅰ型、Ⅱ型固定者应力分布变化趋势基本相同。（2）背伸20°位3种固定方式的钢板应力分布都不均匀,钢板前部应力水平均高于后部。Ⅱ型的应力分布最不均匀,钢板平均应力为9.77MPa,最大应力值在钢板上臂螺钉孔周围为60.67Mpa。Ⅰ型的应力分布相对比较均匀,钢板平均应力为3.56MPa,最大应力值在钢板前端上支螺钉孔周围为12.41Mpa。Ⅲ型的应力分布介于两者之间,钢板整体应力平均为2.90MPa,最大应力值在钢板最前端的下部螺钉孔周围为16.46Mpa。与正常跟骨同一截面的应力分布相比,采用Ⅰ型、Ⅱ型、Ⅲ型固定者靠近跟骰关节之骨块的后断面、中间骨折块的前断面应力分布变化趋势基本相同。结论:跟骨在踝关节中立位时通过跟距外侧的关节面,并且由内后斜向前外方向的跟骨处遭受应力最大。背仲20°受力时除上述位置遭受应力最大外,从跟骨体部走向后距关节而与跟腱之间的部位遭受应力也比较大。采用Ⅰ型固定者跟骨及钢板的应力分布比较均匀,较符合生物力学原理。
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