踝关节骨折中关节面嵌入骨块面积和体积对关节面接触应力影响的有限元分析

来源：中华骨科杂志2025年第16期北京时间：

作者：谢文勇,宋卿鹏,刘源,刘庆,柳剑,曹光磊,黄野

摘要：目的 探讨踝关节面嵌入骨折块（intra-articular impacted fragment，IAIF）缺损面积和体积对踝关节面接触应力的影响。方法 选取1名23岁男性志愿者，身高168 cm，体重60 kg，既往无外伤史，踝关节无解剖异常。在正常踝关节有限元模型的基础上制作IAIF缺损有限元模型，一组为相同面积不同体积的IAIF缺损模型，即在胫骨远端关节面的缺损面积为4 mm×5 mm（20 mm ），高度分别为2 mm、3 mm、4 mm、5 mm、6 mm；另外一组为相同体积不同面积的IAIF缺损模型，即缺损体积均为90 mm ，在胫骨远端关节面的缺损面积为2 mm×3 mm、3 mm×3 mm、3 mm×5 mm、3 mm×6 mm、5 mm×6 mm，高度分别为15 mm、10 mm、6 mm、5 mm、3 mm。计算600 N垂直载荷下踝关节的接触应力。采用Pearson相关性分析分别分析两组IAIF缺损与胫骨远端关节面最大接触应力（maximum contact stress，MCS）的相关性，并进行简单线性回归分析获得回归方程。采用等效零检验对相关性进行验证。 结果 相同面积不同体积的IAIF缺损，即4 mm×5 mm×2 mm、4 mm×5 mm×3 mm、4 mm×5 mm×4 mm、4 mm×5 mm×5 mm、4 mm×5 mm×6 mm对应的胫骨远端关节面MCS分别为3.846 MPa、3.839 MPa、3.835 MPa、3.833 MPa和3.831 MPa，平均为3.837 MPa，均值±1%为3.799~3.875 MPa。相关分析结果显示相同面积不同体积的IAIF缺损与接触应力呈负相关（ =-0.956， =0.011），线性方程为MCS=-0.0002×VI+3.851（其中VI表示IAIF的体积）。等效零检验结果显示所有实测值均落在±1%预设等效界值内，满足等效零检验假设。对相同体积不同面积的IAIF缺损，即2 mm×3 mm、3 mm×3 mm、3 mm×5 mm、3 mm×6 mm和5 mm×6 mm对应的胫骨远端关节面MCS为2.147 MPa、2.812 MPa、3.622 MPa、4.476 MPa和6.186 MPa，平均为3.849 MPa，均值±1%为3.811~3.887 MPa。相关分析结果显示相同体积不同面积的IAIF缺损与接触应力呈正相关（ =0.996， <0.001），线性方程为MCS=0.168×AI+1.236（其中AI表示IAIF的面积）。等效零检验结果显示所有实测值均不在±1%预设等效界值内，不满足等效零检验假设。 结论 后踝骨折中IAIF缺损体积变化与MCS的变化无临床实际意义，其对MCS的影响较小且呈负相关；IAIF缺损面积变化与MCS的变化有临床实际意义，其对MCS的影响较大且呈正相关。

关键词：有限元分析;踝骨折;关节内骨折;应力，物理