踝关节融合术后路钢板与三枚空心螺钉交叉固定稳定性的有限元及生物力学研究

来源：中华骨科杂志2025年第22期北京时间：

作者：梁景棋,刘亮,杨鑫权,李润民,冯慧,纪东东,林婷婷,王瀹弘,赵宏谋

单位：西安市红会医院,西安市红会医院,西安市红会医院,西安市红会医院,西安医学院,西安医学院,陕西中医药大学,延安大学,西安市红会医院

摘要：目的 探讨踝关节融合术后路钢板与三枚空心螺钉交叉固定稳定性的有限元分析及生物力学研究结果。方法 采用有限元分析，选取一名男性健康成年志愿者（30岁，身高178 cm，体重71 kg，体质指数22.4 kg/m ）的踝关节CT数据构建三维模型，分别采用三枚空心螺钉交叉固定（交叉螺钉组）和后路钢板固定（后路钢板组）建立踝关节融合模型，在载荷5 N·m下模拟踝关节内旋、背伸及跖屈活动，比较在三种力学工况下两组的融合面最大位移及内固定物与骨骼表面的应力峰值。再取6套Sawbones标准人造模拟骨（胫骨3402 ，距骨3438 ）用于生物力学加载实验。分别采用三枚空心螺钉交叉固定（交叉螺钉组）和后路钢板固定（后路钢板组）建立踝关节融合模型，每组各3套。两组分别进行5 N·m下的背伸、跖屈、内旋和外旋载荷下的生物力学加载实验，通过不同工况下的位移-载荷曲线评估两组间的位移及结构刚度。 结果 有限元分析显示，交叉螺钉组在三种力学工况下融合面最大位移均小于后路钢板组（内旋：0.064 mm和0.111 mm，背伸：0.065 mm和0.092 mm，跖屈：0.054 mm和0.117 mm），而内固定物表面的最大应力峰值在背伸和跖屈活动时低于后路钢板组（背伸：76.86 MPa和170.11 MPa，跖屈：50.95 MPa和174.53 MPa）、在内旋活动与后路钢板组类似（78.69 MPa和75.64 MPa）；骨骼表面的最大应力峰值在背伸、跖屈和内旋活动时均高于后路钢板组（背伸：50.07 MPa和16.14 MPa，跖屈：25.13 MPa和16.99 MPa，内旋：43.93 MPa和21.92 MPa）。生物力学实验结果显示，后路钢板组在跖屈应力（2.62±0.32 N·m/°和1.46±0.15 N·m/°）、背伸应力（2.84 ±0.19 N·m/°和1.44±0.23 N·m/°）、内旋应力（6.74±1.54 N·m/°和3.30±1.04 N·m/°）及外旋应力（7.92±2.24 N·m/°和3.89±0.41 N·m/°）下的整体结构刚度均优于交叉螺钉组（ <0.05）。 结论 在踝关节融合固定模型中，三枚空心螺钉交叉固定在有限元结果中表现出更小的位移，但骨骼表面应力更高；后路钢板固定在生物力学结果中显示出更好的初始稳定性和结构刚度。

关键词：踝关节;骨关节炎;关节融合术;有限元分析;生物力学

基金资助：陕西省重点研发计划项目2024SF-YBXM-381