5.4.3 讨论

跟骨骨折多发生在轴向冲击情况下，其发生率随冲击速度损伤增加而提高，其骨组织超出屈服极限的比例是重要的表征之一。在本研究冲击速度为5.0m/s状态下，超过90%的跟骨松质骨超出了其剪切屈服极限，同时约20%的跟骨松质骨超出了其压缩屈服极限。实际生活中，在走路和奔跑时对足底的冲击速度可以得到0.52～0.72m/s。在高风险的体育活动，例如滑雪时从10米高的地方落地，其着陆角度不佳时，冲击速度可以达到14m/s。

尽管超出压缩屈服极限的体积相对较小，但是将剪切和压缩屈服强度的参数综合起来看，就会令人震惊。实验结果也证明了，在5m/s冲击速度下，93%的跟骨样本会发生骨折。Gallenberger等人[39]发现，在6.3m/s的平均冲击速度下，所有的跟骨都会发生骨折，50%损伤概率点发生在冲击力6100～9300N之间。本研究所预测的胫骨反作用力较小，所以采用屈服应力而非极限应力来提供更为保守的损伤准则。

无论跟骨的米塞斯应力还是特雷斯卡应力，都集中分布在距骨关节和下跟骨结节。这个计算结果与临床和尸体研究中发现骨折多发位置和模式一致[34]。距骨是在冲击状态下第二个易发骨折的位置，应力集中分布在距骨滑车上部和后距跟关节，反映了骨折常发位置。模拟结果还显示，跟骨和距骨的骨折倾向于发生在同种冲击速度下。虽然距骨应力小于相应的跟骨应力，但是其超过压缩和剪切屈服极限的松质骨体积百分比却是相似的。在本研究模型建立时，将骨材料假定为弹性体，采用材料屈服极限倾向于高估了损伤风险。

已有研究证明，剪切破坏是足部冲击的主要损伤模式，而较高的轴向冲击速度会导致压缩和剪切组合的破坏形式。从模拟结果可见，松质骨的最大特雷斯卡应力比米塞斯应力更高。因为骨小梁的剪切强度比抗压强度更弱，超出剪切屈服极限的骨体积明显多于超出压缩屈服极限的值。然而，应该指出的是，在达到极限强度之前，骨所承受的剪切塑性变形比压缩塑性变形更大。

骨折判据是确定骨折风险的重要指标，但是目前尚没有统一的标准。最大应力准则假定当主应力比极限强度高时，骨折就会发生。同时，主应变准则（圣维南准则）也与之类似。本研究采用变形能准则、米塞斯 亨基准则和特雷斯卡准则，有人认为，当模型材料被定义为各向同性时，米塞斯 亨基准则能够提供最为精确的结果。但是，在剪切问题上，该准则不是特别稳健，引入特雷斯卡准则可以弥补其不足。

模型的简化和设置也带来一些局限性。松质骨和皮质骨的材料性质都被假设为均质和各向同性的，因为在压缩条件下松质骨通常会先于皮质骨破坏，所以本研究未对皮质骨进行专门的分析。另外，对中足和前足的皮质骨和松质骨没有进行区分。应用桁架单元对跟腱和跖筋膜进行模拟，可能会导致在跟骨结节处出现异常的应力集中。还有，肌肉力的影响在参数分析中未被考虑。由于胫骨骨折常继发于跟骨骨折或距骨骨折，也并非轴向冲击条件下主要损伤形式，所以胫骨骨折的情况未被分析和讨论。