8.4.3 有限元分析

根据跟骨的解剖学特征确定约束面和受力面。将跟骨结节后下缘固定于一圆形底座，限制底盘六个方向自由度。沿距下关节面向下施加700N的外力，模拟70kg体重成人单足站立时跟骨所受的生理荷载。对不同材料固定后的跟骨骨折模型进行施加相同的边界条件和加载条件，分析不同固定模型的整体稳定性、固定材料和骨骼的应力分布以及骨折端的位移情况。

8.4.3.1 不同固定模型的整体稳定性

整体稳定性依据跟骨在700N载荷下发生的垂直位移和骨折端移位两项指标进行评价。将载荷与垂直位移相除，即为模型的整体刚度。骨折端位移依据跟骨骨折端相邻的16对参考点在载荷施加前后的距离变化计算。根据计算结果，增强髓内固定可以提供最佳的稳定效果，见表8-5。与钢板固定相比，髓内固定具有更佳的力学稳定性，这与离体实验分析结果是一致的[22]。

不同材料固定时，跟骨骨折端的位移并不一致。髓内固定时，骨折端的横向位移，特别是跟骨后关节面的横向位移更明显。钢板固定时，骨折端的位移主要集中于不同骨折块间，尤其是中间骨折块与跟骨前骨块之间，见图8-19。

表8-5 不同固定模型的整体刚度和骨折端位移

图8-19 不同固定时跟骨骨折端位移云图（见彩图1-2）

8.4.3.2 不同固定模型的应力分布

如图8-20所示，髓内钉固定跟骨骨折时，高应力区集中于主钉与骨折端接触的位置。钢板固定时，最大应力集中于钢板的前、后角以及钢板与螺钉接触的位置。不同固定条件下固定材料所承受的最大应力存在差别，髓内固定、增强髓内固定以及钢板固定时的最大应力分别为98.12MPa、84.78MPa和102.68MPa。不同材料固定时跟骨骨骼所承受的最大应力也存在不同，总体来讲，增强髓内固定时跟骨的最大应力最低。钢板固定可导致皮质骨的应力升高45%，而松质骨的应力稍有降低。

图8-20 跟骨骨折内固定的应力云图（见彩图1-3）