J Orthop Surg Res：PER IV型踝关节骨折内固定方式的比较分析研究

旋转踝关节骨折通常使用Lauge-Hansen分类系统进行分类，该分类系统基于踝关节位置和尸体模型中施加力的方向，通常分为四类:旋后外旋(SER)、旋后内收(SA)、旋前外旋(PER)和旋前外展(PA)。在这四种类型中，PER型踝关节骨折相对少见，但踝关节损伤更为严重，约占踝关节骨折的14-22%。人们普遍认为踝关节PER IV型踝关节骨折需要手术切口、解剖复位和强固定。然而，对于手术入路的选择存在一些争议，包括是否需要治疗踝关节前后骨折。

PER IV型踝关节骨折的传统治疗方法包括切口复位，并对内侧和外侧踝关节骨折应用腓骨钢板和螺钉，然后进行Cotton试验评估下胫腓联合的稳定性。如果检测结果为阳性，则使用下胫腓联合螺钉;然而，大多数学者认为，当腓骨骨折线在距踝关节5cm以内时，远端胫腓联合不需要固定。以前，报告对胫骨后外侧或前外侧骨块的处理意见不一。传统的后踝关节块固定指征是踝关节后骨折超过踝关节面20%，后踝关节块移位导致踝关节不稳。而Quan等最近的研究结果表明，后踝骨折的骨块无论大小，均应内固定。同样，先前的研究得出结论，对于超过2mm的移位或超过1mm的平移，建议采用螺钉固定手术治疗。然而，也有人建议，无论骨折块的大小，都应进行内固定，并且已经开发出一种新技术来固定任何大小的踝关节前骨折块。虽然有证据表明骨折端初始生物力学状态是骨痂形成的关键因素，合理的固定方法可以为骨折端提供良好的稳定性和安全性，但上述研究均未从生物力学角度探讨内固定的选择。因此，选择更具生物力学优势的手术入路治疗PER IV型踝关节骨折对改善临床预后具有重要意义。

不同内固定方式治疗PER IV型踝关节骨折的生物力学稳定性和安全性研究较少，临床相关报道较少。然而，在相关尸体标本上进行的力学实验，尽管允许在人体上进行生物力学试验，但具有相对的局限性。例如，很难以控制偏差为目标进行单样本重复实验。每次应用内固定模态和机械加载试验都会影响下一次应用内固定模态的结果，并且很难保持样品的一致性。近年来，随着有限元分析方法在足踝外科手术中的普及和应用，有限元分析已成为生物力学实验的实用工具。与尸体实验相比，有限元分析可以控制单一模型变量，可以用相同的基础模型来完成每种不同固定方式所代表的不同工况，从而更好地控制实验偏差。人体的内应力很难用实验来测量。然而，这些应力可以通过有限元方法很好地预测，并且不受相同的伦理考虑。此外，有限元分析可以提供更广泛的试验条件，更适合于研究同一模型中不同内固定方式的应用。因此，在本研究中，我们基于一名26岁健康成年男性下肢的计算机断层扫描图像，建立并验证了踝关节和全足的三维有限元模型，并使用计算机辅助设计模拟了PER IV型踝关节骨折和钢板螺钉。并模拟了四种不同的方法，使用钢板和螺钉以及其他固定装置来研究这些方法治疗PER IV型踝关节骨折的生物力学稳定性和安全性。

方法：以26岁健康成年男性下肢ct图像为基础，建立踝关节及全足三维有限元模型并进行验证，采用计算机辅助设计制作PER型踝关节骨折及钢板螺钉模型。模拟了四种不同的内固定模式，包括a(全踝关节固定-利用钢板和螺钉全面稳定踝关节)，b(下胫小关节固定+全踝关节固定)，c(下胫小关节固定+前踝关节不固定)，d(下胫小关节固定+前、后踝关节不固定)。通过有限元分析和von Mises应力比较了四种不同固定方法的结果。分析了四种不同固定方式的位移作为输出指标。

四种不同内固定方式治疗PER IV型踝关节骨折的模型。a全脚踝固定。b下胫腓关节固定+全踝固定。c下胫腓关节固定+前踝关节不固定。d下胫腓关节固定+前后踝关节不固定

收敛测试结果在冯米塞斯应力

用于模型各个组件的材料属性

脚和脚踝的整体模型。a对模型应用边界条件和加载。b通过足底应力分布验证模型的有效性

四种不同的固定方法对下颌钢板、螺钉和骨折骨折处von Mises应力的比较。a全脚踝固定。b下胫腓关节固定+全踝固定。c下胫腓关节固定+前踝关节不固定。d下胫腓关节固定+前后踝关节不固定

结果：4种内固定方式中使用钢板螺钉的结果及骨折骨折处的移位量无显著差异。在d、d、b、d工况下，胫骨关节、踝关节正中、踝关节后、踝关节前的von Mises应力最小。a工作状态下，下颌钢板螺钉的von Mises应力最小。a工作状态下，远端腓骨的von Mises应力最小。但应力主要集中在胫骨下小叶前韧带的附着点处，在胫骨下小叶关节固定的工作状态下，应力在所有的腓骨板螺钉中都明显集中在胫骨下小叶关节螺钉处。

结论：本研究结果表明，采用有限元分析比较4种钢板螺钉配置治疗PER IV型踝关节骨折的生物力学稳定性和安全性是可行的。所有四种方式提供了相当的生物力学稳定性和安全性，没有显着差异。然而，目前有限元素分析方法的局限性妨碍了具体的临床推断。为了保证可靠的临床应用，需要在未来的研究中进一步改进方法。

原文来源：Wangsheng, Wu;  Huajuan, Wang;  Wei, Liu;Comparative analysis of internal fixation modalities for PER type IV ankle fractures: a finite element study.J Orthop Surg Res 2024 Aug 23;19(1):503