腓骨远端后侧与外侧钢板治疗外踝骨折的有限元分析

doi:10.3877/ cma.j.issn.1674-134X.2024.06.006

目的

分析腓骨远端后侧钢板和腓骨远端外侧钢板在治疗踝关节旋后外旋型Ⅱ度骨折时的生物力学优缺点。

方法

运用Medical 21.0、Geomagic、Solidworks等计算机有限元软件进行旋后外旋Ⅱ度骨折模型和两种钢板模型的创建。使用Ansys软件模拟两种运动状态下骨骼和钢板的受力以及骨折端的位移等观察指标，比较两种钢板治疗外踝骨折的生物力学差异。

结果

两种状态下的腓骨远端后侧钢板在内固定模型应力、内固定骨折模型整体应力以及腓骨模型应力数值以及位移云图表现优于外侧钢板。

结论

腓骨远端后侧钢板在治疗外踝骨折的抗压缩、旋转等方面的生物力学效果要优于外侧钢板，再加上其良好的软组织适应性等优点，新型腓骨远端后侧钢板的临床应用价值要明显优于外侧钢板。

关键词: 计算机辅助设计, 骨折, 骨板, 有限元分析

Objective

To analyze the biomechanical advantages and disadvantages of posteriorlateral plates versus lateral plates in the treatment of supination-external rotaion type II fractures of the distal fibula.

Methods

The ankle fracture model and two plate models were created by using computer finite element software such as Medical 21.0， Geomagic and Solidworks. Ansys software was used to simulate the stress and fracture displacement of the ankle joint and plate models under two motion states， and to compare the biomechanical differences of the two plates in the treatment of ankle fractures.

Results

Under both loading conditions， the posterior-lateral plate exhibited superior performance compared to the lateral plate， as evidenced by lower stress values in the internal fixation model， overall stress in the fracture model， and stress distribution in the fibula model， along with improved displacement contour maps.

Conclusion

The posterior-lateral plate demonstrates superior biomechanical properties in terms of compressive strength and rotational stability compared to the lateral plate in the treatment of lateral malleolus fractures； coupled with its favorable soft tissue compatibility， the clinical application value of the new posterior-lateral plate is significantly greater than that of the lateral plate.

Key words: Computer-aided design, Ankle fractures, Bone plates, Finite element analysis

图1 Mimics提取的骨骼模型

Figure 1 Bone model designed by Mimics

图2 使用Geomagic处理后的三维模型

Figure 2 Three-dimentional model processed by Geomagic

图3 腓骨远端外侧钢板模型

Figure 3 Lateral plate model of distal fibula

图4 腓骨远端后侧钢板模型

Figure 4 Posterior plate model of distal fibula

图5 材料特性

Figure 5 Mechanical properties of materials

图6 踝关节主要韧带的刚度值

Figure 6 The stiffness of the major ligaments

图7 变化比图表

Figure 7 Change ratio histogram

图8 内固定应力云图

Figure 8 Cloud diagrams of bone stress distribution of fixation

图9 内固定-骨折应力云图

Figure 9 Cloud diagrams of bone stress distribution of fixationfracture

图10 腓骨应力云图

Figure 10 Cloud diagrams of bone stress distribution of fibula

图11 内固定应力云图

Figure 11 Cloud diagrams of bone stress distribution of fixation

图12 内固定-骨折应力云图

Figure 12 Cloud diagrams of bone stress distribution of fixationfracture

图13 腓骨应力云图

Figure 13 Cloud diagrams of bone stress distribution of fibula

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