研究背景跟骨骨折是临床上最常见的跗骨骨折,约占全身骨折的2%,75%左右为关节内骨折,距下关节的平整性多受不同程度的影响。跟骨骨折的主要损伤机制有撕脱应力、垂直压缩暴力及剪切力等,其中以垂直压缩暴力最为常见,多由高处坠落伤所致,为高能量损伤,常常合并严重的软组织损伤,早期手术软组织张力较高,术后切口缝合困难,因此治疗方式的选择较为困难。目前对于无移位及Sanders Ⅰ型跟骨骨折采用保守治疗多能取得较好的临床效果；对于Sanders Ⅳ型跟骨骨折,因其关节面及软组织损伤严重,多数学者主张一期行距下关节融合术；而对于损伤相对较轻、关节面相对完整的Sanders Ⅱ、Ⅲ型跟骨骨折,其治疗方式目前仍存在较多争议。外侧扩大L形切口钢板内固定技术,经皮撬拨复位克氏针内固定技术,经皮空心钉内固定技术,关节镜技术,球囊扩张骨水泥填充跟骨成形术以及外固定支架技术均被用于跟骨骨折的治疗,且各种术式的临床效果报道不一。外侧扩大L形切口钢板内固定作为传统的治疗手段,能够直视下复位关节面,重建跟骨的外形及解剖关系,并为跟骨骨折提供足够的生物力学稳定性。但手术时机的选择较为严格,且对跟骨外侧软组织的广泛剥离及外侧壁的广泛暴露,产生术后感染、切口裂开、皮瓣坏死、腓骨肌腱炎、神经血管损伤及钢板外露等发生率较高的并发症问题,不仅困扰着临床医生,也严重影响了患者的工作及生活,甚至造成了灾难性的后果,因此越来越多的骨科医生更加倾向于采用微创的手术方式治疗跟骨骨折。经皮撬拨复位克氏针内固定技术具有创伤较小、住院时间短、切口并发症较少等优势,但也存在后关节面复位不良、复位丢失等缺点。经皮空心钉内固定技术具有明显的微创优势,较切开复位钢板内固定能够更加有效地避免切口并发症,临床效果更优,恢复工作时间更短,但是该技术对于距下关节面缺乏直观的显露,难以有效的恢复距下关节面的平整性,因此仅适用于移位较小的骨折类型,且技术要求较高,需要术者具有一定的经验积累,如果闭合复位失败需及时转为切开复位内固定。目前有学者建议采用关节镜辅助下闭合复位经皮螺钉内固定治疗跟骨关节内骨折,能够直视下有效的恢复距下关节面的平整,但其在降低切口并发症发生率方面的优势尚有争议,同时还具有软组织肿胀、切口破溃及大量液体外渗等潜在的并发症,且踝关节镜技术具有一定的学习曲线,在国内尚未广泛运用。球囊扩张骨水泥填充跟骨成形术出现时间较短,虽然能够有效的解决跟骨缺损问题,避免了采用钢板固定,但其长期安全性尚有待进一步验证。外固定支架技术的运用已越来越广泛,文献报道其具有不受手术时机限制,缩短了手术等待时间,避免了切口并发症,并能够早期负重及功能锻炼,可随时调整并且拆除简单,无需二次手术等优点,适用于多种类型的关节内骨折,开放性骨折需皮瓣移植者,生物力学研究证实其具有稳定的生物力学稳定性。但外固定支架技术的缺点同样是缺乏对距下关节面的显露及复位,因此本课题组在外固定支架技术的基础上结合外侧小切口显露距下关节面有限内固定固定,恢复跟骨力线、外形及解剖关系的同时兼顾距下关节面的平整性。传统的生物力学研究多采用尸体标本实验进行,通过材料试验机或其他加载设备对人体骨骼或关节模型进行力学加载,以模拟人体活动,并通过二维或三维影像、传感器等观测分析模型的稳定性、材料强度、力传导等指标。由于实验手段的局限性和破坏性,标本实验很难全面的检测标本的生物力学指标,从而多角度的解释其内部的生物力学机制。有限元分析法可以全面的反映模型内部的应力/应变情况,不受建模对象复杂结构的限制,不仅适用于对象的表面结构,对其内部结构也能够清楚展示,且精确度高、可重复性好、实验成本低、可比性强,目前已广泛应用于骨科的生物力学研究。本研究拟采用有限元分析法建立足踝部三维有限元模型,验证该方法的可靠性及实用性,并在此基础上分别建立外固定支架结合有限内固定技术(External fixator combined with limited internal fixation, EFLIF)与切开复位内固定技术(Open reduction and internal fixation, ORIF)治疗跟骨Sanders II骨折的三维有限元模型,对比二者的相对位移及应力分布情况,同时采用回顾性分析,对比二者的临床效果。本研究分为以下两个章节阐述：第一章外支架结合有限内固定与钢板治疗跟骨Sanders II型骨折的有限元分析目的通过有限元分析法对比EFLIF与ORIF治疗跟骨Sanders II型骨折的稳定性及应力分布情况。方法采用General Electrics 16层螺旋电子计算机断层扫描(Computed Tomography,CT),即对志愿者右足自踝关节以上15cm扫描至足底,设定扫描参数,扫描时保持右足中立位,将扫描数据以医学数字成像和通信(Digital Imaging and Communications in Medicine, DICOM)格式输入Mimics 15.01软件,经区域增长、阈值分割等处理后重建出足踝部骨骼及周围软组织的三维结构,然后导入有限元分析软件ANSYS 12.0的Workbench模块建立完整的足踝部有限元模型。用Solidworks 2012软件的分割命令建立跟骨的Sanders Ⅱ型骨折模型,采用Solidworks绘制外固定支架、有限内固定螺钉及钢板模型并装配在一起,分别建立两种固定方式的计算机辅助技术(Computer Aided Design, CAD)模型,最后进行网格划分、材料赋值及确定力学边界条件。通过模拟人体单足站立状态下的力学传递,对模型胫骨下端的上截面施加700 N的垂直载荷,对距骨予以约束。测量踝关节胫骨下关节面的接触压力、接触面积,并将结果与前者进行对照。根据Sanders Ⅱ型骨折对跟骨进行截骨,同时根据外固定支架、空心钉及钢板形态建立跟骨Sanders Ⅱ型骨折两种固定方式的有限元模型,设定骨折块之间为非接触状态,摩擦系数为0.3。进一步利用Abaqus 6.10软件对模型纵向加载700N的压应力及模拟下肢非负重状态下跟骨受到跟腱的最大拉应力160N,记录骨折块之间位移,分析外固定支架、螺钉及钢板的应力分布情况。结果 当垂直加载700N载荷情况下,EFLIF与ORIF治疗跟骨Sanders Ⅱ型骨折,模型相对位移最大值分别为1.462mm和2.174mm,骨折块之间相对位移最大值分别为0.01448mm和0.3262mm,二者骨折块之间相对位移最大值均小于1mm。EFLIF模型应力主要集中在外固定钉与骨骼接触处,最大值为102.2MPa,小于外固定支架的屈服强度；ORIF模型应力主要集中于骨折线处载距突螺钉上,最大值为2491MPa,大于螺钉的屈服强度。在跟腱方向160N载荷情况下,EFLIF与ORIF治疗跟骨Sanders Ⅱ型骨折时,骨折块之间相对位移最大值分别为0.3335mm和0.1808mm,二者骨折块之间相对位移最大值均小于lmm。外支架应力主要集中于外固定钉杆连接处,主应力最大值为47.2MPa；钢板应力主要集中在螺钉和钢板连接处,主应力最大为141.9MPa,二者应力值均小于器械屈服强度。结论EFLIF与ORIF都能够为跟骨Sanders Ⅱ型骨折提供足够的生物力学稳定性,采用EFLIF技术固定时骨折稳定性更佳,应力分布更为均匀,是更为合理的固定方式。ORIF模型存在应力集中现象,在700N载荷下可能出现内固定失效的情况。第二章外支架结合有限内固定与钢板治疗跟骨Sanders Ⅱ型骨折的临床研究目的探讨EFLIF与ORIF治疗跟骨Sanders Ⅱ型骨折的临床效果与并发症发生率。方法回顾性分析50例Sanders Ⅱ型跟骨骨折患者,按照治疗方式的不同分为EFLIF治疗组与ORIF治疗组,每组25例。采用影像学评估及临床评估标准对两组的结果进行评价。影像学评估采用术前、术后即刻以及末次随访时的Bohler角角度作为主要的影像学评估标准；临床评估采用美国足踝骨科协会(AOFAS)的踝与后足评分系统及VAS评分系统。对比两组病例的受伤至手术时间、住院时间、手术时间、失血量、术中透视次数、随访时间、关节活动范围、返回受伤前工作例数、距下关节炎发生数、病人满意度、骨折愈合时间及并发症发生率。结果两组病例中年龄,性别,损伤类型,合并伤及合并内科疾病方面差异无统计学意义(P>0.05)。随访时间EFLIF组平均(23.32±4.08)个月,ORIF组平均(24.36+3.35),两者相比差异无统计学意义(t=1.326,P=0.197)。手术时机,手术时间,出血量,住院时间方面两组差异具有统计学意义(P<0.05)。术中透视次数EFLIF组平均(6.88±1.30)次,ORIF组平均(4.24±1.01)次,二者相比差异具有统计学意义(t=-8.229,P=0.000)。两组中Bohlers角均获得解剖学重建,随访期内未发现严重的Bohlers角丢失,术前、术后即刻及末次随访时组间差异无统计学意义(P>0.05)。AOFAS踝与后足评分EFLIF组平均(83.32±7.56)分,ORIF组平均(84.40±8.76)分,二者相比差异无统计学意义(t=0.597,P=0.556)。VAS评分EFLIF组平均(1.64±0.70)分,ORIF组平均(1.60±0.70)分,二者相比差异无统计学意义(t=0.225,P=0.824)。距下关节活动范围,返回受伤前工作例数,病人满意度及距下关节发生率二者相比差异均无统计学意义(P>0.05)。关节活动范围EFLIF组平均(26.16±2.13)。,ORIF组平均(25.00±2.77)。,二者相比差异无统计学意义(t=1.659,P=0.247)。EFLF组1例(4%)发生钉道感染,ORIF组有3例(12%)发生浅表感染及1例(4%)深部感染,二者相比差异具有统计学意义(x2=5.17,P<0.05)。浅表感染经换药及口服抗生素后痊愈,深部感染于术后六周经去除内植物、清创及静脉应用抗生素后痊愈。结论外固定支架结合有限内固定治疗跟骨Sanders Ⅱ型骨折能够取得与钢板内固定相似的临床效果,但外固定支架结合有限内固定技术不受手术时机的限制,并且具有手术时间短、出血量低、并发症发生率低等优势,但透视次数较多是该术式的一个缺点,需要有经验的技师以降低透视次数。