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Pilon骨折是胫距关节面发生严重损伤的的胫骨远端粉碎性骨折,临床上常采用切开复位内固定方案治疗,该手术对软组织要求高,术后并发症发生率高。外固定方案对骨折周围的软组织要求低、影响小,可在急诊中迅速应用,适用于固定严重的Pilon骨折。临床上常采用有限内固定结合外固定架方案治疗Pilon骨折,以降低骨折治疗并发症发生率,提高术后疗效,但患者仍需要面临切开放置内植物、进一步损伤软组织的问题。外固定架具有可调节和稳定固定作用,对软组织损伤小,目前国内外有部分学者采用外固定架终期固定治疗Pilon骨折,发现其对Pilon复位有效率高,术后功能评分优良率高,且适合患者早期负重康复。本课题观察半环型外固定架治疗Pilon骨折个案发现存在问题,结合望京医院创伤一科中医骨伤的“金针拨骨”撬拨复位技术,解决关节面闭合复位难的难点,配合自主创新的马蹄环型外固架提出了 Pilon骨折外固定架治疗方案构型,其适用于临床上常见的前柱损伤型Pilon骨折。该方案拟以撬拨复位针提供稳定支撑,拟解决半环型外固定架固定关节面失效问题。研究为该方案的理论基础做前期实验研究,先对模型骨模型进行撬拨复位马蹄环型外固定构型固定,并利用力学试验检验其有效性;再利用有限元分析方法模拟该方案力学理论基础,通过对比单臂、Ilizarov环型外固定和马蹄环型外固定架固定性能,以及分析撬拨复位马蹄环型外固定架治疗Pilon骨折方案的生物力学,探讨该方案的有效性、稳定性和力学优势,为治疗前柱损伤型Pilon骨折提供一种新的外固定治疗方案。1 模型骨试验1.1 目的模型骨加载应力验证撬拨复位马蹄环型外固定架构型固定前柱损伤型Pilon骨折的轴向稳定性。1.2 方法参照四柱理论分型制备前柱损伤型Pilon骨折模型6个,并采用撬拨复位马蹄环型外固定架方案固定。安装相应的胫骨近端、胫骨内侧骨折块、胫骨前侧骨折块和腓骨远端骨折块光标,将模型置入微机电子试验机中,加载从0N至70N至350N负荷,以模拟生理行走负荷,每足加载3次,取各光标动态捕捉的位移平均值。1.3结果在70N应力时,整体骨折固定模型位移平均值为1.12±0.53 mm;在350N应力时,整体骨折固定模型位移平均值为3.79±0.87 mm。在两种载荷下,腓骨骨折块位移向前、下、外侧,各方向坐标轴相对位移相比均无统计学差异（P＞0.05）,且位移均小于2mm,腓骨骨折块固定均未失效。胫骨远端外侧骨折块位移方向从后、上、内侧向前、下、外侧位移,仅矢状位均值变化（0.28±0.80mmvs-1.59±1.10mm）具有统计学差异（P＜0.05）。胫骨远端内侧骨折块位移方向从后、上、内侧向前、下、外侧位移,仅矢状位均值变化（-0.22 ± 0.52mm vs-1.96±0.76mm）具有统计学差异（P＜0.05）。1.4结论该方案对Pilon骨折的胫骨远端关节面骨折块稳定,在350N全体重负重时骨折块在矢状面上相对整体位移较大,骨折固定未失效。该方案是适合前柱型Pilon骨折的有效外固定方案,具有良好的轴向力学稳定性。2有限元分析2.1目的研究建立了具有临床指导意义的前柱损伤型Pilon骨折合并腓骨骨折模型;在模型中模拟撬拨复位获得力学机制;对比分析单臂、Ilizarov环型外固定支架和马蹄环型外固定架固定性能;分析撬拨复位马蹄环型外固定架治疗前柱损伤型Pilon骨折方案的生物力学。2.2方法2.2.1马蹄环型外固定架与常见外固定架固定前柱损伤型Pilon骨折稳定性有限元分析收集临床前柱损伤型Pilon骨折患者影像学40例,测量影像学相应骨折线,查阅相应文献研究确定胫距平面骨折线分布区域,并结合文献与骨折线高度进行有限元模型截骨,构建前柱损伤型Pilon骨折有限元模型,通过与既往文献载荷对比,验证造模有效性。在骨折模型上分别组装单臂、Ilizarov环型和马蹄环型外固定架构型,固定跖骨和跟骨,并在胫骨和腓骨上横截面垂直向下加载70 N和350 N两种载距,模拟步态的摇摆阶段和静态站立阶段。对比各针道、各骨折块和各外固定架应力与位移,分析各外固定架固定前柱损伤型Pilon骨折力学特点。2.2.2前柱损伤型Pilon骨折关节面撬拨复位有限元研究并在骨折模型上将各骨折块分别向各方向位移2 mm,以模拟手术指征中最小位移和关节失稳。以撬拨复位骨折固定为原则,分别在各骨折块装配撬拨克氏针,以X轴位移水平面,向外踝为正;Y轴为冠状面,向上为正;Z轴为矢状面,向前为正,设置坐标系,位移复位速度为2mm/s,时间设置为ls,取撬拨针外侧1/3点作为应力输出点,输出各撬拨复位力学。2.2.3马蹄环型外固定架配合局部穿针固定前柱损伤型Pilon骨折有限元分析在骨折模型上装配撬拨复位局部穿针和马蹄环型外固定架构型,固定跖骨和跟骨,并在胫骨和腓骨上横截面垂直向下加载70 N和350 N两种载距,模拟步态的摇摆阶段和静态站立阶段,分析该方案的各撬拨针、各骨折块、和外固定的应力位移,分析其力学特点。2.3结果2.3.1马蹄环型外固定架与常见外固定架固定前柱损伤型Pilon骨折有限元分析建立有效的前柱损伤型Pilon骨折伴腓骨骨折模型,发现有限元模型的足弓垂直位移接近文献尸体模型加载垂直位移;足底压力和正常健康人测量值大小及应力分布相似;外固定架应力及针道应力分布与文献相似,模型验证有效。两种载荷下的单臂外固定架针道应力较小;马蹄环型外固定架除胫骨螺纹半针（70N:249.94MPa;350N:249.03MPa）外,其余针道应力均较小;Ilizarov环型外固定架除胫骨近端（70N:541.14MPa;350N:548.49MPa）外,其余针道应力均较小。克氏针应力结果中,马蹄环型外固定架螺纹半针大（70N:645.56MPa;350N:646.61MPa）,跖骨应力较大（446.76MPa）;Ilizarov环型外固定胫骨近端应力大（70N:609.18MPa;350N:607.01MPa）。应力分布图示单臂外固定架的整体和针道骨质应力集中,Ilizarov环型外固定架应力集中于胫骨近端,马蹄环型外固定架应力分散。骨折端应力位移示,350N载荷时,单臂和Ilizarov环外固定架整体最大位移为6.36mm和8.67mm,两者可能会造成固定失效。马蹄环型整体最大位移均小于2mm,马蹄环型外固定架固定更稳定,力学更分散。2.3.2前柱损伤型Pilon骨折关节面撬拨复位有限元研究克氏针撬拨对骨折位移能有效复位,复位顺序为先复位内侧骨折块,前外侧骨折块,再复位前侧骨折块。内侧三角韧带复位时应力最大,发挥韧带整复作用。2.3.3马蹄环型外固定架配合局部穿针固定前柱损伤型Pilon骨折有限元分析外固定架整体最大应力均小于克氏针断裂屈服应力,构型稳定。位移图示胫骨近端螺纹半针对外固定架整体稳定性最重要。撬拨复位针将骨折块的应力传导至马蹄环上,起到撬拨支撑作用。两种载荷下各骨折端微动均在有利骨折愈合范围内。关节面应力位移结果示在350N载荷时位移未出现1mm台阶,骨折固定未失效,软骨不易损伤。2.4结论本研究有效构建具有临床代表性的前柱损伤型Pilon骨折有限元模型。撬拨复位顺序先内侧、再前外侧,最后前侧可有效复位,撬拨复位针将骨折块的应力传导至马蹄环上,起到撬拨支撑作用。马蹄环型外固定架比单臂和Ilizarov环形外固定架提供更牢固的稳定性。撬拨复位马蹄环型外固定架治疗方案在负重时可产生有利骨折愈合的骨折端应力及微动,符合骨折动静结合治疗原则,具有生物力学优势。