经皮螺钉固定治疗Sanders II型和III型跟骨骨折的最佳纵向螺钉轨迹有限元分析研究

针对跟骨骨折经皮螺钉固定中螺钉轨迹设计缺乏共识的问题，重庆医科大学附属第一医院团队通过有限元分析(FEA)技术，系统评估了四种螺钉固定方式在六种Sanders分型骨折模型中的生物力学性能。研究发现，采用跟骨结节至载距突(sustentaculum tali)的内侧纵向螺钉联合外侧纵向螺钉的固定方式，在II C、III AC和III BC型骨折中展现出最优的骨应力分布和骨折块稳定性，为临床螺钉轨迹设计提供了理论依据。

　　

跟骨作为人体最大的跗骨，在行走时承受着高达6-8倍体重的冲击力。高处坠落或交通事故导致的高能量损伤常引发跟骨骨折，其中75%为涉及距下关节的Sanders II-III型骨折。尽管经皮螺钉固定技术因创伤小、恢复快等优势逐渐成为治疗选择，但临床上面临着关键挑战：如何设计螺钉轨迹才能在最小创伤前提下实现最佳生物力学稳定性？现有研究对螺钉固定路径缺乏统一标准，特别是对纵向螺钉的走向（是固定至前突还是载距突）存在争议。

重庆医科大学附属第一医院骨科团队在《BMC Surgery》发表的研究，创新性地采用有限元分析技术，首次系统评估了不同纵向螺钉轨迹在六种Sanders分型骨折中的生物力学差异。研究团队基于跟骨解剖特点和损伤机制，设计了四种螺钉固定方案：研究组采用内侧螺钉固定至载距突、外侧螺钉固定至前突的差异化设计；对照组则统一将双螺钉固定至前突。通过对比骨应力分布、螺钉应力峰值及骨折块位移等指标，揭示了最优螺钉配置的生物力学规律。

研究采用多学科交叉技术路线：首先通过Mimics 21.0软件处理健康志愿者CT数据重建三维跟骨模型，在Geomagic Wrap 2021中划分皮质骨（2mm外层）和松质骨；随后基于Sanders分类在SolidWorks 2022构建六种关节塌陷型骨折模型（II A/B/C和III AB/AC/BC）；最后在ANSYS Workbench中进行网格验证（确定1mm为最佳网格尺寸），设置材料参数（螺钉弹性模量200GPa，皮质骨7.3GPa）和边界条件（模拟站立负荷：后距下关节面420N，中距下关节面200N）。

【最大von Mises骨应力】结果显示，研究组在所有骨折模型中骨应力峰值均低于对照组，尤其在II C（降低17.3%）、III AC（降低19.7%）和III BC（降低20.3%）型骨折中差异显著。应力云图显示研究组方案能使应力更均匀分布于跟骨内侧壁和载距突区域，验证了将内侧纵向螺钉固定至骨密度更高的载距突区域的合理性。

【螺钉应力分析】发现研究组在II C、III AC和III BC模型中螺钉应力较对照组降低27.1%-29.9%，且内侧纵向螺钉承担了更大负荷（应力值较对照组高31.5%）。值得注意的是，所有螺钉应力均低于内固定失效阈值600MPa，其中研究组在复杂骨折类型中展现出更优的安全裕度。

【骨折块位移】数据最具临床指导意义：研究组在II C型骨折中最大位移仅0.345mm，较对照组减少26.4%；在III BC型骨折中位移值（0.400mm）较对照组降低29.6%。位移云图显示最大位移均位于原骨折线附近，证实研究组方案能有效控制关键骨折块的微动。

讨论部分深入阐释了生物力学机制：载距突作为跟骨内侧柱的力学枢纽，不仅骨密度高出前突区域37%，还通过三角韧带和骨间韧带与胫距骨形成稳定复合体。在Sanders II C/III AC/III BC型骨折中，当载距突骨折块较小时（<1cm³），传统前突固定方案无法有效抓持该骨块，而研究组的载距突螺钉可直接稳定这一关键结构。这解释了为何在简单骨折（II A/B）中各组差异较小，而在复杂骨折中研究组优势显著。

该研究为跟骨骨折微创治疗提供了重要循证依据：首先明确了"内外侧差异化固定"原则——内侧螺钉应沿跟骨内侧壁指向载距突，外侧螺钉则应固定至前突；其次揭示了骨折类型与螺钉选择的对应关系，建议对Sanders II C及以上分型常规采用载距突螺钉。这些发现不仅优化了现有手术方案，其采用的"解剖-生物力学-有限元"多维度研究范式也为其他骨关节损伤的内固定设计提供了方法论参考。未来研究需通过尸体实验验证这些发现，并开发相应的术中导航模板以实现该理论方案的精准转化。