《Medical Care》：Finite element analysis of titanium cable tensioning ring fixation in the treatment of distal tibiofibular syndesmosis injury
编辑推荐：
为解决传统皮质骨螺钉固定下胫腓联合（DTS）损伤时难以满足微动需求、并发症多的问题，研究人员通过有限元分析方法，对比了新型钛缆张力环固定与常规Endobutton钢板固定的生物力学差异。结果显示，钛缆张力环在控制腓骨位移和降低胫距关节面应力方面与Endobutton钢板效果相当，为DTS损伤的弹性固定提供了新的理论依据。
在踝关节损伤中，下胫腓联合（Distal Tibiofibular Syndesmosis, DTS）的稳定对维持踝关节功能至关重要。传统治疗方法如皮质骨螺钉固定虽能提供坚强固定，却难以满足DTS生理性微动的需求，且易导致螺钉断裂、需二次手术等并发症。随着弹性固定理念的兴起，带袢钢板（Endobutton Plate）等弹性固定方式逐渐应用于临床，其通过纤维绳实现弹性固定，允许DTS微动，但存在价格昂贵、操作繁琐、弹性调节困难等问题。近年来，钛缆张力环（Titanium Cable Tensioning Ring）作为一种新型弹性固定技术被提出，其在尸体标本实验中已显示出良好的生物力学性能，但与带袢钢板的直接对比研究仍较为缺乏。为此，本研究通过有限元分析方法，系统比较了钛缆张力环与Endob绊钢板在治疗DTS损伤中的生物力学差异，以期为临床选择提供更全面的理论支持。该研究已发表于《Medical Care》。
研究团队采用了以下几项关键技术方法：基于一名健康成年志愿者的踝关节CT图像，通过Mimics 21、Geomagic 2021和SolidWorks软件构建了包括正常踝关节、DTS损伤、钛缆张力环固定和Endobutton钢板固定在内的四组有限元模型（分别记为Model A、B、C、D）；利用拉伸弹簧模拟了包括前下胫腓韧带（AITFL）、后下胫腓韧带（PITFL）、胫腓横韧带（TL）等在内的31条韧带结构；在单腿站立、踝关节内旋和外旋三种载荷条件下，评估了腓骨相对于胫骨的位移以及胫距关节面的Von Mises应力。
3. 结果
3.1. 模型验证
通过对比正常踝关节模型在三种载荷下的最大位移及其分布位置与已发表文献数据，验证了所建模型的有效性。
3.2. 位移比较与分布
在三种载荷条件下，DTS损伤模型（Model B）的腓骨相对于胫骨的前后位移和内外位移均显著高于正常模型（Model A），最大增加率分别达166.3%和265.7%。而钛缆张力环固定模型（Model C）和Endobutton钢板固定模型（Model D）的腓骨相对位移率均低于20%，与正常模型接近。位移分布情况可通过相关图示直观对比，例如在单腿站立时，各模型的位移分布如图所示。
3.3. 应力分布比较
在三种载荷下，Model B的胫距关节面最大应力相较于Model A显著增加（最高增加42.1%）。而Model C和Model D的胫距关节面最大应力增加率均小于5%，表明两种固定方式均能有效降低DTS损伤后胫距关节面的应力，使其恢复至接近正常水平。胫距关节面应力分布如图所示。
4. 讨论与结论
DTS完全性损伤会显著增加腓骨与胫骨的相对位移以及胫距关节面应力，从而影响踝关节稳定性并增加关节面损伤风险。本研究的有限元分析结果表明，钛缆张力环固定与Endobutton钢板固定均能有效维持DTS的稳定性，允许其生理性微动，并将胫距关节面应力显著降低至接近正常水平。两种固定方式在控制位移和关节应力方面效果相当。这提示钛缆张力环作为一种新型弹性固定技术，在治疗DTS损伤中具有与成熟Endobutton钢板技术相似的生物力学效能，为临床提供了一种潜在的新选择。然而，本研究也存在一定局限性，如模型基于单一样本、材料属性参数来源于文献、未考虑踝关节背屈/跖屈等其他复杂运动等。未来需要通过更多尸体生物力学研究和复合运动模拟来进一步完善分析。总之，该研究通过严谨的有限元分析，填补了钛缆张力环与带袢钢板在DTS损伤治疗中对比研究的空白，为临床优化固定方案提供了重要的生物力学依据。
