Sanders Ⅱ-Ⅳ型跟骨骨折两种内固定方式：2年临床随访和有限元分析

doi:10.12307/2026.152

中国组织工程研究 ›› 2026, Vol. 30 ›› Issue (15): 3791-3800.doi: 10.12307/2026.152

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Sanders Ⅱ-Ⅳ型跟骨骨折两种内固定方式：2年临床随访和有限元分析

向浩1，李豫皖2，徐志3，李贵川1，廖维1，蔡鹏1，朱成行1，鄢陵1

1遵义市第一人民医院(遵义医科大学第三附属医院)急诊创伤外科，贵州省遵义市 563000；2浙江大学医学院附属第一医院骨科，浙江省杭州市 310009；3张家港市第五人民医院骨科，江苏省张家港市 215600

接受日期:2025-06-06 出版日期:2026-05-28 发布日期:2025-11-05
通讯作者: 鄢陵，博士，主任医师，遵义市第一人民医院(遵义医科大学第三附属医院)急诊创伤外科，贵州省遵义市 563000
作者简介:向浩，男，1983年生，贵州省遵义市人，汉族，大连医科大学在读博士，主治医师，主要从事四肢创伤方面的研究。
基金资助:
国家自然科学基金青年科学基金项目(82302853)，项目负责人：李豫皖；贵州省科技计划项目(黔科合LC2025031)，项目负责人：鄢陵

Two internal fixation methods for Sanders type II-IV calcaneal fractures: a 2-year clinical follow-up and finite element analysis

Xiang Hao1, Li Yuwan2, Xu Zhi3, Li Guichuan1, Liao Wei1, Cai Peng1, Zhu Chengxing1, Yan Ling1

1Emergency Trauma Surgery, Zunyi First People's Hospital (The Third Affiliated Hospital of Zunyi Medical University), Zunyi 563000, Guizhou Province, China; 2Department of Orthopedics, The First Affiliated Hospital, Zhejiang University School of Medicine, Hangzhou 310009, Zhejiang Province, China; 3Department of Orthopedics, Zhangjiagang Fifth People's Hospital, Zhangjiagang 215600, Jiangsu Province, China

Accepted:2025-06-06 Online:2026-05-28 Published:2025-11-05
Contact: Yan Ling, MD, Chief physician, Emergency Trauma Surgery, Zunyi First People's Hospital (The Third Affiliated Hospital of Zunyi Medical University), Zunyi 563000, Guizhou Province, China
About author:Xiang Hao, Doctoral candidate, Attending physician, Emergency Trauma Surgery, Zunyi First People's Hospital (The Third Affiliated Hospital of Zunyi Medical University), Zunyi 563000, Guizhou Province, China
Supported by:
Youth Science Foundation of National Natural Science Foundation, No. 82302853 (to LYW); Guizhou Province Science and Technology Plan Project, No. LC2025031 (to YL)

摘要/Abstract

摘要：

文题释义：

空间编织技术：指在冠状面和矢状面上交叉排布空心钉，以提供多角度的稳定支持，优化骨折复位的精确度和稳定性。
跗骨窦入路的钢板螺钉内固定术：通过跗骨窦(位于外踝的一个解剖结构)切口进入，使用钢板和螺钉对跟骨骨折进行复位并固定，以恢复其正常的解剖结构和功能。

摘要
背景：Sanders Ⅱ-Ⅳ型跟骨骨折传统钢板内固定虽有效但侵入性大，微创空心钉内固定因减少了软组织损伤成为近年来的研究热点。
目的：评估空间编织技术赋能后的空心钉闭合复位技术和传统钢板内固定在治疗Sanders Ⅱ-Ⅳ型跟骨骨折中的临床效果和生物力学特性。
方法：采用了前瞻性临床研究和有限元分析相结合的方法，选择2022年1月至2024年6月遵义市第一人民医院收治的34例Sanders Ⅱ-Ⅳ型跟骨骨折患者，随机分为2组，每组17例，空心钉组实施空间编织技术赋能下的经皮空心螺钉内固定，钢板组实施跗骨窦入路的钢板螺钉内固定。对比两组患者手术时间、术中出血量、切口长度、住院时间、骨折愈合时间、疼痛目测类比评分、美国足踝外科协会踝-后足功能评分及经济效益等方面的差异。此外，利用64排螺旋CT扫描构建跟骨-空心钉和跟骨-钢板装配体三维模型，并在Hypermesh 14.0和Abaqus 6.14软件中进行网格划分和有限元分析，以评估不同内固定方式的生物力学性能。
结果与结论：①临床指标：空心钉组在手术时间(P=0.002)、术中出血量(P < 0.001)、切口长度(P < 0.001)方面显著优于钢板组；术后随访结果显示，空心钉组的目测类比评分和美国足踝外科协会踝-后足评分始终优于钢板组(P < 0.05)，表明空心钉固定方案在改善疼痛和恢复患肢功能方面更具优势；②有限元分析：空心钉组的最大应力值和最大位移明显低于钢板组，且应力分布更加均匀，提示其在维持骨折稳定性方面具有更好的表现；③经济效益：空心钉组患者的耗材费用(P < 0.001)和住院总费用(P < 0.001)均显著低于钢板组；④提示空心钉闭合复位技术在治疗Sanders Ⅱ-Ⅳ型跟骨骨折方面相较传统钢板内固定具有显著优势，体现在减少创伤、缩短恢复时间、降低并发症、生物力学稳定性和提升经济效益，为微创治疗提供了新证据，值得进一步推广和应用。

中国组织工程研究杂志出版内容重点：人工关节；骨植入物；脊柱；骨折；内固定；数字化骨科；组织工程

关键词: 跟骨骨折, 空间编织技术, 空心钉, 钢板, 内固定, 有限元分析, 生物力学

Abstract: BACKGROUND: For Sanders II-IV type calcaneal fractures, traditional plate fixation is effective but invasive, while minimally invasive cannulated screw fixation has become a research hotspot in recent years due to its advantages in reducing soft tissue damage and trauma.
OBJECTIVE: To evaluate the clinical efficacy and biomechanical properties of cannulated screw closed reduction technology with spatial weaving technique versus traditional plate fixation in the treatment of Sanders type II-IV calcaneal fractures.
METHODS: This study used a combination of clinical case analysis and finite element analysis. A total of 34 patients with Sanders type II-IV calcaneal fractures who were treated at Zunyi First People's Hospital from January 2022 to June 2024 were randomly divided into two groups (n=17). The cannulated screw group received percutaneous cannulated screw fixation with spatial weaving technique. The plate group received sinus tarsi approach with plate screw fixation. Operation time, intraoperative blood loss, incision length, hospital stay, fracture healing time, visual analog scale pain score, American Orthopedic Foot & Ankle Society ankle-hindfoot score, and economic benefits were compared between the two groups. Additionally, 64-row spiral CT scans were used to construct 3D models of calcaneal-hollow screw and calcaneal-plate assemblies. Mesh division and finite element analysis were performed using Hypermesh 14.0 and Abaqus 6.14 software to evaluate the biomechanical performance of the different fixation methods.
RESULTS AND CONCLUSION: (1) Clinical indicators: The cannulated screw group showed significant advantages in operation time (P=0.002), intraoperative blood loss (P < 0.001), and incision length (P < 0.001) compared with the plate group. Postoperative follow-up results showed that the visual analog scale score and American Orthopedic Foot & Ankle Society ankle-hindfoot score were consistently better in the cannulated screw group compared with the plate group (P < 0.05), indicating that the cannulated screw fixation was more effective in reducing pain and improving functional recovery. (2) Finite element analysis: The cannulated screw group showed significantly lower maximum stress and maximum displacement compared with the plate group, with a more uniform stress distribution, suggesting better performance in maintaining fracture stability. (3) Economic benefits: The material cost (P < 0.001) and total hospitalization cost (P < 0.001) were significantly lower in the cannulated screw group than in the plate group. (4) It is indicated that compared with traditional plate fixation, the cannulated screw closed reduction technology shows significant advantages in treating Sanders type II–IV calcaneal fractures. These advantages include reduced trauma, shorter recovery time, fewer complications, improved biomechanical stability, and enhanced cost-effectiveness. This provides new evidence supporting minimally invasive treatment and merits further promotion and application.

Key words: calcaneal fracture, spatial weaving technique, cannulated screw, plate, internal fixation, finite element analysis, biomechanics

中图分类号:

向浩, 李豫皖, 徐志, 李贵川, 廖维, 蔡鹏, 朱成行, 鄢陵. Sanders Ⅱ-Ⅳ型跟骨骨折两种内固定方式：2年临床随访和有限元分析[J]. 中国组织工程研究, 2026, 30(15): 3791-3800.

Xiang Hao, Li Yuwan, Xu Zhi, Li Guichuan, Liao Wei, Cai Peng, Zhu Chengxing, Yan Ling. Two internal fixation methods for Sanders type II-IV calcaneal fractures: a 2-year clinical follow-up and finite element analysis[J]. Chinese Journal of Tissue Engineering Research, 2026, 30(15): 3791-3800.

图/表（结果） 6

2.1 临床试验结果
2.1.1 参与者数量分析共纳入34例Sanders Ⅱ-Ⅳ型跟骨骨折患者，随机分为2组，每组17例，随访时间为7-24个月。由于严格的入排标准及良好的随访管理，确保了无患者脱落，保证了研究数据的完整性和可靠性，按意向性分析，所有患者均进入最终的结果分析阶段。
2.1.2 试验流程图见图3。

2.1.3 基线资料比较两组患者在性别、年龄、损伤侧别、致伤原因以及Sanders分型方面均无显著性差异(P > 0.05)，结果表明两组患者的基线特征均衡可比，可用于后续分析。此外，随访时间方面，空心钉组的平均随访时间为(12.29±4.25)个月，而钢板组为(22.47±7.40)个月，虽然存在差异，考虑到空心钉组康复周期较短，其差异对结果无实质性影响，见表3。

空心钉组患者手术时间较短(P=0.002)，术中出血量较少(P < 0.001)，切口长度较短(P < 0.001)，但两组患者在住院时间、骨折愈合时间和皮肤坏死并发症方面差异均无显著性意义(P > 0.05)。
影像学指标显示无论是采用空心钉固定还是锁定钢板固定，在经过规范化治疗后两组末次随访的Gissane角和B?hler角相比差异均无显著性意义(P > 0.05)。术后空心钉组的目测类比评分和美国足踝外科协会踝-后足评分始终优于钢板组(P < 0.05)，提示空心钉固定方案在改善疼痛和恢复患肢功能方面的具备一定的优势。
经济效益比较中可见空心钉组患者的术中耗材费用及住院总费用均显著低于钢板组(P < 0.001)，提示空心钉固定方案在降低患者经济负担方面更具优势。典型病例影像资料见图4。

2.1.5 不良事件此次研究对所有接受治疗的34例患者进行了详细的术后随访和不良事件监测。空心钉组和钢板组均未报告严重的植入物相关不良事件，未见两组患者出现植入物周围感染、过敏反应、免疫反应或排斥反应，表明两种内固定方式的生物相容性良好。空心钉组中无皮肤坏死(0/17)，而钢板组中有1例(1/16)报告了轻微的皮肤坏死，但通过保守治疗得到了控制。此外，两组均未发现螺钉松动或断裂的情况。提示经皮空心钉内固定和跗骨窦入路钢板内固定均为安全可靠的治疗方法。
2.2 有限元分析结果
2.2.1 不同模型跟骨骨折块和内固定系统应力比较如表5及图5，6所示，Sanders Ⅱ型跟骨骨折-空心钉模型跟骨、Sanders Ⅲ型跟骨骨折-空心钉模型跟骨、Sanders Ⅳ型跟骨骨折-空心钉模型跟骨的最大应力均出现在跟骨后突近端隧道孔入口处，最大数值分别为61.2，48.3和62.6 MPa。应力云图显示跟骨骨折块整体应力水平较低，大部分区域的应力水平低于56 MPa，故发生病理性骨折的风险较低，应力水平相对较高的区域分布于跟骨后突与中段骨折块的骨折线附近。在上述3个模型中的空心钉最大应力出现在矢状面方向交叉螺钉中后段的上表面，数值大小分别为232.5，191.3和181.8 MPa。与股骨应力分布的规律相似，空心钉表面整体的应力水平较低，所有区域的应力均小于600 MPa，因此该结构排布空心钉发生断裂的风险较小。Sanders Ⅱ型跟骨骨折-钢板系统模型跟骨、Sanders Ⅲ型跟骨骨折-钢板系统模型跟骨、Sanders Ⅳ型跟骨骨折-钢板系统模型跟骨的最大应力均出现在跟骨后突骨折块与中段骨折块接触的远端骨折面上，最大数值分别为6 832.0，271.3和231.8 MPa。应力云图显示3个模型跟骨后突骨折块和中段外侧骨折块后方以钉道为中心放射到周边区域的大范围高应力区，其中后突骨折块近端钉道口和骨折面接触部位发生疲劳性骨折的风险较高。在上述3个模型中的锁定钢板最大应力均出现在靠近后方骨折线的近端螺钉孔上，数值大小分别为8 995，8 898和8 890 MPa。锁定钢板的后突一侧发生较大形变，该侧钢板主体大部分区域应力高于600 MPa，提示该区域在实际场景中或已断裂失效。

2.2.2 不同模型骨折-内固定系统位移比较如表5及图7所示，Sanders Ⅳ型跟骨骨折-空心钉模型、Sanders Ⅲ型跟骨骨折-空心钉模型、Sanders Ⅳ型跟骨骨折-空心钉模型最大位移均出现在跟骨前突骨折块近端内侧，3个模型最大位移数值波动范围有限，分别为1.43，1.10和1.08 mm，空心钉组的3个模型位移云图的分布规律相似，越靠近跟骨前缘位移幅度越大。Sanders Ⅱ型跟骨骨折-钢板系统模型、Sanders Ⅲ型跟骨骨折-钢板系统模型、Sanders Ⅳ型跟骨骨折-钢板系统模型最大位移均出现在跟骨前突骨折块与中段骨折块接触的骨折面内缘上，其位移最大数值较相对应的空心钉组模型显著增加，分别为18.38，14.80和15.03 mm，钢板组的3个模型位移云图分布规律亦相似，越靠近跟骨前方骨折面内缘位移幅度越大。与钢板组整体位移水平相比较，空心钉组的稳定性更高。

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引言

移位性关节内跟骨骨折的临床治疗一直存在争议[1-2]。Sanders Ⅱ型和Ⅲ型关节内跟骨骨折大多伴有严重的软组织损伤和明显的骨折移位，且难以重建[3]。传统的“L”型外侧切口开放复位内固定技术被认为是治疗跟骨骨折的金标准[4]。切开跟骨外侧在直视下进行复位固定，术野暴露清晰，可有效恢复跟骨形态及解剖结构同时操作空间充足，可根据需要进行植骨等，并有利于钢板放置[5]。然而，切开复位术中对皮肤组织进行广泛剥离、牵拉，增加了软组织损伤，导致创口感染、皮肤坏死、创口不愈合，严重时导致骨髓炎等多种并发症而影响临床疗效[6-7]。经跗骨窦切口入路的内固定技术较传统的“L”型外侧入路能一定程度上减少了切口的长度，但在复位和放置钢板时对骨面软组织的剥离和皮肤的牵拉仍不可避免。为了减少术后并发症，探索有效的微创手术方法治疗跟骨骨折已成为临床研究的热点[8-10]。
闭合复位空心钉内固定技术在治疗跟骨骨折中的应用已经取得了显著进展，尤其是在Sanders Ⅱ，Ⅲ型骨折的治疗中，空心钉通过闭合复位能够有效避免传统开放手术中的广泛软组织损伤[11]。然而，空心钉的内固定效果很大程度上取决于钉道的设计和排布[12]。为了进一步提高手术精度和稳定性，近年来空心钉排布的技术得到了创新，特别是在冠状面和矢状面上同时进行空心钉排布的方式，这种“空间编织技术”即通过在两个不同的平面上合理排布空心钉，形成交叉的内固定结构。具体来说，空心钉不仅在矢状面上进行排布，还在冠状面上进行排布，确保从多个角度对骨折块进行稳定支持。这种技术能够优化钉道的位置，使得空心钉在骨折部位的固定更加稳固，减少了因单一角度钉道可能带来的复位不稳或骨折片移位的风险。通过这种跨平面的空心钉排布，可更精确地恢复骨折的解剖形态，提高手术的成功率，并减少术中失误和术后并发症的发生。结合3D影像技术，空间编织技术使得空心钉排布更加精准，为跟骨骨折的微创治疗提供了新的解决方案。
此次研究结合了前瞻性临床研究和有限元分析，旨在评估空间编织技术赋能后的空心钉闭合复位技术与传统钢板内固定技术在治疗Sanders Ⅱ-Ⅳ型跟骨骨折中的临床效果和生物力学特性。分析2022年1月至2024年12月遵义市第一人民医院收治的34例跟骨骨折患者的临床数据，比较了两种术式在术中出血量、手术时间、骨愈合时间、经济效益、术后关节功能等方面的差异。同时，利用有限元分析技术，对两种内固定方式的骨折模型进行生物力学模拟，分析了不同内固定方案对骨折稳定性的影响，多维度、多角度全面评估空心钉闭合复位技术在跟骨骨折治疗中的应用价值。

中国组织工程研究杂志出版内容重点：人工关节；骨植入物；脊柱；骨折；内固定；数字化骨科；组织工程

材料方法

1.1 设计 前瞻性临床研究，有限元分析。
1.2 时间及地点 试验于2025年1月在遵义市第一人民医院和浙江大学医学院附属第一医院完成。

1.3 材料 植入物信息见表1。

1.4 对象
样本量估算：基于既往临床经验，以手术时间为主要终点指标，预期空心钉组与钢板组手术时间差异为30 min，标准差为35 min，设α=0.05，β=0.20(检验效能80%)，采用双侧检验，使用PASS 15.0软件(NCSS公司，美国)计算，每组至少需要17例患者。受限于实际临床条件，确定每组纳入17例患者，总计34例。
纳入标准：①经X射线片或CT检査诊断为SandersⅡ型、Ⅲ型或Ⅳ型跟骨骨折；②单侧闭合性跟骨骨折；③年龄20-60岁；④随访记录完整。
排除标准：①开放性骨折患者或处于急性感染期；②病理性骨折(急慢性骨髓炎、骨肿瘤、严重的骨质疏松等)；③妊娠和哺乳期的妇女；④合并有严重内科疾病；⑤伴有其他部位的骨折，如胸腰椎骨折、骨盆骨折影响术后正常功能锻炼开展的患者等。
选择2022年1月至2024年6月遵义市第一人民医院收治的跟骨骨折患者34例，按照计算机生成的随机数字表进行随机分组，按1∶1比例分配至空心钉组和钢板组，每组17例。随机序列由独立的统计学专家生成。
分配隐藏：采用不透明密封信封法进行分配隐藏。研究开始前，将随机分组结果按编号顺序装入连续编号的不透明密封信封中，由独立研究人员保管。患者符合纳入标准并签署知情同意书后，按入组顺序打开相应编号的信封，确定分组方案。
盲法设计：由于手术方式的差异，术者和患者无法实施盲法。但所有结局指标的评估均由不参与手术、不知晓分组情况的独立评估者进行，实现评估者盲法。影像学资料的测量和功能评分均由盲法评估的放射科医师和康复科医师完成。
两组患者一般资料比较，差异无显著性意义(P > 0.05)。此次研究经遵义市第一人民医院医学伦理委员会审核批准[批准号：伦审(2021)-1-204号，批准时间：2021-12-11]。所有患者对研究方案知情同意，自愿签署知情同意书。
1.5 方法
1.5.1 手术方法两组患者均由同一手术团队(此课题组由鄢陵主任医师及助手组成)实施手术，以保证操作的一致性和结果的可比性。
经皮空心螺钉内固定(空心钉组)：患者取侧卧位或俯卧位，使用腰硬联合或全身麻醉，无需止血带。通过跟骨外侧，在后关节面下方0.5-1.0 cm处插入2枚2.0#克氏针，指向内侧载距突，根据术前CT影像确定骨折线层面和深度，以便在骨折端撬拔起关节面。C臂透视下用克氏针撬起塌陷的跟骨后关节面，并将克氏针固定到内侧载距突。接下来，选择2枚3.0#克氏针从跟骨结节旁钻入，位于上述2枚克氏针下方，针尖指向骰骨方向钻入，透视确认后撬拔恢复Gissane角和Böhler角。同时一助手用力反折跟骨(两拇指置于跟骨外侧跗骨窦沟下方向内顶压跟骨，余一手四指及手掌握住跟骨后侧，另一手握住跟骨前侧及足，反折跟骨)并锤击3.0#克氏针至固定到骰骨处，纠正跟骨的内翻畸形，恢复轴位宽度。复位后，采用空间编织技术进一步加强内固定：在冠状面上，2枚1.5#克氏针顺着上述2枚2.0#克氏针方向，从跟骨后关节面下方，3.0#克氏针上方，从外向内侧载距突方向置入；在矢状面上，2枚1.5#克氏针从跟腱止点内外侧顺着3.0#克氏针方向进入；1枚1.5#克氏针平行于跟骨底面上约1 cm，朝向跟骰关节中下方置入；1枚1.5#克氏针从上述跟骨结节2枚1.5#克氏针中央，呈30°向跟骨底面置入。再次透视确认克氏针分布情况，空心钻开口，逐一拧入长度合适的空心螺钉。根据骨折类型，必要时减少或额外置钉。再次透视确认后拔除克氏针，消毒皮肤，缝合切口，单纯复位克氏针针孔无需缝合，最后包扎。
跗骨窦入路的钢板螺钉内固定(钢板组)：患者取侧卧位，使用腰硬联合或全身麻醉，患肢大腿近端安装气压止血带(压力40 kPa，90 min)。切口位于跗骨窦处，约6 cm横行切口。避免损伤腓肠神经足底外侧支及前方腓浅神经的足背外侧支，牵开腓骨长短肌，显露跗骨窦、跟骨骨折断端及后关节面，剥开骨膜至可容纳内固定物的位置。使用1.5#克氏针点式撑开切口以减少皮肤牵拉，清除血凝块并显露关节面及骨折断端。通过以下步骤复位固定塌陷关节面及骨折：①开，用骨刀插入塌陷及绞锁的骨折断端，给予解锁；②牵，纵向牵拉，复位跟骨长度；③撬，用 3.5#克氏针撬拔后关节面恢复 Gissane角、Böhler角；④反折，同上述(空心螺钉内固定)，在撬拔同时，助手按压外侧壁反折跟骨，恢复跟骨宽度。⑤穿，经C臂透视确认复位良好后，多枚克氏针临时固定复位骨折块；⑥固，放置大小合适钢板，透视钢板位置可，先从后关节面下方钻孔拧入2枚拉力螺钉朝向载距突，然后逐一拧入余下螺钉。再次透视确认复位及内固定位置、长度满意后，冲洗切口，根据骨缺损情况植入人工骨，逐层缝合，放置负压引流管，包扎。
1.5.2 有限元建模
(1)影像资料采集：骨科门诊招募了1名38岁男性志愿者，身高171 cm，体质量70 kg。志愿者无全身性疾病病史、创伤史及手术史。体格检查和放射学评估排除急、慢性骨科疾病，志愿者知情同意参与此次研究并签署知情同意书。嘱志愿者双下肢各关节保持为中立位，使用64排螺旋CT(GE Healthcare，美国)对右踝关节进行扫描，扫描方向是从距骨的顶部到跟骨以远5 cm(管电压120 kV，管电流200 mA，层厚0.625 mm，层间距0.625 mm，采集矩阵512×512，像素大小0.3 mm×0.3 mm，视野180 mm×180 mm)，覆盖完整距下关节，并将获得的二维断层图像保存为Dicom格式文件。

(2)三维模型构建：将上一步骤获得的Dicom图像导入Mimics 19.0(比利时，Materialise 公司)，提取骨骼结构以获得一组完整的跟骨数据，然后以STL格式导出。在Geomagic Wrap 2017(美国，Geomagic公司)中，跟骨数据被进一步处理以进行平滑、松弛和特征消除。参考之前文献对跟骨骨折建模的经验[13-14]，并结合Sanders Ⅱ，Ⅲ，Ⅳ型跟骨骨折的典型模式和临床工作中时常面临同时包含冠状面和矢状面骨折线的实际情况，将跟骨切分为包含前突、内侧、外侧、后突4块骨折块，以构建Sanders Ⅱ型跟骨骨折模型；在Sanders Ⅱ型跟骨骨折模型基础上进一步在内侧骨折块上切出载距突骨折块，以构建Sander Ⅲ型跟骨骨折模型；在Sanders Ⅲ型跟骨骨折模型基础上最后切出中间骨折块，以构建SanderⅣ型跟骨骨折模型。对碎片进行曲面处理，生成非均匀有理基样条(NURBS)曲面，生成实体IGS格式文件。参考器械商提供的产品使用手册用Creo 6.0(美国，PTC公司)分别构建空心螺钉和跟骨锁定钢板几何模型。对螺纹进行了简化，建立了螺纹的正向几何模型。为提高计算效率和保障数值解的收敛性，此次研究采用了简化的钉子模型，即不考虑螺纹结构。虽然螺钉实际具有螺纹，这一结构对局部骨-钉界面固定具有重要作用，但已有以跟骨为主题的有限元分析文献同样采用了忽略螺纹的处理方法[1，15]。此次研究基于前期文献经验，使用该简化模型进行分析，从而保证了各内固定方法在同一假设条件下比较的科学性和有效性。在Creo 6.0装配模块中依据手术固定方式选取不同的内固定模型与跟骨骨折模型进行适配，完成布尔运算后，生成相对应的骨折-内固定模型保存为X-T格式文件，见图1。

(3)网格划分与定义材料属性：将1.5.2(2)步骤中获得的6个骨折-内固定模型装配体导入Hypermesh 14.0(Altair公司，美国)软件，在完成几何清理后选择四节点线性四面体(C3D4)单元进行网格划分。网格的尺寸由收敛性标准决定，当连续两次网格划分结果的预测差异小于5%时，即可认为网格已收敛[16]。各个部件的单元、节点和网格尺寸数据见表2。完成网格划分后，将每个部件分别保存为INP文件，并依次导入Abaqus 6.14有限元分析软件进行材料赋值。金属植入物和关节软骨都假设为连续、均匀、各向同性的线弹性材料，金属植入物均由钛合金打造，弹性模量为110 000 MPa，泊松比为0.3[13]；关节软骨弹性模量为45 MPa，泊松比为0.42[17]。由于骨骼的材质分布不均，被视为非线性材料，参考相关文献，根据灰度值公式对每个单元进行单独的材料赋值，各部分表观密度[ρ/(t/mm3)]、弹性模量[E(MPa)]以及CT扫描的HU值(以水密度为参照调零校对)按以下公式计算[18]：
ρ=0.040 5+(9.18 x10-4)xHU (1)

3.60ρ-0.14 0 < ρ≤0.1
18.49ρ1.93 0.1 < ρ ≤0.37
8.87ρ-0.57 0.37 < ρ≤1.5

4.83ρ2.39 ρ > 1.5

(4)载荷和边界条件：定义了模型中每个组件的接触条件。螺钉和锁定钢板之间设置为绑定，骨折块和内植物之间摩擦系数设置为0.5，骨折块和骨折块之间的摩擦系数设置为0.2[13]。患者体质量为

70 kg，作用于跟骨的压缩载荷约为700 N，选取距骨关节面上的所有节点，以关节面中心节点建立耦合方程。在中心节点施加700 N的垂直Z轴负集中载荷，跟骨远端约束6个方向的自由度，模拟人体单腿站立状态[19]，见图2。

1.6 主要观察指标
1.6.1 临床指标记录手术时间、术中出血量、切口长度、住院时间、骨折愈合时间、耗材费用和住院费用等；术前、术后1周和末次随访评估疼痛目测类比评分[20]，0分表示无痛，10分表示最剧烈疼痛；术后2个月和末次随访美国足踝外科协会踝后足功能评分[21]，满分100分，其中疼痛40分、功能50分、对位10分。
1.6.2 有限元分析指标包括骨折模型的最大应力、最大位移、骨折块和内固定系统的应力分布以及稳定性等。确定结果的标准如下[19]：①当螺钉周围跟骨上的压缩应变> 56 MPa模量时，发生螺钉松动和骨吸收；②应力> 600 MPa意味着骨板断裂。

1.7 统计学分析 连续变量以x±s的形式呈现，并采用t检验进行评估；分类变量则通过卡方检验进行分析；等级资料使用Mann-Whitney U检验。所有统计分析均在SPSS 26.0(SPSS，美国)软件中进行，显著性水平设定为P < 0.05。文章统计学方法得到遵义市第一人民医院统计学专家审核。

中国组织工程研究杂志出版内容重点：人工关节；骨植入物；脊柱；骨折；内固定；数字化骨科；组织工程

讨论

基于此课题的前瞻性临床研究和有限元分析结果显示，空心钉闭合复位技术在治疗Sanders Ⅱ-Ⅳ型跟骨骨折方面展现出了显著优势。与传统的钢板内固定技术相比，空心钉组在术中出血量、手术时间以及经济效益方面均有较为显著的改善。空心钉固定不仅减少了手术的侵入性，降低了并发症风险，还能在生物力学性能上保持较高的稳定性。有限元分析结果表明空心钉组的骨折块位移和最大应力值明显低于钢板组，其在维持骨折稳定性方面具有更好的表现。骨折分型虽未直接影响有限元分析中的生物力学差异，不同类型的骨折复杂度和治疗需求各异，通过详细分析各类型骨折模型，能更精准地评估内固定效果，为个性化治疗提供理论支持。此外，空心钉组在手术耗材费用和住院费用方面也显示出较为明显的经济优势，这对于减轻患者经济负担具有积极作用[22-24]。
跟骨骨折手术治疗的主要目标是恢复距下关节面的完整，恢复跟骨的长度、高度、宽度和对线，确保距下关节面的光滑，恢复生理上的Gissane角和Böhler角，并恢复跟骨和距骨之间的关系[25-26]。跟骨和距骨之间正常关系的丧失以及关节面的不平和移位，不可避免地引起距下关节应力和运动的变化，严重影响距下关节的外翻功能，导致距下关节及其周围关节的创伤性关节炎等继发性损伤，影响足部的正常行走功能[27-28]。此次研究采用空间编织技术作为空心钉闭合复位的指导方法，这一技术显著提高了骨折复位的精确性和稳定性。空间编织技术通过精确控制骨折块的排列和对位，能够在不增加创伤的前提下有效地达到骨折的解剖复位。在复杂跟骨骨折的治疗中，该技术通过减少软组织剥离和过度使用内固定装置所带来的创伤，降低了术后并发症的发生率，有助于加快患者康复。空间编织技术通过细致的术前规划和精确的复位设计，确保了骨折块在空间上的正确排列，从而提高了空心钉内固定的稳定性，改善术后愈合效果，有效减轻术后疼痛，提高功能恢复速度[29-31]。
此次研究比较了经皮微创空心螺钉内固定(空心钉组)与传统钢板内固定(钢板组)治疗Sanders Ⅱ-Ⅳ型跟骨骨折的临床效果，结果表明，空心钉组在手术时间、术中出血量、切口长度、术后恢复及住院费用方面均明显优于钢板组，这一结果与许多前期研究一致，表明微创手术在减少手术创伤、缩短恢复时间和减少并发症方面具有优势[32-33]；术后即刻和末次随访时，两组在跟骨Gissane角和
Böhler角的差异不显著，表明两种术式在恢复跟骨的解剖学特征上效果相似。空心钉组患者疼痛目测类比评分显著低于钢板组，美国足踝外科协会踝-后足评分也更高，表明空心钉组患者术后疼痛较轻、功能恢复更快。
跟骨外侧壁的软组织相对较薄且较致密，在遭受骨折和广泛剥离的双重损伤时，再加上钢板占据的空间，显著影响了软组织的修复和切口的愈合。而空心钉的使用则不会改变跟骨的解剖结构，不会干扰周围软组织及血管神经的正常功能，从而对术后伤口的愈合起到了积极的促进作用[34]。这一点得到了CHONGMUENWAI等[35]的支持，他们也发现微创技术能够改善术后功能恢复。值得注意的是，此次研究中空心钉组患者的骨折愈合时间短于钢板组，尽管差异尚不具备统计学意义，仍可以认为是一种积极的信号，患者能够更早进行负重行走，符合快速康复理念[36-37]。此次研究显示，在住院时间和手术费用方面空心钉组同样具有优势，这一结果与相关研究相似[32，38]。
此次研究利用有限元分析比较了两种内固定方式在Sanders Ⅱ-Ⅳ型跟骨骨折中的生物力学表现。虽然从数值结果看，不同骨折分型之间的应力分布及位移变化未出现显著差异，这可能与模型在材料参数、加载条件及几何简化方面的局限性有关。然而，在临床实践中，骨折分型依然是制定手术方案、选择内固定方式和预判患者预后时的重要依据。不同分型不仅反映了骨折的复杂程度，更预示着复位、固定与软组织损伤的不同特点，因此必须重视其在个体化治疗中的指导作用。通过观察有限元分析的位移结果，发现当跟骨受到轴向载荷时，各骨折块的位移和应力分布从外侧向内侧呈阶梯状逐渐增大。两种内固定模型的位移主要分布在距下关节面附近，这与GÜLTEKIN等[39]的研究结果一致。此次研究结果显示，空心钉内固定方案在骨折稳定性方面表现出了较优的结果。空心钉组的最大位移明显低于钢板组(Sanders Ⅱ型骨折空心钉组最大位移为
1.43 mm，钢板组为18.38 mm)，而且空心钉组的应力分布更加均匀，应力峰值明显低于钢板组。这表明空心螺钉内固定能够减少骨折块的位移，同时保持优异的生物力学稳定性。这些结果与孔德伟等[1]的研究结果相符，他的研究也发现三维组架螺钉模型相比微创钢板模型在应力分布上更为均匀。
值得注意的是，在此次研究中两种内固定的Sander Ⅱ型骨折模型中的最大位移和应力均超过
Sanders Ⅲ和Ⅳ型骨折模型。可能的解释是对于Sanders Ⅱ型骨折，骨折块相对较为稳定，且在骨折复位过程中，相对容易保持骨折块之间的接触面；而在Sanders Ⅲ型和Ⅳ型骨折中，多个骨折块的错位可能导致力分散，使每个骨折块所承受的位移和应力较小。此外，空心钉组模型中的骨块最大位移出现在前突骨块近端，而钢板组模型则出现在跟骨前突骨折块与中段骨折块接触的部位，表明空心钉在控制位移方面优于传统钢板。相关研究表明内固定方式对骨折稳定性的影响，并指出空心钉内固定在处理复杂骨折时能减少术后并发症[2，40]。同样，DRIESSEN等[8]的研究表明经皮空心钉内固定能够有效减少骨折的位移，并在长期效果上优于传统钢板固定。在钢板组中，较高的应力集中出现在跟骨后突部位，尤其是在螺钉孔周围，提示在这类区域可能存在植入物松动或骨折愈合不良的风险。这一发现与BUZZI等[5]的研究相符，该研究指出，钢板固定常因局部应力集中导致应力过大，从而增加了手术失败的风险。
此次研究存在一些局限性：首先，样本量较少可能影响统计学稳健性，虽然现有数据在不同固定方法间显示出明显差异，但扩大样本量将有助于提高结论可靠性与外推性；其次，有限元模型未纳入肌肉、韧带等软组织，这些结构在实际生理环境中能缓冲局部应力、稳定骨折部位，其省略可能影响绝对值分析，但相对比较结果基本可靠；再次，忽略螺纹可能低估螺钉的抗拔出能力，也认识到这种简化方法存在一定局限性，未来研究可以考虑构建更为精细的模型，进一步探讨螺纹结构对局部应力分布和固定效果的影响；最后，术后关节面修复情况缺乏相应CT重建图像，限制了对关节软骨恢复与功能评估的直观展示。未来研究应整合更多软组织因素、优化模型并扩大样本，以完善研究结论。

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Sanders Ⅱ-Ⅳ型跟骨骨折两种内固定方式：2年临床随访和有限元分析

Two internal fixation methods for Sanders type II-IV calcaneal fractures: a 2-year clinical follow-up and finite element analysis

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