胫骨外侧解剖钢板、胫骨内侧解剖钢板的骨折面位移峰值分别为1.470 43，1.613 11 mm，可见同样轴向暴力下胫骨外侧解剖钢板固定骨折位移更小，见图3。
2.2   扭转暴力下钢板应力和骨折面位移   
2.2.1   逆时针扭转(M=6 000 N·mm)   在远端固定，近端逆时针施加6 000 N·mm的扭转暴力下，胫骨外侧解剖钢板、胫骨内侧解剖钢板都在中下段承受主要应力。胫骨外侧解剖钢板最大应力为352.69 MPa，胫骨内侧解剖钢板最大应力为354.23 MPa，可见同样强度的扭转暴力下胫骨外侧解剖钢板与胫骨内侧解剖钢板承受的应力相当，见图4。

胫骨外侧解剖钢板、胫骨内侧解剖钢板的骨折面位移峰值分别为4.407 8，4.403 5 mm，二者骨折位移量相当，见图4。
2.2.2   顺时针扭转(M=6 000 N·mm)   在远端固定，近端顺时针施加6 000 N·mm的扭转暴力下，胫骨外侧解剖钢板、胫骨内侧解剖钢板中下段承受主要应力。胫骨外侧解剖钢板最大应力为273.14 MPa，胫骨内侧解剖钢板最大应力为358.9 MPa，可见同样强度的扭转暴力下胫骨外侧解剖钢板承受的应力明显小于胫骨内侧解剖钢板承受的应力，见图5。

胫骨外侧解剖钢板、胫骨内侧解剖钢板的骨折面位移峰值分别为1.682 42，4.847 20 mm，可见同样扭转暴力下胫骨外侧解剖钢板固定外旋型螺旋骨折的骨折位移远小于胫骨内侧解剖钢板固定，见图5。
2.3   翻转暴力下钢板应力和骨折面位移    
2.3.1   外翻   在近端固定，远端施加6 000 N·mm的外翻暴力下，胫骨外侧解剖钢板中下段承受主要应力，而胫骨内侧解剖钢板在中段承受主要应力。胫骨外侧解剖钢板最大应力为200.04 MPa，胫骨内侧解剖钢板最大应力为324.08 MPa，可见同样强度的外翻暴力下胫骨外侧解剖钢板承受的应力分布更分散、更广泛，其应力值明显小于胫骨内侧解剖钢板承受的应力值，见图6。

胫骨外侧解剖钢板、胫骨内侧解剖钢板的骨折面位移峰值分别为0.205 64，1.524 96 mm，可见同样外翻暴力下胫骨外侧解剖钢板固定骨折几乎没有发生位移，骨折位移明显小于胫骨内侧解剖钢板固定，见图6。
2.3.2   内翻   在近端固定，远端施加6 000 N·mm的内翻暴力下，胫骨外侧解剖钢板中段承受主要应力，而胫骨内侧解剖钢板承受主要应力在中下段，承受应力范围更广。胫骨外侧解剖钢板最大应力为467.81 MPa，胫骨内侧解剖钢板最大应力为490.17 MPa，可见同样强度的内翻暴力下胫骨外侧解剖钢板承受的应力小于胫骨内侧解剖钢板承受的应力，见图7。

胫骨外侧解剖钢板、胫骨内侧解剖钢板的骨折面位移峰值分别为2.349 7，2.528 7 mm，同样内翻暴力下胫骨外侧解剖钢板固定的骨折位移略小于胫骨内侧解剖钢板固定的骨折位移，见图7。
2.4   不同暴力下胫骨外侧解剖钢板、胫骨内侧解剖钢板的应力和骨折面位移对比   轴向施力中，胫骨外侧解剖钢板的最大应力比胫骨内侧解剖钢板小约31.6%，胫骨外侧解剖钢板的骨折面位移量比胫骨内侧解剖钢板小约8.8%。扭转-逆转中，胫骨外侧解剖钢板与胫骨内侧解剖钢板的最大应力相近，骨折面扭转角位移量也相近。扭转-顺转中，胫骨外侧解剖钢板的最大应力比胫骨内侧解剖钢板小约23.8%，胫骨外侧解剖钢板的骨折面扭转角位移量比胫骨内侧解剖钢板小约65.3%。外翻时，胫骨外侧解剖钢板的最大应力比胫骨内侧解剖钢板小约38.2%，胫骨外侧解剖钢板的骨折面位移量比胫骨内侧解剖钢板小约86.5%。内翻时，胫骨外侧解剖钢板的最大应力比胫骨内侧解剖钢板小约4.8%，胫骨外侧解剖钢板的骨折面位移量比胫骨内侧解剖钢板小约7.6%，可见运用胫骨外侧解剖钢板固定胫骨中下段外旋型螺旋骨折时，接骨板应力与骨折面位移均不同程度小于运用胫骨内侧解剖钢板固定，具有更优的生物力学稳定性。

胫骨骨折是下肢常见创伤，主要与高空坠落、交通意外等创伤密切相关，常见类型是胫骨螺旋型骨折，经常伴随腓骨上段骨折。胫骨软组织覆盖相对较少、中下段部位的血供差，导致术后并发症较多且骨折愈合与功能恢复时间较长。目前临床治疗胫骨骨折除髓内钉外，内侧接骨板、外侧接骨板也是常见选择[1-2]。骨折固定方式不同，其生物力学特性也不同，内侧接骨板、外侧接骨板哪一种更能提供良好稳定的生物力学环境尚不清楚。三维有限元分析能进行仿真生物力学分析，大量研究对其他骨折创伤的生物力学问题进行了有益探索。

为比较胫骨内侧、外侧2种解剖锁定钢板固定胫骨中下段外旋型螺旋骨折的力学分布特性，该研究通过有限元分析接骨板及胫骨的受力大小及位移情况，为临床选择合适的接骨板及涉及合理康复方案提供参考。
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

1.1   设计   计算机模拟三维有限元分析。
1.2   时间及地点   2021年6-8月在四川省骨科医院完成。
1.3   对象   选择1名健康男性志愿者，年龄35岁，身高175 cm，体质量 70 kg。入选对象对试验方案知情同意，签署知情同意书。该研究的实施符合四川省骨科医院的相关伦理要求(医院伦理批件号KKY2021-023-01)。

实验仪器和软件： 64排螺旋CT(德国Siemens)；医学图像处理软件Mimics 21(比利时Materialise)；Creo 2.0软件(美国PTC)；Ansys软件(美国ANSYS)。
1.4   方法   
1.4.1   三维胫骨模型的建立   采用64排螺旋CT对胫骨全段进行扫描得到二维横断图像，将获取的二维图像数据以Dicom格式备用，启动医学图像处理软件Mimics 21。数据导入Mimics 21软件中，通过三维重建，构建胫骨及松质骨的初步三维点云模型。将上述模型以STL格式保存备用，导入Creo 2.0软件中，在此软件中把胫骨及胫骨松质骨导入同一坐标系后使用布林运算(Boolean Operation)，即Creo软件中布林运算中的剪下(Cut)，从胫骨模型中去除胫骨松质骨模型，见图1A，剩余部位则为胫骨皮质骨，见图1B，松质骨与皮质骨组合，见图1C。使用Ansys软件对原始模型进行优化，比如去除特征、降噪、网格划分、拟合曲面处理，构建得到胫骨松质骨与皮质骨的三维模型。
1.4.2   三维胫骨中下段外旋型骨折模型的建立   实验定义胫骨远端上5.8-11.5 cm处做胫骨下段螺旋骨折(Spiral fracture)，得到胫骨下段外旋型螺旋骨折模型，见图1D。

1.4.3   内固定模型的建立   内固定模型以Creo软件绘制。①胫骨内固定的数字化制作：根据骨折解剖模型及AO骨折固定原则，选择胫骨远端10孔、长209 mm的Aplus公司胫骨远端内侧锁定骨板以及胫骨远端10孔、长212 mm的Aplus公司胫骨远端外侧锁定骨板，见图2。②锁定螺钉的制作：根据Aplus公司胫骨远端内侧锁定骨板的要求采用3.5 mm以及5.0 mm的锁定螺钉固定，根据需要制作不同长度的螺钉。③各零部件装配：在Creo软件中，选择胫骨模型及胫骨远端内侧、外侧锁定钢板，选择配合命令，组装胫骨及钢板装配体，根据常规手术方案及临床经验在骨折近端给予3枚锁定螺钉固定，骨折远端给予9枚锁定螺钉固定，分别选用合适长度的螺钉，组装胫骨内侧装配体和胫骨外侧装配体。

1.4.4   材料参数   所有材料(包括骨骼及内固定)均被简化为各向同性均质材料。模型材料属性，见表1。参考既往相关文献[7-11]，骨板与胫骨的接触关系、骨折断端之间的接触关系统一设定为摩擦，摩擦系数为0.2[11]，螺钉与骨板、皮质骨、松质骨接触关系设为绑定。使用Ansys软件，采用四面体单元网格划分，设置胫骨网格直径为3 mm，骨板为2 mm，螺钉为1.5 mm。划分网格后，得到胫骨外侧骨板模型网格数为107 178，胫骨内侧骨板模型网格数为149 397。

1.4.5   加载负荷与约束条件   参考既往相关文献给予垂直暴力[3-5]，实验设置承载的载荷量分别为600 N，翻转暴力弯曲加载时，在胫骨远端关节面内侧施以与下肢力线偏移9°的方向负载300 N，是为内翻；在胫骨远端关节面外侧施以与下肢力线偏移9°的方向负载300 N，是为外翻。扭转暴力加载时将胫骨远端关节面固定，于胫骨近端关节面分别施加大小为6 000 N·mm的逆时针、顺时针扭矩进行加载。
1.5   主要观察指标   内侧钢板、外侧钢板2个模型给予轴向力、扭转力、侧向力后分别评估并比较每组模型中内固定物的应力分布、最大等效应力和骨折面最大位移。

微创钢板接骨术已成为钢板内固定治疗骨折的首选方法[8]。采用手法闭合复位结合经皮内侧锁定接骨板固定与常规小腿下段外侧入路切开复位内固定治疗胫骨中下段骨折比较，内侧锁定微创钢板接骨术保护了软组织，保证踝关节的早期功能活动，具有软组织创伤小、血运破坏少、固定可靠等优点，符合微创生物学内固定观点[9]。而LEE等[10]比较了胫骨远端骨折切开复位内固定术中内侧板和外侧板的作用，两组在损伤机制、愈合率、畸形率、手术时间、功能评分和踝关节运动范围方面相似，胫骨远端骨折内侧和外侧钢板治疗均取得良好的预后，外侧板组并发症发生率较低。还有学者通过前瞻性临床研究认为外侧钢板稳定性优于内侧钢   板[11-12]，可见内侧或外侧钢板都能达到治疗目的，但意见尚不统一。
3.2   三维有限元分析   有限元分析已大量应用于骨外科用以评价内植物生物力学特点。相对于传统生物力学实验手段，有限元仿真能更有效预测骨骼在生理性和异常冲击状态下的应力分布及多个方向的应变[13]。有限元分析胫骨远端AO/OTA 43-C1骨折(pilon骨折)内、外侧锁定钢板的生物力学强度相似[14]。有限元分析锁定加压钢板固定胫骨中段横行、斜行、粉碎性、螺旋形4种骨折模型，在相同的轴向和斜向压缩载荷下，粉碎组钢板受到应力最大[15]。还有研究发现有限接触动态加压板固定胫骨中段骨折，以6枚螺钉固定14孔长钢板，以固定第1，2，7，8，13，14孔为最佳[16]。有研究制作胫骨下段类横行骨折三维有限元模型，发现胫骨内侧钢板固定较外侧钢板及髓内钉固定应力分散[17]，内固定及胫骨受力较均匀，稳定性更好。然而，有学者制作下段“骨缺损”模型，对髓内钉和内侧锁定钢板制作有限元模型进行比较，发现髓内钉固定优于内侧钢板固定[18]。目前文献以“模型”研究“模型”，部分有限元模型“设计”骨折线或制造“骨缺损”代替实际骨折形态，三维有限元分析应当结合临床实际解决临床疑问。
3.3   外侧解剖锁定接骨板优于内侧解剖锁定接骨板   胫骨中下段骨折均可采用内侧或外侧钢板微创接骨技术，哪种固定方式更稳定，更能开展早期活动？该研究结合实践发现胫骨中下段骨折最常见的是螺旋型骨折，多为外旋型。结合大量胫骨中下段骨折CT的3D影像分析骨折线自胫骨前内下转向后外上的力学特点，运用有限元分析软件制作更符合临床的骨折模型。在此基础上开展有限元分析更能得出准确结论。

该研究基于临床常见的暴力类型，从垂直暴力、扭转暴力、翻转暴力3个维度，分析5种外力方式对内、外侧骨板的应力和骨折面位移的影响，更接近临床特点，除在扭转-逆转时，胫骨外侧解剖钢板与胫骨内侧解剖钢板的最大应力、骨折面位移量相近外，在轴向暴力、翻转暴力以及扭转-顺转暴力时，胫骨外侧解剖钢板承受的最大应力均明显小于胫骨内侧解剖钢板，且胫骨外侧解剖钢板的骨折面位移量也明显小于胫骨内侧解剖钢板，可见针对胫骨中下段骨折最常见的外旋型螺旋骨折，胫骨外侧解剖钢板对抗轴向暴力、扭转-顺转、内外翻暴力的能力更佳。因而综合多维度的力学分析，胫骨外侧解剖钢板整体承受的应力小于胫骨内侧解剖钢板，胫骨外侧解剖钢板固定此类骨折较胫骨内侧解剖钢板固定移位更小。因此，胫骨外侧解剖钢板具备更强的钢板支撑强度，更能提供稳定的力学环境，整体力学性能更优。

总之，该研究提示临床运用微创钢板接骨术治疗胫骨中下段外旋型螺旋骨折时，经皮外侧解剖锁定钢板固定较内侧锁定板固定更具生物力学优势，临床中可据此安排早期快速康复计划。
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

文题释义：
胫骨中下段外旋型螺旋骨折：主要指骨折线位于胫骨干中下1/3段的螺旋骨折，其骨折线走行以胫骨前内下波及胫骨后外上为特点。
有限元分析：利用数学近似的方法对几何和载荷工况进行模拟。利用简单而又相互作用的元素(即单元)，用有限数量的未知量去逼近无限未知量的真实系统。由于大多数实际问题难以得到准确解，有限元计算精度高，能适应各种复杂形状，是行之有效的工程分析手段。

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

有限元分析已大量应用于骨外科用以评价内植物生物力学特点。已有胫骨骨折有限元分析提示锁定加压钢板固定胫骨中段横行、斜行、粉碎性、螺旋形4种骨折模型，相同的轴向和斜向压缩载荷下，粉碎组钢板受到应力最大。有研究制作胫骨下段类横行骨折三维有限元模型，发现胫骨内侧钢板固定较外侧钢板及髓内钉固定应力分散，稳定性更好。然而，有学者制作下段“骨缺损”模型，发现髓内钉固定优于内侧钢板固定。还有研究对比内侧或外侧板治疗AO/OTA43 C1胫骨远端骨折，两板具有相似的生物力学刚度。目前部分有限元分析文献存在“模型”研究“模型”，“设计”骨折线或制造“骨缺损”代替实际骨折形态的倾向。三维有限元分析更应结合临床骨折实际形态学特点分析回答临床疑问。

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