引用本文： 劉晨東, 胡孫君, 張世民. 三種新型內固定方式治療脛骨平臺雙髁四象限骨折的有限元研究. 中國修復重建外科雜志, 2023, 37(3): 290-295. doi: 10.7507/1002-1892.202211095 復制
脛骨平臺雙髁四象限骨折是在脛骨平臺“三柱分型”[1-2]的基礎上，由張世民教授團隊提出的一種復雜脛骨平臺骨折類型[3-4]。該類型骨折通常由高能量暴力導致，不僅骨折粉碎嚴重，膝關節周圍的軟組織也多遭到嚴重破壞。因此，如何選擇合適的內固定方式，一直是創傷骨科醫生的難題[5-7]。針對復雜脛骨平臺骨折，雙切口聯合入路植入雙鋼板是既往常用手術方式，但對于累及雙髁四象限的骨折，雙鋼板固定效果往往不夠理想，特別是對于后側柱劈裂并伴有冠狀面骨折的患者，其后側內、外二柱多呈分離移位分布，容易形成尖齒。在這種情況下，只能兼顧內、外側平臺的雙鋼板往往覆蓋范圍不夠大，難以解決后側柱移位問題。此時可以對骨折形成的尖齒進行抗滑固定，以增強骨塊穩定性，同時降低骨折復位難度。
近年來，針對復雜脛骨平臺骨折，有學者提出外側解剖鎖定鋼板固定、內側多塊重建鋼板或1塊T形鋼板固定，并獲得滿意療效[3, 8-9]。通過臨床實踐，我們發現使用倒L形解剖鎖定鋼板聯合T形鋼板以及重建鋼板的“圍欄式”內固定模式，具備骨折固定牢靠、切口并發癥較少、固定失敗率較低等特點，有一定臨床意義和應用價值[7]。對于脛骨平臺雙髁四象限骨折，外側選擇倒L形解剖鎖定鋼板作為主力支撐鋼板，可以牢固固定前外側和后外側兩個象限的骨折塊；內側、后側可選用1塊T形鋼板或多塊重建鋼板，T形鋼板可以兼顧前內側、后內側骨折塊，把持效果顯著；重建鋼板體積小且塑形容易，常作為輔助鋼板使用，可以分別固定前內側、后內側、后外側骨折平臺，具有抗滑固定效果。為進一步探究這種囊括了L形鋼板、T形鋼板和重建鋼板的新型“圍欄式”內固定模式的生物力學特點，找出一種生物力學穩定性最佳的內固定方式，我們進行了有限元分析研究。報告如下。
1 材料與方法
1.1 研究對象及軟件
選擇1名健康男性志愿者，年齡51歲，身高168 cm，無骨折、骨質疏松、骨關節炎等病史。采用Philips 64排螺旋CT（Philips公司，荷蘭）對其下肢（膝關節至踝關節）進行掃描。掃描參數：電壓120 kV，電流300 mA，層厚0.625 mm，層間距0.625 mm。共獲得圖像308層，均以Dicom格式保存。圖像處理以及數據分析采用Mimics19.0軟件（Materialise公司，比利時）、Geomagic Studio軟件（Geomagic公司，美國）、Solidworks2017軟件（Dassault Systemes 公司，美國）、Ansys workbench17.0軟件（Ansys公司，美國）。
1.2 脛骨平臺雙髁四象限骨折三維模型建立
將提取的CT掃描圖像數據導入Mimics19.0軟件，設置視圖方向，分別定義矢狀面、冠狀面和橫截面，在界面中得到包括骨組織、肌肉等軟組織和背景在內的灰度圖像。通過對圖像進行預處理，提高其分辨率和平滑度，特別是針對骨髓腔，需要去除內部不連續區域，利用軟件中的選擇工具進行骨髓腔規則化處理。根據不同密度組織在圖像上的灰度值不同，提取脛骨影像數據并以STL格式導出。將STL文件導入Geomagic Studio軟件進行三角面片細分、降噪、光順化處理，并通過精確曲面等過程對其進行曲面化，生成正常三維實體骨模型，以STP格式導入Solidworks2017軟件。在該軟件中根據典型脛骨平臺雙髁四象限骨折形態繪制骨折線，最終形成脛骨平臺雙髁四象限骨折三維模型。
1.3 內固定模型構建及分組
在Soildworks2017軟件中，根據廠家提供的參數制作鋼板和螺釘模型，本研究均采用臨床脛骨平臺骨折內固定常用鋼板以及直徑3.5 mm的皮質骨螺釘、鎖定螺釘。將生成的脛骨平臺雙髁四象限骨折三維模型分別采用3種內固定方式進行裝配。A組：前外側倒L形解剖鎖定鋼板固定，前內側、后內側2塊重建鋼板縱向固定，后外側重建鋼板斜向固定；B組：前外側倒L形解剖鎖定鋼板固定，內側脛骨近端T形鋼板固定，后內側重建鋼板縱向固定；C組：前外側倒L形解剖鎖定鋼板固定，內側脛骨近端T形鋼板固定，后外側重建鋼板斜向固定。其中，重建鋼板覆蓋骨折線的位置不植入螺釘，以保證抗滑固定，將骨折面之間以及皮質骨和鋼板之間的摩擦系數設置為0.2，螺釘與鋼板、皮質骨、松質骨之間的接觸關系均設置為完全綁定[10-11]。鋼板及螺釘材料屬性均按實際模擬為鈦合金。3種內固定方式的有限元模型見圖1，材料參數[12-13]見表1。最后，在Ansys workbench17.0軟件中進行有限元網格處理。
圖1
各組三維有限元模型
a. A組；b. B組；c. C組
Figure1. Three-dimensional finite element models of each groupa. Group A; b. Group B; c. Group C
表1
三維有限元模型材料參數
Table1.
Material parameters of the three-dimensional finite element models
1.4 載荷加載及觀測
將各組模型底面固定，脛骨矢狀面與橫截面相交線定為x軸，冠狀面與橫截面相交線定為y軸，冠狀面與矢狀面相交線定為z軸。其中，z軸為脛骨近端關節面中心至遠端關節面中心連線，于其頂面加載自重載荷。通過Ansys workbench17.0軟件進行自動網格劃分，將脛骨網格、螺釘網格進行適當加密。各組單元類型以及單元數量、節點數量見表2。
表2
各組單元數量、節點數量及單元類型
Table2.
Number of units and nodes and the unit type for the three-dimensional finite element models
本研究中對每側脛骨平臺施加1 200 N軸向載荷，以模擬體質量60 kg成年人在生理步態行走時膝關節所承受壓應力[14]。分析3種內固定模型在軸向（z軸）加載至1 200 N時，骨折塊整體發生的最大位移和脛骨、骨折縫、內植物的最大Von-Mises應力。
2 結果
本研究所采用的單元均為Solid186（10節點4面體單元），脛骨有限元模型輪廓（圖1）和外形與相關文獻[15]基本一致，可認為模型擬合可。此外，在施加1 200 N軸向載荷時，脛骨應力主要集中在脛骨下端1/3，脛骨最大等效應力、平均等效應力也與相關文獻相近或符合不同載荷下的變化趨勢[15-16]，故可認為模型有效。
有限元分析示各組脛骨應力集中分布于骨折縫及螺紋連接處，內植物應力集中分布于骨折塊部位的螺釘連接處。施加1 200 N軸向載荷時，3組模型骨折塊整體最大位移相近，其中A組最大，B組最小；B組脛骨、內植物、骨折縫承受的最大Von-Mises應力均最大，C組脛骨、內植物承受的應力最小，A組骨折縫承受的應力最小。見表3及圖2。
表3
各組模型最大位移和最大Von-Mises 應力
Table3.
The maximum displacement and the maximum Von-Mises stress of the models in each group
圖2
各組各部位Von-Mises應力和骨折塊整體位移
從左至右分別為A、B、C組 a. 脛骨各部位所承受的Von-Mises應力；b. 骨折塊整體位移；c. 內植物所承受的Von-Mises應力；d. 骨折縫所承受的Von-Mises應力
Figure2. Von-Mises stress distribution in each structure and total displacement of models under the static loading in each groupFrom left to right for groups A, B, and C, respectively a. Von-Mises stress of tibia; b. Total displacement of fractures; c. Von-Mises stress of implants; d. Von-Mises stress of fracture line
3 討論
目前，臨床上已有多鋼板內固定模式固定脛骨平臺雙髁骨折的報道。查琨等[17]報道了28例脛骨平臺雙髁四象限骨折患者，后內側采用重建鋼板或T形鋼板、后外側采用T形或L形鎖定鋼板、前外側采用解剖鎖定鋼板治療。內固定術后平均隨訪28.5個月，患者膝關節功能評分優良率達96%，無內固定失敗發生。他們認為該內固定方式具有解剖復位、固定牢靠的優勢。2013年，本課題組收治16例脛骨平臺雙髁四象限骨折患者，外側使用解剖鎖定鋼板固定，前內側、后內側分別采用1塊重建鋼板或內側共用1塊T形鋼板固定，后外側使用重建鋼板斜向固定。術后患者獲隨訪平均21個月，膝關節活動度達平均98°，膝關節功能評分（HSS）平均87.7分，肌肉骨骼功能評分（SMFA）平均21.3分，患者完全負重時間為21周，總體取得了滿意療效[9]。但該研究納入病例相對較少，隨訪時間也較短，內固定方式的優越性還需進一步印證。近年來，我們繼續延用多鋼板內固定模式，通過前外側入路聯合后內側倒L形入路植入1塊或多塊重建鋼板（本研究采用的3種內固定方式），發現在脛骨平臺雙髁四象限骨折中，體積較小、塑形容易的重建鋼板可以對難以覆蓋的后側平臺劈裂骨折進行有效支撐。這種結合重建鋼板的內固定方式具有骨折堅強固定、減少軟組織破壞以及切口并發癥發生等優勢。
目前，脛骨平臺雙髁骨折內固定方式多基于“三柱分型”理論，即采用雙切口聯合入路植入雙鋼板，對骨折平臺的內側和外側分別進行固定。但對于累及雙髁四象限的特殊類型骨折，后側柱有兩個骨折塊，二者多呈前后分布，不能被1塊鋼板完全支撐，因此需要對后內側、后外側骨塊分別進行固定[2, 8, 18-20]。而傳統雙鋼板模式固定范圍有限，基于此考慮，我們在外側解剖鎖定鋼板基礎上植入重建鋼板，以此對后側尖齒進行抗滑固定，同時也增加了固定范圍和強度。
骨折塊和內植物之間發生的相對位移是衡量內固定方式是否穩定的關鍵指標，軸向載荷下發生的相對位移越大，內固定失敗可能性就越大。本有限元研究發現，B組骨折塊整體發生位移最小，A、C組較為接近，提示從發生相對位移而言，B組內固定方式最穩定，骨折塊之間更緊湊，內固定失敗可能性最小。
Von-Mises應力是評價內植物穩定性的重要標準，其大小及分布反映了內植物失效的潛在風險，骨折塊和內植物之間Von-Mises應力越大，內植物越容易松動，最終導致內固定失效。本有限元研究顯示，從脛骨和內植物承受的最大Von-Mises應力而言，C組內植物穩定性最佳，內固定失敗潛在風險最小，A組與C組相近，而B組稍差。有文獻報道鈦合金材質的內植物承受的Von-Mises 應力達450 MPa時可發生不可逆形變，超過600 MPa時有斷裂可能[21]。而上述3組模型內植物所承受的Von-Mises 應力都在可接受范圍，因此相差較小的內植物應力數值不納入本研究首要考量因素，故綜合來看B組內固定方式最穩定。
本研究中，A組采用了前內側、后內側2塊重建鋼板縱向固定，后外側1塊重建鋼板斜向固定模式，其優勢在于：① 對于前內側、后內側和后外側呈劈裂分布的骨折塊，重建鋼板可以有效覆蓋骨折尖端，達到抗滑固定效果；② 斜向固定的后外側重建鋼板可以協助構建穩定的后外側壁，實現對后外側骨折塊的加強支撐；③ 重建鋼板相較脛骨近端T形鋼板塑形更容易，有利于減少手術時間；④ 重建鋼板所占體積小，可以有效減少對軟組織的剝離；⑤ 前內、后內、前外、后外四周環抱加強，這種牢靠的“圍欄式”內固定方式使得骨折塊之間更緊湊，增加內固定整體穩定性。B、C組均采用了前外側倒L形解剖鎖定鋼板、內側脛骨近端T形鋼板固定，唯一不同的是B組后內側采用1塊重建鋼板縱向固定，而C組則為后外側斜向固定。研究結果顯示，B組骨折塊整體發生位移小于C組，但內植物承受的最大 Von-Mises應力卻大于C組，說明在前外側倒L形解剖鎖定鋼板、內側脛骨近端T形鋼板固定基礎上，重建鋼板縱向固定于后內側平臺可使骨折整體穩定性增加，而于后外側平臺斜向固定時會降低內植物應力，因此在內植物穩定性上C組優于B組，后期鋼板螺釘不容易松動，內固定失效潛在風險也更小，對于雙髁四象限骨折尤為適用。與A組相比，B、C組均使用了T形鋼板，在1 200 N軸向載荷下，B、C組骨折塊整體位移均小于A組，說明T形鋼板總體把持效果優于重建鋼板，在脛骨平臺雙髁四象限骨折中應將其作為主力鋼板使用，重建鋼板宜作為輔助鋼板，必要時能對劈裂的后側平臺實現支撐復位和抗滑固定。
本研究通過有限元分析方法模擬了在施加1 200 N軸向載荷的條件下，脛骨平臺雙髁四象限骨折模型骨折塊發生的位移、應力分布及內植物承受應力的情況。但在實際情況下，骨折塊還受到肌肉、韌帶等軟組織的牽拉，受力情況更復雜，且每個人的骨骼存在差異，通過對材料進行賦值模擬得到的結果始終存在誤差[22-23]。此外，選擇的材料與實體組織也存在偏差，通常生物組織在不同載荷作用下的應力-應變關系具有非線性和超彈性的特點，屬于各向異性的非線性物體，但此類組織材料的基礎研究難度大，力學試驗不易獲得精確參數，所以目前生物力學有限元仿真分析大多建立在各向同性、均質連續的線彈性體假設前提上，本研究也不例外。本研究有限元分析還存在人為劃分單元、選擇節點、規定載荷及邊界條件等情況，與實體數據存在一定差別。因此，本研究結論還需要進一步在新鮮尸體標本上研究明確。最后，本研究所得出的結論是基于重建鋼板和T形鋼板之間的內固定方式對比，著重討論了在L形解剖鎖定鋼板固定基礎上，重建鋼板放置位置和使用數量不同所帶來的生物力學差異，并沒有與其他傳統內固定模式作橫向對比，還不能說明本研究所采用的新型內固定方式相比其他傳統內固定方式的生物力學特性更佳，仍需要對它們開展進一步生物力學分析。
綜上述，對于脛骨平臺雙髁四象限骨折，在前外側L形解剖鎖定鋼板內固定基礎上，內側使用1塊T形鋼板固定相較前內側、后內側使用2塊重建鋼板具有更強的支撐效應，應作為主力鋼板使用。發揮輔助作用的重建鋼板，在后內側縱向固定比后外側斜向固定在后側柱移位骨折塊抗滑固定方面更具優勢，有助于建立更為穩定的生物力學結構。
利益沖突 在課題研究和文章撰寫過程中不存在利益沖突；經費支持沒有影響文章觀點和對研究數據客觀結果的統計分析及其報道
倫理聲明 研究方案經同濟大學附屬楊浦醫院倫理委員會批準（LL-2018-ZRKX-024）
作者貢獻聲明 劉晨東：文章撰寫、數據分析；胡孫君：參與課題總設計、數據分析、文章撰寫以及觀點形成；張世民：參與課題設計、觀點形成、文章審閱
脛骨平臺雙髁四象限骨折是在脛骨平臺“三柱分型”[1-2]的基礎上，由張世民教授團隊提出的一種復雜脛骨平臺骨折類型[3-4]。該類型骨折通常由高能量暴力導致，不僅骨折粉碎嚴重，膝關節周圍的軟組織也多遭到嚴重破壞。因此，如何選擇合適的內固定方式，一直是創傷骨科醫生的難題[5-7]。針對復雜脛骨平臺骨折，雙切口聯合入路植入雙鋼板是既往常用手術方式，但對于累及雙髁四象限的骨折，雙鋼板固定效果往往不夠理想，特別是對于后側柱劈裂并伴有冠狀面骨折的患者，其后側內、外二柱多呈分離移位分布，容易形成尖齒。在這種情況下，只能兼顧內、外側平臺的雙鋼板往往覆蓋范圍不夠大，難以解決后側柱移位問題。此時可以對骨折形成的尖齒進行抗滑固定，以增強骨塊穩定性，同時降低骨折復位難度。
近年來，針對復雜脛骨平臺骨折，有學者提出外側解剖鎖定鋼板固定、內側多塊重建鋼板或1塊T形鋼板固定，并獲得滿意療效[3, 8-9]。通過臨床實踐，我們發現使用倒L形解剖鎖定鋼板聯合T形鋼板以及重建鋼板的“圍欄式”內固定模式，具備骨折固定牢靠、切口并發癥較少、固定失敗率較低等特點，有一定臨床意義和應用價值[7]。對于脛骨平臺雙髁四象限骨折，外側選擇倒L形解剖鎖定鋼板作為主力支撐鋼板，可以牢固固定前外側和后外側兩個象限的骨折塊；內側、后側可選用1塊T形鋼板或多塊重建鋼板，T形鋼板可以兼顧前內側、后內側骨折塊，把持效果顯著；重建鋼板體積小且塑形容易，常作為輔助鋼板使用，可以分別固定前內側、后內側、后外側骨折平臺，具有抗滑固定效果。為進一步探究這種囊括了L形鋼板、T形鋼板和重建鋼板的新型“圍欄式”內固定模式的生物力學特點，找出一種生物力學穩定性最佳的內固定方式，我們進行了有限元分析研究。報告如下。
1 材料與方法
1.1 研究對象及軟件
選擇1名健康男性志愿者，年齡51歲，身高168 cm，無骨折、骨質疏松、骨關節炎等病史。采用Philips 64排螺旋CT（Philips公司，荷蘭）對其下肢（膝關節至踝關節）進行掃描。掃描參數：電壓120 kV，電流300 mA，層厚0.625 mm，層間距0.625 mm。共獲得圖像308層，均以Dicom格式保存。圖像處理以及數據分析采用Mimics19.0軟件（Materialise公司，比利時）、Geomagic Studio軟件（Geomagic公司，美國）、Solidworks2017軟件（Dassault Systemes 公司，美國）、Ansys workbench17.0軟件（Ansys公司，美國）。
1.2 脛骨平臺雙髁四象限骨折三維模型建立
將提取的CT掃描圖像數據導入Mimics19.0軟件，設置視圖方向，分別定義矢狀面、冠狀面和橫截面，在界面中得到包括骨組織、肌肉等軟組織和背景在內的灰度圖像。通過對圖像進行預處理，提高其分辨率和平滑度，特別是針對骨髓腔，需要去除內部不連續區域，利用軟件中的選擇工具進行骨髓腔規則化處理。根據不同密度組織在圖像上的灰度值不同，提取脛骨影像數據并以STL格式導出。將STL文件導入Geomagic Studio軟件進行三角面片細分、降噪、光順化處理，并通過精確曲面等過程對其進行曲面化，生成正常三維實體骨模型，以STP格式導入Solidworks2017軟件。在該軟件中根據典型脛骨平臺雙髁四象限骨折形態繪制骨折線，最終形成脛骨平臺雙髁四象限骨折三維模型。
1.3 內固定模型構建及分組
在Soildworks2017軟件中，根據廠家提供的參數制作鋼板和螺釘模型，本研究均采用臨床脛骨平臺骨折內固定常用鋼板以及直徑3.5 mm的皮質骨螺釘、鎖定螺釘。將生成的脛骨平臺雙髁四象限骨折三維模型分別采用3種內固定方式進行裝配。A組：前外側倒L形解剖鎖定鋼板固定，前內側、后內側2塊重建鋼板縱向固定，后外側重建鋼板斜向固定；B組：前外側倒L形解剖鎖定鋼板固定，內側脛骨近端T形鋼板固定，后內側重建鋼板縱向固定；C組：前外側倒L形解剖鎖定鋼板固定，內側脛骨近端T形鋼板固定，后外側重建鋼板斜向固定。其中，重建鋼板覆蓋骨折線的位置不植入螺釘，以保證抗滑固定，將骨折面之間以及皮質骨和鋼板之間的摩擦系數設置為0.2，螺釘與鋼板、皮質骨、松質骨之間的接觸關系均設置為完全綁定[10-11]。鋼板及螺釘材料屬性均按實際模擬為鈦合金。3種內固定方式的有限元模型見圖1，材料參數[12-13]見表1。最后，在Ansys workbench17.0軟件中進行有限元網格處理。
圖1
各組三維有限元模型
a. A組；b. B組；c. C組
Figure1. Three-dimensional finite element models of each groupa. Group A; b. Group B; c. Group C
表1
三維有限元模型材料參數
Table1.
Material parameters of the three-dimensional finite element models
1.4 載荷加載及觀測
將各組模型底面固定，脛骨矢狀面與橫截面相交線定為x軸，冠狀面與橫截面相交線定為y軸，冠狀面與矢狀面相交線定為z軸。其中，z軸為脛骨近端關節面中心至遠端關節面中心連線，于其頂面加載自重載荷。通過Ansys workbench17.0軟件進行自動網格劃分，將脛骨網格、螺釘網格進行適當加密。各組單元類型以及單元數量、節點數量見表2。
表2
各組單元數量、節點數量及單元類型
Table2.
Number of units and nodes and the unit type for the three-dimensional finite element models
本研究中對每側脛骨平臺施加1 200 N軸向載荷，以模擬體質量60 kg成年人在生理步態行走時膝關節所承受壓應力[14]。分析3種內固定模型在軸向（z軸）加載至1 200 N時，骨折塊整體發生的最大位移和脛骨、骨折縫、內植物的最大Von-Mises應力。
2 結果
本研究所采用的單元均為Solid186（10節點4面體單元），脛骨有限元模型輪廓（圖1）和外形與相關文獻[15]基本一致，可認為模型擬合可。此外，在施加1 200 N軸向載荷時，脛骨應力主要集中在脛骨下端1/3，脛骨最大等效應力、平均等效應力也與相關文獻相近或符合不同載荷下的變化趨勢[15-16]，故可認為模型有效。
有限元分析示各組脛骨應力集中分布于骨折縫及螺紋連接處，內植物應力集中分布于骨折塊部位的螺釘連接處。施加1 200 N軸向載荷時，3組模型骨折塊整體最大位移相近，其中A組最大，B組最小；B組脛骨、內植物、骨折縫承受的最大Von-Mises應力均最大，C組脛骨、內植物承受的應力最小，A組骨折縫承受的應力最小。見表3及圖2。
表3
各組模型最大位移和最大Von-Mises 應力
Table3.
The maximum displacement and the maximum Von-Mises stress of the models in each group
圖2
各組各部位Von-Mises應力和骨折塊整體位移
從左至右分別為A、B、C組 a. 脛骨各部位所承受的Von-Mises應力；b. 骨折塊整體位移；c. 內植物所承受的Von-Mises應力；d. 骨折縫所承受的Von-Mises應力
Figure2. Von-Mises stress distribution in each structure and total displacement of models under the static loading in each groupFrom left to right for groups A, B, and C, respectively a. Von-Mises stress of tibia; b. Total displacement of fractures; c. Von-Mises stress of implants; d. Von-Mises stress of fracture line
3 討論
目前，臨床上已有多鋼板內固定模式固定脛骨平臺雙髁骨折的報道。查琨等[17]報道了28例脛骨平臺雙髁四象限骨折患者，后內側采用重建鋼板或T形鋼板、后外側采用T形或L形鎖定鋼板、前外側采用解剖鎖定鋼板治療。內固定術后平均隨訪28.5個月，患者膝關節功能評分優良率達96%，無內固定失敗發生。他們認為該內固定方式具有解剖復位、固定牢靠的優勢。2013年，本課題組收治16例脛骨平臺雙髁四象限骨折患者，外側使用解剖鎖定鋼板固定，前內側、后內側分別采用1塊重建鋼板或內側共用1塊T形鋼板固定，后外側使用重建鋼板斜向固定。術后患者獲隨訪平均21個月，膝關節活動度達平均98°，膝關節功能評分（HSS）平均87.7分，肌肉骨骼功能評分（SMFA）平均21.3分，患者完全負重時間為21周，總體取得了滿意療效[9]。但該研究納入病例相對較少，隨訪時間也較短，內固定方式的優越性還需進一步印證。近年來，我們繼續延用多鋼板內固定模式，通過前外側入路聯合后內側倒L形入路植入1塊或多塊重建鋼板（本研究采用的3種內固定方式），發現在脛骨平臺雙髁四象限骨折中，體積較小、塑形容易的重建鋼板可以對難以覆蓋的后側平臺劈裂骨折進行有效支撐。這種結合重建鋼板的內固定方式具有骨折堅強固定、減少軟組織破壞以及切口并發癥發生等優勢。
目前，脛骨平臺雙髁骨折內固定方式多基于“三柱分型”理論，即采用雙切口聯合入路植入雙鋼板，對骨折平臺的內側和外側分別進行固定。但對于累及雙髁四象限的特殊類型骨折，后側柱有兩個骨折塊，二者多呈前后分布，不能被1塊鋼板完全支撐，因此需要對后內側、后外側骨塊分別進行固定[2, 8, 18-20]。而傳統雙鋼板模式固定范圍有限，基于此考慮，我們在外側解剖鎖定鋼板基礎上植入重建鋼板，以此對后側尖齒進行抗滑固定，同時也增加了固定范圍和強度。
骨折塊和內植物之間發生的相對位移是衡量內固定方式是否穩定的關鍵指標，軸向載荷下發生的相對位移越大，內固定失敗可能性就越大。本有限元研究發現，B組骨折塊整體發生位移最小，A、C組較為接近，提示從發生相對位移而言，B組內固定方式最穩定，骨折塊之間更緊湊，內固定失敗可能性最小。
Von-Mises應力是評價內植物穩定性的重要標準，其大小及分布反映了內植物失效的潛在風險，骨折塊和內植物之間Von-Mises應力越大，內植物越容易松動，最終導致內固定失效。本有限元研究顯示，從脛骨和內植物承受的最大Von-Mises應力而言，C組內植物穩定性最佳，內固定失敗潛在風險最小，A組與C組相近，而B組稍差。有文獻報道鈦合金材質的內植物承受的Von-Mises 應力達450 MPa時可發生不可逆形變，超過600 MPa時有斷裂可能[21]。而上述3組模型內植物所承受的Von-Mises 應力都在可接受范圍，因此相差較小的內植物應力數值不納入本研究首要考量因素，故綜合來看B組內固定方式最穩定。
本研究中，A組采用了前內側、后內側2塊重建鋼板縱向固定，后外側1塊重建鋼板斜向固定模式，其優勢在于：① 對于前內側、后內側和后外側呈劈裂分布的骨折塊，重建鋼板可以有效覆蓋骨折尖端，達到抗滑固定效果；② 斜向固定的后外側重建鋼板可以協助構建穩定的后外側壁，實現對后外側骨折塊的加強支撐；③ 重建鋼板相較脛骨近端T形鋼板塑形更容易，有利于減少手術時間；④ 重建鋼板所占體積小，可以有效減少對軟組織的剝離；⑤ 前內、后內、前外、后外四周環抱加強，這種牢靠的“圍欄式”內固定方式使得骨折塊之間更緊湊，增加內固定整體穩定性。B、C組均采用了前外側倒L形解剖鎖定鋼板、內側脛骨近端T形鋼板固定，唯一不同的是B組后內側采用1塊重建鋼板縱向固定，而C組則為后外側斜向固定。研究結果顯示，B組骨折塊整體發生位移小于C組，但內植物承受的最大 Von-Mises應力卻大于C組，說明在前外側倒L形解剖鎖定鋼板、內側脛骨近端T形鋼板固定基礎上，重建鋼板縱向固定于后內側平臺可使骨折整體穩定性增加，而于后外側平臺斜向固定時會降低內植物應力，因此在內植物穩定性上C組優于B組，后期鋼板螺釘不容易松動，內固定失效潛在風險也更小，對于雙髁四象限骨折尤為適用。與A組相比，B、C組均使用了T形鋼板，在1 200 N軸向載荷下，B、C組骨折塊整體位移均小于A組，說明T形鋼板總體把持效果優于重建鋼板，在脛骨平臺雙髁四象限骨折中應將其作為主力鋼板使用，重建鋼板宜作為輔助鋼板，必要時能對劈裂的后側平臺實現支撐復位和抗滑固定。
本研究通過有限元分析方法模擬了在施加1 200 N軸向載荷的條件下，脛骨平臺雙髁四象限骨折模型骨折塊發生的位移、應力分布及內植物承受應力的情況。但在實際情況下，骨折塊還受到肌肉、韌帶等軟組織的牽拉，受力情況更復雜，且每個人的骨骼存在差異，通過對材料進行賦值模擬得到的結果始終存在誤差[22-23]。此外，選擇的材料與實體組織也存在偏差，通常生物組織在不同載荷作用下的應力-應變關系具有非線性和超彈性的特點，屬于各向異性的非線性物體，但此類組織材料的基礎研究難度大，力學試驗不易獲得精確參數，所以目前生物力學有限元仿真分析大多建立在各向同性、均質連續的線彈性體假設前提上，本研究也不例外。本研究有限元分析還存在人為劃分單元、選擇節點、規定載荷及邊界條件等情況，與實體數據存在一定差別。因此，本研究結論還需要進一步在新鮮尸體標本上研究明確。最后，本研究所得出的結論是基于重建鋼板和T形鋼板之間的內固定方式對比，著重討論了在L形解剖鎖定鋼板固定基礎上，重建鋼板放置位置和使用數量不同所帶來的生物力學差異，并沒有與其他傳統內固定模式作橫向對比，還不能說明本研究所采用的新型內固定方式相比其他傳統內固定方式的生物力學特性更佳，仍需要對它們開展進一步生物力學分析。
綜上述，對于脛骨平臺雙髁四象限骨折，在前外側L形解剖鎖定鋼板內固定基礎上，內側使用1塊T形鋼板固定相較前內側、后內側使用2塊重建鋼板具有更強的支撐效應，應作為主力鋼板使用。發揮輔助作用的重建鋼板，在后內側縱向固定比后外側斜向固定在后側柱移位骨折塊抗滑固定方面更具優勢，有助于建立更為穩定的生物力學結構。
利益沖突 在課題研究和文章撰寫過程中不存在利益沖突；經費支持沒有影響文章觀點和對研究數據客觀結果的統計分析及其報道
倫理聲明 研究方案經同濟大學附屬楊浦醫院倫理委員會批準（LL-2018-ZRKX-024）
作者貢獻聲明 劉晨東：文章撰寫、數據分析；胡孫君：參與課題總設計、數據分析、文章撰寫以及觀點形成；張世民：參與課題設計、觀點形成、文章審閱
