BMC Musculoskelet Disord | 改良股骨颈系统治疗骨质疏松性股骨颈骨折的力学分析

一般来说，基底颈骨折或Pauwels III型骨折被认为是机械不稳定的，需要使用内固定装置。尽管已有大量的生物力学证据，但对于股骨颈骨折的植入物选择仍存在争议。FNS已被许多骨科医生广泛应用于股骨颈骨折的治疗。与CSS组相比，FNS组平均手术时间相对较短。同时，FNS组种植体失败、复位丢失、缺血性坏死、骨不连等并发症发生率较低。大量的有限元分析实验证实了FNS的生物力学优势。在Pauwels III型股骨颈骨折的治疗中，FNS可实现角度稳定和压迫滑动的结合。尽管FNS具有明显的生物力学优势，但基于现有文献，FNS是否在各方面都优于CSS目前尚无定论。值得注意的是，以前的生物力学研究收集了年轻志愿者的数据。

由于老年人和年轻人的骨形态和骨密度存在差异，FNS的优势是否仍然适用于老年骨质疏松患者还需要进一步的研究。Yeoh证明，在老年骨质疏松患者中，FNS与CSS相比并没有表现出优越的优势。作者从失血量、住院时间等方面描述了FNS治疗老年低骨量股骨颈骨折的不足。然而，根据我们的理解，目前还没有精确的生物力学实验来证实这一说法。因此，我们旨在使用有限元数值技术构建骨质疏松症模型，以进行后续的生物力学验证。我们假设在低骨量股骨颈骨折模型中，FNS可能不会表现出绝对的生物力学优势。在我们的研究中，提出了不同有限元模型的各种指标，如位移、剪切应力和等效应力。我们的目的是研究FNS在低骨量股骨颈骨折中的生物力学特性，并提出优化策略。

本研究旨在探讨FNS在骨质疏松性股骨颈骨折中的生物力学特性，并提出包括附加防旋转螺钉在内的优化策略。

方法采用有限元数值模拟技术重建Pauwels III型股骨颈骨折模型。基于特征和参数化建立了CSS、FNS和改进的FNS （M-FNS）模型。各种内固定分别与指定的正常和骨质疏松模型组装。在静力分析模式下，对所有模型施加均匀应力载荷。记录股骨和内固定模型的变形和应力变化。同时，图中还加入了剪切应力和应变能的描述。

各模型概念图：Pauwels III型断裂模型(A)；CSS模型(B)；FNS模型(C)；CSS固定模型(D)；FNS固定模型(E)；M-FNS固定模式(F)

网格示意图：股骨近端不均匀网格(A)；内固定网片细节(B)

股骨近端简化肌肉负荷模型示意图：冠状面角（α）配置为13°(A)；矢状面角（β）设为3°(B)。

带形图显示了每个模型的总位移。上面的三个图表描述了NM（正常模型）内的位移。随后的三张图显示了OM（骨质疏松模型）内的位移。每张图表都附有专门的图例

带线图显示了各内固定模型的等效应力。以上三张图描述了NM（正常模型）内的等效应力。随后的三个图表显示了OM（骨质疏松模型）内的等效应力。每张图表都附有专门的图例

该图给出了每个模型的峰值细节。记录等效应力、总位移、剪应力和应变能。每个图表都有单独的标题，它们共享一个统一的图例

各模型在扭转条件下的总变形量：NM（法向模型）；OM（骨质疏松模型）

结果：骨量减少后，CSS、FNS和M-FNS的变形分别增加47%、52%和40%。CSS、FNS和M-FNS的等效应力增量分别为3%、43%和17%。同时，观察了应变能和剪应力的变化。CSS、FNS和M-FNS的应变能增量分别为4%、76%和5%。CSS、FNS和M-FNS的剪切应力增量分别为4%、65%和44%。在骨质疏松模型中，M-FNS表现出最低的总位移、剪切应力和应变能。

结论：改良FNS在骨质疏松模型（OM）中具有较好的稳定性。单独使用FNS可能不会在OM中显示出直接的抗剪切优势。同时，增加一个防旋转螺钉可以作为一种潜在的优化选择，保证了与FNS结构特性的协调对齐。

原始出处： 

Chong, Nan;  Yuxiu, Liu;  Di, Zhang;Mechanical analysis of modified femoral neck system in the treatment of osteoporotic femoral neck fractures.BMC Musculoskelet Disord 2024 Oct 4;25(1):789