Geriatr Orthop Surg Rehabil：北京大学第三医院对股骨颈骨折三种空心螺钉配置的生物力学有限元分析
2小时前 医路坦克 MedSci原创 发表于上海
为了提高空心螺钉（CSs）治疗股骨颈骨折（FNF）的性能，人们提出了许多新的螺钉配置。本研究旨在通过有限元分析研究三种空心螺钉构型在不同载荷下的生物力学性能。
目前，全世界每年有160多万例髋部骨折，到2050年，这一数字预计将达到650万。股骨颈骨折（FNF）占髋部骨折的44%髋部骨折患者的平均年龄在80岁以上，髋部骨折的危险因素包括骨密度降低、活动水平降低和慢性疾病的药物治疗FNF患者的庞大数量、相关的高并发症发生率和高死亡率给卫生保健系统带来了沉重的经济负担。
在许多治疗FNF的方法中，三倒三角形平行空心螺钉（TCS）仍然是许多外科医生广泛接受和首选的方法，因为其经济、低侵入性和对股骨头血液供应的影响小。然而，TCS治疗FNF仍存在许多问题。例如，TCS固定后的滑动压缩确保骨折端持续紧密接触，促进愈合过程。然而，这一过程也会导致股骨颈过度缩短，从而影响患者术后的髋关节功能。此外，以往的研究表明，TCS在稳定性方面不如动力髋螺钉和FNS等其他方法，特别是在治疗不稳定的FNF方面。针对这些不足，学者们开发了许多空心螺钉（CSs）的新用途，在保留其优点的同时提高其性能，如四非平行空心螺钉（FCS），双翼双支撑螺钉固定（BDSF, F-technique）等。目前有很多研究分析了不同的螺钉固定方法治疗FNF。目前的研究大多集中在不稳定裂缝上，如Pauwels III型裂缝。然而，稳定性股骨颈骨折的内固定手术后股骨颈也会缩短。在用TCS治疗稳定型FNF时，可能还需要改变结构以减少滑动效应并抑制股骨颈的过度缩短。此外，目前大多数生物力学研究只分析了不同螺钉构型在静态条件下的性能，而没有考虑日常活动的动态过程。我们几乎不了解不同FNF类型的不同螺钉配置在术后活动环境中的生物力学性能。有限元分析可以赋值材料的各种生物力学性能，准确建立骨骼、韧带等组织的三维有限元模型，计算不同载荷下的应力、应变分布和变形。
因此，本研究的目的是通过有限元分析比较三种不同螺钉配置在动态条件下治疗FNF的生物力学性能。
方法：采用9个股骨近端数值模型，分析不同骨折类型和不同固定策略（3枚倒三角形平行空心螺钉（TCS）、4枚非平行空心螺钉（FCS）和双翼双支撑螺钉固定（BDSF））的力学响应。比较不同模型股骨近端最大主应变（MPS）和螺钉的von Mises应力。
建立了三种不同保维尔角的FNF模型。(A)保韦尔斯I型FNF模型，保韦尔斯角25°。(B) Pauwels II型FNF模型，Pauwels角为45°。(C) Pauwels III型FNF模型，Pauwels角为65°。
采用不同的螺钉配置植入FNF模型。(A) TCS模型。(B) FCS模型。(C) BDSF模型。
股骨近端网格模型和载荷作用于模型
不同条件下的髋部接触力。(A)行走周期中发生的力。(B)在爬楼梯循环中产生的力。(C)膝关节弯曲周期中发生的力。(D)椅子上下循环中产生的力。
在四种不同载荷条件下，三种不同螺钉配置对股骨的最大主应变
四种不同加载条件下固定物的最大von Mises应力
螺钉上的最大von Mises应力分布图。A-D为Pauwels I FNF的结果，E-H为Pauwels II FNF的结果，I- l为Pauwels III FNF的结果。1-3分别代表TCS、FCS和BDSF。A、E、I为行走循环下的结果，B、F、J为爬楼梯循环下的结果，C、G、K为膝盖弯曲循环下的结果，D、H、L为椅子上下循环下的结果
结果：在Pauwels I型和II型骨折中，股骨近端FCS的MPS峰值最低，BDSF的MPS峰值最高。在Pauwels III型裂缝中，在部分加载条件下，BDSF在MPS中的性能得到改善，优于FCS。FCS在所有断裂类型的所有载荷条件下均表现出最低的von Mises应力，表明螺钉断裂的风险最小。
结论：FCS是治疗FNF的理想螺钉配置。BDSF在治疗Pauwels III型FNF方面显示出潜力。
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