Front Bioeng Biotechnol：中国学者发文股骨颈骨折正复位的生物力学有限元分析

股骨颈骨折（FNF）是一种常见的关节创伤，约占全身骨折的3.58%，约占股骨近端骨折的50% 。高能创伤是年轻患者发生FNF最常见的原因。然而，良好的复位、牢固的内固定和尽可能多地保护髋关节是治疗的主要目标。先前的研究表明解剖复位对FNF预后的重要性。然而，为了实现完美的解剖复位而反复重新定位可能会破坏股骨头的剩余血液供应，导致股骨头坏死。2013年，Gotfried引入FNF正复位的概念，认为其临床效果与解剖复位相似。在他的研究中，他阐述了以下概念：正复位是指股骨颈远端碎片位于股骨颈近端骨折碎片的下内侧缘的AP位。负复位是指股骨颈远端碎片位于股骨颈近端骨折碎片上外侧缘的AP位。因此，当解剖复位具有挑战性时，正复位是可以接受的。相反，应尽可能避免负复位，因为它往往预示着更高的术后并发症发生率。因此，在股骨颈正复位理论被提出后，许多学者对该理论的机制进行了研究，并对临床结果进行了观察。一项回顾性研究报道，内固定联合Gotfried阳性复位对年轻患者可能是一种有效的治疗方法，具有一些优点，如改善机械支持，缩短手术时间，减少辐射暴露，基于Harris髋关节评分的优至好预后率更高。

此外，有学者认为FNF正复位与解剖复位的再手术发生率相当，正复位可能导致与解剖复位相似的临床结果，但应避免负复位。然而，从这些研究和我们的临床病例中，我们可以注意到，即使在一些进行了正复位的病例中，也存在髋关节内翻和再手术等并发症（图1）。为了进一步探索正复位的力学特性，一些研究表明，在Pauwels I型FNF中，正复位的程度应限制在3mm以下。此外，Fan等人认为，当Pauwels角为30°时，正还原比负还原更稳定，但当Pauwels角达到50°时，这种优势减弱。虽然这些研究已经讨论了FNF正还原的特征，但基于Gotfried正还原概念，对不同还原构型下FNF生物力学行为的机制分析仍然缺乏，特别是针对Pauwels II和III组。本研究旨在探讨各种Pauwels分类中正复位的生物力学行为，为临床实践中正复位的量化提供参考，并有助于避免正复位在FNF治疗中的过度使用。

方法：建立FNF三维模型，并按Pauwels分类（Pauwels I、II、III）进行分类，每个三维模型包含7个不同复位质量的模型，包括1个解剖复位模型、2个负复位模型和4个正复位模型，均采用髋部动态螺钉（DHS）和空心螺钉（CS）进行稳定。我们研究了当2100 N载荷作用于股骨头时，内固定和股骨近端最大von-Mises应力、股骨碎片位移和股骨近端碎片骨折部位的最大von-Mises应变。

(A)左侧股骨颈骨折的Pauwels III分型。(B)正位复位DHS + CS内固定，左股骨颈轴角恢复到137°，与健康侧相同。(C) 1年随访时，左股骨颈轴角降至121°，髋内翻畸形明显。(D)左侧股骨颈骨折的Pauwels III分型。(E)患者行正复位DHS + CS内固定治疗。(F)骨折愈合后，左股骨颈轴角降至115°，髋内翻畸形明显，取下内固定。

在paulwels分类理论的基础上，建立了不同的FNF减少模型。（A) Pauwels I组（30°）：A1）负复位2mm模型，A2)负复位1mm模型，A3)解剖复位模型，A4)正复位1mm模型，A5)正复位2mm模型，A6)正复位3mm模型；A7)正还原4mm模型；（B) Pauwels II组（50°）：B1）负复位2mm模型，B2)负复位1mm模型，B3)解剖复位模型，B4)正复位1mm模型，B5)正复位2mm模型，B6)正复位3mm模型；B7)正复位4mm模型；（C) Pauwels III组（70°）：C1）负复位2mm模型，C2)负复位1mm模型，C3)解剖复位模型，C4)正复位1mm模型，C5)正复位2mm模型，C6)正复位3mm模型；C7)正复位4mm模型

研究材料的杨氏模量和泊松比

边界和加载条件。(A)蓝色区域表示股骨远端被约束在各个方向上固定的区域；(B)股骨头顶部的红色区域表示受到外力的区域；（C， D）分别表示冠状面(C)和矢状面(D)的施力方向，其中施力方向与下肢机械轴方向一致，与默认坐标系中z轴的负方向一致。

建立近端碎片区域坐标系。(A)股骨力学轴坐标系；(B)以远端骨折面中心为坐标原点；以平行于骨折面，指向远端骨折部位内侧下缘中心的线为y轴；建立垂直于y轴，指向股骨头中心的直线为z轴；x轴定义为垂直于Y轴和z轴并指向股后侧的线。

网格独立性测试结果

不同Pauwels组不同还原模型下DHS和CS的最大von-Mises应力云图。(A) Pauwels I组最大von-Mises应力云图：a1 ~ a2)负复位2 mm和1 mm模型，A3)解剖复位模型，a4 ~ a7)正复位1 mm、2 mm、3 mm和4 mm模型；(B) Pauwels II组最大von-Mises应力云图：B1-B2)负复位2 mm和1 mm模型，B3)解剖复位模型，B4-B7)正复位1 mm、2 mm、3 mm和4 mm模型；(C) Pauwels III组最大von-Mises应力云图：C1)负复位2 mm和1 mm模型，C3)解剖复位模型，C4-C7)正复位1 mm、2 mm、3 mm和4 mm模型

不同paulwel组不同还原模型下DHS和CS的最大von-Mises应力。(A)不同Pauwels组内固定物的最大von-Mises应力不同，(B) DHS和CS的最大von-Mises应力，(C) DHS和CS的最大von-Mises应力，(D) DHS和CS的最大von-Mises应力。

不同Pauwels组不同复位模型股骨近端最大von-Mises应力云图。(A) Pauwels I组：a1 ~ a2)阴性复位2mm、1mm模型，A3)解剖复位模型，a4 ~ a7)阳性复位1mm、2mm、3mm、4mm模型；(B) Pauwels II组：B1-B2)负复位2mm、1mm模型，B3)解剖复位模型，B4-B7)正复位1mm、2mm、3mm、4mm模型；(C) Pauwels III组：C1-C2)负复位2mm、1mm模型，C3)解剖复位模型，C4-C7)正复位1mm、2mm、3mm、4mm模型。

结果：在解剖复位模型中，各Pauwels组内固定架的最大von-Mises应力最小。在Pauwels I组中，超过3mm的正复位导致内固定物上的最大von-Mises应力超过负复位模型。对于Pauwels II组，超过2mm的正复位导致内固定物上的最大von-Mises应力超过负复位模型。在Pauwels III组中，超过1mm的正复位导致内固定架上的最大von-Mises应力高于负复位模型。股骨近端骨折部位的最大von-Mises应变随正复位而增加。在正复位模型中，随着Pauwels角度的增加，内翻位移增加，可能加剧Pauwels III组的旋转畸形。

结论：过度正复位可增加内固定后FNF衰竭的风险。从生物力学稳定性的角度来看，Pauwels I组的阳性复位应限制在3mm或以下，Pauwels II组的阳性复位应限制在不超过2mm， Pauwels III组的阳性复位不应超过1mm。所有paulwel组均应避免负复位。

原始出处：

Xiang, Zhou;  Xishan, Li;  Kai Oliver, Böker; Biomechanical investigation of positive reduction in the femoral neck fracture: a finite element analysis. Front Bioeng Biotechnol 2024;12(0):1374299