摘? ? 要：

[目的]比較三種內(nèi)固定外側(cè)壁破裂型股骨粗隆間骨折的力學(xué)特性。[方法]自1名志愿者采集股骨CT圖像，在Mimics14.0、Geomagic Studio、CERO3.0、Hypermesh13.0軟件處理，分別構(gòu)建外側(cè)壁破裂型股骨粗隆間骨折的PFNA、PFNA張力帶和鎖定鋼板內(nèi)固定模型。在Abaqus6.12中加載，分析內(nèi)固定及骨折端應(yīng)力和位移變化。[結(jié)果]三種內(nèi)固定模式的Von Mises應(yīng)力由大至小依次為頸干交界>股骨頭區(qū)>骨折區(qū)，差異有統(tǒng)計學(xué)意義（P<0.05）。股骨頭區(qū)Von Mises應(yīng)力由大至小依次為PFNA>PFNA張力帶>鎖定鋼板，差異有統(tǒng)計學(xué)意義（P<0.05）；骨折區(qū)Von Mises應(yīng)力三組間差異均無統(tǒng)計學(xué)意義（P>0.05）；頸干交界區(qū)Von Mises應(yīng)力由大至小依次為PFNA>鎖定鋼板>PFNA張力帶，差異有統(tǒng)計學(xué)意義（P<0.05）。三種固定物骨折端位移由小至大依次為PNFA張力帶<鎖定鋼板<PFNA (P<0.05)。[結(jié)論]?PFNA聯(lián)合張力帶固定治療外側(cè)壁破裂型股骨粗隆間骨折，能夠減小應(yīng)力和位移，有利于骨折端穩(wěn)定。

關(guān)鍵詞：股骨粗隆間骨折;外側(cè)壁破裂;股骨近端防旋髓內(nèi)釘;張力帶;鎖定鋼板;

股骨粗隆間骨折是老年人常見的髖部骨折類型，但外側(cè)壁骨質(zhì)薄弱或骨折的患者，常出現(xiàn)內(nèi)固定失效、股骨頭部切出等并發(fā)癥[1]。隨著對髖部生物力學(xué)研究的深入，有學(xué)者們提出股骨粗隆外側(cè)壁的概念，該結(jié)構(gòu)的范圍近端至股外側(cè)肌嵴與大粗隆相接，遠端至小粗隆中點平面的股骨近端外側(cè)皮質(zhì)[2,3]。股骨粗隆外側(cè)壁為多種內(nèi)固定系統(tǒng)股骨頸主釘?shù)倪M針點，發(fā)揮外側(cè)阻擋及支點作用[4]。依據(jù)外側(cè)壁的完整程度，將股骨粗隆間骨折分為3個亞型[5]，即外側(cè)壁穩(wěn)定型、外側(cè)壁危險型、外側(cè)壁破裂型，其中外側(cè)壁破裂型在內(nèi)固定選擇方面仍存在不同觀點[6,7]。本研究采用有限元的方法觀察股骨近端髓內(nèi)釘（proximal femo?ral nail anti-rotation,PFNA）與股骨近端鎖定鋼板對外側(cè)壁危險型股骨粗隆間骨折穩(wěn)定性影響。

1 資料與方法

1.1 研究對象

選擇1例75歲健康志愿者為研究對象，納入標準為髖部無骨折病史，X線檢查髓關(guān)節(jié)發(fā)育正常，無畸形及腫瘤。PFNA及股骨近端外側(cè)鎖定板均參照山東威高骨科材料有限公司的相關(guān)參數(shù)進行設(shè)計。

1.2 外側(cè)壁破裂型股骨粗隆間骨折有限元模型的建立

螺旋CT掃描志愿者骨盆至股骨中段，獲得的薄層圖像導(dǎo)入醫(yī)學(xué)圖像處理軟件Mimics 14.0識別股骨區(qū)域，建立股骨的三維模型，以TXT點云格式保存，導(dǎo)入逆向工程軟件Geomagic Studio，將點云轉(zhuǎn)換為三角片模型進行補片、光順等處理，形成股骨NU?BERS曲面模型。在CERO 3.0中，根據(jù)每種內(nèi)固定的相關(guān)參數(shù)，設(shè)計出PFNA、PFNA張力帶和鎖定鋼板的模型。

上述模型以IGES格式導(dǎo)入有限元前處理軟件Hypermesh中進行裝配及網(wǎng)格劃分。對股骨近端骨骼模型參照外側(cè)壁破裂型股骨粗隆間骨折的骨折線走行方向進行切割，外側(cè)壁骨折線通過降低遠端單元的材料屬性進行模擬。將PFNA和鎖定鋼板系統(tǒng)導(dǎo)入Hy?permesh進行裝配，建立PFNA模型、PFNA+張力帶模型及鎖定鋼板模型固定股骨外側(cè)壁破裂股骨粗隆間骨折模型，見圖1。各個結(jié)構(gòu)的設(shè)計為各向同性線彈性材料，材料力學(xué)參數(shù)及單元類型見表1[8,9,10]。

1.3 股骨近端模型的邊界條件及工況

在有限元計算軟件Abaqus 6.12中進行力學(xué)分析及后處理。邊界條件設(shè)定為股骨遠端平面，約束各節(jié)點的平移和旋轉(zhuǎn)自由度。人體重力添加在股骨頭負重區(qū)，外展肌肌力添加在大粗隆頂端，調(diào)整載荷的大小及方向，以模擬雙足站立和單足站立兩種狀態(tài)。

1.4 評價指標

觀察在不同載荷下，股骨頭內(nèi)部、螺旋刀片及空心鎖釘、內(nèi)固定外側(cè)壁部位的Von Mises應(yīng)力，骨折端上下區(qū)域的位移及應(yīng)力，為便于研究本實驗中將骨折斷端分為上下兩個區(qū)域，其中上區(qū)為股骨頸上方與大粗隆內(nèi)側(cè)交界，下區(qū)為股骨距部位的骨折端。

1.5 統(tǒng)計學(xué)方法

采用SPSS 24.0軟件進行統(tǒng)計學(xué)處理。計量數(shù)據(jù)以表示，資料符合正態(tài)分布，多組間比較采用單因素方差分析，采用LSD法進行組間比較。P<0.05為差異有統(tǒng)計學(xué)意義。

2 結(jié)果

2.1 模型的有效性驗證

本研究建立的股骨近端三維有限元模型解剖參數(shù)符合大部分人體實際情況。在PFNA模型中，出現(xiàn)的應(yīng)力分布規(guī)律與Zheng等[12]研究結(jié)論一致，即PF?NA固定時股骨側(cè)最大應(yīng)力均位于內(nèi)固定遠端股骨內(nèi)側(cè)，而內(nèi)固定最大應(yīng)力點位于螺旋刀片與主釘交叉處內(nèi)側(cè)，從而驗證了本實驗建立的有限元模型的有效性。

2.2 三種內(nèi)固定模型不同區(qū)域應(yīng)力分布

無論是單腿站立載荷還是雙足站立載荷，PFNA+張力帶模型和PFNA模型的內(nèi)固定應(yīng)力集中在螺旋刀片與主釘結(jié)合部，鎖定鋼板模型則集中在股骨頸下方2枚螺釘及鋼板結(jié)合部，見圖2。

不同區(qū)域Von Mises應(yīng)力檢測結(jié)果見表2，雙足站立與單足站立狀態(tài)下，三種內(nèi)固定模式的Von Mises應(yīng)力由大至小依次為頸干交界>股骨頭區(qū)>骨折區(qū)，差異有統(tǒng)計學(xué)意義（P<0.05）。股骨頭區(qū)Von Mises應(yīng)力由大至小依次為PF?NA>PFNA張力帶>鎖定鋼板，差異有統(tǒng)計學(xué)意義（P<0.05）骨折區(qū)Von Mises應(yīng)力三組間差異均無統(tǒng)計學(xué)意義（P>0.05）；而頸干交界區(qū)Von Mises應(yīng)力由大至小依次為PFNA>鎖定鋼板>PFNA張力帶，差異有統(tǒng)計學(xué)意義（P<0.05）。

2.3 三種內(nèi)固定骨折端的應(yīng)力及位移變化

三種內(nèi)固定骨折端的應(yīng)力及位移測量結(jié)果見表3，無論單足負重還是雙足負重，三種固定骨折下區(qū)的應(yīng)力均顯著大于骨折下區(qū)（P<0.05）；相反，三種固定骨折下區(qū)的位移均小于骨折上區(qū)（P<0.05）。無論單足負重還是雙足負重，三種固定物骨折端位移由小至大依次為PNFA張力帶<鎖定鋼板<PFNA(P<0.05）

3 討論

股骨粗隆外側(cè)壁理論的提出，將人們對股骨粗隆間骨折的認識由內(nèi)側(cè)的股骨距轉(zhuǎn)移到外側(cè)，其中外側(cè)壁穩(wěn)定型及危險型骨折，采用PFNA或DHS均能夠維持較好的穩(wěn)定性[13]，而外側(cè)壁破裂型骨折，因后內(nèi)側(cè)與外側(cè)的支撐結(jié)構(gòu)均遭到破壞，采取髓內(nèi)固定還是髓外固定仍存在不同的觀點[14]。Zheng等[15]通過有限元分析方法評估了股骨外側(cè)壁厚度對內(nèi)固定失敗的影響，結(jié)果顯示當(dāng)外側(cè)壁厚度<21.4 mm時，置入物的應(yīng)力和位移顯著增加，需應(yīng)采取預(yù)防措施。Fan[16]亦認為外側(cè)壁較薄的粗隆間骨折不應(yīng)單獨使用DHS，建議采用髓內(nèi)釘或加裝轉(zhuǎn)子穩(wěn)定鋼板。但目前尚未發(fā)現(xiàn)對外側(cè)壁破裂型粗隆間骨折的相關(guān)力學(xué)研究。

單足站立載荷和雙足站立載荷下的應(yīng)力分布顯示，PFNA模型及PFNA+張力帶模型的應(yīng)力集中股骨頭與螺旋刀片結(jié)合部，PFNA+張力帶模型的平均應(yīng)力顯著小于PFNA模型。鎖定鋼板模型應(yīng)力集中在4枚股骨頸螺釘周圍，平均應(yīng)力小于PFNA模型及PF?NA+張力帶模型。內(nèi)固定外側(cè)壁區(qū)的應(yīng)力比較顯示，PFNA模型>鎖定鋼板模型>PFNA+張力帶模型。對股骨頭及內(nèi)固定的應(yīng)力分析有助于正確判斷內(nèi)固定螺釘切出股骨頭及內(nèi)固定疲勞斷裂的影響，該研究結(jié)果與Shao等[17]研究結(jié)果一致，Shao研究亦顯示無論正向復(fù)位還是負向復(fù)位，應(yīng)力均集中在螺旋葉片與主釘交界處以及大轉(zhuǎn)子釘插入點的外側(cè)部位。但本研究結(jié)果提示合并外側(cè)壁破裂的股骨粗隆間骨折，不僅破壞了股骨頸內(nèi)部主張力帶的連續(xù)性，而且減弱了外部臀中肌外展力矩。在PFNA模型中，因缺少張力帶的協(xié)同作用，單純依靠螺旋刀片發(fā)揮杠桿支撐作用，這大大增加壓力螺旋刀片的壓力，而PFNA+張力帶模型和鎖定板模型中均能夠通過固定外側(cè)壁骨塊，恢復(fù)外展力矩連續(xù)性，從而減輕負重時股骨頭內(nèi)部的應(yīng)力。鎖定板模型的4枚螺釘中，下方2枚發(fā)揮壓力骨小梁的作用，其應(yīng)力大于上方2枚，因此，當(dāng)內(nèi)側(cè)壁存在缺失或嚴重骨質(zhì)疏松骨質(zhì)強度較弱時，下方2枚螺釘將會承受更大的應(yīng)力，更容易出現(xiàn)疲勞斷裂。徐鍇等[18]亦認為鎖定鋼板其螺釘處會出現(xiàn)應(yīng)力集中，對股骨近端內(nèi)側(cè)皮質(zhì)支撐作用較弱，可能是導(dǎo)致術(shù)后內(nèi)固定物失效主要原因。

觀察三組模型中骨折端的應(yīng)力及移位情況，結(jié)果顯示在斷端下區(qū)應(yīng)力，PFNA模型顯著大于PFNA+張力帶模型和鎖定鋼板模型。而在斷端上區(qū)應(yīng)力，PF?NA模型顯著小于PFNA+張力帶模型和鎖定鋼板模型，同時位移量顯著大于PFNA+張力帶模型和鎖定鋼板模型。筆者認為術(shù)中恢復(fù)外側(cè)壁連續(xù)性，實際上為在股骨頭、大粗隆、外展肌骨盆止點三者之間重建穩(wěn)定三角結(jié)構(gòu)，在此狀態(tài)下粗隆間骨折轉(zhuǎn)換為該三角形的1條邊，從而可以將部分垂直方向的負重載荷轉(zhuǎn)換橫向壓力，有效避免了骨折再移位或內(nèi)固定斷裂。而外側(cè)壁骨折可能出現(xiàn)不同程度的臀中肌無力，股骨頭內(nèi)將承受較大的壓力載荷。

綜上所述，無論選擇PFNA還是鎖定鋼板，針對外側(cè)壁破裂型股骨粗隆間骨折，術(shù)中有效地固定外側(cè)壁骨折塊，不僅能夠減小股骨頭內(nèi)部螺旋刀片或空心釘?shù)膽?yīng)力，而且恢復(fù)了髖部正常的生物力學(xué)結(jié)構(gòu)，有利于骨折端穩(wěn)定。

參考文獻：略

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PART? 01

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