陳澤銘，楊放，龐清江

作者單位：315211寧波，寧波大學(xué)醫(yī)學(xué)院（陳澤銘、楊放）；中國(guó)科學(xué)院大學(xué)寧波華美醫(yī)院（龐清江）

股骨頸骨折多見(jiàn)于中老年人，尤其是70歲以上人群[1]。目前我國(guó)城鎮(zhèn)化發(fā)展迅速，由工傷及車(chē)禍傷致股骨頸骨折的青壯年患者數(shù)量日益增多。臨床上對(duì)于60歲以上的老年人通?？紤]行全髖關(guān)節(jié)置換術(shù)[2]，60歲以下人群或高齡無(wú)法耐受人工髖關(guān)節(jié)置換手術(shù)的患者通常采用閉合復(fù)位經(jīng)皮空心釘內(nèi)固定術(shù)，尤其是因外傷所致的青壯年人群[3-4]。目前已有不少文獻(xiàn)通過(guò)有限元分析，就不同空心螺釘數(shù)量、置釘方式、螺釘種類(lèi)、釘?shù)兰靶滦蛢?nèi)固定方式治療股骨頸骨折療效及術(shù)后并發(fā)癥進(jìn)行比較，本文就以上內(nèi)容做一綜述。

1 有限元分析（FEA）概述

FEA通過(guò)CT、MRI等成像技術(shù)將人體一部分或整體圖像化，再導(dǎo)入軟件建立三維立體數(shù)字模型，賦予模型材料屬性，定義力學(xué)特性及約束條件，對(duì)模型進(jìn)行網(wǎng)格化劃分成若干個(gè)單元體，在計(jì)算機(jī)上對(duì)其進(jìn)行模擬加載和計(jì)算分析進(jìn)行研究。這種技術(shù)一方面可以減少高成本的實(shí)驗(yàn)投入，可以進(jìn)行無(wú)限次的模擬分析；另一方面又可以避免實(shí)驗(yàn)對(duì)象的一系列相關(guān)倫理問(wèn)題，僅在計(jì)算機(jī)上對(duì)數(shù)字模型進(jìn)行分析而不會(huì)對(duì)機(jī)體造成損害。

通過(guò)有限元分析不同內(nèi)固定方式旨在探尋一種股骨頭區(qū)螺釘所受應(yīng)力峰值較大，受應(yīng)力區(qū)骨質(zhì)體積較少，在骨折線處承受較少剪切應(yīng)力和旋轉(zhuǎn)應(yīng)力且應(yīng)力能較均勻分布在整個(gè)釘體上，骨折塊位移程度小，釘?shù)浪茏畲筝d荷較大的置釘方案來(lái)減少骨折不愈合、股骨頸短縮及斷釘?shù)刃g(shù)后并發(fā)癥的發(fā)生。

2 不同螺釘數(shù)量的有限元結(jié)果差異

使用3枚空心螺釘治療股骨頸骨折是目前臨床上比較普遍的內(nèi)固定方式[5]，與僅使用2枚空心釘相比，3枚空心釘能夠提供更加穩(wěn)定的抗旋轉(zhuǎn)作用，減少骨折端的移位[6]。目前就內(nèi)固定治療股骨頸骨折而言，已有不少文獻(xiàn)通過(guò)有限元分析比較了不同數(shù)量空心釘?shù)挠绊?，認(rèn)為使用4枚較3枚而言在相同置釘方式下更有利于力學(xué)穩(wěn)定。張浩等[7]采用有限元分析3枚空心拉力螺釘?shù)谷枪潭ㄓ?枚空心拉力螺釘（在3枚空心拉力螺釘?shù)谷桥帕械纳戏皆偎街萌?枚空心拉力螺釘）治療PauwelsⅢ型骨折的療效，認(rèn)為4枚螺釘?shù)闹委煼桨妇哂懈训目辜羟辛?、抗旋轉(zhuǎn)應(yīng)力和減少骨折移位的作用。同時(shí)也有文獻(xiàn)通過(guò)有限元分析證實(shí)[8-9]，上述4枚空心拉力螺釘?shù)膬?nèi)固定方式治療PauwelsⅢ型股骨頸骨折比倒三角排列3枚螺釘方案更能抗剪切力，減少骨折端位移和螺釘位移，在生物力學(xué)上更加穩(wěn)定，提示可能減少術(shù)后退釘及骨折位移的情況發(fā)生。

但也有學(xué)者的有限元分析結(jié)果認(rèn)為4枚與3枚螺釘?shù)膬?nèi)固定方案間有限元結(jié)果差異并不明顯。梁會(huì)等[10]分別將3枚空心釘成正三角、倒三角及“F”形固定（上方2枚上下平行從后下至前上置入，下方一枚從前下至后上置入）與4枚空心釘呈矩形固定PauwelsⅡ型骨折在仿真骨模型上進(jìn)行生物力學(xué)分析，得出4枚空心釘與3枚空心釘內(nèi)固定相比，骨折塊垂直、水平位移差異無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P＞0.05），所以認(rèn)為其并不具有優(yōu)勢(shì)，但缺乏臨床證據(jù)支持。王穎等[11]比較了3枚“倒品字”排列空心拉力螺釘與4枚菱形排列空心拉力螺釘治療PauwelsⅢ型骨折的有限元分析結(jié)果，認(rèn)為兩者生物力學(xué)差異并不明顯。但對(duì)于4枚螺釘方案而言，實(shí)際臨床運(yùn)用中需要多次定位透視調(diào)整，不僅增加了手術(shù)時(shí)間及難度，多次導(dǎo)針的置入也將使股骨頸內(nèi)骨量丟失，甚至造成內(nèi)固定穩(wěn)定性下降[12]，增加術(shù)后退釘風(fēng)險(xiǎn)。所以，對(duì)于采用3枚或4枚螺釘方案對(duì)股骨頸骨折內(nèi)固定的影響仍需要更多的生物力學(xué)結(jié)果驗(yàn)證。

3 不同置釘方式對(duì)內(nèi)固定的影響

通過(guò)對(duì)正三角形與倒三角形置釘方式進(jìn)行比較，發(fā)現(xiàn)后者在生物力學(xué)上更具優(yōu)勢(shì)，主要體現(xiàn)在更符合股骨頸上寬下窄的解剖結(jié)構(gòu)，能夠更好的進(jìn)行應(yīng)力分布，減少術(shù)后退釘、骨折位移及再次骨折的可能性[13]，還可以減少置釘難度從而減少手術(shù)時(shí)間及風(fēng)險(xiǎn)[14]。

Li等[15]對(duì)比了正三角形、倒三角形、前三角形、后三角形和垂直形五種使用3枚空心拉力螺釘治療股骨頸骨折的有限元分析結(jié)果，認(rèn)為倒三角形3枚螺釘固定方式抗剪切力更好，具有更好的生物力學(xué)特性，且認(rèn)為對(duì)于更傾向于拆除內(nèi)固定的患者，正三角形螺釘排列方式最不推薦使用，因?yàn)椴鸪葆敽笊鲜鰞?nèi)固定方式最有可能造成股骨粗隆下骨折。王雪飛等[16]采用有限元分析正等腰三角形、倒等腰三角形及反“V”構(gòu)型（同“F”形）的3枚空心螺釘治療PauwelsⅡ型骨折的治療效果后，發(fā)現(xiàn)反“V”構(gòu)型內(nèi)固定具有更好的抗剪切應(yīng)力及抗旋轉(zhuǎn)應(yīng)力的作用。其它文獻(xiàn)[17-18]通過(guò)有限元分析“F”形與其他3枚空心螺釘內(nèi)固定方式后，也認(rèn)為前者的生物力學(xué)特性更佳。任棟等[8]探究了正三角形、倒三角形、菱形和矩形4種置釘內(nèi)固定方式治療股骨頸骨折的生物力學(xué)結(jié)果，并通過(guò)有限元分析顯示菱形置釘?shù)姆绞铰葆攽?yīng)力峰值較小、股骨頭應(yīng)力峰值較大、股骨頭位移峰值較小，較其他3種方式更具有抗剪切應(yīng)力、旋轉(zhuǎn)應(yīng)力的作用，能保證骨折端穩(wěn)定，促進(jìn)骨折愈合。

4 不同種類(lèi)螺釘對(duì)有限元結(jié)果的影響

半螺紋的空心加壓螺釘通過(guò)螺紋完全跨越骨折線骨折端提供持續(xù)軸向壓力，雖然有利于骨折愈合，但由于骨折線處骨質(zhì)在長(zhǎng)期加壓下逐漸吸收，導(dǎo)致術(shù)后股骨頸短縮甚至退釘現(xiàn)象的發(fā)生；全螺紋空心釘螺紋位于骨折線兩側(cè)，僅起固定作用，并無(wú)持續(xù)加壓作用。夏志峰等[17]通過(guò)對(duì)2枚上下平行空心拉力螺釘、3枚倒三角形排列全螺紋空心螺釘、股骨近端鎖定鋼板（鋼板模型為下方1枚全螺紋螺釘、上方2枚鎖定空心拉力螺釘）治療PauwelsⅠ型股骨頸骨折進(jìn)行有限元分析，發(fā)現(xiàn)采用3枚“倒品字”全螺紋空心螺釘?shù)膬?nèi)固定應(yīng)力峰值、位移峰值及骨折塊位移峰值均優(yōu)于其他2種內(nèi)固定方式，提示采用全螺紋釘或許對(duì)預(yù)防術(shù)后股骨頸短縮的發(fā)生有積極意義。

內(nèi)固定術(shù)后1年股骨頸短縮率近乎50%[19-20]。股骨頸短縮已是空心釘內(nèi)固定術(shù)后最常見(jiàn)的并發(fā)癥，甚至是造成術(shù)后疼痛、跛行、髖關(guān)節(jié)功能障礙主要的因素[19,21]。因此，如何在充分保證股骨頸骨愈合的前提下，盡可能減少術(shù)后頸短縮程度成為了當(dāng)前研究的重點(diǎn)與難點(diǎn)。有學(xué)者[22-23]在臨床中采用全螺紋空心釘聯(lián)合半螺紋空心釘呈倒三角分布的內(nèi)固定方案治療股骨頸骨折，證實(shí)其術(shù)后頸短縮發(fā)生率明顯低于傳統(tǒng)置釘方式。

相庚等[24]對(duì)雙頭螺紋空心釘?shù)纳锪W(xué)研究發(fā)現(xiàn)雙頭釘可以更好保持頸的長(zhǎng)度，提示不同種類(lèi)螺紋釘對(duì)于術(shù)后股骨頸長(zhǎng)度有不同影響。筆者發(fā)現(xiàn)臨床上已有采用1枚全螺紋空心螺釘與2枚半螺紋空心釘聯(lián)合固定治療股骨頸骨折的報(bào)道：Weil等[23]認(rèn)為使用全螺紋空心釘可使股骨頸縮短率明顯下降。最近Shin等[22]也通過(guò)臨床研究提出相同觀點(diǎn)，更認(rèn)為采用1枚全螺紋釘替代半螺紋釘?shù)姆桨缚梢詼p少術(shù)后股骨頸后方塌陷的可能，有利于骨折愈合。同時(shí)黃永剛等[25]在一項(xiàng)前瞻性臨床研究中，也證實(shí)了采用1枚全螺紋釘聯(lián)合2枚半螺紋釘?shù)姆桨副葌鹘y(tǒng)內(nèi)固定方式更具生物力學(xué)優(yōu)勢(shì)，降低了術(shù)后股骨頸短縮的發(fā)生率，并在生物力學(xué)實(shí)物模型中測(cè)試后得到驗(yàn)證。而Li等[26]則通過(guò)有限元分析后認(rèn)為1枚半螺紋釘和2枚全螺紋釘足可對(duì)骨折塊加壓防止骨折移位和抵抗剪切力。因此筆者認(rèn)為采用全螺紋釘聯(lián)合半螺紋釘?shù)男轮冕敺桨敢环矫婵梢酝ㄟ^(guò)一定的滑動(dòng)加壓作用為骨折愈合提供環(huán)境，另一方面，全螺紋釘相對(duì)固定的作用可以減少頸的過(guò)度短縮。

5 取釘后釘?shù)赖膶?duì)生物力學(xué)的影響

虎群盛等[27]模擬了不同排列方式的3枚空心釘治療股骨頸骨折去除內(nèi)固定后的釘?shù)滥Ｐ?，并通過(guò)有限元分析發(fā)現(xiàn)前者釘?shù)缿?yīng)力峰值11.02 MPa大于后者的10.82 MPa，認(rèn)為正三角形空心釘內(nèi)固定取出后所受應(yīng)力更大，要注意術(shù)后發(fā)生再次骨折的可能性。通過(guò)比較去除內(nèi)固定后釘?shù)罃?shù)量及相對(duì)結(jié)構(gòu)對(duì)術(shù)后發(fā)生再次骨折的影響，筆者認(rèn)為正三角形結(jié)構(gòu)釘?shù)垒^倒三角形更易致術(shù)后再發(fā)骨折，而釘?shù)罃?shù)量的增加使得置釘區(qū)骨質(zhì)丟失，不可避免的減少了術(shù)中螺釘調(diào)整機(jī)會(huì)，從而增加手術(shù)操作難度，故在保證內(nèi)固定穩(wěn)定情況下盡可能選擇倒三角置釘方式。

6 新型內(nèi)固定方式

姚琦等[28]設(shè)計(jì)了開(kāi)側(cè)孔的空心拉力螺釘，通過(guò)有限元分析驗(yàn)證了其生物力學(xué)安全性與有效性，并認(rèn)為可以向空心釘內(nèi)注射藥物、細(xì)胞因子或骨水泥等來(lái)促進(jìn)骨愈合。白正發(fā)等[29]則通過(guò)向普通空心拉力螺釘內(nèi)填注骨水泥，并通過(guò)有限元分析證實(shí)此法可以有效提高對(duì)骨折內(nèi)固定的穩(wěn)定性。林暐哲等[30]采用有限元分析3枚“倒品字”空心拉力螺釘模型與新型釘棒系統(tǒng)（置入2枚萬(wàn)向接頭螺釘，并通過(guò)鈦合金棒連接其尾端）治療PauwelsⅡ型股骨頸骨折的治療效果，認(rèn)為新型釘棒系統(tǒng)模型中的股骨頭軸向位移均值（0.487±0.046）mm顯著小于傳統(tǒng)3枚空心拉力螺釘?shù)模?.540±0.038）mm，提示可減少術(shù)后骨折軸向位移程度。目前雖仍未在臨床上見(jiàn)到使用改良空心螺釘?shù)膱?bào)道，但筆者認(rèn)為改良空心螺釘結(jié)合組織生物工程如加入人工骨、骨形成蛋白、富血小板血漿等物質(zhì)或許是今后研究的熱點(diǎn)。

7 總結(jié)

股骨頸骨折愈合為骨折端之間接觸愈合，即一期愈合，需要內(nèi)固定物提供整體相對(duì)穩(wěn)定環(huán)境和持續(xù)加壓固定。故此，空心釘內(nèi)固定所提供的整體穩(wěn)定性至關(guān)重要。良好的穩(wěn)定性可以減少骨折塊的剪切力和旋轉(zhuǎn)性，減少骨折端嵌插，保證股骨頭血流穩(wěn)定，進(jìn)一步減少頸短縮、股骨頭缺血壞死及骨不連等術(shù)后并發(fā)癥。

綜上有限元分析結(jié)果所述，對(duì)于股骨頸骨折，就骨折穩(wěn)定性、抗剪切應(yīng)力及抗旋轉(zhuǎn)應(yīng)力而言，采用4枚空心拉力螺釘呈菱形或交鎖分布均優(yōu)于3枚空心拉力螺釘，但“F”形3枚螺釘排列方式與4枚螺釘之間的有限元分析差異尚未有相關(guān)文獻(xiàn)提及；盡管有學(xué)者[11]認(rèn)為其兩者間差異不明顯，甚至多置入1枚螺釘會(huì)造成骨量進(jìn)一步丟失，而在被取出后留下的釘?shù)揽赡軙?huì)增加術(shù)后骨折的風(fēng)險(xiǎn)；由于半螺紋釘螺紋部分把持在股骨頭內(nèi)部，股骨側(cè)骨折塊可沿螺桿部分滑動(dòng)，可持續(xù)對(duì)骨折斷端進(jìn)行滑動(dòng)加壓，易致術(shù)后頸短縮發(fā)生，半螺紋空心釘是造成術(shù)后股骨頸短縮的最重要因素。而全螺紋空心釘螺紋位于骨折線兩側(cè)，僅起固定作用，并無(wú)滑動(dòng)加壓作用，一定程度上減少過(guò)度加壓帶來(lái)的頸短縮問(wèn)題。近年來(lái)，國(guó)內(nèi)外學(xué)者已開(kāi)始關(guān)注股骨頸骨折空心釘內(nèi)固定術(shù)后致股骨頸短縮的問(wèn)題。采用全螺紋空心螺釘聯(lián)合空心拉力螺釘?shù)闹委煼绞礁鼉?yōu)于傳統(tǒng)三枚倒三角半螺紋空心拉力螺釘，但目前缺少究竟采用幾枚及如何分布全螺紋釘?shù)南嚓P(guān)文獻(xiàn)支持。術(shù)者可以通過(guò)有限元分析結(jié)果結(jié)合臨床患者實(shí)際情況確定合適螺釘種類(lèi)、螺釘數(shù)量及置釘方式的內(nèi)固定方案治療股骨頸骨折，從最大程度上避免相關(guān)術(shù)后并發(fā)癥的發(fā)生。此外，目前仍缺少對(duì)于全螺紋空心螺釘數(shù)量及置釘方式、改良空心螺釘內(nèi)固定方式和向空心釘內(nèi)注射藥物來(lái)減少術(shù)后并發(fā)癥的相關(guān)有限元分析，展望未來(lái)研究人員將繼續(xù)完善有限元模型周?chē)浗M織構(gòu)建以及結(jié)合組織工程技術(shù)研發(fā)新型螺釘并通過(guò)有限元分析其治療股骨頸骨折的生物力學(xué)特性。