股骨基底颈骨折内固定植入物选择与螺钉定位的有限元分析：DHS、PFNA和InterTAN的生物力学性能比较

本研究针对老年高发的股骨基底颈骨折，通过有限元分析系统比较了动态髋螺钉（DHS）、股骨近端防旋髓内钉（PFNA）和InterTAN三种内固定装置在不同骨折类型中的生物力学性能。研究发现对于简单骨折三者性能相当，但对于不稳定型骨折（伴转子间缺损或外侧壁缺损），髓内固定系统（PFNA、InterTAN）表现出更优的稳定性，其中InterTAN略优于PFNA，且螺钉位于股骨颈 inferior 位置时生物力学性能最佳。该研究为临床植入物选择提供了重要的生物力学依据。

　　

股骨近端骨折是老年人常见的脆性骨折类型，其中基底颈骨折作为一种特殊亚型，因其解剖位置位于股骨颈与转子交界处，具有独特的生物力学特性和治疗挑战。与传统囊内或囊外骨折不同，基底颈骨折主要破坏外侧皮质骨和转子间结构，易导致剪切力作用和内翻塌陷风险。临床治疗中，医生面临植入物选择的难题：是选用经典的动态髋螺钉（DHS）还是更现代的髓内固定系统如股骨近端防旋髓内钉（PFNA）或InterTAN？此外，螺钉在股骨颈内的定位（中央vs. inferior）是否影响固定效果？这些问题尚未形成共识。

为解决这些临床难题，中国医科大学附属盛京医院创伤骨科团队在《Scientific Reports》发表了最新研究成果。研究人员通过有限元分析（FEA）这一先进的工程仿真技术，系统评估了三种内固定装置在三种不同稳定性骨折模型中的生物力学性能，为临床决策提供了科学依据。

研究采用的关键技术方法包括：基于健康志愿者CT数据通过Mimics 17.0进行三维重建，使用Geomagic 2016进行表面处理，在SolidWorks中构建三种渐进不稳定的骨折模型（简单骨折、转子间缺损骨折、外侧壁缺损骨折）和五种内固定配置（DHS中央螺钉、PFNA中央螺旋刀片、PFNA inferior螺旋刀片、InterTAN中央髋螺钉、InterTAN inferior髋螺钉），最后通过Abaqus 6.13进行有限元网格划分和力学分析，模拟单腿站立时700N载荷条件下的生物力学响应。

模型验证

通过建立完整股骨模型并验证其有效性，应力分布显示在股骨中下段、股骨颈和转子区域集中，最大位移为1.37 mm，与文献报道一致，证实模型可靠。

生物力学参数

研究发现随着骨折复杂程度增加，植入物应力和位移显著增加。简单骨折中，所有植入物都表现出最小位移（DHS: 1.16 mm, PFNA-C: 1.38 mm, InterTAN-C: 1.16 mm）和较低且相当的应力值（DHS: 147 MPa, PFNA-C: 168 MPa, InterTAN-C: 192 MPa），接近完整股骨状态。

而在转子间和外侧壁缺损骨折中，出现了显著差异。位移方面，DHS表现出最高的位移（转子间缺损：3.32 mm；外侧壁缺损：4.12 mm），其次是PFNA-C（2.13 mm；2.41 mm），InterTAN-C最小（1.83 mm；1.99 mm）。inferior螺钉位置在髓内钉中进一步减少了位移。植入物应力方面，InterTAN-C显示最高应力（600 MPa；767 MPa），PFNA-C次之（474 MPa；515 MPa），DHS最低（424 MPa；485 MPa）。重要的是，所有应力值均低于医用钛的疲劳极限（约900 MPa）。

位移分布

最大位移始终发生在股骨头处。髓内钉显示出更广泛的位移分布，涉及大转子和近端干股骨，表明与DHS相比，髓内钉具有超出股骨头的负荷分担能力。

植入物应力分布

最大应力始终集中在髋螺钉/主装置连接处。与髓内钉相比，DHS表现出更大范围的高应力区域。

螺钉位置效应

在所有骨折类型中，与中央位置相比，inferior螺钉位置一致表现出更低的股骨头位移和更低的植入物最大应力。这归因于密度更高的股骨颈下侧皮质提供了增强的支撑。

研究结论表明，对于简单基底颈骨折，DHS、PFNA和InterTAN表现出相当的生物力学稳定性。对于伴有转子间或外侧壁缺损的不稳定骨折，髓内钉（PFNA、InterTAN）比DHS提供显著优越的稳定性，其中InterTAN比PFNA提供略好的稳定性。在PFNA和InterTAN中，髋螺钉的inferior位置始终比中央位置表现出生物力学优势，因此被推荐使用。

讨论部分强调，虽然髓内钉在不稳定骨折中表现出生物力学优势，但临床结果还受到手术技术、骨质量和康复方案等多种因素影响。InterTAN观察到的较高应力（尽管低于屈服极限）值得在骨质疏松骨中进行长期疲劳监测。该研究的创新之处在于首次通过有限元分析全面比较了髓内和髓外固定系统在定义的基底颈骨折不稳定性模式中的性能，为植入物选择和手术技术提供了宝贵的生物力学见解，但仍需前瞻性临床研究验证功能结果和并发症率。

这些发现为骨科医生在处理股骨基底颈骨折时提供了重要的决策依据：对于稳定性骨折可以选择三种植入物中的任何一种；对于不稳定性骨折则应优先考虑髓内固定系统，特别是InterTAN，并在手术中尽可能将螺钉放置在股骨颈的inferior位置以获得最佳生物力学效果。