儿童股骨近端截骨术后保留与取出刀片接骨板对骨重塑影响的比较分析：一项个性化计算模型研究

《Archives of Orthopaedic and Trauma Surgery》：Comparative analysis of the effects of blade plate retention versus removal on paediatric bone remodelling following proximal femoral osteotomy

本研究针对儿童股骨近端截骨术(PFO)后刀片接骨板内固定物存留与取出的争议问题，开发了基于个体化神经肌肉骨骼建模(NMSK)和有限元分析(FEA)的计算框架。通过应变能密度(SED)驱动的骨重塑算法，模拟了36个月内骨密度变化和植入物屈服风险(RoY)。结果表明，长期保留植入物会导致应力遮挡，使近端骨密度增幅降低50-76%；而术后12个月取出植入物可恢复约25%的骨密度损失。植入物RoY在术后16个月后稳定在71-75%（刀片）和56-62%（螺钉）。该研究为儿童PFO术后内固定物管理提供了量化依据。

　　

在儿童骨科领域，股骨近端截骨术(PFO)是治疗发育性髋关节发育不良、Perthes病或脑瘫等髋部畸形最常见的手术方式。手术通过重新调整股骨近端力线来恢复关节匹配度和功能，但术后一个重要争议一直悬而未决：用于固定骨骼的刀片接骨板是否应该以及何时取出？长期保留植入物虽然能提供持续支撑，但会导致应力遮挡现象——植入物承担了本应由骨骼承受的力学负荷，从而抑制了儿童快速生长期间的自然骨重塑过程。这种机械环境的改变可能影响长期骨骼健康，但临床决策缺乏量化证据支持。

为解决这一难题，研究人员在《Archives of Orthopaedic and Trauma Surgery》发表了创新性研究，开发了个性化神经肌肉骨骼-有限元分析(NMSK-FEA)框架，首次系统比较了刀片接骨板保留与取出对儿童骨重塑的长期影响。该研究不仅关注骨骼适应性变化，还同时评估了植入物自身的力学安全性，为临床决策提供了双重视角的科学依据。

研究团队采用了多项关键技术：基于术后9个月的CT扫描和步态分析数据，建立了患者特异性三维模型；通过OpenSim平台进行神经肌肉骨骼建模，计算关节接触力和肌肉力；利用Abaqus软件实现应变能密度(SED)驱动的骨重塑算法，模拟36个月内的骨密度变化；同时计算植入物的屈服风险(RoY)。研究纳两名12岁和14岁的女性参与者，分别建立完整股骨、植入物保留36个月和术后12个月取出植入物三种模型进行对比分析。

平均骨密度变化

通过对比完整股骨与植入模型，研究发现刀片接骨板的保留显著抑制了正常骨重塑过程。参与者P1的完整模型近端骨密度36个月内增加0.38 g/cm³，而植入物保留模型仅增加0.09 g/cm³，降幅达76%。参与者P2也呈现类似趋势，完整模型增加0.27 g/cm³，植入模型仅增加0.11 g/cm³。植入物取出后，骨重塑活动重新激活：P1和P2在取出后24个月内分别获得0.14 g/cm³和0.21 g/cm³的密度增长，恢复约25%的损失量。

骨密度分布呈现明显区域性差异。直接位于接骨板下方的外侧皮质区域密度增益最小（≤0.05 g/cm³），而远端片段内侧皮质区域密度增加显著（≥0.30 g/cm³）。螺钉-骨界面处还观察到局部骨吸收现象（<0.01 g/cm³），表明应力遮挡效应在植入物接触区域最为明显。

刀片接骨板和螺钉的屈服风险(RoY)

植入物力学安全性分析显示，术后初期RoY值较高，P1的刀片和螺钉分别为100.25%和84.72%，P2甚至略超100%（刀片103.27%，螺钉104.51%），表明早期存在塑性变形风险。随着时间推移，RoY逐渐下降并在16个月后趋于稳定：刀片稳定在71-75%，螺钉稳定在56-62%范围。值得注意的是，术后12-16个月期间RoY出现显著下降，可能与骨愈合后负荷重新分布有关。

尽管稳定后RoY值低于100%的屈服阈值，但55-75%的应力水平仍处于疲劳敏感区间，长期循环加载可能导致累积损伤。这一发现提示需要关注植入物的疲劳寿命而非仅关注静态屈服风险。

植入物保留与取出的考量因素

研究结果支持在确认骨愈合后考虑早期取出植入物。量化指标显示，当近端股骨密度较对侧低0.15 g/cm³以上或月增益小于0.01 g/cm³时，表明应力遮挡效应显著；同时植入物无结构性损伤的情况下，继续保留获益有限且可能增加疲劳风险。相反，若骨密度增长保持良好，保留植入物风险较低。

研究局限与展望

本研究存在若干局限性：骨重塑参数源自成人文献，未经验证于儿童骨骼；未考虑步态变化、血液供应、饮食生活方式等影响因素；样本量较小（n=2）限制了统计效力；缺乏疲劳累积损伤分析。未来研究应扩大样本量（预计12-15例可获得80%统计效能），整合内分泌生长模型和灌注相关刺激因素，建立疲劳损伤模块，以提升预测准确性。

该研究的临床意义在于首次通过个性化计算模型量化了儿童PFO术后内固定物管理的生物力学权衡。研究表明，早期取出刀片接骨板（骨愈合后）可有效减轻应力遮挡的不利影响，促进骨密度恢复，同时控制植入物疲劳风险。这些发现为制定基于证据的临床指南提供了重要依据，对优化儿童骨骼发育期的治疗策略具有深远影响。