S2AI联合 LC-2 螺钉治疗 Day II 型骨盆新月形骨折脱位生物力学性能的有限元分析

【字体: 时间:2025年05月15日 来源:Scientific Reports 3.8

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  针对 Day II 型骨盆新月形骨折脱位(CFDP)治疗中传统内固定的不足,研究人员采用有限元分析(FEA)对比S2AI+LC-2 与传统S1+LC-2、S1+S2+LC-2 固定的生物力学稳定性。发现S2AI+LC-2 组位移和骨应力更小,为临床提供新选择。

  
骨盆是人体重要的承重结构,其损伤常由高能量创伤(如交通事故、高处坠落)引起。骨盆新月形骨折脱位(CFDP)作为一种复杂的骶髂关节后脱位类型,约占所有 CFDP 病例的 46.6%~47%,其特点是伴随新月形骨折块,治疗需同时稳定骶髂关节(SI)和骨折块。传统开放复位内固定(ORIF)虽为标准术式,但存在软组织剥离广泛、出血多、并发症风险高等问题。近年来,经皮空心螺钉技术(如 SI 螺钉、LC-2 螺钉)因微创优势逐渐被采用,但传统 SI 螺钉存在移位、神经血管损伤风险,尤其在骨质疏松患者中稳定性不足。因此,寻找更安全有效的内固定方式成为临床需求。

中国人民解放军中部战区总医院联合三峡大学附属第二人民医院、厦门第三医院等机构的研究人员,开展了S2-alar-iliac(S2AI)螺钉联合 LC-2 螺钉治疗 Day II 型 CFDP 的生物力学研究,相关成果发表在《Scientific Reports》。

研究主要采用有限元分析(FEA)技术,构建包含皮质骨、松质骨、韧带的骨盆三维模型,模拟 Day II 型 CFDP 骨折线(起自S2骶孔,延伸至髂骨翼),并设计三组内固定方案:S1+LC-2、S1+S2+LC-2、S2AI+LC-2。通过施加 500N 垂直载荷,对比分析骨折块位移、SI 关节位移、内植物应力及骨周围应力分布。

研究结果


模型验证


通过与既往尸体实验和有限元数据对比,验证了骨盆模型的生物力学准确性,位移和应力数据均在标准误差范围内,确保后续分析可靠。

稳定性评估


加载后,S2AI+LC-2 组新月形骨折块最大位移(2.733mm)和 SI 关节位移(2.01±0.24mm)均显著低于其他两组,表明其稳定性最优。位移排序为:骨折组 >S1+LC-2 组 >S1+S2+LC-2 组 >S2AI+LC-2 组,证实S2AI+LC-2 能有效抑制骨折块和关节移位。

内植物应力


三组内植物的最大 von Mises 应力均低于钛合金屈服强度(795MPa),无断裂风险。其中S2AI+LC-2 组应力分布更均匀,SI 关节和髂骨螺钉的应力差异小于其他组,提示其载荷传导更合理。

骨周围应力


S2AI+LC-2 组螺钉周围骨应力最低,SI 关节处皮质骨应力低于屈服强度(50MPa),LC-2 螺钉周围松质骨应力低于 5.8~10.8MPa 的安全阈值。低应力可降低骨损伤和螺钉松动风险,尤其适合骨质疏松患者。

研究结论与讨论


本研究表明,S2AI+LC-2 固定方案在 Day II 型 CFDP 治疗中展现出显著优势:

  1. 生物力学稳定性更优:通过穿越 3~4 层皮质骨的轨迹设计,S2AI螺钉提供更强锚定,结合 LC-2 螺钉对髂骨骨折块的固定,有效减少位移。
  2. 安全性更高:避开骶骨前方神经血管结构,降低传统 SI 螺钉的损伤风险;骨应力分布更均衡,减少术后骨折和螺钉松动发生率。
  3. 临床应用潜力:经皮植入技术符合微创趋势,可缩短手术时间、减少出血,适用于合并骨质疏松或复杂解剖结构的患者。

尽管研究基于有限元模拟,未涉及尸体实验和骨质疏松模型,但为临床提供了新的理论依据。未来需进一步验证其在真实人体中的疗效,尤其是长期稳定性和并发症发生率。该研究为 CFDP 的微创治疗开辟了新方向,有望推动S2AI螺钉在骨盆创伤领域的应用。

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