基于肌肉骨骼动力学的肱骨远端 C 型骨折内固定稳定性评估：动态载荷下的有限元分析

本研究针对肱骨远端 C 型骨折术后并发症高、内固定方案缺乏量化依据等问题，通过 AnyBody-Abaqus 联合建模，分析不同钢板构型（平行 / 后内侧 / 后外侧）在肘屈伸时的生物力学特性，发现平行板在 0–80° 屈伸时 IFM 稳定在骨愈合窗口，垂直板需限制屈伸≤30°，为临床优化固定及康复提供科学依据。

　　肱骨远端骨折是创伤骨科的棘手难题，其复杂的解剖结构（30% 涉及关节面）使得手术治疗充满挑战。尽管切开复位内固定术（ORIF）在恢复关节面 congruence 和稳定性方面具有明显优势，但术后高达 34% 的并发症率令人堪忧，约 70% 的患者会出现肘关节不稳定或活动受限，严重影响生活质量与工作能力。传统的双钢板固定虽逐渐成为首选，但其位置和构型的选择仍依赖术者经验，缺乏量化的生物力学决策框架。静态有限元模型难以捕捉骨折痂的动态重塑过程，也无法真实模拟肌肉干预下的关节运动，导致体外实验结果与临床实践存在脱节。

为解决这些问题，中国人民解放军总医院第四医学中心、国家骨科与运动康复临床研究中心等机构的研究人员开展了一项基于肌肉骨骼动力学的肱骨远端 C 型骨折内固定稳定性评估研究。该研究通过多学科交叉的方法，构建了动态载荷下的有限元分析模型，深入探讨了不同钢板构型在肘关节屈伸活动中的生物力学特性，相关成果发表在《Journal of Orthopaedic Surgery and Research》。

研究主要采用了以下关键技术方法：首先，获取健康成年男性上肢 CT 数据，通过 Mimics 和 SolidWorks 软件构建肱骨远端 AO/C 型骨折及平行、后内侧、后外侧双钢板固定的 3D 模型；然后，利用 AnyBody 软件进行上肢肌肉建模，导出肌肉力等数据作为动态载荷数据库；通过迭代最近点算法（ICP）实现 AnyBody 与 3D 重建模型的坐标匹配，将肌肉力、关节力等载荷导入 Abaqus 进行有限元分析，量化不同角度下的界面骨折微动（IFM）等参数。

肱骨应力迁移与关节活动的动态关系

研究发现，在 0°-130° flexion 过程中，最大主应力随角度增加逐渐降低，其迁移路径从鹰嘴窝上方沿肱骨外侧向外侧髁移动；而在伸展过程中，最大主应力先增后减，约在 80° 时达到峰值。相对位移在 flexion 时先减后增（峰值约 40°），伸展时先增后减（峰值约 80°），揭示了肱骨应力分布与关节角度的动态关联。

不同钢板构型对 IFM 的影响

有限元分析表明，肘关节 flexion 角度对 IFM 值影响显著。平行钢板（PLL180°）在 0–80° flexion 时，IFM 稳定在 0.01–0.20 mm 的骨愈合窗口（0.06–0.20 mm）内；而后外侧（MPL90°）和后内侧（PML90°）垂直钢板在 flexion 超过 30° 后，IFM 迅速增加，尤其后内侧钢板在 flexion 30° 时 IFM 达 0.24 mm，90° 时达 0.76 mm，超过临界阈值（0.48 mm），显著增加骨折不愈合风险。

钢板构型的应力分布特征

平行钢板在较小 flexion 角度（10°-60°）时最大 Von Mises 应力较高，但整体低于钛合金屈服强度，结构稳定性良好；后外侧钢板在 flexion 10° 时应力达 303.725 MPa，集中于螺钉 - 骨界面，存在微动风险；后内侧钢板应力随 flexion 角度增加逐渐降低，早期应力集中较为明显。

研究通过肌肉骨骼动力学与有限元分析的耦合，首次量化了肌肉收缩力对肱骨远端 C 型骨折内固定稳定性的力学效应，揭示了术后生物力学规律。结果表明，平行钢板具有更高的刚度，允许肘关节在 0–80° flexion 范围内活动，而垂直钢板尤其是后内侧钢板需严格限制 flexion 角度（≤30°）。该研究建立的 “安全活动窗口” 为临床优化内固定方案（如优先选择平行钢板）和制定个体化康复策略（如根据钢板构型控制早期活动角度）提供了关键的生物力学依据，有望减少术后并发症，提升患者功能恢复效果。同时，研究提出的动态建模方法为骨折愈合机制研究提供了新范式，推动了智能骨科技术在精准医疗中的应用。