基于CT有限元模型术前预测股骨近端髓内钉取出后股骨强度的研究及其临床意义

为解决股骨近端髓内钉(CMN)取出后二次骨折风险高、临床决策困难的问题，研究人员通过CT扫描结合有限元(FE)建模技术，开发了一种术前预测股骨强度的新方法。研究证实，基于虚拟植入物移除的FE模型能准确预测股骨强度(R2 =0.94)，并转化为日常活动安全因子(SF75 /SF100 )，为临床提供量化决策依据。

　　

研究背景与意义
股骨近端骨折是老年人群的高发损伤，而髓内钉(CMN)内固定是治疗的金标准。尽管疗效显著，但患者常因疼痛或螺钉切出要求取出内植物，临床上面临两难困境：取出可能导致无外伤下的二次股骨颈骨折（发生率高达15%），不取出则影响生活质量。传统风险评估依赖骨质疏松等宏观指标，无法量化个体股骨残余强度。维也纳工业大学Alexander Synek团队在《Scientific Reports》发表的研究，首次将CT扫描与有限元(FE)建模结合，突破金属伪影和几何畸变的技术瓶颈，为术前精准预测提供新工具。

关键技术方法
研究纳入9具曾接受CMN治疗的遗体捐赠者股骨（平均87岁），采用双能CT扫描（80/140 kV）结合金属伪影减少算法(iMAR)获取图像，通过虚拟移除植入物并建立3 mm体素非线性FE模型。模型采用改良的Dall'Ara弹性-损伤材料本构（E_max
=18,500 MPa），以单腿站立位加载模拟实验验证，最终将预测强度转化为日常活动安全因子（SF=F_max
/F_phys
）。

研究结果
股骨强度对比
FE模型预测强度(1,857±584 N)与实验结果(1,835±631 N)高度一致（R²
=0.94，CCC=0.97），误差仅159.9 N。这表明即使存在金属植入物和愈合骨几何不规则性，模型仍保持高精度。

骨折位置匹配性
8例实验骨折位于股骨颈，与FE模型高损伤区域大体吻合。但标本S8的骨折发生在股骨干（模型预测为近端损伤），提示远端锁定螺钉区伪影可能影响局部预测。

安全因子评估
安全因子显示高龄捐赠者普遍高风险：仅4例SF₇₅
≥1（步行时），而SF₁₀₀
仅1例达标。骑自行车安全性最高（SF₇₅
1.1-4.1），但个体差异显著。

结论与展望
该研究首次证明基于临床CT的FE模型可术前精准预测CMN取出后股骨强度，其核心突破在于：① 通过双能CT和iMAR算法有效抑制金属伪影；② 采用体素模型自动捕捉愈合骨不规则几何；③ 改良材料参数提升定量准确性（E_max
下调至18,500 MPa）。尽管当前样本年龄偏大导致安全因子普遍偏低，但该方法为年轻患者个体化评估开辟新途径。未来需优化全骨扫描协议以消除远端伪影，并纳入肌肉力等多因素优化负荷模型。这项技术有望成为骨科医生权衡CMN取出利弊的“数字决策助手”，尤其对活动需求高的年轻患者具有重要临床价值。