股骨颈系统与四枚空心螺钉治疗Pauwels III型股骨颈骨折的生物力学性能比较：有限元分析

针对Pauwels III型股骨颈骨折内固定稳定性不足的临床难题，大连医科大学附属第一医院团队通过有限元分析对比了股骨颈系统(FNS)与四枚空心螺钉(FCS)的生物力学性能。研究发现FCS在剪切应力分布(峰值84.23 MPa vs 181.96 MPa)、Von Mises应力(166.77 MPa vs 326.24 MPa)和位移控制(3.33 mm vs 3.41 mm)方面均优于FNS，为年轻患者骨折固定方案选择提供了重要理论依据。

　　

年轻患者Pauwels III型股骨颈骨折的治疗一直是骨科领域的棘手难题。这类由高能量创伤导致的骨折，因骨折线倾斜度大于50°而具有极不稳定的特性，术后并发症发生率居高不下——文献报道再手术率达18%，股骨头坏死和骨不连分别达14.3%和9.3%。传统三枚空心螺钉(3CS)固定面临高达21%的失败率，常导致股骨颈短缩、内翻畸形等问题。虽然2017年问世的股骨颈系统(FNS)通过角度稳定设计和抗旋转螺钉展现出优于3CS的力学性能，但临床仍缺乏其与更稳定的四枚空心螺钉(FCS)的直接对比证据。

为解决这一关键问题，大连医科大学附属第一医院骨科的Yang Gao、Zhiyuan Lou等研究人员开展了一项创新性有限元分析研究，论文发表在《BMC Musculoskeletal Disorders》。研究团队通过精确建模70°倾斜的Pauwels III型骨折，系统比较了FNS与FCS在2100N轴向负荷下的生物力学表现，为临床选择最优固定方案提供了重要依据。

研究采用三项关键技术方法：1)基于25岁健康志愿者CT数据(MIMICS 21.0软件)构建包含皮质骨(弹性模量16,800 MPa)和松质骨(840 MPa)的股骨三维模型；2)在SolidWorks 2017中模拟70°骨折线并装配FNS(含螺栓、抗旋螺钉和锁定板)与FCS(四枚空心螺钉)固定装置；3)通过ANSYS Workbench进行网格划分(最小单元尺寸1.5mm)和边界条件设置(远端固定，股骨头加载2100N)。

研究结果揭示：
剪切应力分布：FCS组应力更分散，下平行螺钉承受最大剪切应力84.23 MPa；FNS组应力集中于钢板-螺栓连接处(181.96 MPa)，峰值是FCS的2.16倍。
Von Mises应力(VMS)：FNS组在钢板-螺栓交界处出现326.24 MPa的应力集中，而FCS组在骨折线附近螺钉区域最大应力仅166.77 MPa。
位移分布：FCS组股骨头位移(3.33 mm)小于FNS组(3.41 mm)，内固定装置最大位移分别为3.28 mm(FCS上平行螺钉)和3.36 mm(FNS螺栓头部)。

讨论部分指出，FCS通过多平面固定和横向螺钉设计更有效抵抗剪切力，其应力分布均匀性显著降低内固定失效风险。虽然FNS具有角度稳定和滑动加压优势，但在Pauwels III型骨折的高剪切力环境下，FCS展现出更优的生物力学稳定性。这一发现为临床实践提供了重要指导——对于年轻患者的垂直型股骨颈骨折，四枚空心螺钉可能是比FNS更可靠的选择。研究同时指出，肌肉软组织的影响、骨折愈合过程中的力学变化等仍需进一步临床验证。

该研究的创新价值在于首次通过有限元方法系统比较了两种固定系统的力学性能，解决了Pauwels III型骨折内固定选择的关键争议。研究结果将直接影响临床决策，有望降低这类难治性骨折的并发症发生率，改善年轻患者的功能预后。