超短残余近端股骨重建中新型三角固定柄与传统固定柄的生物力学对比：有限元分析研究

针对超短残余近端股骨(URPF)重建中传统假体柄(CS)固定不稳的问题，研究人员通过有限元分析(FEA)对比了新型三角固定柄(TFS)的生物力学性能。结果显示，TFS可优化应力分布（最大von Mises应力降低20%），减少位移（股骨位移降低28%），为URPF重建提供了更稳定的解决方案，对降低假体无菌性松动风险具有重要意义。

　　

论文解读
股骨近端是骨肿瘤（如骨肉瘤、骨巨细胞瘤）的高发部位，肿瘤切除后常需进行大段骨重建。然而，当残余股骨长度不足（超短残余近端股骨，URPF）时，传统假体柄(CS)因缺乏足够的皮质骨支撑，易发生无菌性松动，发生率高达35.4%。现有改良方案（如侧方钢板、交叉螺钉）虽能部分改善稳定性，但应力集中问题仍未解决。如何设计一种更符合股骨近端生物力学特性的假体，成为临床亟待突破的难题。

山东中医药大学附属医院和中国人民解放军第九六〇医院的研究团队基于股骨近端三角力学结构（张力-压力骨小梁分布），提出了一种新型三角固定柄(TFS)。该设计创新性地结合了交叉锁定螺钉（模拟股骨颈悬臂梁结构）和外侧钢板，通过有限元分析(FEA)对比了TFS与CS在URPF模型中的生物力学性能，相关成果发表于《BMC Musculoskeletal Disorders》。

关键技术方法
研究采用Sawbones股骨模型（长度485 mm，残余段12 cm）构建URPF三维模型，通过Mimics 21.0和Geomagic Wrap 2021软件进行图像处理，UG NX 10.0设计假体（TFS含90 mm髓内柄、5 mm厚外侧钢板及两枚锁定螺钉）。利用ANSYS Workbench 2023进行FEA，模拟70 kg成人蹲姿下2800 N载荷，分析von Mises应力分布、峰值应力及位移。

研究结果

1. 假体柄应力分布
   TFS的髓内柄表面应力分布更均匀，峰值应力为68.99 MPa，较CS（85.91 MPa）降低20%。应力集中于TFS钢板与螺钉接触点（钢板115.28 MPa，螺钉122.25 MPa），而CS应力集中于柄末端。

2. 股骨应力分布
   TFS显著降低股骨内侧皮质应力（26.80 MPa vs. CS 34.21 MPa），但外侧应力增加至34.71 MPa（CS为20.36 MPa），符合三角力学中张力骨小梁的负载特性。骨-假体界面峰值应力TFS为25.34 MPa，较CS降低26%。

3. 位移分析
   TFS的股骨最大位移（0.51 mm）和假体位移（0.18 mm）分别较CS降低28%和40%，螺钉位移峰值为0.44 mm，表明其抗旋转和抗压缩性能更优。

结论与意义
TFS通过三角力学设计实现了股骨近端生物力学的仿生重建：交叉螺钉分担压力负荷，外侧钢板重建张力轨迹，使应力分布更接近生理状态（内侧应力降幅达40.7%）。其优势体现在三方面：

1. 力学优化：降低假体-骨界面应力集中（43.9%降幅），减少无菌性松动风险；
2. 稳定性提升：位移控制优于CS，尤其适合URPF的短节段固定；
3. 临床潜力：为肿瘤切除或翻修术后的超短股骨重建提供了新思路。

该研究为假体设计提供了新范式——从单一力学强化转向多维度仿生优化，未来需通过体内实验验证其长期效果。