新型钩板固定髌骨骨折的有限元对比研究：生物力学优势与临床转化价值

本研究针对髌骨横断骨折及下极骨折(IPFP)内固定稳定性不足的临床难题，通过有限元分析对比了传统张力带钢丝(TBW)与新型带翼/无翼钩板固定系统的生物力学性能。结果显示：带翼钩板在横断骨折中位移(0.05 mm vs 0.3 mm)和应力(121 MPa vs 268 MPa)显著优于TBW；无翼钩板联合钢丝-螺钉组合在IPFP固定中稳定性最佳。该研究为优化髌骨骨折内固定方案提供了重要生物力学依据。

　　

髌骨骨折作为占全身骨折1%的常见损伤，其治疗难点在于既要维持骨折端稳定，又要保障膝关节早期功能锻炼。传统张力带钢丝(TBW)技术虽广泛应用，但存在应力集中(268 MPa)、固定失效风险高等缺陷，尤其对复杂骨折类型如髌骨下极骨折(IPFP)效果欠佳。这些问题导致患者术后康复周期延长，甚至需二次手术。北京积水潭医院团队在《Injury》发表的研究，通过创新性设计带翼/无翼钩板系统，采用计算机模拟技术系统评估了不同固定方案的生物力学特性。

研究团队基于健康志愿者膝关节CT数据(层厚0.6 mm)，运用Mimics 21.0软件三维重建髌骨模型，建立横断骨折和IPFP两种有限元模型。在模拟膝关节45°屈曲非负重状态下，对比分析了TBW与带翼钩板的力学性能，以及无翼钩板四种组合方式(单纯钩板、钩板-钢丝、钩板-螺钉、钩板-钢丝-螺钉)的固定效果。所有模型均施加股四头肌张力载荷，通过计算应力分布和骨折位移评估稳定性。

数据采集与三维重建
基于512×512像素的膝关节CT扫描数据，精确区分皮质骨与松质骨结构，构建包含178087个节点的有限元模型，为后续分析提供精准解剖学基础。

TBW固定横断髌骨骨折
结果显示传统TBW技术导致骨折端位移达0.3 mm，应力峰值268 MPa，位移梯度从髌骨右上向左上递增，证实其力学分布不均的特性。

带翼钩板固定优势
新型带翼钩板将位移降低83%(0.05 mm)，应力分布更均匀(峰值121 MPa)，显著改善横断骨折的固定稳定性。

IPFP固定方案比较
无翼钩板-钢丝-螺钉组合表现最优(位移0.18 mm)，单纯钩板固定位移最大。研究表明钢丝的加入可降低38%位移，而螺钉能进一步强化固定效果。

讨论与结论
该研究首次系统论证了钩板系统在髌骨骨折中的生物力学优势：带翼设计通过增加接触面积分散应力，适用于横断骨折；而IPFP治疗中，钢丝与螺钉的协同作用可显著提升稳定性。这些发现为临床选择内固定方案提供了量化依据，特别对需要早期康复的患者具有重要意义。研究提出的新型钩板设计突破了传统TBW的技术局限，其优化的应力分布特性有望减少内固定失败率，推动髌骨骨折治疗向个性化、精准化方向发展。

伦理与资助
研究经北京积水潭医院伦理委员会批准(2020-15)，受北京市自然科学基金-海淀原始创新联合基金(L242068)和国家重点研发计划(2024YFB3613303)支持。