《Frontiers in Surgery》：Effects of variable bolt position of femoral neck system on Pauwels III fractures with superior femoral neck bone defect: multimodal biomechanical and clinical study
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引言：目前缺乏生物力学证据说明在股骨颈系统（Femoral Neck System，FNS）治疗伴股骨颈上缘缺损的Pauwels III型股骨颈骨折时，指南推荐的中心位置是否优于偏心位置。本研究评估FNS不同位置（前、后、中心、下）的生物力学稳定性，以指导临床
引言：目前缺乏生物力学证据说明在股骨颈系统（Femoral Neck System，FNS）治疗伴股骨颈上缘缺损的Pauwels III型股骨颈骨折时，指南推荐的中心位置是否优于偏心位置。本研究评估FNS不同位置（前、后、中心、下）的生物力学稳定性，以指导临床实践。方法：在伴股骨颈上缘30°楔形缺损的Pauwels III型骨折模型上开展结合有限元分析（finite element analysis，FEA）与尸体生物力学测试的多模式研究。此外，对2021年至2025年间接受机器人辅助精确中心FNS固定的27例患者进行回顾性分析，评估术后Garden对线指数和12个月Harris髋关节评分（Harris Hip Score，HHS）。结果：FEA和力学测试显示偏心FNS置入引起明显应力集中和结构不稳定；相反，中心FNS置入提供最大结构刚度和理想应力分布。该面向缺损的中心策略临床应用获得优良Garden对线，12个月随访骨折愈合率100%，平均HHS为88.41。讨论：总之，对于伴股骨颈上缘骨缺损的Pauwels III型骨折，使用骨科手术机器人将螺栓精确置于股骨颈中心可优化生物力学性能并显著提高固定稳定性。
研究背景与问题：股骨颈骨折约占全部髋部骨折的50%，Pauwels III型（高垂直剪切角骨折）多由中青年高能量损伤引起，常伴骨缺损，削弱股骨颈结构稳定性并增加内固定失败风险。基于CT的形态学研究（Jin et al.）显示，84例Pauwels III型骨折中皮质粉碎累及后、下、上、前侧者分别占77.4%、65.5%、41.7%、32.1%，上缘皮质受累约占五分之二，仍是临床相关模式；虚拟复位分析显示后上象限为最常见主缺损区。上缘皮质支撑丧失后，Pauwels III型的垂直剪切力和弯矩需经骨折端及固定结构传递；即使复位满意，上缘骨缺损也可能阻止皮质接触完全恢复，使结构机械依赖性转向植入物位置。FNS因抗剪切和旋转稳定性用于此类骨折，但指南推荐中心置入未考虑骨缺损对最佳空间位置及术后稳定性的影响。因此，研究人员构建伴上缘30°楔形缺损的Pauwels III型模型，以多模式方法评估FNS位置并开展机器人辅助临床验证。
研究开展与结论意义：研究人员通过FEA和尸体生物力学测试比较FNS前、中、后、下位置，并回顾27例机器人辅助精确中心FNS固定患者，评估Garden对线指数和12个月HHS。研究得出，中心置入提供最大结构刚度和理想应力分布，偏心置入导致明显应力集中和结构不稳；机器人辅助中心策略临床获得优良对线、12个月100%骨折愈合和平均HHS 88.41。该研究为伴上缘缺损的Pauwels III型骨折的FNS置钉位置提供生物力学依据，并提示机器人辅助精确中心置入可提高固定稳定性。
关键技术方法（≤250字）：基于健康成人CT构建股骨与FNS有限元模型，建立Pauwels III型（60°）伴上缘30°楔形缺损，施加2100 N垂直载荷，比较前、中、后、下位置的总变形、Von Mises应力（VMS）和骨折端相对位移；采用单一尸体供者双侧甲醛固定股骨制作相同骨折缺损模型，中心或下置FNS后轴向压缩至失败，计算刚度和极限载荷；临床队列为2021年5月至2025年5月27例18-60岁伴上缘缺损的Pauwels III型骨折患者，使用TiRobot骨科手术机器人规划并执行中心FNS置入，随访Garden对线指数和12个月HHS。样本来源包括健康成人CT、单一尸体供者和医院27例患者。
研究结果：
3.1 有限元分析结果：通过FEA比较四种FNS位置。3.1.1 总变形与结构刚度：中心总变形5.87 mm，前、后、下分别增加8.0%、8.5%、6.5%，中心刚度最优。3.1.2 FNS应力分布：中心FNS峰值VMS为270 MPa，前、后、下分别增加43.8%、39.1%、3.9%，偏心增加疲劳骨折风险。3.1.3 股骨头应力分布：中心股骨头峰值VMS为42.0 MPa，前、后、下增加26.0%、23.8%、10.7%，中心缓解局部应力集中并降低继发骨折风险。3.1.4 骨折端相对滑动距离：中心初始滑动0.289 mm，前、后、下增加84.4%、48.4%、3.81%，中心减少剪切运动。3.2 生物力学结果：通过尸体轴向压缩，中心刚度456.80 N/mm，下置314.57 N/mm，提高45.21%；中心极限载荷1420 N，下置1250 N，提高12.98%；线性拟合R
2分别为0.97444和0.99357；中心仅有限外侧壁塌陷，下置发生远端锁钉处再骨折。3.3 临床结果：通过27例机器人辅助中心FNS回顾，术后Garden I/II全部优良；3个月CT见连续桥接骨痂，6个月持续形成骨痂，12个月装置位置保持且无cut-out，骨折完全愈合，原骨缺损被新骨填充重塑；HHS达优良/好，平均88.41，无植入物相关并发症，随访期无颈干角或股骨颈高度显著丢失。
讨论总结与结论翻译：讨论指出，上缘骨缺损使骨-骨支撑完全丧失，Pauwels III型高剪切力和弯矩迫使植入物承担更大未缓解应力，结构对置钉偏差敏感。FEA显示前后偏心置入应力集中、骨折端位移大，应严格避免过度前后置入。中心置入提供最大结构刚度和理想应力分布，峰值应力低于材料屈服极限，降低金属疲劳。传统认为可接受的下置在上缘缺损时构成严重机械错误，整体刚度下降45.21%；尸体测试下置导致远端锁钉处再骨折，机制为杠杆应力放大：上缘缺损使张力侧无骨接触，弯曲力矩支点下移，低位FNS成为过度约束短杠杆臂，承受全部内翻推力，应力集中于锁钉穿过的远端皮质，超过皮质骨结构阈值而继发骨折；严格中心轴可最大化植入物工作长度并优化负荷耗散。TiRobot系统通过高精度轨迹规划和立体定向执行，消除徒手FNS置入偏差，确保中心轴。局限包括有限元模型省略肌肉和韧带、使用甲醛固定尸体而非新鲜冷冻标本、尸体样本少且缺骨密度（BMD）数据、临床样本仅27例。研究结论翻译：对于伴股骨颈上缘骨缺损的Pauwels III型股骨颈骨折，中心FNS置入可提供最佳结构刚度和有利应力分布。若无精确引导而采用偏心置入，可能引起明显局部应力集中并增加骨折内固定失败风险。机器人辅助精确中心置入是处理该骨折类型的可靠治疗策略。
