探索“四点”构型空心加压螺钉植入方案用于固定成人Pauwels III型股骨颈骨折的有效性

《Orthopaedic Surgery》：Exploring the Effectiveness of “Four-Point” Configuration Cannulated Compression Screw Implantation Protocol for the Fixation of Pauwels Type III Femoral Neck Fractures in Adults

　　

背景：Pauwels III型股骨颈骨折（P3FNFs）是由高能量暴力因素引起的常见股骨颈骨折（FNF）类型之一。本研究旨在评估倒置空心加压螺钉（ICCS）联合垂直于骨折线的横向空心螺钉（TCS）在年轻成人Pauwels III型股骨颈骨折中的疗效。方法：通过有限元分析（FEA）和生物力学测试（BT）构建内固定-骨折模型，以模拟人体髋关节的应力环境，并以股骨颈系统（FNS）模型作为对照，预测ICCS+TCS的生物力学特性。从2023年1月至2024年12月，收集了21例接受ICCS+TCS治疗的P3FNFs患者，并评估其近期影像学和临床结果。实验数据采用单因素方差分析和独立样本t检验进行统计分析。结果：ICCS+TCS在FEA和BT中表现出与FNS基本一致的生物力学趋势。ICCS+TCS具有更强的扭转刚度和更低的整体变形，但抵抗垂直剪切力的能力弱于FNS。本研究所有患者均成功完成手术，无血管或神经损伤等并发症。随访时间为8至25个月。髋关节屈伸活动度、内外旋活动度和Harris评分均显著增加（p<0.05）。股骨颈缩短长度为3.87±0.44mm。结论：ICCS+TCS与FNS相比表现出相似的生物力学趋势；同时，它具有更强的抗扭转能力和承载变形能力。同时，ICCS+TCS在临床治疗中显示出良好的效果。本研究为P3FNFs的治疗提供了一种新方法。

**论文解读**

**研究背景与目的**
股骨颈骨折是骨科常见创伤之一，其中Pauwels III型股骨颈骨折（P3FNFs）由高能量暴力引起，属于不稳定骨折类型，其解剖位置特殊、血供复杂，骨折端承受高剪切力和旋转力，导致术后并发症发生率较高。目前临床治疗P3FNFs的内固定装置包括空心螺钉、动力髋螺钉、内侧支撑钢板、股骨近端髓内钉系统等，但最佳内固定方式尚未完全确定。在中国，倒置空心加压螺钉（ICCS）是最常用的方法，但现有研究报道其治疗P3FNFs效果不佳，术后并发症率高达46.7%，股骨头坏死率可达52.9%。股骨颈系统（FNS）是一种新型内固定装置，具有抗剪切、抗扭转、防止螺钉退出及动态加压骨折端等优点，多项研究显示其在治疗P3FNFs中生物力学性能优于ICCS。基于菱形空心螺钉构型，本研究将第四枚空心螺钉垂直于骨折线置入股骨外侧壁，提出“四点”构型空心加压螺钉植入方案。研究目的包括：（i）提出该方案；（ii）通过有限元分析（FEA）和体外生物力学测试（BT）验证其生物力学性能并与FNS比较；（iii）通过临床试验评估其临床效果；（iv）探讨其能否成为年轻成人P3FNFs的替代治疗方案。论文发表在《Orthopaedic Surgery》。

**主要技术方法**
研究采用有限元分析（FEA）和体外生物力学测试（BT）模拟人体髋关节应力环境，并纳入临床回顾性研究。FEA基于一名健康20岁男性（体重70kg，身高178cm，BMI 22.1 kg/m²）的股骨CT数据，利用Mimics 21.0、Geomagic Studio 2017和SolidWorks 2020软件建立Pauwels III型股骨颈骨折模型（截骨角70°），并分别建立ICCS+TCS和FNS内固定模型。材料属性假设为线性弹性，设置摩擦接触，加载500、1400、2100 N模拟体重0.7、2、3倍应力。BT采用人工复合骨（Synbone LD2350，左侧，瑞士）模拟30–50岁健康成人骨密度，每组15个样本，进行静态轴向压缩、静态扭转和动态循环疲劳测试。临床研究回顾性分析2023年1月至2024年12月西南医科大学附属医院骨科与关节外科收治的21例接受ICCS+TCS治疗的P3FNFs患者（男14例，女7例，平均年龄48.71±10.27岁），记录围手术期数据、术后随访Harris评分、髋关节活动度及股骨颈缩短长度等。

**研究结果**
**1. 有限元分析结果**
- **股骨峰值应力与相对位移**：两组应力均集中于股骨矩骨折端和股骨干内侧，最大位移位于股骨头近端承载区。ICCS+TCS与FNS的股骨相对位移无显著差异（p>0.05），但ICCS+TCS的股骨应力大于FNS（p<0.05）。
- **内固定峰值应力与相对位移**：两组位移峰值均集中于螺钉尖端，应力集中在骨折端。ICCS+TCS组最大应力位于股骨矩附近螺钉，FNS组位于抗旋转螺钉。位移无显著差异（p>0.05），但ICCS+TCS的应力大于FNS（p<0.05），提示ICCS+TCS中下方CCS更接近股骨矩且直径较小，螺钉断裂可能性更大。
- **骨折面相对位移**：X轴（抗内翻变形）、Y轴（抗垂直剪切）、Z轴（抗扭转变形）位移在两组间无显著差异（p>0.05）。

**2. 生物力学测试结果**
- **静态轴向压缩**：ICCS+TCS的轴向刚度为317.06±33.21 N/mm，低于FNS的324.36±8.20 N/mm（p<0.05）。
- **静态扭转**：ICCS+TCS的扭转刚度为1.05±0.01 N·m/(°)，显著高于FNS的0.55±0.05 N·m/(°)（p<0.05）；在2°、4°、6°、8°、10°扭转角下，ICCS+TCS的扭矩均大于FNS（p<0.05）。
- **动态循环加载**：ICCS+TCS的整体变形为0.46±0.04 mm，显著低于FNS的0.76±0.06 mm（p<0.05）。

**3. 临床回顾性研究结果**
- **围手术期**：21例患者均成功完成手术，7例闭合复位，13例经皮撬拨复位，2例Smith-Petersen入路直视复位。无感染、过敏或排斥反应。手术时间91.48±11.89 min，术中出血量14.62±4.47 mL，透视次数35.90±7.75次，切口总长3.63±0.50 cm。
- **术后随访**：1例患者术后1月因车祸致同侧转子下骨折行关节置换术，其余20例随访8–25个月（平均16.35±4.51个月）。Harris评分从术后3个月的65.10±10.28分显著提高至末次随访的88.10±3.94分（p<0.05）；髋关节屈伸活动度从110.05±6.40°增至129.35±5.98°（p<0.05）；内外旋活动度从28.0±5.16°增至44.15±4.79°（p<0.05）。股骨颈缩短长度从术后即刻0.89±0.41 mm增至末次随访3.87±0.44 mm，骨折愈合时间23.95±5.13周，完全负重时间25.65±3.17周。Garden对线指数Ⅰ级15例，Ⅱ级4例，Ⅲ级1例，Ⅳ级0例。

**讨论与结论**
讨论部分指出，ICCS+TCS在生物力学性能上与FNS趋势一致，但具有更强的抗扭转能力和更低的承载变形。FNS因动力杆更粗且可通过锁定钢板传递应力，在抵抗垂直剪切力方面更具优势。ICCS+TCS中TCS能更好压缩骨折端、增加摩擦，四枚螺钉形成三维空间并稳定固定股骨头，增强抗旋转能力。临床结果显示ICCS+TCS提供充分初始稳定性，促进骨折愈合和功能恢复，且股骨颈缩短小于5 mm，避免功能障碍。但该方案手术难度较高，需较长学习曲线，且对骨质疏松患者可能不适用。研究结论：通过有限元分析和体外生物力学实验，ICCS+TCS在治疗年轻成人P3FNFs中表现出与FNS相似的生物力学特性，同时具有更强的扭转刚度和更低整体变形；临床上也取得较好疗效，为后续研究提供理论基础，并为P3FNFs治疗提供参考。