《Frontiers in Bioengineering and Biotechnology》：Biomechanical and clinical evaluation of the posterosuperior screw in-out-in in the inverted triangular cannulated screws fixation of femoral neck fractures
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**目的**：本研究旨在评估倒三角空心螺钉固定股骨颈骨折中，后上螺钉In-Out-In（IOI）与All-In构型的力学性能及临床结局。
**方法**：采用有限元分析（finite element analysis，FEA）比较三种倒三角空心螺钉固定构型（
**目的**：本研究旨在评估倒三角空心螺钉固定股骨颈骨折中，后上螺钉In-Out-In（IOI）与All-In构型的力学性能及临床结局。
**方法**：采用有限元分析（finite element analysis，FEA）比较三种倒三角空心螺钉固定构型（IOI、All In-Low（AI-L）和All In-Narrow（AI-N））在不同Pauwels角股骨颈骨折中的力学特性。使用ORTHObones人工股骨开展扭转、前后位压缩、轴向压缩及循环加载生物力学实验。研究人员回顾性分析了91例股骨颈骨折患者的术后资料。根据髋部CT扫描结果将患者分为IOI组（32例）和All-In组（59例），比较两组间骨不连和股骨头缺血性坏死（avascular necrosis，AVN）的发生率。
**结果**：有限元与生物力学实验表明，IOI组在抗扭转、抗弯曲、抗剪切和抗疲劳性能方面均优于AI-L组和AI-N组。临床随访显示，IOI组与All-In组的骨不连发生率分别为9.38%和8.47%，AVN发生率分别为15.63%和15.25%，组间差异均无统计学意义（P > 0.05）。
**结论**：本研究表明，与All-In构型相比，IOI构型具有更优的力学性能，同时不增加骨不连或AVN风险，因此可能无需为避免该轨迹而反复透视。然而，鉴于本研究的回顾性及样本量有限，上述结论需通过更大规模的前瞻性研究及更长随访期加以证实。
**论文解读**
**一、研究背景与问题**
股骨颈骨折是临床常见损伤，约占全部髋部骨折的53%。空心螺钉固定是股骨颈骨折保髋治疗的首选方式，常规采用三枚平行螺钉以倒三角构型置入，且螺钉需贴近股骨颈皮质以提供稳定支撑。然而，由于股骨颈横截面呈斜椭圆形，后上区域和anteroinferior区域骨量相对不足，后上螺钉即使在透视下看似位于骨内，也常在实际解剖上穿出股骨颈皮质后再回入骨质，即In-Out-In（IOI）现象，其发生率高达54%–70%。既往观点认为，IOI后上螺钉可能损伤位于股骨颈横断面11点钟位置的上支持带动脉，从而增加股骨头缺血性坏死（AVN）风险，因此建议尽量避免该轨迹。但现有文献缺乏直观解剖或影像学证据证实IOI螺钉损伤上支持带动脉的风险，也缺乏临床研究聚焦IOI后上螺钉对股骨颈骨折后AVN的影响。同时，IOI后上螺钉对骨折稳定性的生物力学效应尚存争议。根据AO骨折管理原则，骨折固定需在生物学与生物力学之间取得平衡。因此，研究人员开展本研究，旨在通过有限元分析（FEA）、生物力学实验及临床研究，系统评估IOI后上螺钉对股骨颈骨折机械稳定性及预后的影响。
**二、研究方法概述**
研究包括三部分。首先，采用一名29岁男性志愿者的股骨CT影像构建三维股骨模型，通过Mimics、Geomagic Studio和SolidWorks建立三种倒三角螺钉构型（IOI、All In-Low（AI-L）、All In-Narrow（AI-N）），并模拟30°、50°、70° Pauwels角骨折，利用Ansys Workbench进行有限元分析，在模拟单腿站立条件下施加2100 N载荷，测量股骨与螺钉的峰值von Mises应力和位移。其次，使用ORTHObones人工股骨（3 B Scientific，德国）进行生物力学实验，每组15根股骨，按Pauwels角分为三个亚组，采用定制截骨导板模拟骨折，依次进行扭转试验、前后位（AP）压缩试验、轴向压缩试验和循环加载试验，记录扭矩、刚度和最大位移等参数。第三，回顾性收集2020年1月至2023年12月大连医科大学附属第一医院91例股骨颈骨折患者资料，根据术后髋部CT判断是否存在后上螺钉IOI，分为IOI组（32例）和All-In组（59例），比较两组基线资料、术中资料及术后骨不连和股骨头AVN发生率。
**三、主要研究结果**
**1. 有限元分析结果**
在三种Pauwels类型骨折中，IOI、AI-L和AI-N三组股骨的位移云图均表现为从股骨头负重区向股骨远端逐渐减小，同一条件下IOI组股骨峰值位移低于AI-L组和AI-N组。螺钉位移云图呈现从尖端向尾部逐渐减小的趋势，IOI组螺钉峰值位移亦低于其他两组。股骨及螺钉的应力云图显示三组应力分布及峰值应力值相似，股骨应力主要沿股骨近端内侧分布，峰值应力集中在股骨颈骨折内侧，螺钉峰值应力集中在骨折线附近的螺钉杆部。
**2. 生物力学实验结果**
在三种Pauwels类型骨折中，IOI组在股骨头绕股骨颈轴旋转10°时的平均最大扭矩均大于AI-N组和AI-L组，其中Pauwels II型骨折差异有统计学意义。IOI组在所有三种Pauwels类型骨折中的AP刚度和轴向刚度均显著高于AI-N组和AI-L组。循环加载试验中，IOI组在所有三种Pauwels类型骨折中均表现出最小的骨折块位移，生物力学稳定性优于另外两组，差异具有统计学意义。
**3. 临床研究结果**
共纳入91例患者，IOI组32例，All-In组59例。两组在年龄、性别、骨折侧别、损伤机制、骨折分型、受伤至手术时间、复位方式、手术时间、复位质量及末次随访时间等方面差异均无统计学意义。末次随访时，IOI组和All-In组的骨不连发生率分别为9.38%和8.47%，股骨头AVN发生率分别为15.63%和15.25%，两组差异均无统计学意义。多因素logistic回归分析亦显示IOI与All-In构型在骨不连和AVN发生率上无显著差异。
**四、讨论与结论**
研究结果表明，IOI构型相较于All-In构型具有更优的力学性能，但并未增加骨不连或股骨头AVN风险。力学优势可能源于IOI螺钉在传统“三点支撑”基础上额外形成一处皮质支撑，构成“四点支撑”，并在更大截面积上分散应力。IOI不增加AVN的机制可能包括：IOI螺钉未损伤上支持带动脉、血管弹性及侧支循环代偿、支持带“三明治样”结构保护血管，以及原始创伤本身可能已导致血管损伤。基于以上发现，研究人员建议重新考虑IOI后上螺钉的临床价值，避免将其视为手术技术失误，也无需为避免该轨迹而反复透视。但本研究为回顾性、样本量有限、随访时间约14个月，且未直接评估股骨头血供，因此结论需通过更大规模、更长随访的前瞻性研究加以验证。
