2.1   股骨近端骨折块的应力分布及应力峰值   4种内固定模型股骨近端骨折块应力主要分布在骨折端股骨颈下方靠近股骨距附近。股骨近端骨折块应力峰值分别为：4枚空心拉力螺钉13.072 MPa；双平面双支撑螺钉固定9.752 MPa；经皮加压钢板9.222 MPa；股骨颈系统9.075 MPa；其中4枚空心拉力螺钉组股骨近端骨折块应力峰值最大，股骨颈系统组最小，见图3，表4。







2.2   近端骨折块的位移及峰值   4种内固定模型的近端骨折块移峰值均位于股骨头顶端，由近端到远端位移逐渐减小。近端骨折块位移峰值大小分别为：4枚空心拉力螺钉2.015 mm；双平面双支撑螺钉固定1.890 mm；经皮加压钢板1.887 mm；股骨颈系统1.880 mm；其中4枚空心拉力螺钉组最大，股骨颈系统组最小，见图4，表4。




2.3   股骨的位移及峰值    4种内固定模型的股骨位移峰值均位于股骨头顶端，由近端到远端位移逐渐减小。股骨位移峰值大小分别为：4枚空心拉力螺钉3.129 mm；双平面双支撑螺钉固定2.877 mm；经皮加压钢板3.262 mm；股骨颈系统3.078 mm；其中经皮加压钢板组最大，双平面双支撑螺钉固定组最小，见图5，表4。



2.4   内固定的应力分布及应力峰值   4种模型内固定应力主要分布在骨折面附近内固定装置表面，并向两侧散开，经皮加压钢板模型内固定应力峰值出现在远端第3枚螺钉与钢板交界处，另外3种模型内固定应力峰值集中在骨折线附近。内固定应力峰值大小分别为：4枚空心拉力螺钉54.734 MPa；双平面双支撑螺钉固定81.424 MPa；经皮加压钢板82.536 MPa；股骨颈系统60.239 MPa；其中经皮加压钢板组最大，4枚空心拉力螺钉组最小，见图6，表4。



2.5   内固定的位移及峰值   4种模型内固定位移集中在内固定装置的近端，最大位移均位于内固定装置上方最顶端，位移峰值大小为：4枚空心拉力螺钉3.029 mm；双平面双支撑螺钉固定2.838 mm；经皮加压钢板3.192 mm；股骨颈系统2.997 mm；其中经皮加压钢板组最大，双平面双支撑螺钉固定组最小，见图7，表4。

[1] KANNUS P, PARKKARI J, SIEVANEN H, et al. Epidemiology of hip fractures. Bone.1996;18(1 Suppl): 57S-63S. [2] FLORSCHUTZ AV, LANGFORD JR, HAIDUKEWYCH GJ, et al. Femoral neck fractures: current management.J Orthop Trauma. 2015;29(3):121-129. [3] PUTNAM SM, COLLINGE CA, GARDNER MJ, et al. Vascular Anatomy of the Medial Femoral Neck and Implications for Surface Plate Fixation.J Orthop Trauma. 2019;33(3):111-115. [4] SHEN M, WANG C, CHEN H, et al. An update on the Pauwels classification.   J Orthop Surg Res. 2016;11(1):161. [5] KALSBEEK JH, VAN WALSUM ADP, VROEMEN JPAM, et al. Displaced femoral neck fractures in patients 60 years of age or younger: results of internal fixation with the dynamic locking blade plate. Bone Joint J. 2018;100-B(4):443-449. [6] NAUTH A, CREEK AT, ZELLAR A, et al. Fracture fixation in the operative management of hip fractures (FAITH): an international, multicentre, randomised controlled trial. Lancet. 2017;389(10078):1519-1527.  [7] SLOBOGEAN G P, SPRAGUE S A, SCOTT T, et al. Complications following young femoral neck fractures. Injury.2015;46(3): 484-491. [8] PAUYO T, DRAGER J, ALBERS A, et al. Management of femoral neck fractures in the young patient: A critical analysis review. World J Orthop. 2014;5(3):204-217. [9] MA JX, KUANG MJ, XING F, et al. Sliding hip screw versus cannulated cancellous screws for fixation of femoral neck fracture in adults: A systematic review.Int J Surg. 2018;52:89-97.  [10] TIANYE L, PENG Y, JINGLI X, et al. Finite element analysis of different internal fixation methods for the treatment of Pauwels type III femoral neck fracture. Biomed Pharmacother. 2019;112:108658.  [11] XIA Y, ZHANG W, ZHANG Z, et al. Treatment of femoral neck fractures: sliding hip screw or cannulated screws? A meta-analysis.J Orthop Surg Res. 2021;16(1):54. [12] TANG Y, ZHANG Z, WANG L, et al. Femoral neck system versus inverted cannulated cancellous screw for the treatment of femoral neck fractures in adults: a preliminary coMParative study. J Orthop Surg Res. 2021;16(1):504.  [13] 殷浩, 周恩昌, 潘政军,等.4枚空心钉与3枚空心钉结合支持钢板内固定治疗PauwelsⅢ型股骨颈骨折的有限元分析 [J]. 中国组织工程研究,2019,23(32):5133-5137. [14] 王建, 冉建, 刘修信, 等.空心钉“F”技术与倒三角形方式布钉治疗股骨颈骨折的疗效比较 [J]. 中国矫形外科杂志,2016,24(24):2242-2246. [15] 胡清勇. 经皮加压钢板与空心钉内固定治疗股骨颈骨折的比较[J]. 东方药膳,2021(10): 91. [16] WIRTZ D, PANDORF T, PORTHEINE F, et al. Concept and development of an orthotropic FE model of the proximal femur.J Biomech. 2003; 36(2):289-293. [17] 张晟, 胡岩君, 余斌. 不同内固定方式固定PauwelsⅢ型股骨颈骨折模型的有限元分析[J]. 中国矫形外科杂志,2017,25(2):163-169. [18] LI J, ZHAO Z, YIN P, et al. CoMParison of three different internal fixation implants in treatment of femoral neck fracture-a finite element analysis.J Orthop Surg Res. 2019;14(1):76.  [19] SOWMIANARAYANAN S, CHANDRASEKARAN A, KUMAR RK. Finite element analysis of a subtrochanteric fractured femur with dynamic hip screw, dynamic condylar screw, and proximal femur nail implants--a coMParative study. Proc Inst Mech Eng H. 2008;222(1):117-127. [20] HALVORSON J. Reduction Techniques for Young Femoral Neck Fractures. J Orthop Trauma. 2019;33 Suppl 1:S12-S19.  [21] JONES CB, WALKER JB. Diagnosis and Management of Ipsilateral Femoral Neck and Shaft Fractures. J Am Acad Orthop Surg. 2018;26(21): e448-e454. [22] XU DF, BI FG, MA CY, et al. A systematic review of undisplaced femoral neck fracture treatments for patients over 65 years of age, with a focus on union rates and avascular necrosis. J Orthop Surg Res. 2017;12(1):28.  [23] CHAN DS. Femoral Neck Fractures in Young Patients: State of the Art. J Orthop Trauma. 2019;33 Suppl 1:S7-S11.  [24] DUFFIN M, PILSON HT. Technologies for Young Femoral Neck Fracture Fixation. J Orthop Trauma. 2019;33 Suppl 1:S20-S26. [25] MEDDA S, SNOAP T, CARROLL EA. Treatment of Young Femoral Neck Fractures. J Orthop Trauma. 2019;33 Suppl 1:S1-S6. [26] LIPORACE F, GAINES R, COLLINGE C, et al. Results of internal fixation of Pauwels type-3 vertical femoral neck fractures. J Bone Joint Surg Am. 2008;90(8):1654-1659. [27] CHA YH, YOO JI, HWANG SY, et al. Biomechanical Evaluation of Internal Fixation of Pauwels Type III Femoral Neck Fractures: A Systematic Review of Various Fixation Methods. Clin Orthop Surg. 2019;11(1):1-14. [28] PANTELI M, RODHAM P, GIANNOUDIS PV. Biomechanical rationale for implant choices in femoral neck fracture fixation in the non-elderly. Injury. 2015;46(3):445-452. [29] PENG MJ, XU H, CHEN HY, et al. Biomechanical analysis for five fixation techniques of Pauwels-III fracture by finite element modeling. Comput Methods Programs Biomed. 2020;193:105491.  [30] ZENG W, LIU Y, HOU X. Biomechanical evaluation of internal fixation implants for femoral neck fractures: A coMParative finite element analysis. Comput Methods Programs Biomed. 2020;196:105714.  [31] LI L, ZHAO X, YANG X, et al. Dynamic hip screws versus cannulated screws for femoral neck fractures: a systematic review and meta-analysis. J Orthop Surg Res. 2020;15(1):352.  [32] GüMüŞTAŞ S, TOSUN H, AĞıR İ, et al. Influence of number and orientation of screws on stability in the internal fixation of unstable femoral neck fractures. Acta Orthop Traumatol Turc. 2014;48(6):673-678. [33] KUNAPULI S, SCHRAMSKI M, LEE A, et al. Biomechanical analysis of augmented plate fixation for the treatment of vertical shear femoral neck fractures. J Orthop Trauma. 2015;29(3):144-150.  [34] 位锋, 周业金, 姚涛,等 .空心钉联合支撑钢板治疗中青年PauwelsⅢ型股骨颈骨折 [J]. 中国组织工程研究,2021,25(18):2869-2874. [35] SU Z, LIANG L, HAO Y. Medial femoral plate with cannulated screw for Pauwels type III femoral neck fracture: A meta-analysis. J Back Musculoskelet Rehabil. 2021;34(2):169-177. [36] FILIPOV O. Biplane double-supported screw fixation (F-technique): a method of screw fixation at osteoporotic fractures of the femoral neck. Eur J Orthop Surg Traumatol. 2011;21(7):539-543.  [37] ZHU F, LIU G, SHAO H G, et al. Treatment of femoral neck fracture with percutaneous compression plate: preliminary results in 74 patients. Orthop Surg. 2015;7(2):132-137. [38] 范智荣, 苏海涛, 周霖,等.新型股骨颈内固定系统治疗不稳定性股骨颈骨折的有限元分析 [J]. 中国组织工程研究,2021,25(15): 2321-2328. [39] STOFFEL K, ZDERIC I, GRAS F, et al. Biomechanical Evaluation of the Femoral Neck System in Unstable Pauwels III Femoral Neck Fractures: A CoMParison with the Dynamic Hip Screw and Cannulated Screws.J Orthop Trauma. 2017;31(3):131-137. [40] 杨亚军, 马涛, 张小钰, 等.股骨颈动力交叉钉系统治疗股骨颈骨折近期疗效 [J]. 中国修复重建外科杂志,2021,35(5):539-543. [41] BOLZONI L, RUIZ-NAVAS E M, GORDO E. Evaluation of the mechanical properties of powder metallurgy Ti-6Al-7Nb alloy. J Mech Behav Biomed Mater. 2017;67:110-116. [42] RYBALCHENKO OV, ANISIMOVA NY, KISELEVSKY MV, et al. The influence of ultrafine-grained structure on the mechanical properties and biocoMPatibility of austenitic stainless steels. J Biomed Mater Res B Appl Biomater. 2020;108(4):1460-1468.

[1]	詹 乙, 王 彪, 马宇立, 何思敏, 孙宏慧, 郝定均. 新型骨水泥螺钉系统与常用方式固定迟发性椎体骨折后骨坏死模型的生物力学比较[J]. 中国组织工程研究, 2023, 27(3): 385-390.
[2]	鲁 辉, 吴启梅, 刘 融. 单侧与双侧入路植入骨填充网袋治疗骨质疏松性椎体压缩性骨折的有限元分析与应用[J]. 中国组织工程研究, 2023, 27(3): 391-397.
[3]	王建平, 张晓辉, 余进伟, 魏绍亮, 张新民, 许幸新, 曲海军. 三维图像配准及坐标变换膝关节运动分析在机构学中的应用[J]. 中国组织工程研究, 2022, 26(在线): 1-5.
[4]	许新忠, 吴钟汉, 余水生, 赵 耀, 徐春归, 张 鑫, 郑嵋戈, 荆珏华. 斯氏针置入股骨头不同方式的生物力学分析[J]. 中国组织工程研究, 2022, 26(9): 1313-1317.
[5]	魏国强, 李云峰, 王 一, 牛晓芬, 车丽芳, 王海燕, 李志军, 史国鹏, 白 灵, 莫 凯, 张晨晨, 许阳阳, 李筱贺. 非均匀材料股骨在不同负荷情况下的生物力学分析[J]. 中国组织工程研究, 2022, 26(9): 1318-1322.
[6]	袁加斌, 朱宗东, 唐孝明, 魏 丹, 谭 波, 肖成伟, 赵淦琳炜, 廖 锋. 难复性股骨转子间骨折的解剖分型与复位策略[J]. 中国组织工程研究, 2022, 26(9): 1341-1345.
[7]	吕倩忆, 陈芯仪, 郑慧娥, 何灏龙, 李棋龙, 陈楚淘, 田浩梅. 不同角度肘按法对正常人腰椎椎体及后部结构的应力和位移分析[J]. 中国组织工程研究, 2022, 26(9): 1346-1350.
[8]	张玉芳, 吕 蒙, 梅 钊. 青少年脊柱侧弯全脊柱生物力学模型的构建及验证[J]. 中国组织工程研究, 2022, 26(9): 1351-1356.
[9]	张吉超, 董跃福, 牟志芳, 张 震, 李冰言, 徐祥钧, 李佳意, 任 梦, 董万鹏. 骨关节炎患者在不同步态角度下膝关节内部生物力学变化的有限元分析[J]. 中国组织工程研究, 2022, 26(9): 1357-1361.
[10]	白子兴, 曹旭含, 孙承颐, 杨艳军, 陈 思, 温建民, 林新晓, 孙卫东. 步态周期中踝关节有限元模型的构建及生物力学分析[J]. 中国组织工程研究, 2022, 26(9): 1362-1366.
[11]	刘 峰, 冯 毅. 步态周期下不同克氏针张力带治疗髌骨横行骨折的有限元分析[J]. 中国组织工程研究, 2022, 26(9): 1367-1371.
[12]	潘保顺, 方 镇, 高明杰, 方贵明 , 陈金水. 基于影像学数据设计带融合器的寰枢椎后路内固定系统[J]. 中国组织工程研究, 2022, 26(9): 1372-1376.
[13]	姚晓玲, 彭建城, 许岳荣, 杨志东, 张顺聪. 可变角度零切迹前路椎间融合内固定系统治疗脊髓型颈椎病：30个月随访[J]. 中国组织工程研究, 2022, 26(9): 1377-1382.
[14]	李 琨, 高尔科, 熊 峰, 王 星, 武丹琪, 李志军, 张少杰, 刘亚楠, 朵 岚, 李子瑜. 1-6岁儿童枢椎经椎弓根螺钉内固定的可行性[J]. 中国组织工程研究, 2022, 26(9): 1383-1387.
[15]	庄至坤, 吴荣凯, 林行会, 龚志兵, 张前进, 魏秋实, 张庆文, 吴昭克. 稳定增强型内衬髋关节系统在偏瘫老年股骨颈骨折全髋关节置换中的应用[J]. 中国组织工程研究, 2022, 26(9): 1429-1433.

随着社会人口老龄化的加剧、交通事故频发，髋部骨折发病率逐年上升，据估计，全球每年约有160万髋部骨折患者，根据流行病学调查，预计到2025年髋部骨折的数量将达到260万，到2050年这一数字将上升到450万[1]。股骨颈骨折是临床常见的骨折，占全身骨折的3.6%，占髋部骨折的48%-54%，青壮年股骨颈骨折主要由高能量暴力损伤所致，老年患者主要因意外跌倒等低能量损伤引起[2-3]。股骨颈骨折分型方法较多，临床常用的是Pauwels分型。Pauwels 角即两侧髂嵴连线与远端骨折线之间的夹角，Pauwels 分型：Ⅰ型 Pauwels 角≤30°；Ⅱ型 Pauwels 角> 30°≤50°；Ⅲ型 Pauwels 角> 50°[4]。Pauwels Ⅲ型股骨颈骨折由于其骨折线角度相对垂直，骨折端接触面积较小，所遭受的剪切应力大，骨折不稳定，术后并发症发生率较高。据报道，Pauwels Ⅲ型股骨颈骨折术后有18%-48%的再手术率和11.1%-33%骨不连发生率及10%-16%股骨头坏死发生率[5-7]。因此，股骨颈骨折已成为临床治疗的难题，一直被认为是“尚未被解决好的骨折”[8]。在内固定方式的选择上，目前临床最常用3枚空心螺钉固定和动力髋螺钉固定[9]，其中3枚空心螺钉固定是治疗年轻人股骨颈骨折最常见的方法[8]，然而有研究表明使用3枚空心螺钉固定治疗 Pauwels Ⅲ型股骨颈骨折术后内固定失效、股骨颈缩短、内翻畸形、股骨头坏死和骨不连的发生率较高[10-11]，主要原因为骨折断端存在着较大的剪切力，其特殊的生物力学环境增加了内固定治疗的难度。股骨颈系统(Femoral Neck System，FNS)是瑞士DePuy Synthes公司研发并于2017年上市的一种新型内固定系统，具有创伤小、操作简单等特点[12]。该系统研发者采用生物力学实验研究已经指出，同经典的3枚空心加压螺钉、动力髋螺钉相比较该套内固定系统有较好的生物力学特性。此次实验采用有限元分析方法，探究股骨颈系统与其他几种内固定方式在治疗Pauwels Ⅲ型股骨颈骨折生物力学稳定性方面有何差异，为其在临床的应用提供理论依据。
中国组织工程研究杂志出版内容重点：人工关节；骨植入物；脊柱；骨折；内固定；数字化骨科；组织工程

1.1   设计   三维有限元分析实验。
1.2   时间及地点   实验于2021年5-8月在广西医科大学第四附属医院骨科实验室完成。
1.3   材料
1.3.1   设备   西门子32排CT由广西医科大学第四附属医院影像科提供；联想小新air13笔记本电脑一台，Windows 10 Home操作系统。
1.3.2   软件    Mimics 21.0(比利时Materialise公司)；Geomagic 2017(美国Geomagic公司)；SolidWorks 2017(法国Dassault Systemes S.A公司)；Ansys 17.0(美国Ansys公司)。
1.3.3   内固定材料   股骨颈系统由3部分组成，材质均为Ti-6Al-7Nb(钛-6铝-7铌)：①板(+锁定螺钉)：成角稳定结构，CCD130°，仅2个规格：1孔和2孔，锁定孔使用5.0 mm锁定螺钉；②螺栓：直径10 mm，圆钝头，长度规格75-130 mm，5 mm一跳；③抗旋螺钉：直径6.4 mm，增强抗旋稳定，圆钝头，可与螺栓锁定。

空心拉力螺钉、经皮加压钢板、股骨颈系统材料介绍见表1。

1.4   对象   选择1名健康男性志愿者，30岁，身高175 cm，体质量70 kg，签订知情同意书。采用32排螺旋CT沿胫骨平台面向上至股骨头扫描，层厚1.0 mm，图像资料以DICOM格式保存，志愿者CT及X射线检查髋部骨骼无异常。研究方案的实施符合广西医科大学第四附属医院的相关伦理要求。
1.5   方法   
1.5.1   股骨模型的建立   将DICOM格式文件导入Mimics 21.0重建出原始股骨三维模型，输出为STL格式保存。将STL文件导入Geomagic 2017软件，进行优化处理，首先使用“探索轮廓线”命令进行探索，接着使用“构建曲面片”从轮廓线中绘制曲面片覆盖模型外表面，接着使用“修理曲面片”让曲面完全贴近模型外表，更好的识别特征，然后使用“构建格栅”在曲面片中生成格栅，最后使用“拟合曲面”将格栅与外表面拟合得到股骨松质骨与皮质骨模型，输出为STEP格式。将STEP文件导入SolidWorks 2017软件，通过布尔运算将松质骨与皮质骨装配，重建出完整的股骨模型。
1.5.2   Pauwels Ⅲ型股骨颈骨折模型的建立   将重建后完整的股骨模型在SolidWorks 2017软件中打开，在CT坐标轴冠状面生成一个基准面，在该基准面股骨头上方绘制一条水平线，经过股骨颈中点附近做一条与水平线成70°角的直线，利用“分割”工具进行切割，得到70°角的Pauwels Ⅲ型股骨颈骨折模型，见图1。

1.5.3   股骨颈骨折内固定模型的建立   在SolidWorks 2017软件中按照临床使用内固定参数以及内固定方法建立4种内固定模型。

(1) 4枚空心拉力螺钉模型：螺杆直径4.8 mm，中空部分直径2.5 mm，远端螺纹部分直径7.3 mm，螺纹长度为16 mm，以倒三角方式平行置入3枚空心拉力螺钉，第4枚空心拉力螺钉于大转子处指向股骨距水平置入，4枚空心拉力螺钉远端距离关节面约5 mm[13]。

(2)双平面双支撑螺钉固定模型：螺钉参数同上述空心拉力螺钉，下位钉于股骨干长轴前 1/3，大转子下方5-7 cm处置入，螺钉与股骨干长轴成150°-165°角；中位钉于股骨干长轴后1 /3、下位钉进钉点近侧2-4 cm 处置入，与股骨干纵轴呈135°-140°；上位钉于中位钉上方 1.0-2.0 cm处置入，与中位钉平行，3枚螺钉远端均置于距离关节面约5 mm处[14]。

(3)经皮加压钢板模型：套筒直径9.3 mm，长度35 mm；钢板长度95 mm，厚度6 mm，宽度18 mm；近端拉力螺钉直径7.3 mm，长度98 mm，螺纹部分长度25 mm，远端3枚皮质骨螺钉直径4.5 mm。钢板上缘紧邻股骨大转子下方，钢板紧贴股骨近端，主钉远端头部置于距离关节面约5 mm 处[15]。

(4)股骨颈系统模型：螺栓直径10 mm，长85 mm；防旋螺钉直径6.4 mm，防旋螺钉与螺栓夹角7.5°；板块颈干角为130°，锁钉螺钉直径5.0 mm。于大转子下方置入，使螺栓于正侧位均在股骨颈中心，螺栓远端置于距离关节面约5 mm 处。将建立好的股骨颈骨折内固定模型导入Ansys 17.0进行网格划分，生成节点和单元，见图2，表2。

1.5.4   材料参数   实验假设所有内固定模型均为连续、各向同性和均匀的线弹性材料[16]，根据既往研究[17]，有限元模型材料参数见表3。

1.5.5   加载条件   将股骨模型远端的自由度约束为零，即远端各节点在X，Y，Z轴上的位移为零。模拟70 kg成年人行走时单腿负重情况下股骨承载力，在股骨头顶点处施加载荷，计算轴向载荷约为500 N[17-18]。假设为骨折面完全断裂并处于接触状态，摩擦系数为0.2[19]，内固定与股骨之间设置为绑定接触。
1.6   主要观察指标   ①股骨近端骨折块的Von Mises应力分布及峰值；②内固定装置的Von Mises应力分布及峰值；③近端骨折块的位移分布和最大位移；④股骨的位移分布和最大位移；⑤内固定装置的位移分布和最大位移。

多年来，在股骨颈骨折内固定方式选择上一直存在争议，无论选择何种治疗方法，目标都是解剖复位和稳定内固定[20-22]。Pauwels Ⅲ型股骨颈骨折多为高能量损伤导致，其骨折线接近垂直，复位和固定较为困难，虽然临床上治疗Pauwels Ⅲ型股骨颈骨折的内固定方式较多，但治疗效果各有优缺点，目前尚无统一的治疗方案[23-25]。

目前临床常用的3枚空心拉力螺钉固定技术相对微创，手术时间较短，对大多数稳定性股骨颈骨折有较大的优势，其缺点是对骨折断端的把持力欠佳，术后并发症发生率较高。一项62例Pauwels Ⅲ型股骨颈骨折研究显示，仅使用空心螺钉固定治疗术后并发症发生率为32%，骨不连发生率为19%，股骨头坏死发生率为14%[26]。多项针对Pauwels Ⅲ型股骨颈骨折的生物力学研究显示，空心螺钉固定在生物力学稳定性方面没有优势，不是首选的治疗方法[27-30]。

动力髋螺钉是另一种临床常用的治疗股骨颈骨折内固定方式，对骨折端剪切应力的抵抗能力较强，但与使用多个空心螺钉相比显示出较低的抵抗旋转力的能力[29]。一项生物力学研究显示，与单个动力髋螺钉固定相比，增加一枚防旋螺钉可以减少骨折位移，增加稳定性，但这不可避免地造成更大的手术创伤[2]。一项荟萃分析表明，动力髋螺钉联合防旋螺钉的固定方式术后股骨头坏死的发生较高，这可能与这种固定方式造成更大的手术切口和更多的软组织损伤有关[31]。有学者提出，在3枚空心螺钉平行股骨颈长轴倒三角置入的基础上，增加第4枚于大转子外侧皮质指向股骨距水平置入的空心螺钉。GÜMÜŞTAŞ等[32]利用人工假骨进行生物力学实验证实，在Pauwels Ⅲ型股骨颈骨折模型测试中，3枚空心螺钉加1枚横行螺钉的固定方式比仅使用3枚空心螺钉的固定方式生物力学稳定性更好。

为了弥补3枚空心螺钉固定对骨折端剪切应力的抵抗能力不强的缺点，有学者提出使用3枚空心螺钉联合内侧支撑钢板的固定方式。KUNAPULI等[33]的一项针对垂直型股骨颈骨折的生物力学实验结果显示，3枚空心螺钉的内固定失效荷载为2 409 N，而3枚空心螺钉加内侧支撑钢板的内固定失效荷载为4 417 N，增加内侧支撑钢板使失效荷载增加了83%。位锋等[34]对76例Pauwels Ⅲ型股骨颈骨折进行17个月的随访，结果显示3枚空心螺钉联合内侧支撑钢板较单纯3枚空心螺钉在骨折的稳定性方面有明显的优势，骨折不愈合、内固定失效等并发症明显降低。但内侧支撑钢板扩大了手术切口，手术时间及术中出血量增多，这无疑会增加术后感染的风险以及对周围血管的损伤[35]。

FILIPOV[36]提出了双平面双支撑螺钉固定的方法， 证实该方法治疗股骨颈骨折的愈合率为98.86% ，但对患者远期的髋关节功能、股骨头坏死率等方面影响，缺乏长期随访研究。ZHU等[37]报道，对74例经皮加压钢板治疗的股骨颈骨折患者进行平均18.8个月的随访，髋关节评分优良率达到98.5%，但这种固定方法的手术难度较大。近年来，为了获取更稳定的内固定支撑，以抵抗垂直骨折的剪切力，防止骨折移位并保护股骨头的血液供应，降低股骨颈骨折内固定术后并发症，开发了一种新的股骨颈内固定系统并在临床上得到应用。股骨颈系统于2017年上市，该系统由锁定钢板、螺栓和防旋螺钉3部分组成，防旋螺钉和螺栓之间形成7.5°交叉固定角度，起到很好的抗旋作用，锁定螺栓和防旋螺钉具有滑动设计，最大可实现 20 mm 的滑动，可以实现术中的滑动加压，锁定钢板小于动力髋螺钉钢板，在手术过程中对软组织的损伤更小。范智荣等[38]的一项有限元分析结果显示，与3枚空心螺钉固定相比，股骨颈系统治疗不稳定性Pauwels Ⅲ型股骨颈骨折具有更优的生物力学稳定性。STOFFEL等[39]采用生物力学实验比较股骨颈系统与空心螺钉及动力髋螺钉治疗Pauwels Ⅲ型股骨颈骨折的生物力学稳定性，结果显示股骨颈系统的生物力学稳定性优于空心螺钉，与动力髋螺钉相比无明显差异。杨亚军等[40]的一项早期随访结果显示，股骨颈系统与3枚空心螺钉在骨折愈合时间、愈合率和髋关节功能方面无明显差异，但股骨颈系统手术操作简便、创伤小、手术时间短，可减少术中透视次数，减轻手术室电离辐射的危害。

此次实验采用有限元分析方法，建立4种Pauwels Ⅲ股骨颈骨折内固定模型，对比分析4种模型的生物力学特性。实验结果显示，股骨近端骨折块的应力主要分布在骨折面内侧2 mm范围内，且集中于股骨颈下方靠近股骨距附近。股骨近端骨折块的应力间接反映了内固定模型的稳定性，当股骨的局部应力较大时，股骨发生微骨折的风险增加，容易引起内固定物的松动、切割甚至再骨折；与其他模型相比，股骨颈系统组近端骨折块应力最小，表明此种内固定方式发生微骨折的风险最小，对骨折端的保护性最佳。股骨颈系统近端骨折块应力最小，而内固定承受的应力却不是最小，这是因为该装置不是一个整体，螺栓与抗旋螺钉存在连接间隙，当施加轴向载荷时将不可避免地将应力集中在装置的连接处。实验结果显示，4种模型的内固定应力峰值均远小于材料的屈服强度(Ti-6Al-7Nb合金，850-900 MPa；医用不锈钢，230 MPa)[41-42]，内固定应力分布图显示，股骨颈系统内固定模型的应力分布更均匀、更分散，这表明了与其他模型相比，股骨颈系统模型力的传导性更好，可将应力传导至远端锁定钢板；而锁定钢板置入了2枚直径5.0 mm锁定螺钉，将板锁定在股骨近端，这样的装置结构避免了应力集中，不易发生形变、断裂。实验结果显示4种模型中，股骨颈系统内固定模型的近端骨折块位移小于另外3组，这表明股骨颈系统抗内翻与短缩的能力强于另外3组，术后骨折端移位与内部固定失败的风险较低，这与前人研究结果相符。双平面双支撑螺钉固定模型股骨及内固定位移最小，这是由于其下位螺钉紧贴股骨距置入，且下位螺钉与股骨长轴有150°-165°角，这相当于下位螺钉以股骨距为支点形成杠杆，对骨折端及螺钉有很好的支撑作用。但双平面双支撑螺钉固定模型内固定应力峰值却较大，且主要集中在下位螺钉，这是因为股骨距骨密度大，不易发生形变，当施加荷载时，股骨距支点处对下位螺钉有一个向上支撑的力，导致此处内固定应力增大。实验结果显示，股骨颈系统模型近端骨折块应力及位移最小，并且内固定应力分布比较均匀、分散，而双平面双支撑螺钉固定模型股骨及内固定位移最小，但内固定应力峰值较大，且有应力集中现象。因此，综合各方面特点分析，股骨颈系统生物力学稳定性更优，可以为骨折愈合创造更好的力学环境。

此次研究的局限及展望：①研究只进行有限元分析，其结果需进行尸体骨生物力学实验及临床病例分析来验证；②实验用建模方法将骨折处理为平面，而真实骨折断端常是锯齿状、凹凸不平的接触面，模型与实际有一定差距；③实验利用三维软件建模，并不能准确模拟出股骨的一些解剖结构，与实际情况有一定差距，对结果有影响；④实验给予单一的纵向载荷，未考虑大小转子周围的肌肉牵拉作用，在未来的研究中将考虑髋关节周围肌肉对股骨的载荷影响。

结论：通过有限元实验发现，相较于4枚空心拉力螺钉、双平面双支撑螺钉及经皮加压钢板，股骨颈系统显示出更小的近端骨折块应力及位移，内固定应力分布更均匀、分散，力的传导性更好。此外，双平面双支撑螺钉内固定位移峰值最小，但内固定应力大于股骨颈系统，且应力相对集中，这可能会导致螺钉断裂。实验结果表明，股骨颈系统生物力学稳定性更优，可以为骨折愈合创造更好的力学环境，具体疗效仍有待于临床进一步验证。
中国组织工程研究杂志出版内容重点：人工关节；骨植入物；脊柱；骨折；内固定；数字化骨科；组织工程

文题释义：
股骨颈系统(Femoral Neck System，FNS)：由锁定钢板、螺栓和防旋螺钉3部分组成，锁定钢板与螺栓呈130°角，防旋螺钉和螺栓之间形成7.5°交叉固定角度，螺栓和防旋螺钉具有滑动设计，最大可实现 20 mm 的滑动，可以实现术中的滑动加压。
股骨颈骨折Pauwels分型：Pauwels 角即两侧髂嵴连线与远端骨折线之间的夹角，Pauwels 分型：Ⅰ型 Pauwels 角≤30°；Ⅱ型 Pauwels角> 30°≤50°； Ⅲ型 Pauwels 角> 50°。

中国组织工程研究杂志出版内容重点：人工关节；骨植入物；脊柱；骨折；内固定；数字化骨科；组织工程

多年来，在股骨颈骨折内固定方式选择上一直存在争议，无论选择何种治疗方法，目标都是解剖复位和稳定内固定。Pauwels Ⅲ型股骨颈骨折多为高能量损伤导致，其骨折线接近垂直，复位和固定较为困难，虽然临床上治疗Pauwels Ⅲ型股骨颈骨折内固定方式较多，但治疗效果各有优缺点，目前尚无统一的治疗方案。该探究股骨颈系统与其他几种内固定方式在治疗Pauwels Ⅲ型股骨颈骨折生物力学稳定性方面有何差异。

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