新型儿童股骨颈螺钉设计中的生物力学因素

doi:10.3969/j.issn.2095-4344.2013.39.015

中国组织工程研究 ›› 2013, Vol. 17 ›› Issue (39): 6954-6961.doi: 10.3969/j.issn.2095-4344.2013.39.015

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新型儿童股骨颈螺钉设计中的生物力学因素

黄煊怀，廖瑛，范伟杰，陈志伟

南华大学第一附属医院骨科，湖南省衡阳市 421001

出版日期:2013-09-24 发布日期:2013-09-24
通讯作者: 廖瑛，教授，主任医师，南华大学第一附属医院骨科，湖南省衡阳市 421001 liaoying8281462@163.com
作者简介:黄煊怀★，男，1981年生，侗族，湖南省衡阳市人，2008年南华大学毕业，硕士，主治医师，主要从事骨与关节损伤方面的研究。huangxuanhuai@163.com
基金资助:
湖南省科技厅项目(2009SK3136)*：儿童股骨近端内固定的初步临床研究

Biomechanical factors in the design of new femoral neck screw in children

Huang Xuan-huai, Liao Ying, Fan Wei-jie, Chen Zhi-wei

Department of Orthopedics, First Affiliated Hospital of University of South China, Hengyang 421001, Hunan Province, China

Online:2013-09-24 Published:2013-09-24
Contact: Liao Ying, Professor, Chief physician, Department of Orthopedics, First Affiliated Hospital of University of South China, Hengyang 421001, Hunan Province, China liaoying8281462@163.com
About author:Huang Xuan-huai★, Master, Attending physician, Department of Orthopedics, First Affiliated Hospital of University of South China, Hengyang 421001, Hunan Province, China huangxuanhuai@163.com
Supported by:
Program of China Hunan Science & Technology Department, No. 2009SK3136*

摘要/Abstract

摘要：

背景：由于骺板在股骨的生长发育过程中有重要的作用，内固定的设计要求尽量避免对骺板的损伤，因此对儿童股骨骺板的定位显得尤其重要。
目的：探讨新型儿童股骨颈螺钉固定儿童股骨颈骨折的生物力学性能。
方法：由南华大学解剖室提供的6具儿童尸体上取下股骨12根，X射线排除骨病后，分别采用3枚新型儿童股骨颈螺钉固定；3枚2.0 mm克氏针固定。分别进行生物力学实验，测试其轴向压缩、扭转刚度。
结果与结论：轴向压缩刚度及最大3 N•m的扭转力矩下扭转刚度，儿童股骨颈螺钉分别为(190.74± 20.88) N/mm、(0.18±0.045) N•m/(°)，克氏针为(138.95±15.19) N/mm、(0.120±0.036) N•m/(°)，两者比较差异均有显著性意义(P < 0.05)；显示儿童股骨颈螺钉的抗压能力和抗扭能力上明显强于克氏针。实验说明儿童股骨颈螺钉是一种符合儿童股骨近端解剖学特点，能够满足儿童股骨颈骨折需要的新型内固定器械，具有良好的生物力学性能。

关键词: 骨科植入物, 骨与关节生物力学, 儿童, 股骨颈, 股骨颈螺钉, 骨折, 器械, 内固定, 生物力学, 抗压能力, 抗扭能力, 省级基金

Abstract:

BACKGROUND: As the epiphyseal plate has an important role in the growth and development of femur, the design of internal fixation should avoid the damage to the epiphyseal plate. Therefore, the positioning of pediatric femoral epiphyseal plate is particularly important.
OBJECTIVE: To investigate the biomechanical property of the new femur neck screw internal fixation in treatment of children femoral neck fracture.
METHODS: Twelve femurs were collected from six fresh children cadavers provided by Dissecting Room of University of South China. After exclusion of bone disease with X-ray film, three new children femoral neck screws and three Kirschner wires with the diameter of 2.0 mm were used for fixation. The biomechanical tests were conducted to detect the axial compression and torsion stiffness.
RESULTS AND CONCLUSION: In the children femoral neck screw group, the axial compression stiffness and torsion stiffness under the torsional torque of maximum 3 N•m were (190.74±20.88) N/mm and (0.18±0.045) N•m/° respectively; (138.95±15.19) N/mm and (0.120±0.036) N•m/° respectively in the Kirschner wire group; there were significant differences in the axial compression stiffness and torsion stiffness between two groups (P < 0.05). The results showed that the compressive strength and torsional capacity of the children femoral neck screw were strong than those of Kirschner wire. The experiment suggested that the femoral neck screw for children is a new type of ideal internal fixation device which consist with the anatomical features of children proximal femur and can meet the requirement of children femoral neck fracture with good biomechanical property.

Key words: child, femoral neck fractures, bone nails, biomechanics, dissection

中图分类号:

R318

黄煊怀，廖瑛，范伟杰，陈志伟. 新型儿童股骨颈螺钉设计中的生物力学因素[J]. 中国组织工程研究, 2013, 17(39): 6954-6961.

Huang Xuan-huai, Liao Ying, Fan Wei-jie, Chen Zhi-wei . Biomechanical factors in the design of new femoral neck screw in children[J]. Chinese Journal of Tissue Engineering Research, 2013, 17(39): 6954-6961.

图/表（结果） 6

2.1 大体标本观察结果 本年龄段儿童股骨近端发育变化差异较大。和成人相比，儿童的股骨颈较为细小，狭窄，尚且发育不完善，小转子的位置较成人更为偏向后方。股骨头大部分为关节软骨所覆盖，股骨大、小转子没有完全骨化，股骨头关节软骨和大小转子的软骨在股骨颈的后方连接到一起。颈干角明显较成人偏大。

2.2 大体标本、CR片解剖学测量结果及统计学分析 所测量的儿童股骨近端各项指标均符合正态分。将大体标本所得数据左右两侧配对进行t检验，结果显示左右两侧股骨标本在关节转子间距、头颈轴长、股骨颈最小上下颈、M点到股骨颈最小上下颈的距离、这些指标上差异并无显著性意义(P > 0.05)，而左右两侧在颈干角差异有显著性意义(P < 0.05)，但并不排除因为测量工具限制所导致系统误差(P > 0.01)，具体数据见表1。

将35副标本大体测量结果同CR片测量结果进行统计学分析证明两者之间各项指标在大体标本与影像学分析结果比较，差异无显著性意义(P > 0.05)。因此可以认为CR片所测得解剖学参数能够准确反映标本实际解剖学参数，具体数据见表2。

245例大样本影像学统计结果显示，本年龄段儿童个体差异较大。头颈轴长(65.39±14.24) mm， M点至股骨颈最小上下径距离(35.80±8.81) mm，M点至骺板距离(54.74±11.84) mm三项指标标准差较大，说明三者离散趋势明显。关节转子间距，股骨颈最小上下径，这两项指标标准差相对较小，说明分布较为集中。具体数据，见表3。同时作者计算了样本中M点至骺板距离/头颈轴长的比率约为3/4。

2.3 大样本各数据之间相关性分析 关节转子间距、头颈轴长、股骨颈最小上下颈、M点到股骨颈最小上下颈的距离、M点到骺板距离各项数据之间存在明显相关性(P < 0.01)，股骨颈干角与其他指标之间基本不存在相关性，结果见表4，其中，每一比较组对应得数值分两排显示，上面一排为两者的相关系数r 值，下面一排为系数r值得显著性检验P值得大小，实验将检验水准定为0.01。

2.4 分级载荷下，各组标本在轴向压缩时的轴向及水平位移、扭转载荷下扭矩值 儿童股骨颈螺钉组在同等载荷下发生的位移较克氏针组小，股骨固定后其轴向刚度反映固定器械抵抗轴向变形能力的大小。见表5。

按其生物力学意义：EF=P/DL，式中EF表示刚度，P为轴向载荷，DL为压缩位移。在500 N载荷作用下，儿童股骨颈螺钉组的刚度为(190.74±20.88) N/mm，克氏针组的刚度为(138.95±15.19) N/mm，差异有显著性意义(P < 0.05)。在抗压缩能力上儿童股骨颈螺钉要强于克氏针。

在同样加载3 N•m的力矩作用下，儿童股骨颈螺钉组扭转角度为(16.40±0.40)°，克氏针组为(25.14±0.75)°，儿童股骨颈螺钉扭转角度要比克氏针组小，两者比较，差异有显著性意义(P < 0.05)。扭转刚度是指股骨在扭矩载荷作用下，抵抗扭转变形的能力大小，它是反映内固定是否稳定的一重要指标，骨折端的旋转移位常导致骨折畸形愈合或不愈合。见表6。按其生物力学意义表示:为GJp=Mn/￠，式中GJp表示扭转刚度，Mn为扭矩大小，￠为绝对扭角。在3 N•m扭矩作用下，儿童股骨颈螺钉组的扭转刚度为(0.180± 0.045) N•m/(°)，克氏针组的扭转刚度(0.120± 0.036) N•m/(°)，两者比较，差异有显著性意义(P < 0.05)。由此看来在抗扭能力上儿童股骨颈螺钉要强于克氏针。

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引言

材料方法

设计：体外实验，数字医学测量。

时间及地点：实验于2008年7月至2010年2月在南华大学生物力学实验室完成。

材料：

大体标本：儿童股骨大体标本35副(70个)，由南华大学解剖学教研室提供，为甲醛浸泡1年以内的儿童尸体防腐标本或新鲜速冻股骨标本。测量前剔除所有软组织，对所有标本行肉眼观察并行X射线透视排除病理改变。

CR片来源：110例儿童骨盆正位片数字资源分别来源于南华大学第一附属医院、南华大学第二附属医院，共分析210+35=245例髋。

儿童新鲜尸体股骨标本：取国人儿童新鲜尸体股骨标本6具(12根)，由南华大学解剖教研室提供，将股骨从尸体上完整解剖取出后，剔除股骨标本上所有软组织，保持骨面完整平滑。封装于双层塑料袋中，置于-20 ℃低温度冰箱中保存待用。实验前将标本置于20 ℃的林格氏液中三四小时解冻。

内固定植入材料简介：儿童股骨颈螺钉(共生产200枚) 材质：钛合金(Ti-6Al-4V ELI)钢胚由山东省威高器械有限公司提供，儿童股骨颈螺钉由山东威高医疗器械有限公司负责生产；2.0 mm克氏针(100枚)材质：不锈钢，由山东省威高器械有限公司提供。所有内固定材料均符合国家标准，生物相容性符合国家标准。

方法：

儿童股骨大体标本的测量：

测量方法：采用游标卡尺、直尺、量角器直接测量尸体标本解剖形态的方法。为了尽量减少误差，始终保持测量者与观察、记录者不变，而且同一指标连续测量3次，采用其平均值。

测量指标：在额状面上测量，A：关节转子间距，是指股骨头最高点到大转子最高点在人体轴线上的距离；B：头颈轴长，是指股骨颈中心轴与股骨头及股骨外侧皮质两交点之间的距离，将中心轴与外侧皮质交点设为M点；C：股骨颈最小上下颈，是指冠状面上股骨颈最狭窄处上下缘间的距离；D：M点到股骨颈最小上下颈的距离；E：颈干角；F：股骨颈最小前后颈(水平面上测量)，见图1，2。

儿童骨盆影像学测量：

测量方法：利用CR Philips 500 MA X光机自身携带 Centricity Dicom Viewer软件，对数字X射线资源进行测量，测量前排除非标准正位以及病理性个例，所有测量指标连续测量3次，取其平均值。

测量指标：在额状面上测量，a：关节转子间距；b：头颈轴长；c：股骨颈最小上下颈；d：M点到股骨颈最小上下颈的距离；e：颈干角；f：M点至骺板距离。测量指标示意图见图1。

模型制备与分组：儿童新鲜尸体股骨标本6具(12根)按左右肢体配对分为2组，每组6根。实验组采用儿童股骨颈螺钉固定，对照组采用2.0 mm克氏针呈“品”字形固定。所有标本按照人体骨折时最常见的Pauwels角70°锯断，造成股骨颈骨折模型，见图3。解剖复位骨折后，在对照组，使用2.0 mm克氏针在股骨转子下2.0 cm沿股骨颈轴线方向置针，3根克氏针呈倒三角形。实验组先用3根2.0 mm的克氏针在股骨转子下2.0 cm沿股骨颈轴线方向做导针，置入的方向也呈倒三角形，然后拔出其中一根克氏针，测深，攻丝(注意不要损伤骨骺)，根据骨折的具体情况，选用合适长度的股骨颈螺钉拧紧，随后依次置入后面的2颗螺钉，方法同前。最后，3颗股骨颈螺钉也呈倒三角形分布。所有标本的制作和固定均按AO原则模拟临床操作，并尽可能保持制作的一致性。

股骨颈生物力学测试方法：模拟人体单足站立状态，将完整股骨标本装入MTS 858 Mini Bionix型电子万能实验机夹具内(南华大学生物力学实验室)。由于髋关节上的载荷会使股骨颈在载荷下外上方为拉应力，内下方为压应力。产生压缩、扭转2种力学状态，因此确定股骨颈在生物力学实验中的载荷类型为压缩载荷、扭转载荷。轴向压缩载荷设计在0-500 N范围内，扭转载荷设计在0-3 N•m范围内。实验机加载速度为压缩 1 mm/min，扭转1 N•m/min，以使整个实验安全平稳、精确有序地进行。通过传感器与计算机相连，采集处理数据，记录载荷与位移关系。在整个实验过程中，所有标本均用生理盐水湿润以保持标本处于湿润状态，并给与温度补偿以保持整个实验处于相同的温度条件下。

主要观察指标：根据生物力学实验的目的和载荷类型，确定其各项观察指标。轴向压缩实验：观测股骨的位移、轴向刚度。扭转实验：观测股骨的扭角、扭转刚度。

统计学分析：统计分析均在计算机上用SPSS 13.0软件包进行，用Kolmogorov-Smirnov检验法对所有的数据进行正态性检验。用配对t检验法对大体标本左右两侧数据以及大体标本测量同影像学测量所得数据之间进行检验、比较。对影像学大样本资料进行描述性分析，并对所有数据进行相关性分析。

实验所得生物力学量，以x(_)±s表示，用Chauvent准则进行精度分析，误差处理，方差不齐者，进行数据转换，用t 检验，检验水准为0.05，行双侧检验。

讨论

3.1 儿童股骨近端解剖学特点 儿童股骨近端解剖结构复杂，不同年龄生长变化差异较大。同长管状骨一样儿童股骨近端分成4个解剖区域，即骨骺、骺板、干骺端及骨干，这四个区域基本上来自软骨化骨，随后沿骨干由膜内化骨所补偿，随年龄增长逐渐成熟。骨骺分为压迫性骨骺和牵拉性骨骺两种，前者位于股骨近端，构成关节一侧，承受着从关节传来的压力，起着纵轴生长的作用，其骨化时间为3-7个月，融合时间为18岁。后者位于肌肉的起点、止点，承担着肌肉的牵拉力，如股骨大小转子骨骺，大转子骨骺骨化的时间一般为0-7岁，小转子骨骺骨化的时间为9-16岁，它们融合时间为16-19岁。
儿童股骨近端骺板为盘状骺板，介于骨骺和干骺端之间，为了适应生长及生物力学的需要，骺板形成小指突状软骨伸向干骺端，称为乳突，乳突的形成增加了骺板抗剪应力的能力，增强了骺板的稳定性^[7] 。
儿童股骨头近端骺板承担股骨生长的30%。了解股骨头近端骺板的形状和位置，对临床工作中尽量避免骺板的损伤有着重要意义。国内陈振光等^[8]观察到儿童股骨头骺板的主要形状呈弧线型，少数呈直线型和波浪形。并且得出结论认为：股骨头后方软骨缘中点与骺板的距离为(4.77±1.21) mm；股骨头前方软骨缘中点与骺板的距离为(4.46±1.18) mm；股骨头头颈线与骺板的距离为(7.04±2.17) mm。实验所测量指标为股骨头头颈轴线上股骨外侧皮质M点到股骨头骺板的位置，结果为(54.74±11.85) mm，这为临床手术中向股骨颈置入内固定物的深度提供解剖学依据。
儿童股骨头供血与成人不同，不同时期各有其特点，4 岁前主要由旋股内侧动脉(MFCA)和旋股外侧动脉(LFCA)分支(囊外动脉环)提供，股骨头骨骺主要血液来源为干骺动脉，4-7岁以外侧的外骺动脉为惟一来源，7-10岁圆韧带动脉才伸入股骨骺与骺动脉相吻合，逐渐开始发挥作用^[9] 。
由于儿童期血供特点，圆韧带动脉的供血不足，外骺动脉易受损伤，囊内动脉环又多不完整，加之骨骺软骨板的阻隔，此时若主要血管损伤闭塞就极易造成股骨头缺血性坏死。股骨颈骨折时，其周围的血管亦遭受破坏，关节内外血肿形成，压迫股骨头血供的血管，致股骨头血供障碍，极易发生股骨头缺血坏死等并发症^[10-11]。
决定股骨近端形态三要素是颈干角、前倾角和关节转子间距。颈干角是股骨颈与股骨干所形成的夹角，随着发育股骨外侧部生长加速，因此颈干角随着发育成长而减少，股骨呈内翻倾向。各家报道并不相同，Skirving125°-140°，平均135°，吉士俊等人统计137.9°，Lanz Wachsmuch统计认为5岁142°、9岁138°，实验结果的统计为141.5°，考虑到本研究所设定的研究对象范围为5-10岁，年龄相对偏小，实验所测定数值和国内外结果基本相符。关节转子间距国内吉士俊测量结果男(22±4) mm、女(17±3) mm，并且认为各年龄组间无显著差异，但男女之间有差异，实验测量结果为(21.84± 3.96) mm。
3.2 儿童股骨近端解剖学特点在临床中的意义 儿童股骨颈骨折在临床上发病率较低，并不像成人股骨近端骨折那样受到广泛的关注。但因骨折多由多由车祸、高处坠落等高能量损伤引起以及生长发育期儿童股骨近端特殊解剖特点，容易发生股骨头缺血坏死，髋内翻畸形，骨骺早闭及下肢发育不等长等并发症^[12-14] 。对于开放性骨折，合并颅脑外伤者，多发性骨折等特殊类型的股骨转子下骨折和几乎所有的有移位股骨颈骨折很多文献中的作者都主张积极进行手术治疗^[15-17] 。
统计显示5-10岁年龄段为儿童骨折的高发年龄阶段。对于儿童股骨颈骨折，位置越靠近股骨近端发生股骨头缺血坏死的机会越大，Ⅱ型骨折在儿童股骨颈骨折中的发生率最高(47%)，股骨头坏死的发生率为41%-52%^[18-23] 。77%的Ⅱ型骨折为移位骨折，且移位程度与股骨头坏死的发生率直接相关^[24-26] 。由于大多数的Ⅱ型骨折为不稳定性骨折，因此均应行内固定。如果仅采用外固定或者闭合复位髋人字石膏制动治疗，将会导致髋内翻和骨折不愈合的发生率升高^{[24-25，27-28]} 。
国外学者Cbell认为在治疗儿童骨折时候，螺纹钉的螺纹部分是严禁通过骺板的，因此在治疗Ⅱ型儿童股骨颈骨折时候，通过骨折线的螺纹部分很难达到足够的把持力量，进而难以维持骨折的复位。
实验研究测量了本年龄段中儿童股骨颈的头颈轴长为(65.39±14.24) mm、头颈轴线与股骨外侧皮质焦点M点至骺板的距离为(54.74±11.84) mm、 M点至股骨颈最小上下颈的距离为(35.80±8.81) mm 3项指标，为实验设计一种带有光滑前端的儿童股骨颈螺钉提供解剖学依据。理论上这种螺钉前端光滑部分能够通过骺板从而增加螺钉在股骨颈中的把持力。颈干角的存在有利于冠状面上外展肌平衡体重^[29] 。其改变必将导致髋关节应力的改变^[29] 。颈干角变大会增大头和颈的应力^[30-31] ，变小则会增大股骨颈所受的剪力^[30-32] 。所以复位时应注意解剖复位，恢复正常的颈干角。
Deyerle 很早就通过计算提出，在外周置入加压螺钉其抗扭能力是中心置入的三翼钉的2.3-4.0倍^[31] 。分散置钉有利于防止股骨头旋转，并能适应不同体位作用于髋关节的各种应力，增加内固定的稳定性^[33] 。近年来更加强调靠近股骨颈皮质和股骨距置钉^[34-37] 。有学者推测，内固定直径和长度相同时，贴近皮质骨处的支持力是放置于松质骨内的5倍^[8] 。而且靠近皮质置钉还有利于防止股骨头的倾倒和移位^[34-35] 。这就需要了解股骨颈最小纵径和前后径的解剖参数，以达到最大程度的分散置钉，又能避免穿透股骨颈。
因此了解颈最狭窄处的径线范围非常有意义^[8] 。实验测量结果表明，中国儿童股骨颈最小前后径(20.01± 1.44) mm，最小上下径为(24.36±4.19)mm，二者最小值分别为15.48 mm和16.40 mm。这些数据对螺钉的设计改进及内固定时把握其空间距离有重要的参考意义。
3.3 股骨近端形态学差异 实验中头颈轴长最大者97.49 mm，最小者44.92 mm；股骨颈最小上下径最大者34.44 mm，最小15.48 mm，说明本年龄段中国儿童股骨近端解剖形态个体差异较大，这增加了内固定选择、设计的难度，与某些并发症与内固定的不合适密切相关。就要求在使用内固定时要注意个体化原则，内固定的设计要符合国内儿童的解剖特点。
3.4 儿童股骨颈骨折治疗现状 儿童股骨颈骨折与成年人有许多不同之处，如股骨头无菌坏死，髋内翻畸形发生率高，预后较差^[3]。其原因：儿童骨质坚韧需较大暴力才能发生骨折，因而往往骨折错位及血管损伤较严重；复位及内固定较成年人困难，不但不易造成嵌插，且在手术固定中易发生骨骺分离，进一步损伤股骨头血运；儿童期圆韧带动脉常供血不足，且与股骨头内动脉之间很少吻合；另一方面骺软骨板形成血运屏障从而降低伤后血运的代偿能力，使骨折近端缺血[37]。故儿童股骨颈骨折后，股骨头坏死率高，有关文献报道为40%。Delbet-Colonna根据解剖部位将小儿股骨颈骨折分为：Ⅰ型－经股骨头骺板骨折；Ⅱ型－经股骨颈骨折；Ⅲ 型－股骨颈基底部骨折；Ⅳ型－股骨转子间骨折4 种类型。其中Ⅰ型骨折最为少见，大约不到10%，Ⅱ型骨折的发生率最高，占40%-50%， Ⅲ型骨折仅次于Ⅱ型骨折，为25%-35%，Ⅳ型骨折约占15%^[38-39]。
近年来对儿童股骨颈骨折多趋向于早期手术治疗，早期治疗有利于尽快恢复骨折后血管扭曲、受压或痉挛，恢复股骨头残留的血液供应。国内过邦辅等报道150例，发现在14 d内手术者，愈合率无差别；而14 d 后手术者，则不愈合率增加。
目前国内还没有专门应用于儿童股骨颈的内固定系统，治疗儿童股骨颈骨折的方法主要有克氏针、空心螺钉以及钉板系统。克氏针是较早临床上应用于儿童股骨颈骨折的内固定。克氏针内固定因其体积小，损伤较小，容易通过股骨颈，且三针呈等边三角形分布，提供了牢靠的固定，故股骨头缺血性坏死率较低^[22] 。但克氏针存在固定不够牢固，抗拉应力较差，加之儿童术后护理困难，易致固定物松动，骨折再移位等，因此适应于年龄较小的儿童，且术后需要髋人字石膏固定6-8周^[40] 。临床上多应用于Ⅰ、Ⅱ型骨折。
近几年来，空心松质骨螺钉固定在儿童股骨颈骨折应用越来越多^[41-42] 。从力学角度来看，空心松质骨螺钉螺纹深，螺距宽，把持力强，能使骨折端紧密靠拢、严密嵌插，且螺钉系钻孔拧入，并非锤入，骨折端断面摩擦力也较大，避免了在负载下骨折断端间的分离。但空心螺钉直径较大，如果螺纹进入骨骺，对骨骺的损伤较克氏针大，对于手术操作要求严格。目前适用多于Ⅲ、Ⅳ型股骨颈骨折。钉板系统固定也有应用[43]，但对血供及骨骺创伤较大，现较少用。
3.5 新型儿童股骨颈螺钉特点 实验根据儿童股骨近端的解剖学特点，结合松质骨螺钉及克氏针的优点，设计一套应用于儿童股骨颈的螺钉。螺钉参照松质骨螺钉设计，由AO标准4 mm松质骨螺钉改造而成，全长有40，45，50，55，60 mm等不同规格，其中螺钉前端为光滑部分，尖端成克氏针状，考虑置钉位置及角度的影响，前部光滑部又分为长、短光滑部两种型号，长与短相差2.0 mm，螺钉螺纹的长度按照M点到股骨头骺板/头颈长比率(3/4)设计，螺钉头直径6 mm，2.5 mm六角凹口，螺杆直径2.5 mm，全部螺钉芯为1.9 mm，螺纹间距为1.75 mm，相应配套工具为2.5 mm和4.0 mm用于松质骨的丝锥。见图4。

据Ogden^[9]的研究表明，无螺纹的细钢针穿过骺板中央，只占骺板的很少范围，即使产生骨骺到干骺端的局部限制，但对整个骺板的生长潜力影响很小，甚至完全没有影响，而有螺纹的钢针固定牢靠，但可发生骺板细胞被压缩而发生骨骺早闭。儿童股骨颈螺钉和儿童鹅头钉、儿童角钢板刃相比，内固定物更加细小，进一步减少了对股骨头血运的影响。可以置入3枚螺钉，3枚螺钉沿股骨颈纵轴方向置入股骨颈，呈倒三角形分布，在空间呈三角形结构，使其在不同平面固定，有较强的抗旋转作用，有利于骨折的愈合。理论上能够恢复骨的正常结构及应力传导，达到对骨折的稳定固定。
为了进一步了解其在固定儿童股骨颈骨折中的生物力学性能，本研究采用目前临床上治疗儿童股骨颈骨折常用的克氏针作为对照，从生物力学角度对其合理性、科学性进行评价，为临床应用提供科学依据^[44] 。结果表明，采用儿童股骨颈螺钉治疗儿童股骨颈骨折具有很多优点:①较克氏针固定具有更好的抗压缩及抗扭转机械稳定性，能够满足生物学固定的要求。②临床上可经皮或小切口电视X线监视进针，对患者生理干扰小，并可避免切开复位固定时可能对伤后幸存的供应股骨头血供的微小血管的再损害。③螺钉远端的独特设计，对骨骺干扰小。
儿童股骨颈螺钉是一种符合儿童股骨近端解剖学特点，能够满足儿童股骨颈骨折需要的新型内固定器械，对于固定股骨颈骨折具有良好的生物力学性能，可能成为治疗儿童股骨颈骨折的理想的内固定器械。

新型儿童股骨颈螺钉设计中的生物力学因素

Biomechanical factors in the design of new femoral neck screw in children

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