内侧支撑钢板联合固定 Pauwels Ⅲ型股骨颈骨折伴后内侧骨缺损的有限元分析

doi:10.12307/2026.733

中国组织工程研究 ›› 2026, Vol. 30 ›› Issue (15): 3760-3771.doi: 10.12307/2026.733

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内侧支撑钢板联合固定 Pauwels Ⅲ型股骨颈骨折伴后内侧骨缺损的有限元分析

玉苏甫·热合曼 1，2 ，木塔力普·斯拉木江 2 ，阿里木江·玉素甫 1，2 ，张子义 1，2 ，冉建 2

1新疆医科大学第六临床医学院，新疆维吾尔自治区乌鲁木齐市 830054；2新疆医科大学第六附属医院创伤骨一科，新疆维吾尔自治区乌鲁木齐市 830002

接受日期:2025-09-06 出版日期:2026-05-28 发布日期:2025-11-05
通讯作者: 冉建，主任医师，硕士生导师，新疆医科大学第六附属医院创伤骨一科，新疆维吾尔自治区乌鲁木齐市 830002
作者简介:玉苏甫·热合曼，男，1999 年生，新疆维吾尔自治区乌鲁木齐市人，维吾尔族，新疆医科大学在读硕士，主要从事骨创伤和骨再生医学相关研究。
基金资助:
新疆维吾尔自治区自然基金培育计划(LFYKYZXJJ2024015)，项目负责人：木塔力普·斯拉木江

Finite element analysis of combined fixation of Pauwels type III femoral neck fracture with posteromedial bone defects of varying degrees using a medial support plate

Yusufu·Reheman1, 2 , Mutalipu·Silamujiang2 , Alimujiang·Yusufu1, 2 , Zhang Ziyi 1, 2 , Ran Jian2

1The Sixth Clinical Medical College, Xinjiang Medical University, Urumqi 830054, Xinjiang Uygur Autonomous Region, China; 2First Department of Orthopedics and Traumatology, the Sixth Affiliated Hospital of Xinjiang Medical University, Urumqi 830002, Xinjiang Uygur Autonomous Region, China

Accepted:2025-09-06 Online:2026-05-28 Published:2025-11-05
Contact: Ran Jian, Chief physician, Master’s supervisor, First Department of Orthopedics and Traumatology, the Sixth Affiliated Hospital of Xinjiang Medical University, Urumqi 830002, Xinjiang Uygur Autonomous Region, China
About author:Yusufu·Reheman, Master candidate, The Sixth Clinical Medical College, Xinjiang Medical University, Urumqi 830054, Xinjiang Uygur Autonomous Region, China; First Department of Orthopedics and Traumatology, the Sixth Affiliated Hospital of Xinjiang Medical University, Urumqi 830002, Xinjiang Uygur Autonomous Region, China
Supported by:
Natural Science Foundation Cultivation Program of Xinjiang Uyghur Autonomous Region, No. LFYKYZXJJ2024015 (to MS)

摘要/Abstract

摘要：

文题释义：

内侧支撑钢板：是一种用于治疗股骨颈骨折的内固定装置，通常放置于股骨颈内侧以提供更强的力学支撑。它通过钢板和螺钉的组合固定骨折端，减少移位风险，尤其适用于垂直型或不稳定型股骨颈骨折。相比传统空心螺钉，内侧支撑钢板能更好地抵抗剪切力，降低内固定失败和股骨头坏死的概率。
股骨颈骨折伴后内侧骨缺损：是指股骨颈骨折的同时，后方和内侧的骨结构出现缺失或塌陷，属于不稳定型骨折。这种骨折因支撑力不足容易移位，传统固定(如空心钉)可能失效，需更强的内固定(如支撑钢板)来维持稳定。后内侧骨缺损会显著增加股骨头缺血性坏死和骨折不愈合的风险，需手术中植骨或用特殊固定技术修复。治疗需结合CT评估缺损程度，常采用切开复位、内侧支撑钢板联合植骨，以恢复力学稳定性和愈合条件。

摘要
背景：Pauwels Ⅲ型股骨颈骨折往往会伴随不同程度的骨缺损，其骨缺损程度与内固定的稳定性是影响骨折愈合的关键因素。
目的：有限元分析模拟并对比联合内侧支撑钢板固定Pauwels Ⅲ型股骨颈骨折伴不同程度骨缺损的稳定性，为实际临床术式提供实验依据。
方法：利用Mimics 21.0、Geomagic和Solidworks软件构建Pauwels角为70°且伴有4种不同程度后内侧骨缺损的Pauwels Ⅲ型股骨颈骨折模型，模拟空心钉联合内侧支撑钢板、股骨颈动力交叉钉系统联合内侧支撑钢板、单独股骨颈动力交叉钉系统3种内固定方法，两两组合成12组骨折骨缺损内固定模型组。在单腿站立工况3倍体质量2 100 N的载荷下分析12组模型股骨、内固定、股骨头及骨折面的应力和位移变化。
结果与结论：①在各个程度的骨缺损中，空心钉联合内侧支撑钢板无论在股骨整体还是内固定，其位移与应力都比股骨颈动力交叉钉系统联合内侧钢板及单独用股骨颈动力交叉钉系统固定小；②随着股骨后内侧骨缺损体积的增大，股骨与内固定的位移呈递增趋势；③提示空心钉联合内侧支撑钢板固定相较于股骨颈动力交叉钉系统联合内侧支撑钢板固定在生物力学上更具优势，表现为更小的位移峰值、更均匀的应力分布及更低的应力集中风险；骨缺损区的结构性支撑重建对于伴中、大程度骨缺损的股骨颈骨折治疗极为重要。

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

关键词: 股骨颈骨折, 内侧支撑钢板, 股骨颈动力交叉钉系统, 内固定, 骨缺损, 有限元分析

Abstract: BACKGROUND: Pauwels type III femoral neck fractures are often accompanied by different degrees of bone defect. The degree of bone defect and stability of internal fixation are key factors affecting fracture healing.
OBJECTIVE: To simulate and compare the stability of different degrees of bone defects fixed by finite element analysis to provide experimental basis for actual clinical surgery.
METHODS: Mimics 21.0, Geomagic and Solidworks software were used to construct a model of femoral neck fracture with Pauwels angle of 70° and four posteromedial bone defects of different degrees. Three internal fixation methods of hollow nail combined with medial support plate, femoral neck dynamic cross-fixing system combined with medial support plate, and femoral neck dynamic cross-fixing system alone were simulated to form 12 groups of fracture bone defect internal fixation model groups. The stress and displacement changes of femur, internal fixation, and femoral head of 12 groups of models were analyzed under the load of 3 ploid mass of 2 100 N.
RESULTS AND CONCLUSION: (1) In all degrees of bone defects, the displacement and stress of the hollow nail combined with the medial steel plate were smaller than those of femoral neck dynamic cross-fixing system combined with the medial steel plate and femoral neck dynamic cross-fixing system fixation alone, regardless of whether the femur was fixed as a whole or internally. (2) With the increase of the volume of the posterior medial femoral bone defect, the displacement of the femur and internal fixation showed an increasing trend. (3) It is concluded that compared with femoral neck dynamic cross-fixing system combined with steel plate fixation, hollow nail combined steel plate fixation has more advantages in biomechanics, which is manifested as smaller displacement peak, more uniform stress distribution and lower stress concentration risk. Structural support reconstruction of the bone defect is extremely important for the treatment of femoral neck fractures with moderate to large bone defects.

Key words: femoral neck fracture, medial buttress plate, femoral neck dynamic cross-fixing system, internal fixation, bone defect, finite element analysis

中图分类号:

玉苏甫·热合曼 , 木塔力普·斯拉木江 , 阿里木江·玉素甫 , 张子义 , 冉建 . 内侧支撑钢板联合固定 Pauwels Ⅲ型股骨颈骨折伴后内侧骨缺损的有限元分析[J]. 中国组织工程研究, 2026, 30(15): 3760-3771.

Yusufu·Reheman , Mutalipu·Silamujiang , Alimujiang·Yusufu , Zhang Ziyi , Ran Jian. Finite element analysis of combined fixation of Pauwels type III femoral neck fracture with posteromedial bone defects of varying degrees using a medial support plate[J]. Chinese Journal of Tissue Engineering Research, 2026, 30(15): 3760-3771.

图/表（结果） 10

2.1 股骨近端模型的位移及峰值 12组模型整体的位移峰值都集中于股骨头顶部区域，从顶部到远端依次减小。无论是哪一种内固定方式固定，位移峰值随着缺损体积的增大，依次从无缺损到大缺损组表现为递增趋势。在相同程度的骨缺损模型中，空心钉组的位移峰值都比其余两组低，单独股骨颈动力交叉钉系统组则均高于其余两组，这也能反映出单独股骨颈动力交叉钉系统固定相对于联合内侧支撑钢板固定会形成应力集中的表现。详见图6，表2。

2.2 股骨近端模型的应力分布及峰值 12组模型中空心钉联合内侧支撑钢板内固定组整体的应力峰值都集中在内侧支撑钢板近端钉子与钢板接触区域，在钢板中部也分布着较高的应力，应力主要分布在内固定处；而单独股骨颈动力交叉钉系统内固定组应力峰值分布在主钉顶部。在所有相等程度的骨缺损模型中，空心钉联合内侧支撑钢板组的位移峰值都比其余两组低。在大缺损单独股骨颈动力交叉钉系统内固定模型中出现所有模型中最大的应力峰值283.1 MPa，并且在大缺损和中缺损模型中都呈现出很高的应力，这说明了股骨颈后内侧骨缺损的程度影响股骨及内固定应力分布[36-37]。详见表2，图7。

2.3 内固定位移分布及峰值 12组内固定装置位移最大处均位于内固定最顶端，并自顶端向远端逐渐减小。与股骨近端位移一样，空心钉联合内侧支撑钢板组都比其余两组小，同样无论是何种内固定，位移峰值随着缺损体积的增大，从无缺损组到大缺损组依次表现为递增趋势。详见图8，表3。

2.4 内固定应力分布及峰值 在空心钉及股骨颈动力交叉钉系统联合钢板模型中内固定应力峰值都集中于钢板近端螺钉与钢板贴股骨头的交接区域。与股骨近端应力分布一样，相同缺损程度下空心钉联合钢板组应力峰值都比其余两组内固定模型低。空心钉联合内侧支撑钢板组与股骨颈动力交叉钉系统联合内侧支撑钢板组应力主要分布于钢板与近端螺钉交接近骨折线一侧，单独股骨颈动力交叉钉系统组应力峰值在主钉顶部，而在防旋钉中部也有较大应力分布区域。可看出无论是空心钉还是股骨颈动力交叉钉系统，联合内侧支撑钢板实现了较优的应力分散效果，尤其空心钉与内侧支撑钢板组合时效果更明显、应力更分散，同时相对于空心钉联合内侧支撑钢板组，股骨颈动力交叉钉系统联合内侧支撑钢板组在内侧钢板近端螺钉上呈现出较强的应力集中。详见图9及表3。

2.5 股骨头应力及位移峰值 如图10所示，所有模型股骨头最大应力都集中与股骨头顶部，并且自钉向远端逐渐减小。在同样程度的骨缺损模型对比，空心钉联合内侧支撑钢板组的最大位移都比其余两种内固定组小，可看出在伴骨缺损股骨颈骨折中，空心钉联合内侧支撑钢板内固定方式具有更好的力学稳定性，能更好地预防股骨头塌陷等并发症的发生[38-39]。在中、大缺损骨缺损模型中，股骨头位移较大，可说明较大程度的骨缺损对股骨头稳定性影响不可忽视。见表4。

2.6 股骨头骨折面应力及峰值 在股骨头应力峰值方面各模型之间未表现出明显的递增或递减的趋势。在应力分布云图中可看出大缺损模型表现出很明显的应力集中现象。在空心钉联合内侧支撑钢板组中应力分布较分散，应力峰值都主要集中在股骨颈正下方区域，应力分布对于冠状面而言对称。而股骨颈动力交叉钉系统联合内侧支撑钢板组应力峰值虽然在小缺损、大缺损模型中比空心钉联合内侧支撑钢板组稍小，但分布不对称，呈现出较大隐患。股骨颈动力交叉钉系统联合内侧支撑钢板组与单独股骨颈动力交叉钉系统组中最大应力峰值分布在股骨颈正下方或下前方，应力主要分布于冠状面前侧的部分，而在后侧基本无应力分布，这有可能因应力分散不均匀而带来股骨颈内翻畸形的风险，尤其在单独股骨颈动力交叉钉系统固定组中、大缺损的模型中应力峰值过高，则可说明后期内翻塌陷概率也比联合钢板固定要高很多[40-41]。详见表5，图11。

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引言

Pauwels 分型自 1935 年发表以来，一直是股骨颈骨折治疗的重要指南[1-2]，其中，Pauwels Ⅲ 型股骨颈骨折的骨折线与两髂嵴连线夹角≥ 50°，剪切应力占主导地位，并产生显著的内翻应力，导致骨折移位和内翻塌陷[3]。从流行病学角度来看，股骨颈骨折在老年人中较为常见，这与老年人骨质疏松导致骨骼强度下降密切相关。然而，青壮年也并非与 Pauwels Ⅲ 型股骨颈骨折绝缘，青壮年骨质坚硬，一旦发生此类骨折，往往伴有明显移位，周围软组织损伤严重，股骨头也会受到严重损害[4-6]。对于Pauwels Ⅲ 型股骨颈骨折的治疗方法众多，各有优劣。对于Pauwels Ⅲ 型这种高剪切力的骨折类型，传统的空心螺钉、动力髋螺钉等内固定方式不能有效地支撑高剪切力[7-8]。随着医学技术的不断发展，股骨颈动力交叉钉系统逐渐应用于临床。股骨颈动力交叉钉系统是一种新型股骨颈内固定系统，其生物力学强度优于传统 “三根钉” 结构[9]。与传统的空心钉相比，股骨颈动力交叉钉系统通过独特的交叉钉设计，显著提高了抗旋转稳定性，与动力髋螺钉系统相比，股骨颈动力交叉钉系统抗旋转稳定性相当，但是减少了手术时长与出血量[10-11]；同时股骨颈动力交叉钉系统联合冠状位空心钉一定程度上降低了股骨颈缩短等并发症的发生[12]。然而，股骨颈动力交叉钉系统并非完美无缺，对于一些伴有严重骨质疏松或复杂骨折形态的患者，股骨颈动力交叉钉系统仍可能存在固定失效的风险[13]。
ZHU等[14]在研究中发现，在469例Pauwels Ⅲ 型股骨颈骨折中都合并不同程度的骨缺损，其中股骨颈颈后上侧缺损最多见(占56.9%)，后下方及后内侧其次(占33.5%)。当 Pauwels Ⅲ 型股骨颈骨折伴后内侧骨缺损时，治疗难度进一步加大，后内侧骨缺损使得骨折部位的力学支撑结构受损，导致植入物相对于支撑良好的骨折端负载不平衡，这反过来会增加内固定失败的风险，更容易发生移位和塌陷，极大地增加了骨折不愈合以及股骨头坏死的风险[15-18]。
此时，单纯依靠股骨颈动力交叉钉系统或空心钉等内固定方式往往难以取得理想效果，需要额外的支撑和骨缺损修复措施[19-20]。内侧支撑钢板可以将骨折端的剪切力转换为挤压力，有效促进骨折愈合，其能够提高股骨颈骨折的生物力学稳定性[20-21]。在MCGARRY等[22]临床研究中显示，内侧支撑钢板可以维持股骨颈骨折复位，降低骨折不愈合和手术失败率，改善术后关节功能。然而，内侧支撑钢板在实际应用中也面临一些问题，如钢板的放置位置、角度等对手术效果影响较大，手术操作难度相对较高，且不同程度的骨缺损对内侧支撑钢板的支撑效果也有不同影响，目前对于骨缺损程度与内侧支撑钢板固定效果之间的量化关系尚缺乏深入研究[23]。内侧支撑钢板在不同程度后内侧缺损中的“剂量-效应”关系不明；目前针对这一复杂骨折类型及骨缺损情况，结合多种内固定方式(如股骨颈动力交叉钉系统与内侧支撑钢板联合等)的有限元分析研究尚不够全面和深入，不同内固定组合在不同骨缺损程度下的力学优势及适用范围仍有待进一步明确。
此次研究通过建立精确的三维有限元模型，可以模拟不同内固定方式在Pauwels Ⅲ 型股骨颈骨折伴后内侧不同程度骨缺损情况下的力学行为，非线性接触算法可模拟骨-内固定界面的微动效应，进而分析骨折部位的应力分布、位移变化等情况，这有助于深入了解各种治疗方案的生物力学机制，为临床治疗方案的优化提供理论依据。

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

材料方法

1.1 设计 有限元分析实验。
1.2 时间及地点 实验于 2025年1-4 月在新疆维吾尔自治区乌鲁木齐市新疆医科大学第六附属医院骨科实验中心完成。
1.3 对象 选择1名健康的成年男性，身高174 cm，体质量70 kg，实验前经 X 射线片和 CT 检查无任何异常。使用64排螺旋CT对患者股骨进行平扫，扫描参数设置为层厚1.0 mm，采用高分辨率各向同性体素采集模式，确保三维重建图像质量。原始数据以二维横断面图像序列的DICOM(Digital Imaging and Communications in Medicine)3.0标准格式保存，以便后续Mimics软件识别。
志愿者对此次实验知情同意并签署“知情同意书”，此次研究已通过新疆医科大学第六临床医学院伦理委员会的批准(批号：LFYLLSC20240423-01)。
1.4 设备及软件 64 排螺旋 CT 扫描仪(德国，Siemens公司)；3.0T核磁共振扫描仪(德国，Siemens 公司)；Geomagic studio 2014逆向工程软件(3D Systems公司，美国)；Ansys workbench 2021分析软件(ANSYS公司，美国)；Mimics 21.0 建模软件(Materialise公司，比利时)。
1.5 方法
1.5.1 建立Pauwels Ⅲ型股骨颈骨折伴后内侧缺损模型

(1)建立pauwels角70°的股骨颈骨折模型：将原始CT数据以“DICOM”格式导入至 Mimics 21.0软件，通过“调整阈值”“区域增长”和“光滑”等指令获取“STL”三维模型[24-25]。再将其导入至Geomagic Wrap软件进行降噪、光顺和布尔减运算等处理，复制该模型，第一个模型设置为“皮质骨”，第二个模型向内偏移整体3.64 mm，获得“松质骨”模型，建立并拟合曲面，并将处理后的数据保存为“STEP”格式[26-27]。将该文件导入至Solidworks软件中，通过构建平面，建立一个与水平线夹角70°的角度，切割骨折线，构建Pauwels Ⅲ型股骨颈骨折模型，详见图1。为了减少计算量，在股骨远端选择1个平面，画1条水平线，通过“切割”命令切除股骨远端，并保存12份为后期转配准备。

(2)在股骨下后方沿骨折线周围制作骨缺损模型：ZHU等[14]研究发现，在469例股骨颈骨折CT成像虚拟还原骨缺损分布中，77.6%边缘呈楔形，根据上述研究数据分析，首先建立深度 10 mm、宽度 5 mm、长度 15 mm的股骨近端小缺损模型，并将小缺损模型中的缺损部位当作单独实体保存，再将其体积分别放大4倍、8倍并实体保存，利用Solidworks装配体中的配合功能将放大的缺损实体与股骨模型匹配放置，利用布尔运算建立中、大缺损模型，如图2[28]。

1.5.2 建立内固定模型通过Solidworks 2021软件建立了符合临床尺寸的股骨颈动力交叉钉系统、空心钉、内侧支撑钢板的内固定模型，并将在3个无缺损的股骨装配体中建立联合模型。

(1)空心钉联合内侧支撑钢板：导入内侧支撑钢板并配合功能敷贴与股骨内侧正下方，并避免钢板近端过于靠近股骨头下髋关节面处，钢板长58 mm、宽10 mm、厚2.7 mm。模拟骨盆5空直型钛板远端置入2颗螺钉，近端置入1颗螺钉，所有螺钉长度达对侧皮质。然后将3颗空心钉呈倒三角型置入，2颗置入骨折面上方两侧，下方置入1颗，并避免下方螺钉与钢板近端螺钉重合[21]，详见图3。把模型中的内固定单独当零件保存为后续模型备用。

(2)股骨颈动力交叉钉系统联合内侧支撑钢板：先把股骨颈动力交叉钉系统置入股骨颈稍偏前下位置[29]，然后内侧支撑钢板置入股骨模型，钢板位置、螺钉位置及钉长同上文空心钉联合钢板组。同样把模型中的内固定单独当零件保存为后续模型备用。
(3)单独股骨颈动力交叉钉系统组：股骨颈动力交叉钉系统装置放置在大转子下方，使螺栓和防旋转螺钉位于股骨颈的中心，螺栓的远端距离关节软骨表面约5 mm，并确保其余缺损模型置入位置相同[9]。

1.5.3 建立不同程度的股骨缺损内固定模型在各缺损股骨模型上分别用Solidworks装配体配合功能置入上文备用的各联合内固定模型，再用布尔运算把股骨中与内固定重合的骨骼。最终获得12个股骨内固定模型，见图4。

1.5.4 网格划分和材料赋值
(1) 材料属性及边界条件：由于此次实验着重探究人体在站立情况下骨质和内固定模型的应力结果，因此不同材料仅仅考虑骨骼和内固定2种，肌肉和其余软组织不予考虑。根据骨骼肌肉系统模型材料特征，选择股骨弹性模量和泊松比作为材料赋值的参数[30]，详见表 1。将内固定和骨、内固定之间设为绑定接触，骨折表面上使用摩擦接触，摩擦系数设定为 0.46。在股骨头承重中心建立坐标系，坐标系的 X轴与股骨干的冠状平面成13°角，与矢状面成8°角[31]。并在该坐标系Z轴为施加载荷方向[32]，在股骨头上模拟单腿站立工况3倍体质量的压力[13]，

同时模拟单腿站立时股骨头负重区域，在此区域上施加了2 100 N 的压缩载荷[33]，对股骨远端分割面节点施加全约束，约束X，Y，Z 3个方向的自由度，以防止刚体运动，即底面固定不产生位移[28，30]。详情见图5。

(2)网格划分：使用Hypermesh进行四面体网格划分，采用曲率自适应细分算法：皮质骨网格尺寸 1.5 mm，接触区域细化至 1.0 mm；松质骨网格尺寸 2.0 mm；内固定网格尺寸 1.2 mm。各组模型网格质量满足有限元分析要求(单元畸变率> 0.6，雅可比行列式> 0.7[34-35])。

1.6 主要观察指标 通过有限元分析计算12组股骨颈骨折模型股骨近端、内固定、股骨头及骨折面的 von-Mises 应力分布及位移变化，从而评价各模型的稳定性及骨缺损对稳定性的影响[27]。

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

讨论

此次研究通过有限元分析方法，探讨了内侧支撑钢板固定Pauwels Ⅲ 型股骨颈骨折伴后内侧不同程度骨缺损的生物力学特性，重点对比了空心钉联合内侧支撑钢板固定、股骨颈动力交叉钉系统联合内侧支撑钢板固定及单独股骨颈动力交叉钉系统内固定在位移、应力分布及股骨头稳定性等方面的差异，以及骨缺损程度对其的影响。实验结果表明，3种固定方式在不同程度的骨缺损模型中呈现出显著的力学特性差异，为临床内固定选择提供了理论依据。首先，在整体位移方面，所有模型的位移峰值均集中于股骨头顶部，并呈现出自顶部向远端递减的趋势。值得注意的是，随着骨缺损体积的增大，两种固定方式的位移峰值均表现出递增趋势，提示骨缺损程度与内固定系统的稳定性密切相关；尤其在中、大缺损模型中，位移显著增加，说明骨缺损对股骨头的力学支撑作用具有重要影响，在较高程度的后内侧骨缺损中，缺损会减弱股骨内侧沿股骨距走行的厚实的骨皮质对人体载荷的支撑作用，并破坏整个的力传导体系，临床中需重视骨缺损的修复或内侧股骨距钢板增强固定以降低并发症风险，同时大程度的骨缺损对稳定性的影响证实了结构性骨移植的必要性[42]。此外，在所有骨缺损程度下，空心钉联合内侧支撑钢板组的位移峰值均低于股骨颈动力交叉钉系统联合钢板组与单独股骨颈动力交叉钉系统组，表明前者在维持股骨头稳定性方面更具优势，这一结果可能与股骨颈动力交叉钉系统在中、大缺损模型中出现的应力集中现象有关。在应力分布方面，所有联合钢板模型的内固定应力峰值均集中于内侧支撑钢板近端螺钉与钢板的接触区域，且股骨颈动力交叉钉系统联合内侧支撑钢板组的应力峰值显著高于空心钉联合内侧支撑钢板组；特别是在大缺损股骨颈动力交叉钉系统联合钢板模型中，应力峰值达到216.87 MPa，远超空心钉联合内侧支撑钢板组；而在单独股骨颈动力交叉钉系统固定组应力峰值更高应力更集中，提示股骨颈动力交叉钉系统在严重骨缺损情况下可能存在内固定失效的风险，故在较大程度的骨缺损中单一的内固定方式不能有效地抵抗剪切力，需辅助支撑钢板来维持稳定性[13]。对于同样的联合钢板的股骨颈动力交叉钉系统与空心钉内固定，进一步分析应力分布模式发现，空心钉联合内侧支撑钢板组的应力分布更为分散，主要集中于空心钉近骨折线区域及钢板近端螺钉；而股骨颈动力交叉钉系统联合内侧支撑钢板组的应力则集中于抗旋螺钉与外侧钢板区域，且内侧钢板近端螺钉呈现明显的应力集中。这种差异可能源于两种固定系统的设计特点：空心钉的多钉分散布局可能更有利于应力均匀分布。此外，股骨头骨折面的应力分布分析揭示了潜在的风险：股骨颈动力交叉钉系统联合钢板组的应力分布呈现明显的不对称性，最大应力集中于股骨颈前下方，而后侧应力分布稀疏。这种非对称应力模式可能导致股骨颈内翻畸形的发生，而空心钉组的对称应力分布可能更符合生理力学需求[13，28]。股骨头应变及位移结果进一步支持了空心钉联合内侧支撑钢板组的稳定性优
势[43]。在所有骨缺损模型中，空心钉联合内侧支撑钢板组的股骨头位移均较小，提示这种固定方式更有利于预防术后股骨头塌陷。值得注意的是，中、大缺损模型的股骨头位移显著增加，再次印证了骨缺损程度对稳定性的负面影响。这一发现与临床大程度后内侧骨缺损导致内固定失败率升高的结论一致[16，28]。
国外最新研究中指出，469例股骨颈骨折患者资料的分析中发现所有样本无一例外都存在不同程度的骨缺损[14]。由于股骨颈插入股骨头，牵引固定复位后可能存在较大的后路间隙，这种间隙不仅会导致股骨颈后皮质缺乏支撑，而且还会导致内固定的稳定性显著降低[44]。骨折复位后残留的骨缺损变得更加突出。由于缺少覆盖股骨颈表面的骨膜，骨折造成的骨缺损无法通过骨痂修复[45]，即使骨折愈合后，压缩性缺损留下的间隙仍无法修复并持续存在。对于这类缺陷造成的骨折不稳定，切开复位辅助钢板固定并植骨是最有效的治疗方法[46]。
在实际临床治疗中，内侧支撑钢板因能更好地得到骨折稳定性，提高患者术后近期Harris评分，减低股骨颈缩短、塌陷等并发症的风险，从而在Pauwels Ⅲ 型骨颈骨折的治疗上也得到了很好的认可[19，23，47]。然而内侧支撑钢板治疗需骨折断端切开复位，给临床医生带来难度的同时，也给患者也带来了更多创伤和手术风险：首先临床上常采用前侧入路(Smith-Petersen入路)，此入路对后内侧骨缺损暴露有限，手术入路血管神经结构复杂，当置入近端螺钉时考验手术医生的经验技术[47-48]；其次切开复位使手术时间延长、出血量增多，给患者带来的创伤较大；同时有研究表明切开复位时术后可能因关节囊切开增加异位骨化风险[48]。故在实际临床术式选择中，应全面考虑患者自身的情况来决定是否要切开复位置入钢板。对于钢板的选择方面，以往的研究为了避免周围软组织的刺激和关节囊过度紧张导致的缝合问题，采用薄壁钢板，例如1/3管型钢板[49-50]，然而此类薄壁钢板较普通钢板钢度差、延展性好，虽然便于术中灵活塑性，但是内侧支撑钢板的主要作用是为了提供坚强的支撑和稳定性，故在钢板设计方面既要考虑它对关节腔的刺激又要保证其能提供更好的支撑，此次研究模拟的钢板为厚度2.7 mm的碳合金板，能满足这两方面的要求。术中钢板近端螺钉位置至关重要，近端螺钉采用普通多向孔，而远端螺钉采用锁定孔，从而在提高手术效率的同时，防止退钉的风险[23，49]。
此次研究的创新性在于建立了股骨颈动力交叉钉系统联合内侧钢板内固定模型，并全面分析位移和应力分布的特点；同时给股骨颈骨折后内侧骨缺损量化分组，从多层面分析股骨颈后内侧骨缺损对股骨颈骨折稳定性的影响。然而此研究的局限性在于，对于股骨颈骨折骨缺损程度在国际医学权威中尚无统一的分度标准，此次研究骨缺损模型为较规则的立体图形，然而实际的临床中各式各样形态的缺损细节都会影响稳定效果。在SolidWorks软件建立骨皮质模型时所有部位的骨皮质都统一为一个厚度，然而在股骨颈内侧股骨距区域骨皮质较厚，这也一定程度上影响了研究的准确性。无论是在生物力学研究或临床研究都表明骨缺损大小很大程度上影响内固定的治疗效果，故应当建立统一且完善的股骨颈骨缺损量化标准来指导临床治疗方式。
综上所述，此次研究的有限元分析结果表明，对于Pauwels Ⅲ 型股骨颈骨折伴后内侧骨缺损，单一内固定方式不可抵抗高剪切力，空心钉联合内侧支撑钢板固定相较于股骨颈动力交叉钉系统联合内侧支撑钢板或单独股骨颈动力交叉钉系统固定在生物力学上更具优势，表现为更小的位移峰值、更均匀的应力分布及更低的应力集中风险。基于当前结果，建议对于伴有中、大程度骨缺损的股骨颈骨折病例优先选择空心钉联合内侧支撑钢板固定，并于术中注意骨缺损区的结构性支撑重建。

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为研究内侧支撑钢板应用在股骨颈骨折合并骨缺损情况下的稳定性，建立12组股骨内固定模型，模型分组较多，并且为研究更有论证依据，设立的无缺损组、单独股骨颈动力交叉钉系统组作为对照。研究首次股骨颈动力交叉钉系统联合内侧支撑钢板内固定方式与股骨颈后内侧骨缺损配伍，并有限元分析其稳定性，并于其他内固定方式作对比。此研究有以下几个研究意义：建立Pauwels III型股骨颈骨折的有限元模型，模拟不同程度骨缺损的情况。研究Pauwels III型股骨颈骨折伴下后方不同程度骨缺损患者股骨头颈在不同内固定方式下的生物力学性能变化情况，旨在揭示股骨颈骨折伴骨缺损患者不良预后的力学原因，为此类患者临床治疗提供生物力学方面的指导；更深入分析内侧支撑钢板在Pauwels III型股骨颈骨折中应用及在联合空心钉与股骨颈动力交叉钉系统的内固定方法对骨折稳定性的影响。进一步证实支撑钢板可以改善结构力学，有助于抵抗剪切力并防止内翻塌陷；探讨骨折愈合过程中，内固定物与骨组织的相互作用。近些年股骨颈骨折的临床报道已有很多，但PauwelsⅢ型股骨颈骨折伴有不同程度骨缺损的内固定方式仍未达成共识。由于置入内侧支撑钢板须骨折切开复位，同时手术入路血管神经解剖位置复杂，这对术者带来极大的考验。切开复位时在不破坏股骨颈血运的情况下内固定置入物提供坚强的稳定性对其预后尤为重要。采用有限元分析法比青壮年Pauwels III型股骨颈骨折伴后内侧不同程度骨缺损内侧支撑钢板内固定后的生物力学稳定性，客观、定量地评估不同方案下骨和内植物的应力和位移分布，为临床治疗提供理论支持与依据。#br# #br#

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内侧支撑钢板联合固定 Pauwels Ⅲ型股骨颈骨折伴后内侧骨缺损的有限元分析

Finite element analysis of combined fixation of Pauwels type III femoral neck fracture with posteromedial bone defects of varying degrees using a medial support plate

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