新型股骨颈前倾角测量器在股骨转子间骨折髓内钉固定过程中的应用

doi:10.12307/2026.725

摘要/Abstract

摘要：

文题释义：

股骨颈前倾角：最初被定义为股骨颈轴线与股骨干轴线所确定的前倾平面和股骨干轴线与股骨内外髁中心连线所确定的髁平面所成的二面角。该角度也曾被称为股骨颈扭转角。目前其定义演变为股骨颈轴线和髁平面所成的线面角。股骨颈前倾角在向股骨颈内置入内固定物时具有重要意义。
Brunner法测量股骨颈前倾角：BRUNNER等根据C臂机投射角度及所得到的影像来确定股骨颈前倾角的方法。当股骨近端两皮质中点、股骨颈中1/3两皮质中点与股骨头中心3点在一条直线上时，为股骨颈完美侧位图。BRUNNER等认为此时C形臂球管与影像增强器连线与水平面的夹角代表股骨颈前倾角，可直接通过C臂机上的刻度读出该角度的数值。

摘要
背景：股骨转子间骨折行髓内钉内固定时，手术医师难以实时、准确判断股骨颈导针置入的前倾角度，目前临床缺乏可以实现该功能的手术器械。
目的：研发一种可配合常见股骨转子间骨折髓内钉内固定手术器械使用，可在术中实时监测并指示股骨颈导针前倾角度的测量仪器，辅助手术医师精准完成股骨颈导针置入。
方法：根据Brunner法原理，设计股骨颈前倾角测量器并3D打印实体模型。用等比例人体股骨模型构建手术模型，模拟在牵引床上行转子间骨折闭合复位髓内钉内固定的手术过程。使用3D打印模型对3组股骨模型进行辅助置入导针实验，记录实验数据并进行统计分析。优化设计、制作仪器实物。选择20例股骨转子间骨折患者进行临床试验，试验组及对照组各10例，试验组用前倾角测量仪置入导针，对照组由同一组医师用传统方式置入导针。记录两组试验数据并统计分析，确定该仪器效能。

结果与结论：①新型前倾角测量器(专利号：ZL202120806525.X)可以实时测量髓内钉近端导向架的前倾角度；②新型前倾角测量器可以真实反映Brunner法测得的股骨颈前倾角，并指示股骨颈导针置入时所需的髓内钉近端导向架的前倾角度；③临床试验结果显示，与对照组相比，试验组患者手术时间更短(P=0.042)、股骨颈导针偏差角度更小(P=0.001)、透视次数更少、导针置入重复次数更少、导针置入时间更短(P < 0.05)；④提示新型前倾角测量器可以在术中实时、准确测量并指示股骨颈导针置入的前倾角度，可配套多种股骨近端髓内钉内固定器械系统使用，不直接接触人体，无附加损伤，有临床推广价值。

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: 股骨颈前倾角, 测量器, 股骨转子间骨折, 术中测量, 手术器械, 自制仪器

Abstract: ACKGROUND: During intramedullary nailing fixation for intertrochanteric femoral fractures, surgeons encounter challenges in real-time assessment of the anteversion angle during femoral neck guide needle placement. Current clinical practice lacks specialized instrumentation for this specific functionality.
OBJECTIVE: To develop a measurement device compatible with common surgical instruments that enables real-time intraoperative monitoring and indication of the femoral neck guide needle anteversion angle, thereby assisting surgeons in achieving rapid and precise placement.
METHODS: Based on Brunner's method for measuring femoral neck anteversion, a digital model of the femoral anteversion angle measuring device was designed and 3D-printed. A surgical model was constructed using anatomically scaled human femur phantoms and auxiliary structures to simulate intertrochanteric fracture fixation for intertrochanteric fractures on a traction bed. The 3D-printed prototype was utilized to assist guide needle insertion. Three groups of femur models were tested, with experimental data recorded and statistically analyzed. The device design was optimized, and a physical prototype was produced. Twenty patients with intertrochanteric femoral fractures were prospectively enrolled (trial group: n=10, control group: n=10). The trial group underwent guide needle placement assisted by the measurement device, while the control group received conventional treatment by the same surgical team. Comparative analysis of surgical parameters was conducted to evaluate device efficacy and clinical utility.
RESULTS AND CONCLUSION: (1) The novel femoral neck anteversion angle measurement device (Patent No. ZL202120806525.X) enables real-time measurement of the anteversion angle of the proximal guide frame during intramedullary nailing. (2) The novel anteversion angle measurement device can accurately reflect the femoral neck anteversion measured by Brunner's method and indicate the required proximal guide frame angle for guide needle insertion. (3) Clinical trial results showed that compared with the control group, the trial group had shorter surgical time (P=0.042), less femoral neck guide wire deviation (P=0.001), fewer fluoroscopy sessions, fewer repeated guide wire placements, and shorter guide wire placement time (P < 0.05). (4) The novel anteversion angle measurement device can accurately measure and indicate the anteversion angle of the femoral neck guide wire during real-time intraoperative use. It can be used with a variety of proximal femoral intramedullary nail fixation device systems, does not directly contact the human body, and does not cause additional damage, making it valuable for clinical promotion.

Key words: femoral neck anteversion, measurement device, intertrochanteric fracture, intraoperative measurement, surgical instruments, homemade instrument

中图分类号:

王树方, 康晓琴, 刘志, 沈冰, 张峰, 宋远征, 张率功. 新型股骨颈前倾角测量器在股骨转子间骨折髓内钉固定过程中的应用[J]. 中国组织工程研究, 2026, 30(15): 3885-3896.

Wang Shufang, Kang Xiaoqin, Liu Zhi, Shen Bing, Zhang Feng, Song Yuanzheng, Zhang Shuaigong. Application of a novel femoral neck anteversion angle measurement device in intramedullary nailing fixation for intertrochanteric fractures[J]. Chinese Journal of Tissue Engineering Research, 2026, 30(15): 3885-3896.

图/表（结果） 6

2.1 体外模型实验1结果 如表4所示，前倾角测量器可准确指示导向架-导针平面的前倾角度。术中可以根据前倾角测量器所指示的角度精确调整导向架的前倾角度。两组角度经检验无统计学差异(P > 0.05)，认为前倾角测量器所指示的角度等于导向架-导针平面的前倾角度，说明前倾角测量器可以真实反映导向架-导针平面的前倾角。

2.2 体外模型实验2结果 如表5所示，通过调整导向架使前倾角测量器指示的角度等于目标角度时，经导向架置入的股骨颈导针的前倾角度等于该目标角度。其意义在于，当进行股骨转子间骨折髓内钉内固定手术时，可以首先通过Brunner法用C臂测得目标前倾角，然后调整导向架的前倾角度，使前倾角测量器指示的角度等于目标前倾角，维持该角度并通过导向架向股骨颈内置入导针，即可获得满意的股骨颈导针前倾角度。两组角度经检验无统计学差异(P > 0.05)，认为经前倾角测量器指示置入的股骨颈导针实际前倾角即为通过Brunner法测量的目标前倾角。

2.3 临床试验结果
2.3.1 一般资料两组患者年龄、性别、骨折类型、合并症等资料相比，差异均无显著性意义(P > 0.05)，具有可比性，见表6。

2.3.2 两组患者手术相关指标比较两组患者手术时间、股骨颈导针偏差角度资料符合正态分布，方差齐，进行独立样本t检验，差异有显著性意义：试验组手术时间更短(P=0.042)、股骨颈导针偏差角度更小(P=0.001)，提示使用股骨颈前倾角测量器辅助置入的股骨颈导针位置更接近股骨头-颈-干中心线，优势显著。
两组患者前倾角透视次数、股骨颈导针置入重复次数、股骨颈导针置入时间资料不符合正态分布，方差齐，进行独立样本Mann-Whitney U检验，差异有显著性意义(P < 0.05)。与对照组相比，试验组透视次数更少、导针置入重复次数更少、导针置入时间更短。见表7，8及图4。

2.3.3 临床试验随访情况此文重点关注点为前倾角测量器在术中指导股骨颈导针置入的效能。因该过程对骨折复位质量及内固定器械、内固定方式等影响预后的医源性因素无显著影响，故不会影响到骨折的最终预后。因此转子间骨折内固定相关并发症及最终预后情况此文未关注。
所有患者均按照股骨转子间骨折术后常规进行8-12周随访，其中试验组1例患者失去随访。因股骨颈前倾角测量器为手术辅助器械，与人体不直接接触，不置入人体，所有得到随访的患者未发生与股骨颈前倾角测量器相关的植入物周围感染、过敏反应、免疫反应及排斥反应等不良事件。所随访的患者末次随访时骨折位置、内固定物位置、骨痂形成及髋关节屈伸活动均良好。
2.3.4 典型病例见图5。

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引言

目前，临床上对股骨转子间骨折的治疗首选闭合复位髓内钉内固定，常用的内固定物包括防旋股骨近端髓内钉以及股骨近端联合交锁髓内钉，此类手术的一个重要操作在于向骨折复位后的股骨颈内置入导针并进一步置入螺旋刀片或拉力螺钉[1-5]。临床上股骨转子间骨折闭合复位髓内钉内固定关键的技术要点有以下3点：①根据骨折复位情况及骨折类型确定适当的髓内钉入钉点；②确定股骨颈导针置入的位置，一般使其位于股骨颈中下1/3；③确定股骨颈导针的前倾角。目前临床所用的手术器械中，在上述第1步操作时，可以使用多孔蜂窝式套筒辅助快速确定并调整髓内钉入钉点；第2步操作可以通过推拉近端髓内钉导向架进行微调；而在第3步操作中，技术难点在于将股骨颈导针置入标准位
置[6]：①髋关节正位片上，位于股骨颈中下 1/3，髋关节侧位片上，位于股骨颈中心；②尖顶距小于
25 mm。而在实际手术操作中，由于股骨颈前倾角的个体差异以及骨折类型、骨折移位程度、术中骨折复位情况、患者体型、手术时体位摆放等多种因素的差异，导致向股骨颈内置入导针时，每个病例的股骨颈-干平面在水平及垂直方向的倾斜度都各不相同，手术医师不能以术前所测定的前倾角度或某一固定的角度向股骨颈内置入导针。因而，在实际操作中难以迅速、准确地判断不同患者股骨颈导针的准确置入方向-即合适的股骨颈前倾角度(颈干角已由导向架所决定)。传统的手术中，需要医师根据经验调整近端导向架在垂直方向上倾斜的角度来调整导针的前倾角度，再通过C臂透视观察导针置入的位置是否满意，而如果最终导针前倾角位置不佳，可能导致手术失败或出现严重并发症。因此，导针置入时前倾角的调整成为影响手术时间及手术效果的关键步骤。目前无论是国产还是进口的此类手术配套器械包内，均无可以辅助手术医师准确确定股骨颈导针置入时前倾角度的相关器械。置入导针时需要运用C形臂反复多次透视以确定导针在股骨颈内的位置，有时需要手术医师持续暴露在X射线下进行调整，费时费力，导致手术时间增加，术中出血量增多，增加手术风险，不利于手术安全，反复多次的X射线透视也会对患者及手术医师的健康构成严重的威胁。目前，科技的发展使医师可以通过计算机导航、骨科手术机器人实现上述目标[7-8]。但由于相关硬件设备价格昂贵，技术门槛较高，使用费用不菲，并不符合当前大多数基层医院的实际工作情况。基于此，作者拟研发一种可以配合目前常见手术器械使用，可准确测量并指示股骨颈前倾角的测量仪器，辅助手术医师迅速、精准完成股骨颈导针置入操作。

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 根据Brunner法测量股骨颈前倾角的原理[9]，设计并制作测量仪器。通过体外实验验证仪器符合设计要求后，进一步行临床试验检验该仪器在实际手术应用中的效能。
1.2 时间及地点 研究于2023年10月至2024年6月在滕州市中心人民医院骨创外科一病区完成。
1.3 体外模型实验 实验分2组进行，每组使用3例股骨模型(人工合成股骨-3403，Sawbones公司，长455 mm，股骨头直径45 mm，股骨颈直径32 mm，股骨干直径27 mm，股骨颈干角为135°，股骨髁宽度74 mm，峡部髓腔直径13 mm，质量约530 g。皮质骨部分采用玻璃纤维环氧树脂，松质骨部分为硬质聚氨酯泡沫(密度：17 PCF)进行实验，每例股骨模型按不同的前倾角度重复实验3次。图像测量使用Rhino 6.0软件的分析及标注功能，在侧位图像上标记出股骨头-颈-干中心线，标记出导针中心线，测量并标记两线所成角度。统计分析软件使用IBM SPSS Statistics 25.0.0。
1.3.1 体外模型实验1
实验目的：验证前倾角测量器可准确指示导向架-导针平面的前倾角度。通过调整导向架使前倾角测量器指示某一目标角度(预先设定的实时前倾角)并向模型内置入导针；通过C臂透视使导向架与导针重叠(两者位于同一平面)，根据Brunner法的原理，此时C臂垂直方向的旋转角度等于导向架-导针平面的前倾角。比较C臂垂直方向的旋转角度是否等于目标角度。
实验流程：用股骨模型与其他辅助材料构建手术操作实验器材，模拟使用牵引床完成股骨转子间骨折手术过程。在股骨模型大转子顶点略偏前、内开口，插入近端导针，C臂透视确定入钉点满意，导针位置良好后，插入髓内钉主钉到满意深度。在近端导向架安装股骨颈前倾角测量器实体模型悬臂。使测量器悬臂与股骨干垂直，测量器水平测量面板中线与C臂射线方向一致。在垂直方向上旋转近端导向架，使前倾角测量器读数(即实时前倾角)等于目标角度(预先设定的实时前倾角)，维持导向架位置，向股骨颈内置入导针至满意深度。获得导针的标准侧位像(导向架与导针重叠)，读出C 臂在垂直方向的旋转角度，比较C臂垂直方向的旋转角度与目标角度之间的差距(图1)。一般资料见表1。对偏差角度数据进行正态性检验，P=0.065(S-W检验)，按P < 0.05的标准，认为该样本符合正态分布。

1.3.2 体外模型实验2
实验目的：验证当前倾角测量器指示角度等于Brunner法测量的目标前倾角时，置入的股骨颈导针的实际前倾角等于目标前倾角。模拟股骨转子间骨折牵引复位后C臂正、侧位透视过程，获得股骨模型标准股骨颈侧位影像。通过C臂机机身刻度读出目标前倾角；插入髓内钉主钉后，调整髓内钉近端导向架使前倾角测量器指示的实时前倾角等于目标前倾角并置入导针。再次C臂透视获得标准股骨颈侧位影像后比较导针位置与股骨头-颈-干中心线的差距。

实验流程：模拟使用牵引床完成股骨转子间骨折手术过程，C形臂透视，获得股骨颈完美侧位影像，记录C形臂在垂直方向上转过的角度(即目标前倾角)。在股骨模型大转子顶点略偏前、内开口，插入近端导针，C臂透视确定入钉点满意，导针位置良好后，扩孔，插入髓内钉主钉到满意深度。在近端导向架上安装股骨颈前倾角测量器模型，使其悬臂与股骨干垂直，测量器水平测量面板中线与C臂射线方向一致。在垂直方向上旋转近端导向架，使前倾角测量器读数(即实时前倾角)等于目标前倾角，维持导向架位置，向股骨颈内置入导针至满意深度。再次C臂照射获得股骨颈完美侧位影像，比较导针的位置与股骨近端两皮质中点、股骨颈中1/3两皮质中点与股骨头中心连线(股骨头-颈-干中心线)的偏差角度(图2A，B)。导针在股骨颈侧位影像上与股骨头-颈-干中心线重叠或平行时偏差角度为0°，导针与中心线交叉且位于中心线前方时说明导针置入前倾角偏大，将导针与股骨头-颈-干中心线的偏差角度记录为正值，反之记录为负值。其次，为验证当术中由于患者肥胖、体位等因素导致股骨外旋或内旋等情况下，以及由于股骨颈骨块旋转移位导致需在股骨外旋或内旋位置维持复位的情况下，前倾角测量器指示角度与Brunner法测量的目标前倾角的等效性，调整股骨转子间骨折模型于外旋、内旋位置，分别同前法用Brunner法测定目标前倾角并利用前倾角测量器向股骨颈置入导针。记录相关影像资料并测量、记录相关数据。将该数据进行进一步处理，用目标前倾角与偏差角度相加，得到导针置入的实际前倾角，并将此两组样本进行配对样本t检验。体外模型实验2一般资料见表2。

1.4 临床试验
1.4.1 对象选择2023年10月至2024年6月滕州市中心人民医院骨创外科一病区住院患者中第一诊断为股骨转子间骨折的患者共20例，根据骨折类型不同，试验组及对照组分别用防旋股骨近端髓内钉或股骨近端联合交锁型股骨近端髓内钉固定，每组10例。
纳入标准：年龄< 80岁；骨折类型：所有患者骨折类型均为股骨转子间骨折AO分型中的A1、A2型；血压正常或高血压1级(收缩压140-159 mmHg和/或舒张压90-99 mmHg)、2级(收缩压 160-179 mmHg和/或舒张压100-109 mmHg) [10]；血糖正常或入院空腹血糖≤10.0 mmol/L，既往血糖控制良好(糖化血红蛋白< 6.4%)[11]。
排除标准：年龄≥80岁；合并高血压3级(收缩压≥180 mmHg和/或舒张压≥110 mmHg)；入院空腹血糖≥10.0 mmol/L或既往血糖控制不良(糖化血红蛋白≥6.4%)；合并冠心病；脑血管病活动期。
试验组采用前倾角测量器辅助置入导针，对照组由同一组医师进行传统手术操作置入导针。所有试验组手术医师在试验开始前均已进行了新型股骨颈前倾角测量器的使用方法培训，均已充分掌握其使用方法及注意事项。两组患者基线资料比较，差异无显著性意义，具有可比性。
此次研究获山东省滕州市中心人民医院伦理委员会批准 (伦理号：2023-伦理审查-55)，所有患者对治疗方案均知情同意并自愿参与此次研究。

1.4.2 材料此文中新型股骨颈前倾角测量器的实物委托山东康力医疗器械科技有限公司生产，该仪器所使用的材料为医用不锈钢(奥氏体不锈钢，316L)，316L型奥氏体不锈钢因高钼含量增强了抗腐蚀性而在医疗器械、医疗设备中得以广泛应用，生物相容性良好，在人体环境中不引起明显免疫反应或毒性。使用该材料生产的前倾角测量器具有良好的耐腐蚀性，具有高强度、高硬度、不易形变，低磁导率、低热膨胀性的特性，可耐受高温、高压，可与传统手术器械放置在一个消毒包内统一进行外科手术消毒灭菌处理。该仪器作为手术辅助器械，不直接接触患者身体，而且仪器表面经过机械抛光处理，无锋利边缘及金属碎屑脱落，使用过程中对医师及患者均安全无害，其成本相对低廉，产品定型后适合批量生产及销售。具体材料学特征见表3。

1.4.3 方法麻醉后，患者仰卧于骨科牵引床，复位骨折满意后，C臂正位、蛙式位投照，获得标准股骨颈侧位影像后，记录C 臂在垂直方向上的偏转角度(目标前倾角)。于患侧股骨大转子顶点近端做切口，逐层切开，触摸股骨大转子顶点。在股骨大转子顶点略偏前、内开口，插入近端导针，C臂透视确定入钉点满意，近端导针位置良好后，插入髓内钉主钉到满意深度。至此试验组和对照组的手术操作有所不同。
试验组：在近端导向架悬臂上安装股骨颈前倾角测量器。在垂直方向上旋转近端导向架，使测量器指示角度等于目标前倾角。维持导向架位置，向股骨颈内植入导针至满意深度。
对照组：运用传统方法，凭借术者临床经验，向股骨颈内置入导针至满意深度。
此后手术步骤试验组及对照组均相同。再次C 臂透视，确定股骨颈导针位置满意后，向股骨颈内置入螺旋刀片或拉力螺钉及近端锁钉。锁入远端锁钉一两枚。C臂再次透视，确定内固定物最终位置，安装髓内钉尾帽，拆除导向架，冲洗、止血，逐层缝合，关闭切口。
记录手术时间、前倾角透视次数、股骨颈导针置入重复次数、股骨颈导针置入时间、股骨颈导针最终置入后的股骨颈标准侧位C臂透视影像。

图像测量：①股骨头中心点的确定：将侧位透视影像作为背景图导入Rhino 6.0软件。通过软件的3点画圆功能，选择股骨头轮廓线上影像最锐利的3点画圆，其圆心近似为股骨头中心点。②股骨颈及股骨干中心点的确定：利用软件2点画线功能，确定股骨颈中1/3、股骨近端两皮质轮廓线上影像锐利且连线垂直于股骨颈-干轴线的2点，其中点近似为股骨颈及股骨干中心点。使用Rhino 6.0软件的分析及标注功能，在侧位图像上标记出股骨头-颈-干中心线，标记出导针中心线，测量并记录两线所成角度。导针在股骨颈侧位影像上与股骨头-颈-干中心线重叠或平行时偏差角度为0°，导针与中心线交叉且位于中心线前方时将偏差角度记录为正值，反之记录为负值。见图3。

1.5 主要观察指标 ①手术时间；②前倾角透视次数：即从开始置入股骨颈导针到获得满意C形臂正位、侧位影像学资料时，正位及侧位透视的次数；③股骨颈导针置入重复次数；④股骨颈导针置入时间：股骨颈内置入导针达满意位置时所用的时间(试验组包括安装测量器用时)；⑤股骨颈导针偏差角度：即标准侧位C臂透视影像中导针与股骨头-颈-干中心线的偏差角度。
1.6 统计学分析 采用 IBM SPSS Statistics 25.0.0软件进行统计学分析。计量资料以x±s表示，若数据满足正态分布且方差齐，采用 t 检验分析；若数据不满足正态分布或方差不齐，则采用Mann-Whitney U检验分析。计数资料的对比采用卡方检验。文章统计学方法已经滕州市中心人民医院生物统计学专家审核。

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讨论

3.1 新型股骨颈前倾角测量器的工作原理及实现过程 股骨转子间骨折行髓内钉固定手术时，股骨颈导针前倾角是影响手术进行的重要环节。股骨颈前倾角的概念于1954年首先由BILLING提出，最初被定义为股骨颈轴线与股骨干轴确定的前倾平面和股骨干轴与股骨内外髁中心连线确定的髁平面之间的夹角，该角度也曾被称为股骨颈扭转角[12]。后来的文献中，也有学者提出不同的观点，认为股骨颈前倾角应该被定义为股骨颈轴线和股骨长轴与股骨内外髁中心连线确定的平面(髁平面)所成的线面角。而前倾平面与髁平面之间的二面角为股骨颈扭转角[13]。综合相关文献分析，目前对股骨颈前倾角的定义，大致分为两种：一种定义基于股骨颈的解剖特点，认为股骨颈前倾角是股骨颈轴线与髁平面的线与面之间的夹角[14](为描述方便，此文中称之为解剖型前倾角)，对大体标本进行解剖测量、3D数字化模型测量、3D打印股骨模型进行测量所得到的前倾角数据属于此类[15-17]，此类方法对股骨颈前倾角的测量较为真实、准确，测量的角度为股骨颈的实际前倾角；而另一种定义基于临床检查手段，如临床查体法，CT、磁共振、超声测量法，C臂测量法，自制仪器测量法等，这类测量方法所定义的前倾角多为前倾平面与髁平面的夹角[18]，测定的角度多为前倾平面与髁平面之间面与面的夹角(为描述方便，此文中称之为功能型前倾角)或与前倾角相关的其他角度。目前，根据第10版外科学教材，股骨颈前倾角被定义为股骨颈轴线与人体冠状面所成的夹角，与解剖型前倾角的定义一致。这两种对前倾角不同的定义导致其意义及具体测量方式有所不同，对于解剖型前倾角，该角度真实反映了股骨颈轴线与髁平面在空间中的相互位置及夹角大小，仅与患者个体有关，但其准确测量的难度较大，难以在活体标本上进行测量。而通过3D建模或打印3D模型进行测量时，需要具备相应3D建模软件的使用能力，过程较为复杂、费时，或需要额外的设备，并产生额外的费用。另外，当股骨近端存在骨折情况时，术前无法测定患侧股骨的前倾角，只能通过健侧肢体的数据进行估计，难以符合临床工作的需求。对于功能型前倾角，它出现的目的在于解决临床工作中对股骨颈前倾角进行测定、量化或进行准确调整的需求。该角度利用临床常用的影像设备或影像资料进行测量，贴近临床工作实际，便于临床医师操作，可以在一定程度上满足临床工作需求。但由于股骨颈局部解剖的空间特点及影像设备所获取的平面图像的局限性，功能型前倾角难以反映股骨颈轴线在三维空间中的真实位置，因而并非真实的股骨颈前倾角。而利用CT或MRI进行前倾角的测定同样不适用于骨折的情况，且术前测定的前倾角难以指导手术操作过程。在实际的股骨转子间骨折手术中，患者通过牵引床获得骨折复位后，因为患者体型的个体差异以及复位过程中带来的股骨旋转及屈伸角度的变化，导致手术医师不能用术前测定的前倾角指导操作，而需要通过C形臂实时观察前倾角的变化，才能实现股骨颈导针的准确置入。此文所提出的使用新型前倾角测量器对股骨颈前倾角进行测量的方法，基于Brunner法测量原理。在股骨转子间骨折内固定术中利用骨科最常用的C形臂对功能型股骨颈前倾角进行实时测量、并通过自制器械将该角度直观显示，转化为手术医师对髓内钉近端导向架的精确调整，从而实现对股骨颈导针置入时前倾角度的精确调控。此文中所测定的前倾角也是一种为满足临床工作需求的功能型前倾角，并非基于股骨颈前倾角定义的真正的解剖型前倾角。但作者通过立体几何原理及相关数学原理证明，该角度与真正的解剖型前倾角之间存在确定的数学关系，在一定的前提条件时，根据所测得的功能型前倾角，通过数学运算可以得出解剖型前倾角的具体角度。为说明该原理，作者绘制了股骨转子间骨折内固定手术时股骨、C臂、股骨颈前倾角及股骨颈扭转角的空间位置关系示意图，见图6。
如图6所示，在立体空间中，X轴与Y轴确定的平面为水平面，理想情况下，股骨干轴线OP与股骨髁通髁线所确定的髁平面与水平面平行。图中H为股骨头中心，O为股骨颈轴线在股骨颈基底部与股骨干轴线的交点，OC为C臂射线。A为股骨颈轴线OH延长线上的一点，由OA和OP确定的平面即为经典定义中的前倾平面，在此文中，为避免混淆，称之为股骨颈扭转平面。B为A在X-Z平面的投影点，C为AB延长线与C臂射线的交点。由立体几何相关原理可知，OA，OB，OC均位于股骨颈扭转平面上。∠AOP为股骨颈干角α。∠AOD为解剖型股骨颈前倾角β，∠BOE为股骨颈扭转平面与髁平面所成的角δ，该角度即为经典定义的股骨颈前倾角，在此文中，为避免混淆，作者称之为股骨颈扭转角。∠COF为C臂射线与髁平面所成的角γ，新型前倾角测量器所测定的即为该角度，为便于描述，在此文中称其为C臂前倾角。其并非股骨颈前倾角β，但与股骨颈前倾角β之间存在确定的数学关系。以O点为中心，以股骨干轴线为Y轴，以过O点垂直于水平面的直线为Z轴，建立三维直角坐标系如图7，则γ与β数学关系的证明过程如下：
根据三角函数和角公式以及图中立体几何关系，可以得出：
sinα=sin(∠HOB+∠AOB)=sin∠HOB×cos∠
AOB +cos∠HOB×sin∠AOB
∵∠HOB=90° ∴sinα=cos∠AOB
∵ cos∠AOB=OB/OA；sinδ=BE/OB；sinβ=AD/OA
∴sinα=sinβ/sinδ .
此即前倾角、颈干角及扭转角之间的数学关系。
∵tanγ=CF/OF；tanδ=BE/OE；cos(90°-θ)=OE/OF；CF=BE
∴cos(90°-θ)=tanγ/tanδ=tanγ/tan[arcsin(sinβ/sinα)]
∴sinθ= tanγ/tan[arc sin(sinβ/sinα)]
此即C臂前倾角、股骨颈前倾角、颈干角、C臂入射水平角之间的数学关系。
当颈干角、C臂入射水平角确定时，可以通过测定C臂前倾角利用上述公式计算出股骨颈前倾角。C臂前倾角的变化对应着股骨颈前倾角的变化。
在实际操作中，每次C臂进行股骨颈侧位透视时的角度θ(C臂入射水平角)均是保持不变的(一般保持在45°左右)，而股骨颈导针置入的颈干角α实际上已经由导向架所确定。因此γ的数值就以一定的比例关系对应了β的数值。作者自制的前倾角测量器正是基于这一关系，对股骨颈前倾角进行测量并实时测定术中导针前倾角的变化，以此指导股骨颈导针的置入过程。进一步说明如下：在股骨转子间骨折的实际手术过程中，当患侧股骨转子间骨折在牵引床上获的良好复位时，使C臂机与股骨干纵轴成45°进行股骨颈侧位透视，调整C臂垂直旋转角度，直至获得股骨颈完美侧位影像。此时，C臂射线的中心线位于股骨颈扭转平面上。C臂在垂直方向上转过的角度即为C臂前倾角γ，记录该角度。插入髓内钉主钉至合适深度后，在近端导向架上安装新型前倾角测量器，垂直方向上下调整导向架的前倾角度，使前倾角测量器读数等于γ，保持该角度向股骨颈内置入导针，此时即可获得股骨颈导针的理想位置。导针置入后，通过再次透视，确定导针在股骨颈完美侧位影像图中的位置是否达标，并根据具体情况进行相应的调整。综上，此股骨颈前倾角测量器的工作原理就是：将C臂侧位透视时垂直方向上旋转的角度，通过该仪器等效并且直观地表现为髓内钉近端导向架在垂直方向上旋转的角度，从而实现了C臂图像与实际操作之间的密切关联，精确量化了手术医师对股骨颈导针前倾角的置入与调整，达到“所见及所得”的效果。为便于读者进一步理解此文内容及股骨颈前倾角测量器结构，提供示意图、3D打印模型、实物及术中使用情况，见
图8。
3.2 股骨颈前倾角测量的方法及现状 对股骨颈前倾角的测量及评估目前主要基于术前影像资料。但具体手术过程中，由于患者体型不同，放置于骨科牵引床上后骨盆在水平面上和垂直方向上有不同程度的倾斜，且骨折类型各有不同，牵引复位后，股骨与骨盆的相对位置会发生进一步变化，这些原因导致手术医师难以在术中实时准确判断或调整股骨颈导针的合适前倾角度。传统手术过程中，对导针前倾角度的判断及调整主要依赖于目测、估计或医师个人经验，无精确的量化测量手段及参考指标。当导针置入位置不满意时，需要重复多次置入导针并运用C形臂反复透视以确定股骨颈导针的前倾角是否达标。而目前的国产及进口手术配套器械包内，均无可以辅助手术医师准确确定股骨颈导针置入时所需前倾角度的相关器械，导致手术时间增加，进而术中出血量增多，增加手术风险，不利于手术安全，反复多次的X射线透视也对患者及手术医师的健康构成严重的威胁。临床工作中确切需要一种可以辅助手术医师精准置入导针的设备以解决上述问题。目前已经有不少医师尝试开展了术中股骨颈前倾角测量及定位的相关研究。王礼跃等[19]用直径3 mm的克氏针自制导向针，上半部分弯曲成弧形半环，下半部保持直线，在术中将自制导向针弧形半环紧贴会阴处套于牵引床的立柱上且平行于水平面，其直线部分贴到患肢大腿内侧面的中线上，通过C臂侧位透视指示股骨颈前倾角。该设计基于术中C臂透视原理，具有一定的实用性，但用于标记的导针位置可能会在术中发生变化，且将导针位置与股骨头颈干轴线对齐的过程可能耗时较多，另外不能直接指示股骨颈导针的植入角度。白皓等[20]设计了头髓钉倾斜角测量器组件，通过将直径3.2 mm头髓钉导针焊在180°量角器的底边上制成，术中将该组件的导针插入导针套筒内，将手术缝线绑扎到量角器圆心处，缝线另一端夹手术钳利用重力作用形成铅垂线，指示出导针相对水平面倾斜角度从而测出股骨颈前倾角。该装置同样利用了重锤原理来指示导针的水平倾斜角度，有一个显著的优点就是可以配合股骨近端髓内钉相关器械使用，但其不足之处在于导针方向上的倾斜角度并不等于C臂前倾角度，两者之间缺乏直接的关系，且因焊接在导针上的量角器的原因，导针置入后不能直接置入头颈钉，需更换导针，过程比较繁琐，且容易出现导针通道的变化。马台等[21]研制了一种防旋型股骨近端髓内钉置入时的三维导航器，利用相似三角形的原理，通过髓内钉衔接杆、颈干角导引杆、前倾角导引杆之间的固定几何关系，近似逼近实际的股骨颈前倾角，从而实现术中头颈导针置入时对前倾角的掌控，但该器械为专用器械，不具有普适性，不能配套其他手术器械使用，临床推广具有一定的局限性。王振奎等[22]根据两点一线的定位原理，设计出一种股骨颈前倾角定位器，经股骨颈前方植入指示导针后进一步利用定位器，置入前倾角导针；该装置适用于运用空心钉固定股骨颈骨折及动力髋螺钉固定股骨转子间骨折，并不能运用于股骨近端髓内钉内固定手术中，且其经股骨颈前方置入指示导针的操作带来附加损伤，有伤及股骨颈内侧重要结构的风险。汪心毅等[23]根据股骨颈前骨表面平整光滑的特点，通过在转子下3 cm处贴紧股骨颈前缘向股骨头方向置入定位针来确定股骨颈前倾角，再根据定位件上的多个导向孔选择其中一个合适的置入导针；该装置同样是为空心钉或动力髋螺钉固定股骨颈骨折或股骨转子间骨折而设计的，不适合当前的髓内钉固定技术。汤世斌等[24]研制的体外股骨颈前倾角导向器同样利用了两点一线的定位原理，需要经股骨颈前方置入2枚导针确定股骨颈前倾平面，同样存在经股骨颈前方置入指示导针带来的附加损伤，及伤及股骨颈内侧重要结构的风险。张德光等[25]设计了一种术中前倾角测量器，用于先天性髋关节脱位的术中测量，该仪器使用时需要将测量仪固定在股骨髁部，通过仪器的2个测量盘来进行股骨颈前倾角的测量；该设备体积庞大，对患者可能有额外损伤，不适宜股骨近端髓内钉内固定术。其他的一些测量股骨颈前倾角的方法仍然采用X射线片、CT、MRI等常规影像测量手段，如万超等[26]、陆清达等[27]基于CT影像对股骨颈前倾角进行测量。沈永辉等[28]以及刘和风等[29]采用自动角度测量仪对全髋关节置换术中髋臼的前倾角进行测量，该测量仪由2个相互插接的测量板和固定板组成，利用可旋转的测量杆指示角度，该设备并非用于对股骨颈前倾角的测量，但也为股骨颈前倾角的测量方法提供了一种有益的思路。朱求亮等[30]使用激光投射法测量股骨颈扭转角及前倾角，该方法主要用于对人体解剖标本的测量，不适宜在临床工作中应用。国外也有学者对股骨颈前倾角的测量进行了相关研究，VAVOURAKIS
等[31]通过测量CT断层影像上股骨颈轴线与股骨内外髁后侧骨皮质连线之间的夹角来确定股骨颈前倾角。GOETHALS等[32]在术中运用数字角度计来测量股骨的旋转角度：2枚Schanz针用于测量角度，另2枚用于旋转矫正。该技术需要使用Bonesetter Angle应用程序作为数字角度计，通过在术中测量参考针的角度而获得矫形需要的旋转角度；从其实现原理推导，该技术同样适用于股骨颈前倾角的测量，但需要获得该软件及配套硬件设备的支持。来自日本的学者KINAMI等[33]利用iPhone手机对股骨转子间骨折头髓钉固定术中拉力螺钉前倾角进行了测量，具体流程如下：首先确定术前参考位置，标记患侧股骨大转子后缘和股骨外侧髁并连线，在牵引床上调整患侧股骨至该线与地面平行，用C臂进行侧位透视，使股骨内外侧后髁轮廓完全重叠，将此位置定义为参考位置，然后对骨折进行复位、完成股骨颈导针置入的操作；此时再次调整股骨至参考位置，
将iPhone手机的角度计应用程序打开，装在透明的灭菌袋中，将手机的长边放置在股骨颈导针上，测量导针的倾斜角度，并进一步完成手术。该测量方法充分利用了智能手机这一日常工具，但操作较为繁琐，对患侧股骨位置的反复调整可能导致复位后的骨折再次移位，将手机置于透明袋中的操作有可能导致手术区域污染；导针上放置手机后因为导针的形变而导致测量出现误差，因此，该方法的推广价值有限。GEBHARDT等[34]通过 3D 超声波股骨重建技术实现股骨手术的术前规划，通过超声检查将股骨进行三维重建，生成三维股骨模型，从而实现对股骨颈前倾角的测量及骨科诊断与手术规划，该技术因超声波检查无辐射的特点而具有一定优势，目前尚未得到广泛应用。
其他的外文资料中关于术中测量前倾角并能指示股骨颈导针置入前倾角度的仪器或设备方面的文献资料罕见。大多涉及前倾角测量所采用的方法也主要是基于X射线片或CT影像[35-41]，并无独到之处。且局限于前倾角的测量和评估方面，也有一些聚焦于髋关节置换术中股骨假体的前倾角测量，但鲜有用于股骨转子间骨折方便、实用的术中测量的仪器、技术或方法。
3.3 前倾角测量器存在的不足及改进措施 前倾角测量器的设计目标之一是能够作为一种辅助手术器械配合常用的股骨近端髓内钉内固定器械系统使用。作者在设计之初分别测量了常用的强生辛迪斯、史赛克、创生、威高、广慈、欣荣、富乐、强圣公司的股骨近端髓内钉导向架的高度及宽度，根据相关数据设计了可以兼容这些厂家导向架的卡扣，使测量器可以方便、稳定地安装到常用骨科器械的导向架上。由于测试的厂家数量有限，可能并不能适应所有的股骨近端髓内钉导向架，第一代前倾角测量器由于生产工艺限制，未能完全复现3D打印模型的结构及部分功能，在实际临床使用中，发现由于旋转轴不灵活而出现读数误差较大的情况；卡扣结构质量较大、悬臂较长，影响导向架的稳定以及前倾角度的精确调整。后续的改进型号中将进一步优化结构，减少因结构设计原因而导致的测量误差。
3.4 研究的重要意义 综上所述，新型前倾角测量器可以较为方便、准确的测量、指示股骨转子间骨折髓内钉内固定术中股骨颈导针置入的前倾角度，该仪器简单易用，可配套国内外多种股骨近端髓内钉内固定器械系统使用，可重复消毒、循环使用，不直接接触人体，无附加损伤，兼具经济性、实用性和安全性，对于股骨转子间骨折内固定手术起到良好的辅助作用。对于因硬件条件限制或人力资源限制而未能开展骨科手术机器人导航技术的医院而言，是一种精准手术导航设备的替代选择。而且，对适宜使用防旋股骨近端髓内钉及股骨近端联合交锁髓内钉进行骨折内固定的其他种类的股骨近端骨折类型如股骨转子间反向骨折、高位转子下骨折、合并股骨颈骨折的股骨近端骨折等，该测量器同样适用。经过目前的临床使用，发现该仪器在实际使用中仍存在可以进一步改进的空间。作者将进一步收集临床数据并对仪器的结构进行优化，使其测量误差进一步减少，在准确性和易用性方面能够更加贴合临床需求。

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延伸阅读

自股骨近端髓内钉于1996年问世以来，由于其独特的设计理念，使其在治疗股骨转子间骨折、股骨转子间反向骨折、高位转子下骨折等主要累计股骨近端的骨折治疗方面取得了良好的效果，并进一步衍生出防旋股骨近端髓内钉（proximal femoral nail anti-rotation，PFNA）以及股骨近端联合交锁髓内钉（interlocking intramedulary nail for proximal femur,Inter-TAN）等目前主流的股骨近端骨折内固定物。此类手术的重要操作之一在于向骨折复位后的股骨颈内置入导针并进一步置入螺旋刀片或拉力螺钉。但是，由于目前临床上缺乏可以辅助手术医师准确确定股骨颈导针置入前倾角度的相关器械，这使得如何才能以良好的前倾角度植入股骨颈导针成为股骨转子间骨折髓内钉固定术的一大痛点。正是基于临床工作的这一实际需求，结合实际手术操作流程以及相关文献资料。我们从理论上对股骨颈前倾角、股骨颈扭转角、股骨颈干角、C臂前倾角、C臂入射水平角的空间及数量关系进行了分析并通过几何及数学方法论证了彼此之间的内在数学关系。推导并证明了Brunner等提出的基于C臂术中透视测量股骨颈前倾角的基本原理。且对目前比较混乱的股骨颈前倾角的定义进行了梳理，对解剖型前倾角及功能型前倾角这两个概念进行了更为明确的界定。根据这一理论，我们设计并制作了可以配套国产及进口常用防旋股骨近端髓内钉及股骨近端联合交锁髓内钉内固定手术器械使用的新型股骨颈前倾角测量器并成功申请专利（专利号：ZL202120806525.X）。经历了数字模型设计、3D打印模型及手术模拟实验、医用不锈钢实物制造及初期临床试验3个阶段，从实践中验证了这一理论的正确性以及新型股骨颈前倾角测量器的有效性及实用性。填补了国内、国际上在这一领域的空白。该测量器设计新颖，结构简单，使用方便，成本低廉，功能确切，经济实用，不直接接触人体，安全无副作用。兼容目前国产及进口的主要防旋股骨近端髓内钉及股骨近端联合交锁髓内钉厂家手术器械包。对于因硬件条件限制或人力资源限制而未能开展骨科手术机器人导航技术的医院而言，是一种精准手术导航设备的替代选择。有较高的社会效益及临床推广使用价值。#br# #br# #br# 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#br#