"轴心加压+侧方支撑"空心螺钉固定Pauwels Ⅱ型股骨颈骨折的力学分析

目的探讨"轴心加压+侧方支撑"理念下新型空心螺钉固定PauwelsⅡ型股骨颈骨折的生物力学性能。方法将10根Sawbones仿真股骨标本首先制作成Pauwels角为50°的Ⅱ型股骨颈骨折模型,编号后随机分为两组(n=5):实验组与对照组。实验组标本采用"轴心加压+侧方支撑"理念下新型空心螺钉组合固定:轴心螺钉直径为8.5 mm,侧方螺钉直径为6.5 mm;对照组标本采用传统倒三角形空心螺钉平行加压固定:3枚螺钉直径均为7.3 mm。将标本置于生物力学试验机上,依次测试静态轴向刚度、5000个循环60~600 N载荷下位移、极限载荷和极限刚度参数,比较两组的差异。结果实验组标本的静态轴向刚度[(1492.00±87.86)N/mm]显著高于对照组标本[(1200.22±228.06)N/mm],差异有统计学意义(P<0.05)。实验组和对照组标本循环载荷下的位移分别为(0.44±0.01)、(0.57±0.17)mm,差异无统计学意义(P>0.05),但实验组呈现出较低趋势。实验组标本的极限载荷和极限刚度分别为(4292.61±804.29)N、(1623.55±180.94)N/mm,对照组分别为(4383.64±1423.24)N、(1433.77±289.93)N/mm,两组比较差异均无统计学意义(P>0.05)。结论"轴心加压+侧方支撑"理念下新型空心螺钉固定PauwelsⅡ型股骨颈骨折较传统倒三角形空心螺钉平行加压固定的生物力学性能更优。

新构型空心钉固定股骨颈骨折的有限元分析

目的对3枚空心钉"轴心加压+侧方支撑"新构型固定股骨颈骨折的生物力学特性进行三维有限元分析,为临床应用提供理论依据。方法选取1名健康成年男性志愿者,采用股骨CT扫描数据建立三维模型后模拟PauwelsⅡ型股骨颈骨折,分别采用正三角形、倒三角形、"轴心加压+侧方支撑"构型空心钉进行固定,在不同负荷下对空心钉应力分布及峰值、股骨位移分布及峰值、股骨颈骨折头侧端应力分布及峰值进行分析。结果各组上方空心钉应力大于下方空心钉,应力大多集中于螺纹与螺杆交界处并向两端呈减小趋势,螺钉尾部应力局部又有所增大。各组股骨位移最大处为股骨头负重处,从上向下位移递减。正三角形组股骨颈骨折头侧端应力高度集中,位于下方偏前处,而倒三角形组与新构型组断端应力相对较均匀分散于股骨颈下半部分。1倍体重负荷下正三角形组空心钉应力峰值(150 MPa)、股骨位移峰值(0.69 mm)、股骨颈骨折头侧端应力峰值(51 MPa)最高,倒三角形组次之(分别为93 MPa、0.65 mm、22 MPa),新构型组最小(分别为77 MPa、0.58 mm、18 MPa)。随着负荷增加,各组空心钉应力峰值、股骨位移峰值、股骨颈骨折头侧端应力峰值相应增加,但新构型组始终最小。结论 "轴心加压+侧方支撑"新构型固定的空心钉较三角形排列的空心钉承受应力和位移较小,且骨折端应力较小,整体稳定性较好。