PFNA治疗股骨粗隆间骨折的有限元分析

董吉哲 郝连升 穆胜凯

(山东省聊城市中医医院，山东 聊城 252000)

股骨粗隆间骨折是临床上常见骨折，多发于老年患者，一般女性多于男性，又被成为“人生最后一次骨折”[1]。我国老龄化在不断发展，发病率也在不断提高，临床重视程度也在不断加大。从以往临床研究发现，股骨粗隆间骨折一般都会进行手术治疗，保守治疗的并发症多，造成死亡率也高，现在主流方式就是有创操作，也就是手术治疗[2]。至于内固定物的选择是临床上一直纠结的问题，大致可以分为髓外及髓内固定，髓外固定主要是接骨板固定，髓外固定创伤大，逐渐被髓内固定所代替，随诊科技的发展，内植物在不断更新，髓内固定系统是目前上临床常用的固定方式，在基层医院PFNA固定是目前主要治疗方式，PFNA是PFN的延续，固定方式具有操作简单、手术时间短、创伤小等优点。有限元分析示研究骨骼生物力学的一种重要方法，通过数据分析，得出系统的变形、应力、应变分布结果，本研究通过计算机软件将PFNA固定进行生物力学分析，选择临床上常见的固定方式，为临床工作提供基础依据，进一步指导临床操作。报告如下。

资料与方法

1 一般资料

1.1 基本材料：模型设立条件：健康男性，25周岁，体质量70kg，身高175cm。

1.2 操作设备及条件：DscoveryHD750宝石能谱CT,美国GE公司，联想高配置计算机；比利时，Materalse公司，Mimics 15.0系统。

2 方法：首先对健康成人股骨进行CT扫描，将数据保存；使用Mimics 15.0软件对图像进行处理，并将文件数据导出；使用GcomagicStudio12.0系统生成实体最后在计算机3D软件Solidworks内进行编辑，再次使用Mimics 15.0软件处理扫描的PFNA影像学资料，活动三维图像，并导出建立模型，采用Solidworks将模型进行处理，导出节点数及单元数，PFNA节点数1025969，单元数600421；健康骨节点数672660，单元数393979。将内植物进行赋值，将内植物看做一个整体，将约3倍体质量的力量加大股骨头上进行有限元加载。

3 可靠性：模拟在股骨应力下的有限元分析，得到股骨应力分布，分布情况于之前学者研究[3]的结果基本吻合，可应用模型进行计算。

4 观察位置设定：我们观察位置包括：股骨近端内侧(A点)、股骨近端外侧(B点)、远端锁定于股骨内侧(C点)、远端锁定与股骨外侧(D点)、螺旋刀片与主钉内侧(E点)、螺旋刀片与主钉外侧(F点)：主钉末端与PFNA接触点(G点)；G 点为内植物末端与股骨接触处最大应力点。(图1)

图1

5 结果

5.1 股骨von Mses应力分布：正常股骨模型与PFNA组最大应力均位于股骨近端内侧，PFNA组最大应力约为66.382MPa，符合正常股骨模型的受力要求(图2)。

图2 正常股骨应力云图

5.2 PFNA模型股骨von Mses应力分布：在重力加载条件下，PFNA模型股骨应力分布(图3)。在研究过程中发现，在PFNA内植入股骨粗隆间骨折模型后，并没有改变股骨的应力分布，应力分布主要是位于主钉远端，约为75.486MPa，峰值要低于健康股骨的峰值。

图3 模型股骨应力云图

5.3 PFNA内植物von Mses应力分布：在加载条件不变的情况下，压力主要是位于股骨内侧。在建立的模型中，应力峰值位于锁定锁定与主钉接触处，为146.5MPa，PFNA与股骨远端接触的峰值为13.92MPa。

5.4 PFNA模型股骨应变情况：外力作用下引起的物体的变形成为应变，及其微小的应变可称为微应变(με)[4]，PFNA模型的微应变情况(如图4)。产生最大微应变位置位于股骨中段与PFNA末端接触的地方(图4)。

图4 模型股骨微应变图

讨 论

股骨粗隆间骨折常见于老年患者，因老年患者常合并骨质疏松，简单的暴力即可引起骨折，暴力形式主要为间接暴力[5]。根据目前流行性病分析，股骨粗隆间骨折往往属于不稳定骨折，大多以手术治疗为主，截止到目前，对于股骨粗隆间骨折治疗的方式，主要为髓内系统、髓外系统以及关节置换，人工关节置换受到适应证、技术等条件限制，外固定系统也就是接骨板系统为偏心固定，抗旋转能力较差，容易出现螺钉切割等风险，临床主要还是髓内固定系统，但是术后不可避免的出现应力骨折、内固定物失效、内固定物断裂等并发症[6]。

髋内翻畸形被称为最严重的并发症，影响生活质量的同时，造成患者的经济负担，在股骨距断裂甚至有缺损的患者出现的几率会更大[7]。通过研究发现[8]，在给予正常的股骨压力时，应力的最大值位于股骨内侧，骨折后内植物固定后应力会交正常的模型应力有所增加，因此要求内植物承担的压力也会相应增加，压力可以由内侧传递到外侧，此时如果内侧没有支撑，就会更加容易造成髋内翻，PFNA固定后可承担这样的应力，在一定程度上可以减少出现髋内翻的几率[9]。在PFNA固定后，将不稳定的骨折成为稳定的骨折后，将压力进行下传导，避免出现应力集中现象，成为稳定骨折后，内植物应力主要位于内植物远端，对于Evans-JensenⅣ型股骨粗隆间骨折，内侧支撑丢失，内侧应力无法通过内侧壁进行传导，同时我们检测到外侧的应力同样没有增加，这说明内植物具有应力传导作用，承担了大量的应力，按照医用钛合金的强度[10]，我们推测PFNA可以为股骨粗隆间骨折提供可靠的固定。股骨的应力性骨折，在临床上也比较常见，PFNA固定主要的应变量位于股骨近端内侧，如果应变量达到一定程度后，会产生过多的骨微量损伤，如果骨微量损伤得不到修复就会造成骨折，研究发现PFNA内植物固定后应变量低于引起骨折的微变量，因此不会造成应力性骨折[11-12]。

PFNA治疗股骨粗隆间骨折可获得良好的稳定性，要求螺旋刀片位置位于最大压力处，可作为临床上一种治疗方式；但是股骨近端力学会受到肌肉等因素的影响，这也是下一步研究的重点。