股骨頸骨折愈合后不同釘?shù)李愋偷挠邢拊治?/h1>
2017-01-09 10:36:24虎群盛姜自偉黃楓
實(shí)用骨科雜志 2016年12期
虎群盛，姜自偉，黃楓*
(1.廣州中醫(yī)藥大學(xué)第一臨床醫(yī)學(xué)院，廣東 廣州 510405；2.廣州中醫(yī)藥大學(xué)第一附屬醫(yī)院創(chuàng)傷骨科，廣東 廣州 510405)
股骨頸骨折愈合后不同釘?shù)李愋偷挠邢拊治?/p>
虎群盛1，姜自偉2，黃楓2*
(1.廣州中醫(yī)藥大學(xué)第一臨床醫(yī)學(xué)院，廣東 廣州 510405；2.廣州中醫(yī)藥大學(xué)第一附屬醫(yī)院創(chuàng)傷骨科，廣東 廣州 510405)
目的 探討股骨頸骨折愈合取出空心釘內(nèi)固定后不同釘?shù)李愋蛯晒墙肆W(xué)分布的影響，為術(shù)后康復(fù)和并發(fā)癥的預(yù)防提供理論參考。方法 利用64排螺旋CT掃描重建人體股骨近端的三維有限元模型，分別模擬正三角形與倒三角形空心釘內(nèi)固定方式取出后的股骨近端釘?shù)廊S有限元模型，對模型進(jìn)行加載和仿真計算。比較2種釘?shù)滥Ｐ团c正常股骨模型在同一載荷下的應(yīng)力分布。結(jié)果 最大應(yīng)力均集中在股骨頸下方的股骨距區(qū)域。正三角形釘?shù)滥Ｐ凸晒穷i應(yīng)力最大值(11.02 MPa)遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于倒三角形釘?shù)滥Ｐ?10.82 MPa)與正常股骨近端模型(10.58 MPa)。結(jié)論 正三角形空心釘內(nèi)固定取出后會明顯造成股骨近端應(yīng)力升高，在術(shù)后康復(fù)和功能鍛煉時需要密切注意股骨頸骨折的風(fēng)險。
股骨頸骨折；空心釘固定；內(nèi)固定取出；有限元分析
股骨頸骨折是臨床常見骨折，空心螺釘內(nèi)固定是最常用的方法之一，主要適用于無移位或者是輕度移位的年輕骨折患者。Zielinski等[1]研究發(fā)現(xiàn)與未取出內(nèi)固定的患者相比，內(nèi)固定取出可改善股骨頸骨折患者的生活質(zhì)量[1]。但是，目前臨床上對于骨折愈合取出內(nèi)固定后是否需要保護(hù)以及何時開始正?；顒拥葐栴}沒有統(tǒng)一的意見[2]。我們通過有限元方法分析股骨頸骨折骨性愈合取出內(nèi)固定后不同釘?shù)李愋蛯晒墙说膽?yīng)力分布的影響，為術(shù)后康復(fù)和并發(fā)癥的預(yù)防提供理論參考，現(xiàn)報告如下。
1 資料與方法
1.1 數(shù)據(jù)及軟件 選擇1例40歲成人健康男性志愿者，經(jīng)過X線檢查排除股骨病變情況。使用64排螺旋CT掃描(AQUILION64，廣州中醫(yī)藥大學(xué)第一附屬醫(yī)院)，掃描條件：電壓120 kV，掃描電流250 mA，掃描速度為0.875 s/r；層厚為0.5 mm，以DICOMG格式保存。所用軟件：Mimics13.0(Materialise Company，Belgium)，GeomagicStudio10.0(Raindrop Company，USA)，SolidWork2010(Dassault Systemes Company，F(xiàn)rance)，Abaqus6.12.1(SIMULIA Company，USA)。
1.2 建模方法 將DICOMG格式的CT數(shù)據(jù)導(dǎo)入圖像處理軟件Mimics13.0軟件，通過閾值分析、像素修補(bǔ)、光滑處理，得到包含骨皮質(zhì)、骨松質(zhì)在內(nèi)的股骨上段三維模型，輸出為STL文件，再導(dǎo)入GeomagicStudio10.0中進(jìn)行光滑處理網(wǎng)格劃分和擬合曲面，以Iges文件輸出并導(dǎo)入到Solidwork2010軟件與空心螺釘進(jìn)行裝配。在SolidWorks2010軟件中根據(jù)臨床上AO/ASIF空心加壓螺釘?shù)某叽?，螺釘直徑?.5 mm，分別按照倒三角形和正三角形的方式布置螺釘，螺釘頂端距股骨頭關(guān)節(jié)面距離為5 mm。3 枚釘植入角度均為與股骨干縱軸成135°，前傾角15°，通過SolidWorks2010軟件的切割實(shí)體、組合操作形成正三角形和倒三角形釘?shù)赖墓晒墙四Ｐ汀?/p>
1.3 材料屬性和邊界定義 設(shè)定本研究中使用的為均質(zhì)、連續(xù)、各向同性的線彈性材料，材料屬性賦值參考相關(guān)文獻(xiàn)[3]，皮質(zhì)骨彈性模量840 MPa，泊松比0.20，松質(zhì)骨彈性模量16 800 MPa，泊松比0.30。采用四面體單元劃分，劃分網(wǎng)格所得到的節(jié)點(diǎn)和單元數(shù)見表1。
表1 不同模型節(jié)點(diǎn)數(shù)和單元數(shù)比較
1.4 加載運(yùn)算與模型驗(yàn)證 在股骨頭上表面的最上端取一受力面，模擬人在直立狀態(tài)下的軸向受力情況，將1 000 N的力加到每個點(diǎn)上進(jìn)行有限元加載。股骨遠(yuǎn)端底面作為固定端，施加三向平移和三向旋轉(zhuǎn)約束。
1.5 觀察指標(biāo) 各模型的應(yīng)力峰值和股骨頸應(yīng)力峰值。
2 結(jié) 果
實(shí)驗(yàn)結(jié)果見表2。在同一載荷加載下，最大應(yīng)力集中均集中在股骨頸下方的股骨距區(qū)域，正常股骨模型的應(yīng)力峰值與股骨頸應(yīng)力峰值最小(見圖1)。在應(yīng)力峰值方面，正三角形釘?shù)滥Ｐ秃偷谷切吾數(shù)滥Ｐ头謩e要比正常股骨模型高4.16%和2.27%。在股骨頸應(yīng)力峰值方面，正三角形釘?shù)滥Ｐ秃偷谷切吾數(shù)滥Ｐ头謩e要比正常股骨模型高24.94%和2.27%。
表2 各模型組的應(yīng)力峰值和股骨頸應(yīng)力峰值(Mpa)
a 正常股骨模型 b 正三角形釘?shù)滥Ｐ?c 倒三角形釘?shù)滥Ｐ?/p>
圖1 1 000 N軸向加壓情況下各模型應(yīng)力分布云圖
3 討 論
3.1 實(shí)驗(yàn)?zāi)康暮陀邢拊治龇椒?股骨頸骨折臨床多見于老年人的低能量損傷與年輕人的高能量損傷。對于無移位或者是輕度移位的年輕患者，空心螺釘固定是最常使用的治療方法。臨床上關(guān)于股骨頸空心螺釘固定的排列方式主要有正三角形排列與倒三角形排列這兩種。近期研究表明倒三角形螺釘固定具有明顯的生物力學(xué)和臨床優(yōu)勢。Jiong等[4]采用有限元分析的方法對不同位置置入空心螺釘進(jìn)行比較，結(jié)果發(fā)現(xiàn)倒三角形結(jié)構(gòu)空心螺釘?shù)墓潭ㄐЧ罴?。Yang等[5]對202 例股骨頸骨折患者進(jìn)行了隨訪，發(fā)現(xiàn)導(dǎo)致骨折不愈合的風(fēng)險因素主要包括：螺釘正三角形排列、骨折移位嚴(yán)重、復(fù)位不佳，其中螺釘正三角形排列骨折不愈合高達(dá)23%，而倒三角形排列僅9%。但是關(guān)于不同排列結(jié)構(gòu)置入空心螺釘取出后的生物力學(xué)分析研究相對較少。
與動物實(shí)驗(yàn)和生物力學(xué)實(shí)驗(yàn)相比，有限元分析具有實(shí)驗(yàn)條件容易控制、節(jié)省實(shí)驗(yàn)時間等優(yōu)點(diǎn)。通過分別建立正三角形釘?shù)篮偷谷切吾數(shù)赖娜S模型，應(yīng)用有限元方法進(jìn)行力學(xué)分析，可以比較不同置釘方式骨折愈合后取出內(nèi)固定對股骨近端的生物力學(xué)影響，為術(shù)后康復(fù)和并發(fā)癥的預(yù)防提供理論參考。
3.2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果的分析 從本次研究結(jié)果來看，和正常股骨模型相比，倒三角形釘?shù)滥Ｐ团c正三角形釘?shù)滥Ｐ偷膽?yīng)力峰值與股骨頸應(yīng)力峰值均出現(xiàn)不同程度的上升。這直接反應(yīng)了釘?shù)缹τ诠晒墙斯趋澜Y(jié)構(gòu)和性能的破壞。和正三角形釘?shù)滥Ｐ拖啾?，倒三角形釘?shù)滥Ｐ蛯晒墙说挠绊戄^小，股骨頸區(qū)域未出現(xiàn)明顯的應(yīng)力升高。而正三角形釘?shù)滥Ｐ偷墓晒穷i應(yīng)力峰值較正常股骨模型升高24.94%，存在明顯的應(yīng)力集中。
應(yīng)力對骨的生長、重建起著重要的調(diào)節(jié)作用，應(yīng)力集中所致的骨破壞是導(dǎo)致發(fā)生應(yīng)力骨折的病理基礎(chǔ)。雖然內(nèi)固定取出后股骨頸再骨折的情況并不常見，但是由于應(yīng)力集中，正三角形置釘骨折愈合取出內(nèi)固定后發(fā)生股骨頸再次骨折的風(fēng)險會明顯上升。龐忠訓(xùn)等[6]研究認(rèn)為，股骨頸內(nèi)固定取出后遺留的骨洞空腔會造成骨骼結(jié)構(gòu)質(zhì)量的下降，股骨頭頸的再生修復(fù)血管化緩慢。同時，由于失去內(nèi)固定物的支撐保護(hù)，股骨頸內(nèi)固定物取出后會明顯增加再次骨折的風(fēng)險[7]。
應(yīng)力集中引起的骨強(qiáng)度降低與骨質(zhì)缺損大小以及缺損形狀有關(guān)。本研究發(fā)現(xiàn)兩種構(gòu)型空心螺釘取出后都會造成股骨近端應(yīng)力升高，存在繼發(fā)骨折的風(fēng)險。在去除空心釘之后，由于釘?shù)牢赐耆希趋缽?qiáng)度和韌度下降，過早負(fù)重會使股骨近端應(yīng)力增加從而容易出現(xiàn)骨折。和倒三角形置釘方式相比，正三角形置釘所產(chǎn)生的釘?shù)罆黠@造成股骨頸區(qū)域應(yīng)力升高。在正三角形空心螺釘取出后的康復(fù)和功能鍛煉時尤其需要密切注意股骨頸骨折的風(fēng)險。
3.3 本研究的不足和展望 在力學(xué)加載時，本研究只選擇了靜力分析，忽略了髖部肌肉等其他載荷對實(shí)驗(yàn)結(jié)果的影響，研究結(jié)果與臨床實(shí)際可能存在一定誤差，需要進(jìn)行生物力學(xué)實(shí)驗(yàn)進(jìn)一步驗(yàn)證不同方式置入的空心釘取出后對股骨近端結(jié)構(gòu)性能的影響。
本研究顯示正三角形空心釘取出后股骨頸存在明顯的應(yīng)力上升。筆者認(rèn)為在股骨頸骨折愈合取出空心釘之后應(yīng)格外小心，開展康復(fù)訓(xùn)練時應(yīng)循序漸進(jìn)，必要時應(yīng)拍X線檢查證實(shí)釘?shù)劳耆虾笤龠M(jìn)行負(fù)重活動或者重體力勞動，以降低再骨折的風(fēng)險。
[1]Zielinski SM，Heetveld MJ，Bhandari M，etal.Implant Removal After Internal Fixation of a Femoral Neck Fracture：Effects on Physical Functioning[J].J Orthop Trauma，2015，29(9)：285-292.
[2]Busam ML，Esther RJ，Obremskey WT.Hardware removal：indications and expectations[J].J Am Acad Orthop Surg，2006，14(2)：113-120.
[3]Tada S，Stegaroiu R，Kitamura E，etal.Influence of implant designand bone quality on stress/strain distribution in bone around implants：a 3-dimensional finite element analysis[J].Int J Oral Maxillofac Impants，2003，18(3)：357-368.
[4]Jiong M，Shi WL，Guang YJ，etal.Finite element analysis of the effect of cannulated screw placement and drilling frequency on femoral neck fracture fixation[J].Injury，2014，45(12)：2045-2050.
[5]Yang JJ，Lin LC，Chao KH，etal.Risk factors for nonunion in patients with intracapsular femoral neck fractures treated with three cannulated screws placed in either a triangle or an inverted triangle configuration[J].J Bone Joint Surg(Am)，2013，95(1)：61-69.
[6]龐忠訓(xùn)，彭方敏.青壯年股骨頸骨折內(nèi)固定取出后股骨頭壞死的臨床分析[J].中國矯形外科雜志，2012，20(14)：1335-1336.
[7]Eberle S，Wutte C，Bauer C，etal.Evaluation of risk for secondary fracture after removal of a new femoral neck plate for intracapsular hip fractures[J].J Orthop Trauma，2011，12(25)：721-725.
Finite Element Analysis of Different Screw Path after Femoral Neck Fracture Healing
Hu Qunsheng1，Jiang Ziwei2，Huang Feng2
(1.First Clinical Medical of Guangzhou Chinese Medicine University，Guangzhou 510405，China；2.Department of Trauma Orthopedic，The First Affiliated Hospital of Guangzhou Chinese Medicine University，Guangzhou 510405，China)
Objective To investigate the stress distribution of different screw path of proximal femur after femoral neck fracture healing with removal of cannulated screws so as to provide theoretical reference for rehabilitation and prevention of complications after surgery.Methods Dimensional finite element model of the human proximal femur was reconstructed by 64-slice spiral CT scan.Finite element model of equilateral triangle and inverted triangle screw path were established respectively.Under the same load and constraint，the von stresses of the femural in different models were compared by the finite element analysis.Results The maximum von stress were concentrated in the region of calcar under the femoral neck.The maximum von stress of equilateral triangle model (11.02 MPa) was much larger than inverted triangle model(10.82 MPa) and normal proximal femur model (10.58 MPa).Conclusion The stress of femur neck would increase significantly after equilateral triangle screws were removed.It was needed to pay close attention to risk of femoral neck fracture when did rehabilitation and functional exercises after surgery.
femoral neck fracture；cannulated screw fixation；hardware removal；finite element analysis
1008-5572(2016)12-1091-03
廣東省自然科學(xué)基金項(xiàng)目(2014A030310379)；廣州市科技計劃一般項(xiàng)目(201510010005)；國家中醫(yī)藥管理局2013年全國中醫(yī)藥專家傳承工作室建設(shè)項(xiàng)目——陳基長全國名老中醫(yī)藥專家傳承工作室(國中醫(yī)藥人教發(fā)[2013]47號)；
R683.42
A
2016-04-05
虎群盛(1983- )，男，博士研究生在讀，廣州中醫(yī)藥大學(xué)第一臨床醫(yī)學(xué)院，510405。
*本文通訊作者：黃楓
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虎群盛，姜自偉，黃楓*
(1.廣州中醫(yī)藥大學(xué)第一臨床醫(yī)學(xué)院，廣東 廣州 510405；2.廣州中醫(yī)藥大學(xué)第一附屬醫(yī)院創(chuàng)傷骨科，廣東 廣州 510405)
股骨頸骨折愈合后不同釘?shù)李愋偷挠邢拊治?/p>
虎群盛1，姜自偉2，黃楓2*
(1.廣州中醫(yī)藥大學(xué)第一臨床醫(yī)學(xué)院，廣東 廣州 510405；2.廣州中醫(yī)藥大學(xué)第一附屬醫(yī)院創(chuàng)傷骨科，廣東 廣州 510405)
目的 探討股骨頸骨折愈合取出空心釘內(nèi)固定后不同釘?shù)李愋蛯晒墙肆W(xué)分布的影響，為術(shù)后康復(fù)和并發(fā)癥的預(yù)防提供理論參考。方法 利用64排螺旋CT掃描重建人體股骨近端的三維有限元模型，分別模擬正三角形與倒三角形空心釘內(nèi)固定方式取出后的股骨近端釘?shù)廊S有限元模型，對模型進(jìn)行加載和仿真計算。比較2種釘?shù)滥Ｐ团c正常股骨模型在同一載荷下的應(yīng)力分布。結(jié)果 最大應(yīng)力均集中在股骨頸下方的股骨距區(qū)域。正三角形釘?shù)滥Ｐ凸晒穷i應(yīng)力最大值(11.02 MPa)遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于倒三角形釘?shù)滥Ｐ?10.82 MPa)與正常股骨近端模型(10.58 MPa)。結(jié)論 正三角形空心釘內(nèi)固定取出后會明顯造成股骨近端應(yīng)力升高，在術(shù)后康復(fù)和功能鍛煉時需要密切注意股骨頸骨折的風(fēng)險。
股骨頸骨折；空心釘固定；內(nèi)固定取出；有限元分析
股骨頸骨折是臨床常見骨折，空心螺釘內(nèi)固定是最常用的方法之一，主要適用于無移位或者是輕度移位的年輕骨折患者。Zielinski等[1]研究發(fā)現(xiàn)與未取出內(nèi)固定的患者相比，內(nèi)固定取出可改善股骨頸骨折患者的生活質(zhì)量[1]。但是，目前臨床上對于骨折愈合取出內(nèi)固定后是否需要保護(hù)以及何時開始正?；顒拥葐栴}沒有統(tǒng)一的意見[2]。我們通過有限元方法分析股骨頸骨折骨性愈合取出內(nèi)固定后不同釘?shù)李愋蛯晒墙说膽?yīng)力分布的影響，為術(shù)后康復(fù)和并發(fā)癥的預(yù)防提供理論參考，現(xiàn)報告如下。
1 資料與方法
1.1 數(shù)據(jù)及軟件 選擇1例40歲成人健康男性志愿者，經(jīng)過X線檢查排除股骨病變情況。使用64排螺旋CT掃描(AQUILION64，廣州中醫(yī)藥大學(xué)第一附屬醫(yī)院)，掃描條件：電壓120 kV，掃描電流250 mA，掃描速度為0.875 s/r；層厚為0.5 mm，以DICOMG格式保存。所用軟件：Mimics13.0(Materialise Company，Belgium)，GeomagicStudio10.0(Raindrop Company，USA)，SolidWork2010(Dassault Systemes Company，F(xiàn)rance)，Abaqus6.12.1(SIMULIA Company，USA)。
1.2 建模方法 將DICOMG格式的CT數(shù)據(jù)導(dǎo)入圖像處理軟件Mimics13.0軟件，通過閾值分析、像素修補(bǔ)、光滑處理，得到包含骨皮質(zhì)、骨松質(zhì)在內(nèi)的股骨上段三維模型，輸出為STL文件，再導(dǎo)入GeomagicStudio10.0中進(jìn)行光滑處理網(wǎng)格劃分和擬合曲面，以Iges文件輸出并導(dǎo)入到Solidwork2010軟件與空心螺釘進(jìn)行裝配。在SolidWorks2010軟件中根據(jù)臨床上AO/ASIF空心加壓螺釘?shù)某叽?，螺釘直徑?.5 mm，分別按照倒三角形和正三角形的方式布置螺釘，螺釘頂端距股骨頭關(guān)節(jié)面距離為5 mm。3 枚釘植入角度均為與股骨干縱軸成135°，前傾角15°，通過SolidWorks2010軟件的切割實(shí)體、組合操作形成正三角形和倒三角形釘?shù)赖墓晒墙四Ｐ汀?/p>
1.3 材料屬性和邊界定義 設(shè)定本研究中使用的為均質(zhì)、連續(xù)、各向同性的線彈性材料，材料屬性賦值參考相關(guān)文獻(xiàn)[3]，皮質(zhì)骨彈性模量840 MPa，泊松比0.20，松質(zhì)骨彈性模量16 800 MPa，泊松比0.30。采用四面體單元劃分，劃分網(wǎng)格所得到的節(jié)點(diǎn)和單元數(shù)見表1。
表1 不同模型節(jié)點(diǎn)數(shù)和單元數(shù)比較
1.4 加載運(yùn)算與模型驗(yàn)證 在股骨頭上表面的最上端取一受力面，模擬人在直立狀態(tài)下的軸向受力情況，將1 000 N的力加到每個點(diǎn)上進(jìn)行有限元加載。股骨遠(yuǎn)端底面作為固定端，施加三向平移和三向旋轉(zhuǎn)約束。
1.5 觀察指標(biāo) 各模型的應(yīng)力峰值和股骨頸應(yīng)力峰值。
2 結(jié) 果
實(shí)驗(yàn)結(jié)果見表2。在同一載荷加載下，最大應(yīng)力集中均集中在股骨頸下方的股骨距區(qū)域，正常股骨模型的應(yīng)力峰值與股骨頸應(yīng)力峰值最小(見圖1)。在應(yīng)力峰值方面，正三角形釘?shù)滥Ｐ秃偷谷切吾數(shù)滥Ｐ头謩e要比正常股骨模型高4.16%和2.27%。在股骨頸應(yīng)力峰值方面，正三角形釘?shù)滥Ｐ秃偷谷切吾數(shù)滥Ｐ头謩e要比正常股骨模型高24.94%和2.27%。
表2 各模型組的應(yīng)力峰值和股骨頸應(yīng)力峰值(Mpa)
a 正常股骨模型 b 正三角形釘?shù)滥Ｐ?c 倒三角形釘?shù)滥Ｐ?/p>
圖1 1 000 N軸向加壓情況下各模型應(yīng)力分布云圖
3 討 論
3.1 實(shí)驗(yàn)?zāi)康暮陀邢拊治龇椒?股骨頸骨折臨床多見于老年人的低能量損傷與年輕人的高能量損傷。對于無移位或者是輕度移位的年輕患者，空心螺釘固定是最常使用的治療方法。臨床上關(guān)于股骨頸空心螺釘固定的排列方式主要有正三角形排列與倒三角形排列這兩種。近期研究表明倒三角形螺釘固定具有明顯的生物力學(xué)和臨床優(yōu)勢。Jiong等[4]采用有限元分析的方法對不同位置置入空心螺釘進(jìn)行比較，結(jié)果發(fā)現(xiàn)倒三角形結(jié)構(gòu)空心螺釘?shù)墓潭ㄐЧ罴?。Yang等[5]對202 例股骨頸骨折患者進(jìn)行了隨訪，發(fā)現(xiàn)導(dǎo)致骨折不愈合的風(fēng)險因素主要包括：螺釘正三角形排列、骨折移位嚴(yán)重、復(fù)位不佳，其中螺釘正三角形排列骨折不愈合高達(dá)23%，而倒三角形排列僅9%。但是關(guān)于不同排列結(jié)構(gòu)置入空心螺釘取出后的生物力學(xué)分析研究相對較少。
與動物實(shí)驗(yàn)和生物力學(xué)實(shí)驗(yàn)相比，有限元分析具有實(shí)驗(yàn)條件容易控制、節(jié)省實(shí)驗(yàn)時間等優(yōu)點(diǎn)。通過分別建立正三角形釘?shù)篮偷谷切吾數(shù)赖娜S模型，應(yīng)用有限元方法進(jìn)行力學(xué)分析，可以比較不同置釘方式骨折愈合后取出內(nèi)固定對股骨近端的生物力學(xué)影響，為術(shù)后康復(fù)和并發(fā)癥的預(yù)防提供理論參考。
3.2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果的分析 從本次研究結(jié)果來看，和正常股骨模型相比，倒三角形釘?shù)滥Ｐ团c正三角形釘?shù)滥Ｐ偷膽?yīng)力峰值與股骨頸應(yīng)力峰值均出現(xiàn)不同程度的上升。這直接反應(yīng)了釘?shù)缹τ诠晒墙斯趋澜Y(jié)構(gòu)和性能的破壞。和正三角形釘?shù)滥Ｐ拖啾?，倒三角形釘?shù)滥Ｐ蛯晒墙说挠绊戄^小，股骨頸區(qū)域未出現(xiàn)明顯的應(yīng)力升高。而正三角形釘?shù)滥Ｐ偷墓晒穷i應(yīng)力峰值較正常股骨模型升高24.94%，存在明顯的應(yīng)力集中。
應(yīng)力對骨的生長、重建起著重要的調(diào)節(jié)作用，應(yīng)力集中所致的骨破壞是導(dǎo)致發(fā)生應(yīng)力骨折的病理基礎(chǔ)。雖然內(nèi)固定取出后股骨頸再骨折的情況并不常見，但是由于應(yīng)力集中，正三角形置釘骨折愈合取出內(nèi)固定后發(fā)生股骨頸再次骨折的風(fēng)險會明顯上升。龐忠訓(xùn)等[6]研究認(rèn)為，股骨頸內(nèi)固定取出后遺留的骨洞空腔會造成骨骼結(jié)構(gòu)質(zhì)量的下降，股骨頭頸的再生修復(fù)血管化緩慢。同時，由于失去內(nèi)固定物的支撐保護(hù)，股骨頸內(nèi)固定物取出后會明顯增加再次骨折的風(fēng)險[7]。
應(yīng)力集中引起的骨強(qiáng)度降低與骨質(zhì)缺損大小以及缺損形狀有關(guān)。本研究發(fā)現(xiàn)兩種構(gòu)型空心螺釘取出后都會造成股骨近端應(yīng)力升高，存在繼發(fā)骨折的風(fēng)險。在去除空心釘之后，由于釘?shù)牢赐耆希趋缽?qiáng)度和韌度下降，過早負(fù)重會使股骨近端應(yīng)力增加從而容易出現(xiàn)骨折。和倒三角形置釘方式相比，正三角形置釘所產(chǎn)生的釘?shù)罆黠@造成股骨頸區(qū)域應(yīng)力升高。在正三角形空心螺釘取出后的康復(fù)和功能鍛煉時尤其需要密切注意股骨頸骨折的風(fēng)險。
3.3 本研究的不足和展望 在力學(xué)加載時，本研究只選擇了靜力分析，忽略了髖部肌肉等其他載荷對實(shí)驗(yàn)結(jié)果的影響，研究結(jié)果與臨床實(shí)際可能存在一定誤差，需要進(jìn)行生物力學(xué)實(shí)驗(yàn)進(jìn)一步驗(yàn)證不同方式置入的空心釘取出后對股骨近端結(jié)構(gòu)性能的影響。
本研究顯示正三角形空心釘取出后股骨頸存在明顯的應(yīng)力上升。筆者認(rèn)為在股骨頸骨折愈合取出空心釘之后應(yīng)格外小心，開展康復(fù)訓(xùn)練時應(yīng)循序漸進(jìn)，必要時應(yīng)拍X線檢查證實(shí)釘?shù)劳耆虾笤龠M(jìn)行負(fù)重活動或者重體力勞動，以降低再骨折的風(fēng)險。
[1]Zielinski SM，Heetveld MJ，Bhandari M，etal.Implant Removal After Internal Fixation of a Femoral Neck Fracture：Effects on Physical Functioning[J].J Orthop Trauma，2015，29(9)：285-292.
[2]Busam ML，Esther RJ，Obremskey WT.Hardware removal：indications and expectations[J].J Am Acad Orthop Surg，2006，14(2)：113-120.
[3]Tada S，Stegaroiu R，Kitamura E，etal.Influence of implant designand bone quality on stress/strain distribution in bone around implants：a 3-dimensional finite element analysis[J].Int J Oral Maxillofac Impants，2003，18(3)：357-368.
[4]Jiong M，Shi WL，Guang YJ，etal.Finite element analysis of the effect of cannulated screw placement and drilling frequency on femoral neck fracture fixation[J].Injury，2014，45(12)：2045-2050.
[5]Yang JJ，Lin LC，Chao KH，etal.Risk factors for nonunion in patients with intracapsular femoral neck fractures treated with three cannulated screws placed in either a triangle or an inverted triangle configuration[J].J Bone Joint Surg(Am)，2013，95(1)：61-69.
[6]龐忠訓(xùn)，彭方敏.青壯年股骨頸骨折內(nèi)固定取出后股骨頭壞死的臨床分析[J].中國矯形外科雜志，2012，20(14)：1335-1336.
[7]Eberle S，Wutte C，Bauer C，etal.Evaluation of risk for secondary fracture after removal of a new femoral neck plate for intracapsular hip fractures[J].J Orthop Trauma，2011，12(25)：721-725.
Finite Element Analysis of Different Screw Path after Femoral Neck Fracture Healing
Hu Qunsheng1，Jiang Ziwei2，Huang Feng2
(1.First Clinical Medical of Guangzhou Chinese Medicine University，Guangzhou 510405，China；2.Department of Trauma Orthopedic，The First Affiliated Hospital of Guangzhou Chinese Medicine University，Guangzhou 510405，China)
Objective To investigate the stress distribution of different screw path of proximal femur after femoral neck fracture healing with removal of cannulated screws so as to provide theoretical reference for rehabilitation and prevention of complications after surgery.Methods Dimensional finite element model of the human proximal femur was reconstructed by 64-slice spiral CT scan.Finite element model of equilateral triangle and inverted triangle screw path were established respectively.Under the same load and constraint，the von stresses of the femural in different models were compared by the finite element analysis.Results The maximum von stress were concentrated in the region of calcar under the femoral neck.The maximum von stress of equilateral triangle model (11.02 MPa) was much larger than inverted triangle model(10.82 MPa) and normal proximal femur model (10.58 MPa).Conclusion The stress of femur neck would increase significantly after equilateral triangle screws were removed.It was needed to pay close attention to risk of femoral neck fracture when did rehabilitation and functional exercises after surgery.
femoral neck fracture；cannulated screw fixation；hardware removal；finite element analysis
1008-5572(2016)12-1091-03
廣東省自然科學(xué)基金項(xiàng)目(2014A030310379)；廣州市科技計劃一般項(xiàng)目(201510010005)；國家中醫(yī)藥管理局2013年全國中醫(yī)藥專家傳承工作室建設(shè)項(xiàng)目——陳基長全國名老中醫(yī)藥專家傳承工作室(國中醫(yī)藥人教發(fā)[2013]47號)；
R683.42
A
2016-04-05
虎群盛(1983- )，男，博士研究生在讀，廣州中醫(yī)藥大學(xué)第一臨床醫(yī)學(xué)院，510405。
*本文通訊作者：黃楓
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