股骨颈动力交叉钉系统联合同种异体腓骨对股骨颈骨折患者三维有限元力学的影响研究

郭小亭 刘犹犹 刘珍珍

赣州市南康区第二人民医院 江西南康 341400

摘要：目的 基于三维有限元分析，评估股骨颈动力交叉钉系统（FNS）联合腓骨植骨治疗股骨颈骨折的力学效果。方法 选取2025年1月至2026年1月于我院收治的股骨颈骨折患者60例，随机均分两组各30例。对照组行FNS固定，研究组行FNS+腓骨植骨。术后CT建模分析不同工况（站立、摆动、上下楼梯）下应力位移变化；比较两组愈合时间、髋功能及并发症。结果 研究组骨折端应力、位移及内固定微动均小于对照组，愈合时间更短，术后3、6个月Harris评分更高，并发症更少（P<0.05）。结论 FNS联合同种异体腓骨植骨可优化股骨颈骨折生物力学环境，提升骨折端稳定性，促进愈合与功能恢复。

关键词：股骨颈骨折；股骨颈动力交叉钉系统；同种异体腓骨；三维有限元分析；生物力学

股骨颈骨折属于临床常见的髋部损伤类型，在老年群体中发生率较高，伤后长期卧床易诱发肺部感染、深静脉血栓等严重并发症，显著影响患者生活质量^[1]。股骨颈动力交叉钉系统（FNS）系AO组织研发的新型内固定装置，兼具空心螺钉微创置入与动力髋螺钉动态加压的双重优势，在抗旋转与抗剪切方面性能突出^[2]。同种异体腓骨植骨不仅可增强骨折端的即时稳定性能，其良好生物相容性还能诱导血管再生并促进骨性愈合^[3]。三维有限元分析能够构建高精度骨骼模型，可量化评估不同内固定方案的应力分布及位移特征，为手术策略的优化提供客观参考^[4]。然而，目前关于FNS联合腓骨植骨复合固定的三维有限元力学研究仍相对不足。基于此，本研究结合临床疗效观察与三维有限元分析，探讨FNS联合腓骨植骨对股骨颈骨折患者生物力学环境的影响。

1资料与方法

1.1一般资料

选取60例于我院2025年1月至2026年1月收治的股骨颈骨折患者，随机分为对照组与研究组（n=30）。对照组（46.8±11.2）岁，BMI（23.4±2.6）kg/m²，男17/女13，GardenⅡ/Ⅲ/Ⅳ=9/14/7；研究组（45.2±10.5）岁，BMI（23.1±2.8）kg/m²，男16/女14，GardenⅡ/Ⅲ/Ⅳ=8/15/7，组间具有可比性（P＞0.05）。

纳入标准：（1）影像学确诊股骨颈骨折；（2）18～75岁；（3）能配合检查随访；（4）知情同意。排除标准：（1）病理性骨折；（2）严重骨质疏松（T值≤-2.5+脆性骨折史）；（3）重要脏器功能不全不耐受手术；（4）近6个月参与同类试验；（5）主动退出；（6）精神异常/依从性差；（7）妊娠或哺乳期。

1.2 方法

同一医师团队手术。仰卧患侧垫高15°，全麻或硬膜外麻醉。

对照组：前外侧入路，C臂透视复位后于大转子下2~3 cm沿股骨颈轴线植入导针，扩孔攻丝后置入FNS主钉及防旋钉，冲洗缝合。

研究组：入路及FNS操作同对照组。FNS固定后，取异体腓骨（深低温冷冻+辐照灭菌）修剪至超出骨折线两端1.5~2 cm，贴附于股骨颈内侧皮质，钛缆于骨折线近端2 cm、远端1.5 cm处环形捆扎，冲洗缝合。

术后常规抗感染，第1天踝泵及股四头肌等长收缩，1周内髋关节被动活动，6周内限制负重，依X线结果调整训练。

1.3 观察指标

（1）三维有限元力学指标：术后1周CT建模，网格尺寸≤1 mm（接触区0.5 mm）。材料属性：皮质骨（E=12.5 GPa，ν=0.3）、腓骨（E=8 GPa）、FNS（E=110 GPa，ν=0.3）。3种工况（站立、摆动、上下楼梯），髋臼固定，模拟臀中肌等肌力。记录主应力、轴向位移及微动。

（2）骨折愈合情况：X线骨折线消失+连续性骨痂+断端无压痛/叩击痛+无异常活动为愈合；≥6个月骨折线清晰、断端硬化、髓腔封闭为不愈合。

（3）关节功能康复情况：术后3、6个月Harris评分（100分制），高分示功能优。

（4）术后并发症：股骨头坏死（MRI）、内固定松动（X线）、感染（发热/红肿+白细胞/CRP升高）。

1.4 统计学方法

SPSS 26.0分析数据。正态计量资料（±s）行t检验；计数资料频数（%）行χ²检验。P<0.05为差异有统计学意义。

2结果

2.1三维有限元力学指标两组对比

研究组在骨折端应力、位移及内固定微动方面均优于对照组（P均<0.05），见表1。

表1 三维有限元力学指标两组对比（±s）

组别	例数	最大主应力（MPa）	最小主应力（MPa）	轴向位移（mm）	微动幅度（μm）
研究组	30	28.5±3.2	-8.2±1.5	0.35±0.05	18.5±3.2
对照组	30	38.2±4.1	-12.5±2.0	0.52±0.08	28.3±4.5
t值	—	10.215	9.387	9.874	9.763
P值	—	<0.001	<0.001	<0.001	<0.001

2.2 骨折愈合时间及Harris评分组间对比

研究组骨折愈合时间更短，术后3、6个月Harris评分更高（均P<0.05）。见表2。

表2 骨折愈合时间及Harris评分组间对比（±s）

组别	例数	骨折愈合时间（月）	Harris评分（术后3月，分）	Harris评分（术后6月，分）
研究组	30	3.2±0.6	78.5±5.2	88.6±4.3
对照组	30	4.1±0.8	71.2±6.0	82.4±5.1
t值	—	4.928	5.056	5.112
P值	—	<0.001	<0.001	<0.001

2.3 并发症组间对比

与对照组比，研究组并发症发生率更低（P<0.05）。见表3。

表3 两组并发症发生情况对比 [n（%）]

组别	股骨头坏死	内固定松动	感染	合计
研究组（n=30）	1（3.3）	0（0.0）	0（0.0）	1（3.3）
对照组（n=30）	2（6.7）	2（6.7）	1（3.3）	5（16.7）
t值	–	–	–	4.043
P值	–	–	–	0.044

3讨论

FNS作为AO组织研发的新型内固定装置，兼具空心螺钉微创置入与动力髋螺钉动态加压的双重特性，在股骨颈骨折治疗中具有较好的应用前景。文献^[5]报道FNS内固定用于青年股骨颈骨折可缩短手术时间、减轻炎症反应并降低远期螺钉相关并发症风险。生物力学研究显示，相较于空心加压螺钉，FNS在抵抗垂直剪切力及扭转力方面更具优势^[6]。但单纯FNS固定仍存在术后应力集中及骨折端微动的不足。另有文献^[7]指出，与传统空心钉相比，FNS在移位型股骨颈骨折中表现出更优的生物力学稳定性；一项比较四种内固定装置疗效的研究强调，应依据骨折稳定性制定个体化方案^[8]；此外，术后康复训练对功能恢复亦具有促进作用^[9]。本研究有限元分析结果进一步验证了FNS动态加压与腓骨支撑的协同效应，与上述生物力学研究结论相互印证。

同种异体腓骨植入不仅可增强骨折端的即时稳定性能，其良好的生物相容性还能诱导血管再生并加速骨愈合。从生物力学角度分析，腓骨植入后可分担部分轴向压缩载荷，降低股骨颈内侧张应力，从而缓解内固定物的应力集中程度。三维有限元分析证实，空心螺钉联合腓骨固定能显著降低股骨头最大等效应力并优化应力分布^[10]；另有研究亦发现腓骨支撑可有效分散应力、抑制硬化带形成并促进局部血管再生^[11]。本研究有限元结果与上述发现一致，进一步支持腓骨支撑在优化股骨颈骨折力学环境中的关键作用，为联合固定的生物力学优势提供了佐证。

生物力学环境的改善最终将转化为临床预后的提升。中远期随访研究显示，同种异体腓骨植入可显著提高骨折愈合率并降低股骨头坏死发生率^[12]。临床研究亦表明，腓骨植入物可有效预防股骨颈短缩并减少并发症^[13]。本研究临床观察结果与上述文献报道趋势一致，联合组在骨折愈合及功能恢复方面均表现出确切优势，进一步验证了生物力学优化向临床获益转化的可行性。

本研究存在一定局限性：单中心、小样本设计限制了结论的普适性；有限元模型对骨组织材料属性进行了均质化处理，与实际生物力学环境存在偏差；随访仅至术后6个月，远期疗效及腓骨吸收改建情况尚需延长观察。后续需开展多中心、大样本、长期随访研究，并进一步明确FNS-腓骨联合固定的最佳适应证及腓骨置入的优化参数，以推动该技术的规范化应用。

综上，股骨颈动力交叉钉系统联合同种异体腓骨植骨可显著优化股骨颈骨折的生物力学环境，降低骨折端应力集中与微动幅度，缩短愈合时间，促进髋关节功能恢复，且不增加并发症风险，值得临床推广应用。

参考文献

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基金资助：赣州市指导性科技计划项目（编号：2025ZSFCE0187）

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