張成寶，余潤澤，喻德富，陳濤，張彪，沈政，于水，許有軍，陳鵬，王少華，徐仲林

(安徽省第二人民醫(yī)院，合肥 230000)

股骨頸骨折是老年人常見的髖部骨折，約占全身骨折的3.58%[1]。近年來股骨頸骨折Garden分型引起了較大的爭議[2,3]，Du等[4]通過對GardenⅠ型股骨頸骨折三維重建并測量其移位程度，發(fā)現(xiàn)大部分GardenⅠ型骨折存在空間移位及成角。股骨頸骨折術(shù)后最主要的并發(fā)癥為股骨頭壞死，其發(fā)生率為20%～40%[5]。近年來研究表明生物力學(xué)因素對骨折愈合及股骨頭壞死有重要的影響[6]，而三維重建及有限元分析可以模擬股骨生物力學(xué)試驗(yàn)，將復(fù)雜的整體劃分為有限個單元組成的集合體，為股骨近端的力學(xué)分析提供了可能[7]。筆者通過測量60例GardenⅠ型骨折患者的股骨頭移位程度并建立患者健側(cè)及患側(cè)股骨近端有限元模型，探討不同移位程度的GardenⅠ型骨折股骨近端力學(xué)特點(diǎn)，旨在為GardenⅠ型骨折臨床治療提供依據(jù)。

1 資料與方法

1.1 臨床資料 2017年7月～2019年5月于安徽省第二人民醫(yī)院收集60例GardenⅠ型股骨頸骨折患者的術(shù)前雙側(cè)股骨近端多層螺旋CT掃描的薄層原始數(shù)據(jù)(層厚0.75 mm)和X線平片數(shù)據(jù)。患者年齡均大于18歲，入選前排除陳舊性骨折、病理性骨折、雙側(cè)骨折、腫瘤、畸形、骨質(zhì)缺損等，由2名主治醫(yī)師及2名影像科醫(yī)師分別獨(dú)立閱片并討論后確診，若分型無法達(dá)成一致，再由1名創(chuàng)傷領(lǐng)域?qū)＜疫M(jìn)行最后決定。其中男27例、女33例，年齡19～88歲、平均54.7歲，左側(cè)骨折31例、右側(cè)骨折29例。

1.2 分析方法 將患者原始CT數(shù)據(jù)導(dǎo)入Mimics 10.01(比利時Materialise公司)軟件，建立股骨近端模型。通過鏡像功能將患側(cè)與健側(cè)配準(zhǔn)并生成新圖層，擬合股骨頭為球體并尋找球心。于圖層上分別標(biāo)記健患側(cè)股骨頭球心及健患側(cè)股骨頭小凹最低點(diǎn)；計算股骨頭空間移位距離、股骨頭小凹最低點(diǎn)移位距離、股骨頭空間偏轉(zhuǎn)角度。見圖1。

注：A為股骨近端X線平片；B為股骨近端CT冠狀面；C為股骨近端配準(zhǔn)后的正視圖和俯視圖；D為健患側(cè)關(guān)鍵點(diǎn)標(biāo)記，其中c1及c2分別為健患側(cè)股骨頭中心點(diǎn)，f1及f2分別為健患側(cè)股骨頭小凹最低點(diǎn)，D1為股骨頭小凹最低點(diǎn)移位距離，D2為股骨頭中心移位距離，α為空間夾角。

圖1 GardenⅠ型骨折術(shù)前影像及空間移位情況

將原始CT數(shù)據(jù)導(dǎo)入Simpleware 6.0軟件(英國SimplewareLtd公司)分離髖臼和股骨頭建立股骨近端模型，按CT斷層圖像的灰度值賦予材料屬性，建立內(nèi)部填實(shí)的股骨近端有限元模型。將有限元網(wǎng)格模型導(dǎo)入Abaqus 6.12(美國HKS公司)軟件，本研究對所有模型均加載2.38倍體重，相當(dāng)于正常人緩慢行走時所受載荷[8]。根據(jù)股骨頭中心點(diǎn)的垂線與髖臼外側(cè)邊緣的夾角(CE角)等解剖學(xué)參數(shù)，確定股骨頭與髖臼的接觸區(qū)域[9]，按HIP98應(yīng)力數(shù)據(jù)庫分別于三個方向(fx、fy、fz)對股骨頭球心施加載荷，約束股骨遠(yuǎn)端所有節(jié)點(diǎn)的6個自由度為0。見圖2。

注：A為患側(cè)股骨近端有限元模型；B為患側(cè)股骨近端應(yīng)力云圖整體觀；C為患側(cè)股骨近端冠狀面應(yīng)力云圖。

圖2 GardenⅠ型骨折術(shù)前有限元分析

按股骨頭中心移位距離把患者分為0～5 mm組、>5～10 mm組、>10 mm組，按股骨頭小凹最低點(diǎn)移位距離把患者分為0～7 mm組、>7～15 mm組、>15 mm組，按股骨頭空間移位角度，把患者分為0°～10°組、>10°～20°組、>20°組。計算健側(cè)患側(cè)股骨近端應(yīng)力峰值、最大等效應(yīng)變值、冠狀面最大位移。

2 結(jié)果

所有數(shù)據(jù)經(jīng)Kolmogorov-Smirnov檢驗(yàn)均符合正態(tài)分布。

2.1 股骨頭移位情況 納入的60例GardenⅠ型股骨頸骨折患者股骨頭均存在不同程度的旋轉(zhuǎn)移位，股骨頭中心移位距離為1.37～15.97(7.57±3.73)mm；股骨頭小凹最低點(diǎn)移位距離為3.49～17.96(9.56±3.75)mm；股骨頭空間移位角度為2.80°～47.23°(9.56°±3.75°)。

2.2 不同移位程度股骨近端生物力學(xué)變化 患側(cè)股骨近端應(yīng)力峰值、最大等效應(yīng)變值、冠狀面最大位移隨著股骨頭空間移位參數(shù)增加而增加。其中股骨頭中心移位距離為0～5 mm時，股骨頭小凹移位距離為0～7 mm時，股骨頭空間移位角度為0°～10°時，健患側(cè)股骨近端各項有限元指標(biāo)比較差異無統(tǒng)計學(xué)意義，其余各組差異均有統(tǒng)計學(xué)意義(P均<0.05)。見表1～3。

表1 不同股骨頭中心移位距離下股骨近端力學(xué)特點(diǎn)

表2 不同股骨頭小凹最低點(diǎn)移位距離下股骨近端力學(xué)特點(diǎn)

表3 不同股骨頭空間移位角度下股骨近端生物力學(xué)特點(diǎn)

3 討論

目前臨床上多采用閉合復(fù)位空心釘內(nèi)固定治療GardenⅠ型骨折[10]，然而據(jù)相關(guān)研究表明其術(shù)后二次手術(shù)率為10%～20%，不愈合率為10%，股骨頭壞死率大約為20%[11,12]。內(nèi)固定技術(shù)的發(fā)展并沒有減少股骨頸骨折術(shù)后的二次手術(shù)率和股骨頭壞死率。當(dāng)前GardenⅠ型骨折的臨床治療仍然存在一定的爭議，部分學(xué)者通過大樣本回顧性分析發(fā)現(xiàn)GardenⅠ型骨折采用保守治療的有效率高達(dá)66%，其中老年癡呆、多種內(nèi)科合并癥、既往反復(fù)跌倒史是保守治療失敗的危險因素，而對于認(rèn)知功能較好且既往無反復(fù)跌傷史的GardenⅠ骨折患者保守治療成功率高達(dá)88%[13]。然而亦有部分學(xué)者發(fā)現(xiàn)GardenⅠ骨折經(jīng)過保守治療后股骨頭壞死率、骨折再次移位率、骨折不愈合率均較高[14]。且研究發(fā)現(xiàn)GardenⅠ骨折嵌插程度和股骨壞死密切相關(guān)，外翻嵌插型股骨頸骨折術(shù)后股骨頭壞死及內(nèi)固定失敗風(fēng)險較高。股骨頭壞死是一個病理演變過程，應(yīng)力作用下負(fù)重區(qū)骨小梁發(fā)生顯微骨折，隨后針對損傷骨組織修復(fù)，若造成骨壞死的原因不消除，修復(fù)不完善，損傷—修復(fù)的過程繼續(xù)，最終導(dǎo)致股骨頭結(jié)構(gòu)改變、股骨頭塌陷、變形等[16]。

目前股骨頸骨折Garden分型是最常用的，大多數(shù)股骨頸嵌插型骨折被歸類為GardenⅠ型骨折，而已有學(xué)者發(fā)現(xiàn)部分股骨頸嵌插型骨折存在很大的空間移位及成角，因此臨床醫(yī)生需重新認(rèn)識GardenⅠ型骨折，制定更為適宜的診療方案[4]。本研究結(jié)果表明,60例GardenⅠ型骨折患者股骨頭均有不同程度的空間移位，這主要是由于Garden分型系統(tǒng)的提出是基于二維X線平片，二維圖像上存在各關(guān)節(jié)部位的結(jié)構(gòu)重疊，無法精確觀察、測量到空間上骨折的移位情況，并對骨折塊的精確位置、骨折線的空間走向、骨折端的旋轉(zhuǎn)移位精確描述[16,17]。這同時也說明了GardenⅠ型骨折并非無移位的、不完全性骨折，而是存在一定程度空間移位的骨折類型，在臨床治療過程中需要醫(yī)師詳細(xì)了解骨折的移位程度，及時恢復(fù)頸干角、前傾角，矯正空間移位，爭取達(dá)到解剖復(fù)位。

筆者發(fā)現(xiàn)患側(cè)股骨近端應(yīng)力峰值、最大等效應(yīng)變值、冠狀面最大位移隨著股骨頭空間移位參數(shù)增加而增加。正常股骨應(yīng)力主要集中于股骨頭-頸結(jié)合部下方，股骨近端由于頸干角及前傾角的存在，經(jīng)股骨頭傳向股骨頸的載荷不在一條直線上，在股骨頸處產(chǎn)生了張力、壓力及剪切力，股骨頸骨折后，骨折嵌插處出現(xiàn)應(yīng)力集中，隨著空間移位的增大，頸下方的應(yīng)力逐漸減小，股骨頭頸交界骨折線區(qū)應(yīng)力集中更為明顯。股骨頸骨折后，股骨近端骨小梁發(fā)生顯微骨折，隨著股骨頭移位程度的增加，骨小梁排列及走形逐漸偏離正常，結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性變差，骨強(qiáng)度降低，因此，隨著股骨頭移位程度的增加，患側(cè)股骨頸嵌插處應(yīng)變逐漸增大。骨折后股骨近端前傾角、頸干角發(fā)生改變，股骨近端穩(wěn)定性變差，股骨近端冠狀面最大位移增大。

本研究結(jié)果表明，在股骨頭中心移位距離0～5 mm組，股骨頭小凹最低點(diǎn)移位距離0～7 mm組，股骨頭空間移位角度0°～10°組，健患側(cè)各項有限元指標(biāo)無統(tǒng)計學(xué)差異。因此需要從生物力學(xué)角度對GardenⅠ型骨折重新認(rèn)識，建議按股骨頭移位程度對GardenⅠ型骨折予以細(xì)化，移位程度較小的GardenⅠ型骨折生物力學(xué)性能改變較小，具有保守治療理論上的可行性。然而本研究也存在一定的局限性：樣本量過少；未考慮髖關(guān)節(jié)周圍軟組織包括肌肉和韌帶對股骨近端合力的影響；薄層CT掃描圖像質(zhì)量有限，圖像序列相關(guān)性較差，不能充分反映骨內(nèi)部結(jié)構(gòu)。因此，仍需進(jìn)一步擴(kuò)大樣本量進(jìn)行研究，同時由于有限元模型是對實(shí)際情況的近似模擬，實(shí)驗(yàn)結(jié)果對實(shí)際指導(dǎo)作用仍需進(jìn)一步通過動物實(shí)驗(yàn)或臨床觀察證實(shí)。