基于有限元分析的肱骨近端骨折内固定增强策略生物力学研究：腓骨支撑同种异体移植物与髓内支撑钢板的比较

本研究针对肱骨近端骨折内固定中腓骨支撑同种异体移植物(FA)存在的获取困难、感染风险等问题，通过有限元分析(FEA)比较了髓内支撑钢板(IMP)与FA的生物力学性能。研究发现，在轴向力、斜向力和扭转力作用下，IMP组与FA组在位移和von Mises应力方面表现相似，均显著优于单纯锁定钢板(LP)组。该研究为临床提供了一种可替代FA的新型内固定方案，具有重要的临床应用价值。

　　

肱骨近端骨折是老年人常见的创伤性损伤，与骨质疏松密切相关。尽管锁定钢板(LP)固定是首选治疗方法，但对于骨质疏松性或粉碎性骨折，常会出现复位丢失或内固定失败等不良后果。内侧柱支撑是肱骨近端骨折固定的关键，但对于骨质疏松、内侧粉碎性骨折等情况，往往需要结合其他增强措施。腓骨支撑同种异体移植物(FA)虽然能显著改善临床和生物力学效果，但也存在获取困难、感染风险等缺点。因此，开发能够替代FA的新方法具有重要意义。

台湾台中荣民总医院(3D Printing Research and Development Group of Taichung Veterans General Hospital)的研究人员开展了一项创新性研究，通过有限元分析(FEA)比较了三种内固定方式的生物力学性能：单纯肱骨锁定钢板(LP)、锁定钢板联合FA、锁定钢板联合髓内支撑钢板(IMP)。研究发表在《Scientific Reports》杂志上，为解决临床实际问题提供了新的思路。

研究人员采用的主要技术方法包括：基于美国国立卫生研究院(NIH)可视人项目的CT图像建立三维有限元模型；使用计算机辅助设计(CAD)软件构建植入物模型；通过ANSYS Workbench软件进行有限元分析；模拟轴向力(500N)、斜向力(500N，20°倾斜)和扭转载荷(10Nm)三种力学条件；测量位移、von Mises应力和旋转角度等生物力学参数。

研究结果部分：

1. 位移分析：在三种载荷条件下，LP组的位移均显著大于FA和IMP组，而FA和IMP组的位移表现相似。例如在轴向力作用下，LP组位移为3.9953mm，而FA和IMP组分别为0.0995mm和0.1030mm。斜向力作用下也观察到类似趋势。

2. 应力分布：LP组的肱骨皮质骨、松质骨、锁定钢板和螺钉的von Mises应力均高于FA和IMP组。特别是在斜向力作用下，LP组肱骨皮质骨应力高达2468.5MPa，而FA和IMP组分别为102.02MPa和96.475MPa。

3. 结构刚度：FA组在轴向力、斜向力和扭转条件下的刚度分别为5024.6711N/mm、1412.1501N/mm和33110.3900N/°，表现出最佳的结构稳定性。IMP组的刚度值与FA组相近，均显著优于LP组。

4. 植入物应力：FA和IMP组在骨折部位附近均出现应力集中现象，其中IMP的应力水平(斜向力下106.36MPa)高于FA(44.393MPa)，但仍远低于材料的屈服强度。

研究结论与讨论部分指出，髓内支撑钢板(IMP)在肱骨近端骨折固定中表现出与腓骨支撑同种异体移植物(FA)相似的生物力学性能，能够有效减少位移和应力分布。这一发现具有重要意义：首先，IMP可以避免FA的获取困难和感染风险等问题；其次，IMP简化了手术操作，为临床提供了一种新的选择；第三，研究结果为未来内固定器械设计提供了理论依据。虽然IMP表现出良好的生物力学特性，但研究者也指出该研究存在一些局限性，如未考虑肌肉软组织的影响、使用正常骨密度参数等。未来需要通过尸体实验和临床研究进一步验证IMP的实际效果。总体而言，这项研究为肱骨近端骨折的治疗提供了新的思路，特别是对于内侧柱支撑不足的病例，IMP可能成为一种有前景的替代方案。