0 引言 Introduction

股骨近端防旋髓内钉(proximal femoral anti-rotation nail，PFNA)因其中心性固定具有较短的力臂，而螺旋刀片的设计增加了与松质骨的接触面积，且在敲击过程中挤压周围松质骨增加锚固力，可以有效对抗股骨头颈骨块的内翻和旋转，是治疗股骨转子间骨折较为理想的一种内固定方式[1-2]。但VéLEZ等[3-4]研究发现，PFNA治疗股骨转子间骨折仍有6%-21%的内固定失败率，容易产生切割、退钉等并发症，而尖顶距被认为是PFNA术后失效的一个重要原因[5-8]。尖顶距由BAUMGAERTNER等[9]于1995年首次提出，是指正侧位X射线片上所测量的从拉力螺钉尖端到股骨头顶点距离的总和，后沿用至PFNA螺旋刀片，现大多数学者认为保证头髓钉尖顶距≤25 mm预后较好，但仍存在较多争议。NIKOLOSKI等[10]通过回顾性分析认为螺旋刀片不同于螺钉，放置太靠近软骨下骨可能导致穿透头部，尖顶距值介于20-30 mm并发症最少；ZHOU等[11]认为尖顶距值20-25 mm可以有效地减少股骨头颈骨块内翻和螺旋刀片穿出股骨头的风险；而李海丰等[12]认为适当缩小螺旋刀片尖顶距值(15-20 mm)，可以增加初始稳定，并不增加螺旋刀片移位的风险。国内外对于尖顶距的研究多集中于临床方面，生物力学报道甚少。此次研究旨在通过有限元法分析不同尖顶距值影响PFNA治疗股骨转子间骨折生物力学的差异，为临床治疗提供一定的参考和实验依据。

1 对象和方法 Subjects and methods

1.1 设计 三维有限元分析实验。

1.2 时间及地点 于2020年1月在广州中医药大学岭南医学研究中心数字骨科与生物力学实验室完成。

1.3 对象

1.3.1 资料获取 选取1例左股骨转子间骨折患者作为志愿者并收集CT资料：①基本资料：56岁，男性，身高175 cm，体质量70 kg，体质量指数22.9 kg/m2；②病史：因“摔倒致左髋部疼痛、活动受限2 h”于2019-01-16入院，X射线片提示左股骨转子间骨折，既往无手术史，无肿瘤史，无先天骨骼变异，近年未服影响骨代谢药物；③伦理与知情同意：详细告知患者实验过程和实验目的，患者表示知情理解并签署知情同意书，同时取得广州中医药大学第一附属医院伦理委员会批准(医院伦理批件号：Y[2019]164，审批时间：2019-03-14)。

1.3.2 扫描条件 ①地点：广州中医药大学第一附属医院影像科CT室；②体位与部位：志愿者取仰卧位，采用GE 64排螺旋CT同时扫描双侧髋部至小腿中上段并以Dicom格式保存扫描的CT数据，CT数据包含股骨全长；③扫描参数设置：扫描电压120 kV，扫描电流250 mA，层厚2 mm，层距5 mm，每个扫描层的像素矩阵密度大小为512×512。

1.3.3 实验设备 ①计算机：联想Thinkpad P52移动图形工作站；②实验软件：Mimics 19.0 软件(Materialise 公司，比利时)，Geomagic studio 2017软件(Geomagic公司，美国)，Solidworks 2017 软件(Dassault Systemes 公司，美国)，Hypermesh 14.0软件(Altair公司，美国)，有限元运算软件Abaqus 2016软件(LSTC 公司，美国)，以上软件均由广州中医药大学国家重点学科中医骨伤科学数字骨科与生物力学实验室提供。

1.4 方法

1.4.1 重建右侧股骨三维模型 将保存为Dicom格式的CT影像资料导入Mimics 19.0软件中，进行阈值选择、区域增长、腔隙填充、三维重建等处理，建立右侧股骨三维模型，导出为stl格式文件。

1.4.2 网格划分和初步处理 将stl格式的右侧股骨三维模型导入Geomagic studio 2017软件中，进行去除特征、划分网格、优化平滑、拟合曲面等步骤后得到优化后右侧股骨三维模型，并导出生成step文件。

1.4.3 建立股骨近端防旋髓内钉模型 参照第二代AO股骨近端防旋髓内钉的具体参数，在Solidworks 2017软件中新建零件，通过拉伸、旋转、螺旋线、组合、放样等步骤得到PFNA内固定三维模型。PFNA内固定模型基本参数：主钉长170 mm，颈干角130°，5°外翻角，螺旋刀片直径10 mm，长度分别为105，107.5，110，112.5 mm(临床中螺旋刀片无107.5和112.5 mm规格，作者为实验需求设置)。

1.4.4 构建不同尖顶距股骨转子间骨折PFNA模型 ①型股骨转子间骨折在临床中较为常见，属于稳定型股骨转子间骨折，使用PFNA治疗取得较好疗效[13-14]，故此次研究在Solidworks 2017软件中将右侧股骨三维模型进行切割模拟型骨折，股骨模型分为头颈骨块、小转子骨块和股骨干3个部分。②将切割完成的股骨模型与PFNA内固定模型按照标准手术技术进行装配，现尖顶距值争议的主要是3个不同范围：15-20 mm，20-25 mm，20-30 mm，作者因此构建尖顶距值分别为15，20，25，30 mm的模型，比较各个范围尖顶距值的生物力学效果。首先装配最长螺旋刀片PFNA模型和股骨模型为A 模型，根据公式其中Xap为正位片尖顶距，Xlat为侧位片尖顶距，Dap为正位片直径，Dlat为侧位片直径，Dtrue为真实直径。通过测量距离命令测得此模型尖顶距值为15.4 mm；保持股骨模型和PFNA模型的配合关系，替换112.5 mm螺旋刀片为110 mm螺旋刀片得到模型B，测量尖顶距值为20.4 mm；同样的方法装配107.5 mm螺旋刀片得到模型C，测量尖顶距值为25.4 mm；装配105 mm螺旋刀片得到模型D，测量尖顶距值为30.4 mm，详见图1。③分别将3个模型储存为step格式并导入Hypermesh 14.0软件中进行网格划分，所有部件均划分为为1.5 mm 大小的C3D4类型网格，检查网格质量良好，分别以inp格式储存导出。