不稳定股骨粗隆间骨折是一种严重的损伤，术后1年内死亡率高达5.4%至24.9%。一些不良的术后结果可以由损伤的病因来解释，包括小转子骨折块的存在、严重的骨质疏松症、股骨粗隆骨折线反向倾斜和后外侧骨折块。
Li等报道33%的股骨粗隆间骨折在股骨大转子的后外侧出现骨折线。此外，最近的研究表明股骨转子骨折的后外侧骨折线导致后外侧不稳定。Kim等人和Suzuki等人报道后外侧骨折的存在增加了术后骨折块移位的风险，导致更高的植入失败和/或不愈合率。然而，与后外侧骨折形态相关的不稳定的病因仍不清楚。本研究的目的是通过用后外侧骨折碎片模拟不稳定股骨粗隆间骨折，研究后外侧骨折线形态对髓内钉稳定性的影响。
我们假设当后外侧骨折线干扰螺旋刀片插入时，后外侧骨折会导致髓内钉不稳定，因为螺旋刀片插入的位置是皮质骨和植入物之间的主要接触区域之一。在目前的生物力学研究中，我们评估了后外侧骨折线干扰螺旋刀片插入是否会导致股骨转子骨折的人工骨样本中的髓内钉不稳定。当治疗后外侧壁骨折线与拉力螺钉插入孔相干涉的不稳定骨折类型时，骨科医生应考虑髓内钉固定变得不稳定的可能性，并应考虑使用更长和/或更粗的髓内钉作为治疗选择之一。
样品制备
本研究使用了定制的合成骨质疏松骨样本，这些样本是使用先前创建的人类髋部计算机断层扫描（CT）图像（Tanac）设计的。样本的颈杆角度为135°，前倾角为25.8°，松质骨密度为7.5磅每立方英尺（PCF）（0.115g /cm3），皮质骨密度为60 PCF（0.92 g /cm3），产生了两种类型的骨折线。骨折A包括一个后外侧壁粉碎模型，其中后外侧壁骨折线通过螺旋刀片插入孔干涉。骨折B的特征是完整的后外侧壁模型，骨折线距离螺旋刀片插入孔10 mm。骨折A和B均由4部分粉碎性转子骨折组成，除了后外侧壁骨折线外，余设计相同（图1)，均使用专用器械切割所有骨折线。为这项生物力学研究准备了18个样本（骨折A和B各9个样本）。光学锁定（OLS）I型髓内钉（直径10毫米；颈部角度125°；长度170毫米）和OLS一号螺旋刀片（直径10.8毫米；长度100毫米）插入所有样品中而不扩孔；螺旋刀片尖端-顶点距离为20毫米。
图1.两处骨折均为股骨转子4部分粉碎性骨折。骨折A侧壁骨折线涉及螺旋刀片插入孔（图1-A和1-B).骨折B侧壁骨折线距离螺旋刀片插入孔10 mm处（图1-C和1-D).图1-A和1-C中黑色箭头所示的结构用于固定深度计。
测试方法
所有样品都固定在生物力学试验机上，在额平面中从重力线侧向10°，在矢状平面中从重力线向后12°。对股骨头施加周期性垂直载荷，最大载荷为750 N，最小载荷为75 N，频率为3 Hz。测试在1500次加载循环后结束（图2)。
图2.生物力学测试机中的样本照片。使用夹具将样品放置在机器上，从重力线侧向10°，在矢状平面中从重力线向后12°。我们计算了附着在髓内钉顶端的骨折块的运动。骨折块运动是用相互垂直固定的数字深度计捕捉的。
数据评估
使用两个数字深度计；一个测量仪平行于股骨颈固定，另一个垂直于股骨颈固定。通过使用固定在近端前皮质的深度计记录专用端帽的运动来评估髓内钉的不稳定性（图3）这种运动被称为髓内钉的“摆动运动”。冠状摆动运动量定义为深度计在冠状（中外侧）平面上的幅度，矢状摆动运动量定义为矢状（前外侧）平面上的幅度，总摆动运动量定义为轴向平面上的最大幅度（图4).冠状摆动运动、矢状摆动运动和总摆动运动均在最后一个负荷周期进行分析。使用生物力学测试机测量股骨头的下沉量，并在测试开始和结束时进行计算。使用ImageJ2软件（版本2.3.0）根据测试前后获得的图片计算颈杆角度的变化（图5-A和5-B)。在每次测试前后，使用游标卡尺测量内侧皮质的位移。当近端骨折块的标记部分向前移位时，移位被认为是正的（图5-C）。
图3.显示轴和摆动运动的图示；该轴垂直于股骨颈设置。A =前侧，M =内侧，P =后侧，L =外侧。
图4.总结骨折A和b的矢状摆动运动、冠状摆动运动和总摆动运动的条形图。骨折A的冠状摆动运动和总摆动运动明显更大。误差线代表标准偏差。
图5.使用ImageJ2软件计算内翻畸形。我们计算了粗虚线所示的内翻角。图例A5中加载后的内翻角（图5-B）比加载前小（图5-A）。图例A6中加载前后测量的位移计算为内侧皮质的位移（图5-C）。箭头显示了内侧皮层的位移。
结果
两个骨折A样本（骨折A3和A4）被排除在研究之外，因为矢状摆动运动的幅度太大，深度计偏离了测量范围。其他样品在测试过程中没有破裂。在后内侧方向检测到所有摆动运动（图4)，骨折A和骨折B的平均冠状面摆动分别为1.13±0.28mm和0.51±0.09mm（p≤0.001）。骨折A和B的平均矢状摆动分别为0.50±0.12mm和0.46±0.09mm（p = 0.46）。骨折A和骨折B的平均总摆动分别为1.24±0.24mm和0.69±0.11mm（p≤0.001）。在所有骨折中，股骨头的下沉在大约1000次循环后达到稳定。试验结束时，骨折A和骨折B的股骨头下沉量分别为10.63±1.97毫米和8.76±0.85毫米（p = 0.048）。测试后所有样本均出现内翻畸形。骨折A和B的颈干角平均变化分别为8.29±2.69°和3.56±2.35°（p = 0.002）。骨折A和B的内侧皮质平均位移分别为0.38±1.12毫米和0.12±0.37毫米（p = 0.57）（表1）。
讨论
目前的生物力学研究表明，后外侧壁骨折线对螺旋刀片插入孔的干扰加剧了股骨头的下沉量、冠状摆动运动、总摆动运动和内翻畸形。Chang等人在一项临床研究中报告说，当骨折线包括螺旋刀片插入孔时，冠状面不稳定会导致不稳定。同样，Kim等人报道后外侧骨折是术后骨不连的一个危险因素。在目前的研究中，与骨折B相比，骨折A显示出股骨头的冠状摆动和下沉增加。此外，与骨折B相比，观察到与骨折A相关的髓内钉内翻畸形更大。
在目前的研究中，我们发现骨折A和B的矢状摆动运动没有显著差异；然而，在2例骨折（骨折A3和A4）中矢状摆动的量非常大，矢状摆动的差异可能在进一步的研究中达到显著性。总的来说，这些发现表明后外侧壁粉碎伴后外侧骨折不仅会导致髓内钉冠状面不稳定，而且会导致整个髓内钉不稳定。据我们所知，这是第一个证明后外侧壁骨折形态学重要性的生物力学研究。因此，当治疗具有后外侧骨折线的骨折时，额外的治疗选择，如粗钉、长钉和多次远端螺钉插入，可能有助于防止髓内钉移动。以前，大多数骨科医生仅使用x光片进行术前评估。由于股骨粗隆间骨折的发病率很高，并且预计会增加，使用CT扫描对股骨粗隆间骨折进行常规评估将增加医疗费用负担和患者的辐射。Isida等人报告说，与CT图像相比，放射学评估低估了后壁和后外侧壁骨折的复杂性。因此，骨科医生应通过CT扫描准确评估后壁和后外侧壁骨折，并应考虑在不稳定骨折的情况下使用更长和/或更粗的髓内钉。我们的结果可能鼓励外科医生使用CT进一步评估后外侧壁骨折线。在这项研究中，我们选择直径为10 mm和长度为170mm的钉治疗不稳定的股骨转子间骨折，由于我们的结果显示A组患者有大量的摆动运动，对于骨折线与螺旋刀片插入孔发生干涉的骨折，外科医生应考虑使用更长和/或更粗的髓内钉。
关于本研究中使用的定制合成骨的骨质疏松状况，我们的样本的CFI为2.29，这在严重骨质疏松症患者中常见。先前涉及老年患者的显微CT分析显示平均年为93岁股骨头的小梁和皮质骨密度为0.064 g/cm3和0.69克/cm3，平均年龄为76岁股骨头的小梁和皮质骨密度为0.22克/cm3和0.96克/cm3。本研究中使用的定制合成骨的松质骨密度为7.5 pcf，皮质骨密度为60 pcf，相当于0.115 g/cm3和0.92克/cm3。因此，这种合成骨在骨质疏松骨范围内。在我们的骨骼模型中，135°的颈干角在正常范围内，但股骨颈的前倾角为25.8°（在股骨颈轴和后上髁轴之间计算）大于正常股骨的前倾角（10.4°±6.7°）。在目前的研究中，我们只使用了股骨的近端部分。因此，在我们的骨模型中，我们测量了转子上和转子下的扭转角，这是根据小转子和股骨颈轴的位置确定的，并发现它们之间的角度为39.8°，再在健康人的37±8.7°范围内。因此，我们的骨骼样本似乎相当于正常和平均近端股骨解剖。
该测试模式旨在模拟正常的步态周期。国际标准化组织（ISO）建议在生物力学测试期间，矢状面和冠状面的角度应分别为后定向7°和侧定向10°。先前的研究表明，在全髋关节置换术（THA）后，在步态周期中，股骨头在向后方向上承受高达50%的体重。本研究中的样本向后定向12°，以产生等于50%负载力的后向矢量力。相比之下，据报道，该分力在冠状平面中横向为13°-21°。因此，我们的生物力学测试协议与ISO和正常步态周期一致。
目前的研究有几个局限性。首先，所有实验都只在低密度合成骨组织上进行。O’Neill等人报道密度为0.08g/cm3的人造骨不代表尸体骨，因为骨质疏松合成骨在推出研究中没有显示类似的力-位移曲线或峰值力。为了使这种差异最小化，我们使用了750 N的负载力，这相当于正常步态中的负载，并发现股骨头的下沉在所有情况下都足够小。需要对新鲜冷冻尸体标本进行进一步研究以模拟人类环境。第二，后外侧骨折可能被外侧旋转肌的力量移位，但目前的研究没有模拟骨-肌相互作用。
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