老年肱骨近端骨折：外固定支架置钉的有限元优化

老年肱骨近端骨折外固定支架置钉优化选择的有限元分析

解决老年骨折治疗痛点，精准选择置钉方案

对于老年患者肱骨近端骨折是常见的骨骼损伤之一，而传统内固定手术可能带来较高的创伤风险。近年来，外固定支架因创伤小、恢复快等优点逐渐成为临床优选，但如何选择合适的置钉数量和位置仍是一个难题。2025年的最新研究有限元分析，系统评估了不同置钉方式对骨折稳定性的影响，为临床医生提供了科学依据，帮助优化外固定支架的应用策略。

研究背景：外固定支架的优势与挑战

老年肱骨近端骨折多由骨质疏松导致，骨骼强度降低后，单纯靠传统固定方式容易出现稳定性不足的问题。外固定支架相较内固定，避免了大范围手术操作，显著减少软组织损伤，同时便于术后观察和调整治疗。但支架的置钉策略直接影响固定效果。2025年研究团队数字化建模和力学模拟，揭示了置钉方式与骨折稳定性之间的关联，为解决老年患者治疗中“固定不到位”的痛点提供了新思路。

材料准备与模型构建

2025年的实验以一位25岁健康女性的肩关节CT数据为基础。扫描采用飞利浦Brilliance CT 6螺旋CT，层厚设为1.0mm，确保数据精度。经过Mimics 15.0处理后，获取高分辨率的肱骨三维模型，并Geomagic Studio 12.0完成去噪、曲面化等优化步骤。最终生成的模型被分成正常骨质组和骨质疏松组，以模拟老年患者的特殊骨骼结构，体现了研究的真实性与数据实用性。

置钉方式对比：三组模型的力学表现

研究团队设计了三种置钉方式，分别对应模型一、模型二和模型三：

• 模型一：上下两组骨钉平行固定，分别穿过大结节和外科颈区域，但骨折线附近存在应力集中。


• 模型二：在模型一基础上增加中部两组骨钉，改善了应力分散效果，但后伸动作时仍需警惕稳定性不足。


• 模型三：进一步在外科颈下方设置水平骨钉，成为最具优势的方案。

HyperMesh 12.0进行有限元网格划分后，模拟了肩关节的七种典型运动状态（外展、内收、前屈、后伸、轴向压缩、内旋、外旋），并加载了200N的轴向压缩力和7.5Nm的旋转力矩。结果显示：

• 模型三在后伸时的最大应力值仅为28.31MPa，位移控制在9.12mm，远低于模型一（最大应力33.72MPa，位移10.47mm）和模型二（最大应力29.63MPa，位移9.68mm）。


• 骨质疏松组的数据也显示出显著差异，比如后伸时最大应力达18.81MPa，位移为6.11mm，印证了骨骼密度对固定效果的重要影响。

临床价值：从数据到治疗实践

1. 
   

   模型三的生物力学优势
   
   2025年的研究发现，模型三增加水平置钉，有效分散了外固定支架的整体应力。是在后伸等高负荷动作下，其应力分布更均匀，显著降低针位移位和骨折复位丢失的风险，更适合老年患者复杂的骨骼状况。

   
   


2. 
   

   骨质疏松患者的特殊需求
   
   原文提到，骨质疏松组的最大应力值和位移均高于正常组，例如后伸时应力达到18.81MPa，位移为6.11mm。这表明，针对这类患者，单纯依赖传统置钉方式可能不够，需要更细致的力学支撑。研究团队，模型三的分散式设计能更贴合骨质疏松患者的骨骼特性，减少术后并发症的发生率。

   
   


3. 
   

   置钉数量与位置的权衡
   
   对比三组模型，研究指出：增加置钉数量虽然能提升稳定性，但需在实际操作中避免过度固定导致软组织负担。模型三的“两上两下加一中”设计，在保证支撑效果的兼顾了患者活动性需求，为临床选择提供了更灵活的方案。

   
   

技术细节：从CT数据到有限元模型

2025年的实验采用了多软件协作流程：

• Mimics 15.0用于提取肱骨三维轮廓，并生成STL格式的初步模型。


• Geomagic Studio 12.0进一步修补模型表面，确保几何精度。


• Pro/E 5.0实现支架组件的组装，模拟临床手术场景，例如确保骨钉距离对侧皮质1cm以上。


• HyperMesh 12.0划分高质量网格，提升仿真计算的准确性。

研究团队对材料参数进行了科学设定，如外固定支架的弹性模量为114000MPa，而骨质疏松模型的松质骨弹性模量仅为2000MPa的33%。这些参数的调整直接反映了老年患者骨骼的脆弱性，为模型的真实性奠定了基础。

真实数据验证：模型的可靠性与应用前景

2025年的研究结果与临床观察对比，验证了模型的有效性。正常骨质组在后伸时的冯米斯应力分布集中在肱骨外科颈区域，而骨质疏松组应力分散更广，与实际骨骼纹理的薄弱点高度吻合。

模型三的最大位移（9.12mm）比模型一（10.47mm）和模型二（9.68mm）更可控，同时也降低了各部位的应力峰值。这种设计被临床实践证明能有效减少术后感染和骨钉移位问题，适合老年患者术后活动康复需求。

研究也有局限性：

• 未覆盖所有骨折分型，仅针对三部分骨折进行分析；


• 模型简化可能忽略个体差异，如3D打印技术可进一步实现个性化定制；


• 需结合实物实验验证模拟结果，确保数据的临床转化能力。

总结与

2025年的实验证明，外固定支架的置钉优化能显著提高老年肱骨近端骨折的治疗效果。模型三科学的多点固定设计，将应力分散到更多区域，兼顾稳定性和术后康复需求，成为更优选择。临床上仍需结合患者具体情况调整方案，例如合并症、组织条件等。未来研究可进一步探索非三部分骨折的支架设计，推动外固定技术的全面应用。

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