股骨颈骨折是一种常见的创伤,多见于老年人。随着社会的发展,儿童及青壮年股骨颈骨折的发病率也逐渐上升。许多学者设计了多种用于股骨颈骨折内固定材料,但是对于股骨颈骨折特殊的生物力学特性而言,均各有利弊。传统的内固定器械存在的明显缺点是:骨折两端应力相差悬殊,股骨颈上部应力较高,影响治疗效果及愈后恢复;同时由于抗压、抗弯、抗扭转能力存在不足,适用的范围较局限,且容易发生脱钉、固定不牢固引起的股骨头转动及螺钉切出股骨头等[1,2]。由于股骨头生物力学复杂性及局部血供的特殊性,股骨头缺血坏死(ANFH)的发生率仍高达20%～40%。对老年人的股骨颈骨折来说,由于骨质疏松的存在,内固定对骨质的把持力较弱,易造成螺钉的松动、骨折移位等,更增加了骨折不愈合率和股骨头坏死率[3,4]。因此,在不影响局部血供的前提下,增加股骨颈解剖范围内骨螺钉界面的把持力可提高固定的可靠性和稳定性。本研究的目的在于探讨能够提供更优越的生物力学性能,更加适用于松质骨特别是老年股骨颈骨折的内固定方法。本课题进行了以下三方面的研究:1)设计出膨胀式空心加压螺钉(expansion cannulated screws, ECS)。该螺钉利用机械膨胀的原理,通过拧入内栓,在不增加股骨颈处螺钉直径的基础上,使植入股骨头内部的螺钉尖部直径增加,从而提高握持力;2)在福尔马林浸泡国人成年尸体股骨标本上,通过与目前临床上常用的空心加压螺钉(cannulated compression screws, CCS)进行对照研究,对膨胀式空心加压螺钉进行最大轴向拔出实验,抗旋转实验和最大抗压强度实验,对膨胀式空心加压螺钉固定的可靠性进行系统的生物力学测试与评价;3)与CCS螺钉进行对照研究,通过周期载荷疲劳试验和三点弯曲试验,对膨胀式空心加压螺钉的机械性能进行测试与评价。对植入股骨颈及头部的膨胀式空心加压螺钉膨胀部的最大直径进行测量。测量X线片中拧入股骨颈部ECS螺钉膨胀部大小可见,固定后其增加1～1.8mm范围不等,平均增加1.3mm。螺钉拔出后,经游标卡尺测量,膨胀部最大直径增加在1.3～1.8mm范围不等,平均增加1.5mm。所有膨胀式空心加压螺钉均达到预期设计目的。生物力学测试结果显示:以相同数目膨胀式空心加压螺钉进行固定的股骨标本其最大抗压强度及抗旋转角度明显优于空心加压螺钉;而2枚ECS与3枚CCS的固定效果无明显差别;其最大轴向拔出力也显著高于目前常用的空心加压螺钉。机械性能测试结果显示:所有膨胀式空心加压螺钉均可耐受50万次周期载荷,未出现疲劳现象。膨胀式空心加压螺钉的空心结构未对螺钉的耐疲劳性能产生明显影响。三点弯曲试验中,尽管膨胀式空心加压螺钉的静态抗折断强度小于对照的空心加压螺钉,但其抗折断强度仍有0.98KN,足以承受正常股骨颈所承受的最大载荷。分析本实验结果,可以得出如下结论:1)膨胀式空心加压螺钉较空心加压螺钉具有更可靠的初次固定性能;2)在特定情况下运用2枚膨胀式空心加压螺钉进行固定可以达到与传统3枚空心加压螺钉螺钉固定基本相同的固定效果;3)膨胀式空心加压螺钉的耐疲劳强度并未因其中空的螺钉结构而有明显下降;4)尽管膨胀式空心加压螺钉的静态机械强度有所下降,但足以承受正常股骨颈所承受的最大载荷。