髖臼后柱順行螺釘固定釘?shù)赖挠邢拊治觥?/h1>
2021-03-10 12:42:36李亞光張元智史志強徐志剛莫偉鵬
中國矯形外科雜志 2021年3期
李亞光，張元智，史志強，徐志剛，劉 剛，莫偉鵬
（1.內蒙古醫(yī)科大學第二附屬醫(yī)院，呼和浩特，010030；2.內蒙古醫(yī)科大學附屬醫(yī)院，呼和浩特，010050）
在全身所有骨折中，髖臼骨折的發(fā)病率約為3%，其中約13.4%的患者死亡［1］。髖臼骨折中最為常見的類型是累及髖臼后柱及后壁的骨折。臨床多采用弧形鋼板內固定的方法來穩(wěn)定骨折，該方法固定可靠、骨折復位效果好，但亦存在切口大、暴露廣、出血量多等問題。有學者建議采用螺釘來固定骨折，但在危險區(qū)域插入螺釘有穿透關節(jié)的風險。骨固定通道（osseous fixation pathways,OFPs）由 Bishop 等［2］首次提出，骨盆的骨性管結構復雜，但在幾何上可視作為皮質骨圓柱體，具有不同的方向和尺寸，其內部空間可容納骨內置入物，因此可通過螺釘置入的方法來治療髖臼骨折，以此來使骨折的骨盆保持穩(wěn)定。但是目前如何在術前規(guī)劃階段設計出既符滿足生物力學上的要求又不損傷毗鄰結構的最優(yōu)的螺釘置入釘?shù)溃桥R床開展運用中的關鍵。在以往的研究中，雖然通過對大量的標本進行了實驗，但標本個體間較大的差異導致實驗的數(shù)據(jù)過于龐大，加大了數(shù)據(jù)處理的難度。在這樣的背景下，數(shù)字骨科技術成功地運用到髖臼后柱骨折的治療中，使螺釘釘?shù)赖囊?guī)劃具備了新的手段。該技術運用計算機技術，結合醫(yī)學影像與三維圖像軟件，對髖臼的解剖結構進行深度細致地分析，然后得到三維有限元骨盆實體模型，并對其可靠性與生物力學性能進行綜合的分析。通過術前測量各種參數(shù)，在術前規(guī)劃階段對對手術過程進行模擬并得到螺釘置入的最優(yōu)釘?shù)?，使螺釘固定更為牢靠，改善了手術的愈后。
1 資料與方法
1.1 研究對象
本研究選取了一名30歲男性志愿者作為研究對象，該男性既往體健，無骨骼畸形，無外傷史及手術史，無腫瘤史、結核病史等內外科病史。志愿者知情同意后并簽訂知情同意書，研究亦通過了內蒙古醫(yī)科大學倫理委員會的審核。使用連續(xù)螺旋CT掃描腹部獲得影像資料，研究所用的CT參數(shù)為電壓：120 kV，矩陣：512×512，層厚：0.625 mm。
1.2 模型建立
Materialise Mimics Innovation Suite 16.0軟件（Materialise公司，比利時）導入原始Dicom格式數(shù)據(jù)，對骨盆進行三維重建，并以stl文件格式存儲。在Solidwoks 2012軟件中繪制出長度為120 mm，直徑為7.3 mm的螺釘模型。運用Geomagic 2014軟件對骨盆和螺釘模型進行光順及去噪處理。將骨盆模型數(shù)據(jù)導入UGImageware 12.0軟件中，以1.0 mm為間距運用自動分割結合部分人工干預的方法對髖臼后柱的骨結構進行多層剖分，并確定髖臼后柱安全區(qū)在每一層剖分面上的幾何邊界，提取幾何邊界點的二維圖像坐標，然后擬合該邊界的最大內切圓并獲得其圓心坐標。最后利用最小二乘法擬合出一條距離各圓心點最近的空間直線，該直線即為拉力螺釘釘?shù)赖闹休S線，其在幾何上具備最優(yōu)的性能，沿該中軸線即生成幾何釘?shù)溃▓D1），記錄釘?shù)赖奈恢?、最大直徑和長度。利用旋轉、平移工具和配準方法，設計出兩個位于安全區(qū)的自由釘?shù)溃ㄈ我忉數(shù)溃Ⅲy骨和螺釘模型按照規(guī)劃好的釘?shù)肋M行裝配，螺釘均沿設計釘?shù)乐萌肭椅赐黄企y臼。
圖1 髖臼后柱順行螺釘固定幾何釘?shù)赖拇_定 1a:后柱分割 1b:顯示后柱通道 1c:確定幾何骨通道螺釘釘?shù)?1d:幾何釘?shù)拦峭ǖ缆葆敼潭?1e,1f:幾何釘?shù)拦峭ǖ缆葆敿叭我忉數(shù)缆葆敼潭?/p>
1.3 材料賦值與網(wǎng)格化
根據(jù)髖骨、股骨頭和骨螺釘?shù)牟煌牧蠈傩苑謩e對3種材料進行賦值，然后按不同的網(wǎng)格大小對各組件進行網(wǎng)格化處理（表1），具體是髖骨：1.0 mm，股骨頭：1.0 mm，骨螺釘螺桿：0.5 mm，螺紋0.3 mm。
表1 材料屬性
1.4 約束條件和加載
約束雙側骶髂關節(jié)耳狀面作為邊界條件，根據(jù)髖臼前傾角和外展角的解剖學定義，建立髖臼軸矢量，建立髖臼內面單元節(jié)點股骨頭中心之間的約束單元［3］。沿上述矢量方向將壓力載荷加載到耦合單元控制節(jié)點上，保證載荷均勻分布于髖臼內表面節(jié)點上。將數(shù)據(jù)導入ANSYS12.0軟件，對其進行運算分析，用彩色等值線來表示不同的結果。
1.5 檢測指標
將骨盆模型分別按“幾何釘?shù)馈?、兩個自由釘?shù)姥b配120 mm長度螺釘，分別施加600 N、1 200 N、2 400 N壓力，重復10次，測量髖骨所受應力、髖骨的形變量、螺釘所受應力大小及螺釘形變量。
1.6 統(tǒng)計學方法
2 結果
2.1 髖骨承受Von Mises應力與位移
表2、圖2展示了各組的髖骨Von Mises應力與位移在施加3種載荷力時的變化情況，結果表明隨載荷增大，各組髖骨承受Von Mises應力增加顯著增加（P＜0.05）。相同載荷下，正常髖骨所受應力最小，自由釘?shù)?受力最大，各組間差異有統(tǒng)計學意義（P＜0.05），其中，幾何釘?shù)澜M最接近正常髖骨。
表2 各組不同載荷下髖骨Von Mises應力與位移測量結果（±s）與比較
表2 各組不同載荷下髖骨Von Mises應力與位移測量結果（±s）與比較
指標V o n M i s e s應力（M P a）P值＜0.0 0 1＜0.0 0 1＜0.0 0 1髖骨位移（m m）載荷6 0 0 N 1 2 0 0 N 2 4 0 0 N P值6 0 0 N 1 2 0 0 N 2 4 0 0 N P值正常髖骨1 6.5 6±2.4 2 3 3.1 1±3.5 5 6 6.2 4±5.8 8＜0.0 0 1 1.6 5±0.0 2 3.3 1±0.0 3 6.1 2±0.0 5＜0.0 0 1幾何釘?shù)? 1.8 2±2.5 1 4 3.7 6±3.6 5 8 7.7 6±4.9 1＜0.0 0 1 0.0 3±0.0 2 0.6 1±0.0 3 1.1 8+0.0 3＜0.0 0 1自由釘?shù)? 2 2.6 9±2.4 4 4 5.4 5±3.9 7 9 1.1 8±6.8 5＜0.0 0 1 0.0 3±0.0 2 0.6 3±0.0 3 1.2 1±0.0 4＜0.0 0 1自由釘?shù)? 2 2.1 2±2.4 9 4 4.2 3±3.8 9 8 8.6 9±6.7 5＜0.0 0 1 0.0 3±0.0 2 0.6 2±0.0 2 1.2 3±0.0 4＜0.0 0 1＜0.0 0 1＜0.0 0 1＜0.0 0 1
圖2 不同載荷下髖骨VonMises應力與位移測量 2a:幾何通道組髖骨VonMises應力分布，隨著加載力的增大，髖骨所受應力逐漸加大 2b:幾何通道組隨加載力的增大，髖骨形變量逐漸加大
隨載荷增大，正常組髖骨位移持續(xù)增大，而幾何釘?shù)澜M、自由釘?shù)?組和自由釘?shù)?組的固定骨盆位移差異無統(tǒng)計學意義（P＞0.05）。
2.2 螺釘所受Von Mises應力及位移
表3顯示在分別加載600 N、1 200 N、2 400 N應力的情況下，各組螺釘承受的VonMises應力與位移。隨著載荷力的增大，各組螺釘所受應力逐漸加大（P＜0.05）；各載荷下，幾何釘?shù)缆葆敵惺軕ψ畲螅≒＜0.05）。隨著載荷力的增大，螺釘位移逐漸加大（P＜0.05）；各載荷下，幾何釘?shù)澜M螺釘位移最?。≒＜0.05）。
表3 各組不同載荷下螺釘Von Mises應力與位移測量結果（±s）與比較
表3 各組不同載荷下螺釘Von Mises應力與位移測量結果（±s）與比較
指標V o n M i s e s應力（M P a）螺釘位移（m m）載荷6 0 0 N 1 2 0 0 N 2 4 0 0 N P值6 0 0 N 1 2 0 0 N 2 4 0 0 N P值幾何釘?shù)? 2.0 2±2.2 3 6 4.5 1±5.1 6 1 3 0.5 2±1 1.2 8＜0.0 0 1 0.2 1±0.0 2 0.5 1±0.0 3 1.1 3±0.0 5＜0.0 0 1自由釘?shù)? 2 2.1 6±2.6 8 4 4.6 1±6.2 4 9 1.1 8±8.7 9＜0.0 0 1 0.2 7±0.0 2 0.5 5±0.0 3 1.1 6±0.0 4＜0.0 0 1自由釘?shù)? 1 5.7 9±3.3 3 3 1.0 9±5.7 1 6 3.4 2±6.1 1＜0.0 0 1 0.2 6±0.0 2 0.5 3±0.0 2 1.1 9±0.0 4＜0.0 0 1 P值＜0.0 0 1＜0.0 0 1＜0.0 0 1＜0.0 0 1＜0.0 0 1＜0.0 0 1
3 討論
累及后柱及后壁的骨折頻發(fā)于髖臼骨折中，其在髖臼骨折的發(fā)生率最高［4，5］。一般認為髖臼的危險區(qū)域位于坐骨棘中部［6，7］，部分學者認為在此區(qū)域進行螺釘置入有加重損傷的風險，固定位置的偏差易使螺釘穿破骨盆壁或穿入關節(jié)內，導致鄰近的神經血管以及臟器等重要組織結構的損傷［8］。其發(fā)生率在髖臼骨折手術的諸多術后并發(fā)癥中最為顯著［9，10］。
有大量研究探索了螺釘置入的問題，在進針角度上，Bosse［11］認為螺釘置入的方向應與患者的身體長軸冠狀面平行，在后壁內側部分的螺釘如能垂直置入于逆行髖臼表面則能得到穩(wěn)定的骨折固定。Ebraheim等［12］對危險區(qū)邊界進行了分析，通過研究尸體標本得出螺釘置入的安全角度為30°～49°的內側角，并且后壁垂直于關節(jié)外。在進針點上，李洪恩等［13］提出可為骶髂關節(jié)前緣與髂前上棘連線的內、中1/3交界點，進針后螺釘沿著坐骨結節(jié)的中心點的方向置入。Mu等［14］認為選擇順行拉力螺釘?shù)淖罴堰M釘點時，應先找出距離骶髂關節(jié)前緣約（23.5±3.4）mm并位于弓狀緣的點，經該點向髂骨內板作垂直線，據(jù)該點約（16.8±2.1）mm的點便是進針點，進釘時方向與矢狀面成（57°36′±4°28′）夾角，與冠狀軸成（119°18′±2°32′）夾角。王慶賢等［15］把髂前下棘的基底最前緣和骶髂關節(jié)作為參考，分別設為A點和B點，最佳進釘點便位于AB連線中的中垂線上，進針的方向為：與AB線呈（89.5°±3.20）°，與髂骨翼內側呈（24.10°±1.7）°。Tadros等［16］發(fā)現(xiàn)髖臼后傾角（髖臼后柱兩面切線的夾角）即安全角度存在個體差異，實驗分析了231例髖臼后柱骨折患者（年齡15～74歲）的CT影像資料，得出其平均角度為39°（30°～47°），故通過術前對螺釘釘?shù)赖囊?guī)劃，可以使手術過程的安全性大大提升。
順行拉力螺釘能較好的穩(wěn)定髖臼后部的骨折，目前有大量實驗著重于置釘?shù)木珳市缘奶嵘?，譬如對于探索固定進釘導向裝置和導航模板在骨折治療中的可行性，但因人體骨盆存在差異性，這些研究均缺少個性化，且無關于生物力學的分析與驗證［17、18］。通過影像技術可顯示患者髖骨個體化的差異，那么能否借助影像數(shù)據(jù)針對性的規(guī)劃出螺釘置入的最優(yōu)通道？Ochs［19］分析了用逆行拉力螺釘固定髖臼后柱來實施微創(chuàng)治療的可行性，所有操作在260例半骨盆三維模型上進行，實驗額外考慮了性別因素的影響，同時詳細測量了螺釘?shù)拈L度、螺桿直徑和角度，并對參考平面做出選擇，研究結果表明男女的髖臼后柱釘?shù)肋吔绱嬖诓町?，且應將骨盆正中矢狀平面和前后位作為參考平面，故在術前對釘?shù)肋M行分析具有重要的意義。目前，多數(shù)學者認為臼頂負重區(qū)的復位是髖臼骨折治療的重點，良好的復位能顯著的改善預后。骨盆模型有著復雜的結構和不規(guī)則的形狀，對其載荷和力學性能的分析測量難度大。相較于其他測量方法，有限元分析通過對分析每個節(jié)點的應力、應變，顯示其應力的大小及方向，因此能提供更多的信息量，使關節(jié)表面及骨質內部的壓力的測量更為精準。髂骨、坐骨及恥骨維持著骨盆的環(huán)形結構，在Von Mises應力分布圖中顯示出較大的應力集中。本次實驗選用7.3 mm直徑的螺釘，并以正常髖骨作為骨盆標本，依照手術對釘?shù)赖囊?，分別設計出三種固定方式，包括兩個自由釘?shù)?、幾何釘?shù)溃⒛M髖臼后柱手術的實際狀況。在進行有限元分析時，為了使髖骨模型相似于人體站立時的狀態(tài)，于髖骨上方施予載荷力，力的大小由600 N、1 200 N、2 400 N依次增加，觀察分析髖骨所受應力和形變量、螺釘所受應力和形變量在無螺釘置入髖骨和有螺釘置入髖骨時的情況，結果顯示無螺釘置入的正常髖骨所受應力稍低于螺釘置入后的髖骨，且髖骨所受應力及髖骨形變量與載荷力呈現(xiàn)明顯的正相關。沿著幾何算法所示釘?shù)乐萌氲穆葆攦?yōu)于另兩種釘?shù)乐萌氲穆葆?，雖然幾何釘?shù)赖穆葆斔軕ψ畲?，但其位移量在所有螺釘中最小?/p>
相較于其他類似的研究，本研究的優(yōu)點在于：（1）通過掃描以及重建，本研究所采用的骨盆模型與實體接近，保證了較小的誤差范圍；（2）運用計算機輔助技術，使對髖骨上的應力和螺旋形變量、螺釘上的應力等參數(shù)分析更為直觀，為設計螺釘最佳的骨通道提供了參考依據(jù)。但本研究亦存在不足：實驗中所加載的有限元模型僅為骨性結構，未將軟組織諸如韌帶及肌肉等數(shù)據(jù)導入模型中，且僅在計算機中完成，對骨盆力學環(huán)境的真實性變化反映稍有不足。
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在全身所有骨折中，髖臼骨折的發(fā)病率約為3%，其中約13.4%的患者死亡［1］。髖臼骨折中最為常見的類型是累及髖臼后柱及后壁的骨折。臨床多采用弧形鋼板內固定的方法來穩(wěn)定骨折，該方法固定可靠、骨折復位效果好，但亦存在切口大、暴露廣、出血量多等問題。有學者建議采用螺釘來固定骨折，但在危險區(qū)域插入螺釘有穿透關節(jié)的風險。骨固定通道（osseous fixation pathways,OFPs）由 Bishop 等［2］首次提出，骨盆的骨性管結構復雜，但在幾何上可視作為皮質骨圓柱體，具有不同的方向和尺寸，其內部空間可容納骨內置入物，因此可通過螺釘置入的方法來治療髖臼骨折，以此來使骨折的骨盆保持穩(wěn)定。但是目前如何在術前規(guī)劃階段設計出既符滿足生物力學上的要求又不損傷毗鄰結構的最優(yōu)的螺釘置入釘?shù)溃桥R床開展運用中的關鍵。在以往的研究中，雖然通過對大量的標本進行了實驗，但標本個體間較大的差異導致實驗的數(shù)據(jù)過于龐大，加大了數(shù)據(jù)處理的難度。在這樣的背景下，數(shù)字骨科技術成功地運用到髖臼后柱骨折的治療中，使螺釘釘?shù)赖囊?guī)劃具備了新的手段。該技術運用計算機技術，結合醫(yī)學影像與三維圖像軟件，對髖臼的解剖結構進行深度細致地分析，然后得到三維有限元骨盆實體模型，并對其可靠性與生物力學性能進行綜合的分析。通過術前測量各種參數(shù)，在術前規(guī)劃階段對對手術過程進行模擬并得到螺釘置入的最優(yōu)釘?shù)?，使螺釘固定更為牢靠，改善了手術的愈后。
1 資料與方法
1.1 研究對象
本研究選取了一名30歲男性志愿者作為研究對象，該男性既往體健，無骨骼畸形，無外傷史及手術史，無腫瘤史、結核病史等內外科病史。志愿者知情同意后并簽訂知情同意書，研究亦通過了內蒙古醫(yī)科大學倫理委員會的審核。使用連續(xù)螺旋CT掃描腹部獲得影像資料，研究所用的CT參數(shù)為電壓：120 kV，矩陣：512×512，層厚：0.625 mm。
1.2 模型建立
Materialise Mimics Innovation Suite 16.0軟件（Materialise公司，比利時）導入原始Dicom格式數(shù)據(jù)，對骨盆進行三維重建，并以stl文件格式存儲。在Solidwoks 2012軟件中繪制出長度為120 mm，直徑為7.3 mm的螺釘模型。運用Geomagic 2014軟件對骨盆和螺釘模型進行光順及去噪處理。將骨盆模型數(shù)據(jù)導入UGImageware 12.0軟件中，以1.0 mm為間距運用自動分割結合部分人工干預的方法對髖臼后柱的骨結構進行多層剖分，并確定髖臼后柱安全區(qū)在每一層剖分面上的幾何邊界，提取幾何邊界點的二維圖像坐標，然后擬合該邊界的最大內切圓并獲得其圓心坐標。最后利用最小二乘法擬合出一條距離各圓心點最近的空間直線，該直線即為拉力螺釘釘?shù)赖闹休S線，其在幾何上具備最優(yōu)的性能，沿該中軸線即生成幾何釘?shù)溃▓D1），記錄釘?shù)赖奈恢?、最大直徑和長度。利用旋轉、平移工具和配準方法，設計出兩個位于安全區(qū)的自由釘?shù)溃ㄈ我忉數(shù)溃Ⅲy骨和螺釘模型按照規(guī)劃好的釘?shù)肋M行裝配，螺釘均沿設計釘?shù)乐萌肭椅赐黄企y臼。
圖1 髖臼后柱順行螺釘固定幾何釘?shù)赖拇_定 1a:后柱分割 1b:顯示后柱通道 1c:確定幾何骨通道螺釘釘?shù)?1d:幾何釘?shù)拦峭ǖ缆葆敼潭?1e,1f:幾何釘?shù)拦峭ǖ缆葆敿叭我忉數(shù)缆葆敼潭?/p>
1.3 材料賦值與網(wǎng)格化
根據(jù)髖骨、股骨頭和骨螺釘?shù)牟煌牧蠈傩苑謩e對3種材料進行賦值，然后按不同的網(wǎng)格大小對各組件進行網(wǎng)格化處理（表1），具體是髖骨：1.0 mm，股骨頭：1.0 mm，骨螺釘螺桿：0.5 mm，螺紋0.3 mm。
表1 材料屬性
1.4 約束條件和加載
約束雙側骶髂關節(jié)耳狀面作為邊界條件，根據(jù)髖臼前傾角和外展角的解剖學定義，建立髖臼軸矢量，建立髖臼內面單元節(jié)點股骨頭中心之間的約束單元［3］。沿上述矢量方向將壓力載荷加載到耦合單元控制節(jié)點上，保證載荷均勻分布于髖臼內表面節(jié)點上。將數(shù)據(jù)導入ANSYS12.0軟件，對其進行運算分析，用彩色等值線來表示不同的結果。
1.5 檢測指標
將骨盆模型分別按“幾何釘?shù)馈?、兩個自由釘?shù)姥b配120 mm長度螺釘，分別施加600 N、1 200 N、2 400 N壓力，重復10次，測量髖骨所受應力、髖骨的形變量、螺釘所受應力大小及螺釘形變量。
1.6 統(tǒng)計學方法
2 結果
2.1 髖骨承受Von Mises應力與位移
表2、圖2展示了各組的髖骨Von Mises應力與位移在施加3種載荷力時的變化情況，結果表明隨載荷增大，各組髖骨承受Von Mises應力增加顯著增加（P＜0.05）。相同載荷下，正常髖骨所受應力最小，自由釘?shù)?受力最大，各組間差異有統(tǒng)計學意義（P＜0.05），其中，幾何釘?shù)澜M最接近正常髖骨。
表2 各組不同載荷下髖骨Von Mises應力與位移測量結果（±s）與比較
表2 各組不同載荷下髖骨Von Mises應力與位移測量結果（±s）與比較
指標V o n M i s e s應力（M P a）P值＜0.0 0 1＜0.0 0 1＜0.0 0 1髖骨位移（m m）載荷6 0 0 N 1 2 0 0 N 2 4 0 0 N P值6 0 0 N 1 2 0 0 N 2 4 0 0 N P值正常髖骨1 6.5 6±2.4 2 3 3.1 1±3.5 5 6 6.2 4±5.8 8＜0.0 0 1 1.6 5±0.0 2 3.3 1±0.0 3 6.1 2±0.0 5＜0.0 0 1幾何釘?shù)? 1.8 2±2.5 1 4 3.7 6±3.6 5 8 7.7 6±4.9 1＜0.0 0 1 0.0 3±0.0 2 0.6 1±0.0 3 1.1 8+0.0 3＜0.0 0 1自由釘?shù)? 2 2.6 9±2.4 4 4 5.4 5±3.9 7 9 1.1 8±6.8 5＜0.0 0 1 0.0 3±0.0 2 0.6 3±0.0 3 1.2 1±0.0 4＜0.0 0 1自由釘?shù)? 2 2.1 2±2.4 9 4 4.2 3±3.8 9 8 8.6 9±6.7 5＜0.0 0 1 0.0 3±0.0 2 0.6 2±0.0 2 1.2 3±0.0 4＜0.0 0 1＜0.0 0 1＜0.0 0 1＜0.0 0 1
圖2 不同載荷下髖骨VonMises應力與位移測量 2a:幾何通道組髖骨VonMises應力分布，隨著加載力的增大，髖骨所受應力逐漸加大 2b:幾何通道組隨加載力的增大，髖骨形變量逐漸加大
隨載荷增大，正常組髖骨位移持續(xù)增大，而幾何釘?shù)澜M、自由釘?shù)?組和自由釘?shù)?組的固定骨盆位移差異無統(tǒng)計學意義（P＞0.05）。
2.2 螺釘所受Von Mises應力及位移
表3顯示在分別加載600 N、1 200 N、2 400 N應力的情況下，各組螺釘承受的VonMises應力與位移。隨著載荷力的增大，各組螺釘所受應力逐漸加大（P＜0.05）；各載荷下，幾何釘?shù)缆葆敵惺軕ψ畲螅≒＜0.05）。隨著載荷力的增大，螺釘位移逐漸加大（P＜0.05）；各載荷下，幾何釘?shù)澜M螺釘位移最?。≒＜0.05）。
表3 各組不同載荷下螺釘Von Mises應力與位移測量結果（±s）與比較
表3 各組不同載荷下螺釘Von Mises應力與位移測量結果（±s）與比較
指標V o n M i s e s應力（M P a）螺釘位移（m m）載荷6 0 0 N 1 2 0 0 N 2 4 0 0 N P值6 0 0 N 1 2 0 0 N 2 4 0 0 N P值幾何釘?shù)? 2.0 2±2.2 3 6 4.5 1±5.1 6 1 3 0.5 2±1 1.2 8＜0.0 0 1 0.2 1±0.0 2 0.5 1±0.0 3 1.1 3±0.0 5＜0.0 0 1自由釘?shù)? 2 2.1 6±2.6 8 4 4.6 1±6.2 4 9 1.1 8±8.7 9＜0.0 0 1 0.2 7±0.0 2 0.5 5±0.0 3 1.1 6±0.0 4＜0.0 0 1自由釘?shù)? 1 5.7 9±3.3 3 3 1.0 9±5.7 1 6 3.4 2±6.1 1＜0.0 0 1 0.2 6±0.0 2 0.5 3±0.0 2 1.1 9±0.0 4＜0.0 0 1 P值＜0.0 0 1＜0.0 0 1＜0.0 0 1＜0.0 0 1＜0.0 0 1＜0.0 0 1
3 討論
累及后柱及后壁的骨折頻發(fā)于髖臼骨折中，其在髖臼骨折的發(fā)生率最高［4，5］。一般認為髖臼的危險區(qū)域位于坐骨棘中部［6，7］，部分學者認為在此區(qū)域進行螺釘置入有加重損傷的風險，固定位置的偏差易使螺釘穿破骨盆壁或穿入關節(jié)內，導致鄰近的神經血管以及臟器等重要組織結構的損傷［8］。其發(fā)生率在髖臼骨折手術的諸多術后并發(fā)癥中最為顯著［9，10］。
有大量研究探索了螺釘置入的問題，在進針角度上，Bosse［11］認為螺釘置入的方向應與患者的身體長軸冠狀面平行，在后壁內側部分的螺釘如能垂直置入于逆行髖臼表面則能得到穩(wěn)定的骨折固定。Ebraheim等［12］對危險區(qū)邊界進行了分析，通過研究尸體標本得出螺釘置入的安全角度為30°～49°的內側角，并且后壁垂直于關節(jié)外。在進針點上，李洪恩等［13］提出可為骶髂關節(jié)前緣與髂前上棘連線的內、中1/3交界點，進針后螺釘沿著坐骨結節(jié)的中心點的方向置入。Mu等［14］認為選擇順行拉力螺釘?shù)淖罴堰M釘點時，應先找出距離骶髂關節(jié)前緣約（23.5±3.4）mm并位于弓狀緣的點，經該點向髂骨內板作垂直線，據(jù)該點約（16.8±2.1）mm的點便是進針點，進釘時方向與矢狀面成（57°36′±4°28′）夾角，與冠狀軸成（119°18′±2°32′）夾角。王慶賢等［15］把髂前下棘的基底最前緣和骶髂關節(jié)作為參考，分別設為A點和B點，最佳進釘點便位于AB連線中的中垂線上，進針的方向為：與AB線呈（89.5°±3.20）°，與髂骨翼內側呈（24.10°±1.7）°。Tadros等［16］發(fā)現(xiàn)髖臼后傾角（髖臼后柱兩面切線的夾角）即安全角度存在個體差異，實驗分析了231例髖臼后柱骨折患者（年齡15～74歲）的CT影像資料，得出其平均角度為39°（30°～47°），故通過術前對螺釘釘?shù)赖囊?guī)劃，可以使手術過程的安全性大大提升。
順行拉力螺釘能較好的穩(wěn)定髖臼后部的骨折，目前有大量實驗著重于置釘?shù)木珳市缘奶嵘?，譬如對于探索固定進釘導向裝置和導航模板在骨折治療中的可行性，但因人體骨盆存在差異性，這些研究均缺少個性化，且無關于生物力學的分析與驗證［17、18］。通過影像技術可顯示患者髖骨個體化的差異，那么能否借助影像數(shù)據(jù)針對性的規(guī)劃出螺釘置入的最優(yōu)通道？Ochs［19］分析了用逆行拉力螺釘固定髖臼后柱來實施微創(chuàng)治療的可行性，所有操作在260例半骨盆三維模型上進行，實驗額外考慮了性別因素的影響，同時詳細測量了螺釘?shù)拈L度、螺桿直徑和角度，并對參考平面做出選擇，研究結果表明男女的髖臼后柱釘?shù)肋吔绱嬖诓町?，且應將骨盆正中矢狀平面和前后位作為參考平面，故在術前對釘?shù)肋M行分析具有重要的意義。目前，多數(shù)學者認為臼頂負重區(qū)的復位是髖臼骨折治療的重點，良好的復位能顯著的改善預后。骨盆模型有著復雜的結構和不規(guī)則的形狀，對其載荷和力學性能的分析測量難度大。相較于其他測量方法，有限元分析通過對分析每個節(jié)點的應力、應變，顯示其應力的大小及方向，因此能提供更多的信息量，使關節(jié)表面及骨質內部的壓力的測量更為精準。髂骨、坐骨及恥骨維持著骨盆的環(huán)形結構，在Von Mises應力分布圖中顯示出較大的應力集中。本次實驗選用7.3 mm直徑的螺釘，并以正常髖骨作為骨盆標本，依照手術對釘?shù)赖囊?，分別設計出三種固定方式，包括兩個自由釘?shù)?、幾何釘?shù)溃⒛M髖臼后柱手術的實際狀況。在進行有限元分析時，為了使髖骨模型相似于人體站立時的狀態(tài)，于髖骨上方施予載荷力，力的大小由600 N、1 200 N、2 400 N依次增加，觀察分析髖骨所受應力和形變量、螺釘所受應力和形變量在無螺釘置入髖骨和有螺釘置入髖骨時的情況，結果顯示無螺釘置入的正常髖骨所受應力稍低于螺釘置入后的髖骨，且髖骨所受應力及髖骨形變量與載荷力呈現(xiàn)明顯的正相關。沿著幾何算法所示釘?shù)乐萌氲穆葆攦?yōu)于另兩種釘?shù)乐萌氲穆葆?，雖然幾何釘?shù)赖穆葆斔軕ψ畲?，但其位移量在所有螺釘中最小?/p>
相較于其他類似的研究，本研究的優(yōu)點在于：（1）通過掃描以及重建，本研究所采用的骨盆模型與實體接近，保證了較小的誤差范圍；（2）運用計算機輔助技術，使對髖骨上的應力和螺旋形變量、螺釘上的應力等參數(shù)分析更為直觀，為設計螺釘最佳的骨通道提供了參考依據(jù)。但本研究亦存在不足：實驗中所加載的有限元模型僅為骨性結構，未將軟組織諸如韌帶及肌肉等數(shù)據(jù)導入模型中，且僅在計算機中完成，對骨盆力學環(huán)境的真實性變化反映稍有不足。
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