聂玉琪,汪国栋,刘曦明
·综 述·
髋臼前柱螺钉微创内固定技术的研究进展
聂玉琪,汪国栋,刘曦明
对于累及前柱的髋臼骨折目前的治疗方案仍以切开复位内固定为主,但随着科技的飞速发展以及髋臼解剖研究的深入,临床医生逐渐开始使用髋臼前柱螺钉微创内固定技术。但目前临床对其适应证的选择上尚存争议,在如何借助解剖研究、数字骨科技术等达到安全、精准、有效的内固定上还有诸多待解决的问题。本文总结近年来相关文献,就髋臼前柱螺钉微创内固定技术的研究进展进行综述,旨在提高骨科医师对该技术的认识。
髋臼前柱; 骨折; 微创; 内固定
髋臼骨折多由高能量损伤导致,患者多伴随危及生命的出血或相关神经内脏的损伤[1],同时由于髋臼解剖结构复杂,其骨折后的治疗是一项具有挑战性的临床工作。对于髋臼骨折导致关节面移位、累及臼顶负重区、引起头臼不匹配或关节内有游离骨块者需行切开复位内固定治疗[2-4]。对于累及前柱的髋臼骨折,传统的切开复位内固定多采用髂腹股沟入路,其创伤大,术中可能导致血管、股神经、股外侧皮神经、精索及圆韧带的损伤[5]。科技的飞速发展,为外科带来了微创技术,临床中髋臼前柱螺钉微创内固定技术日益广泛地用于治疗累及前柱的髋臼骨折,其与传统方法相比,具有创伤小、并发症少等明显优势,但是由于髋臼前柱复杂的解剖结构,术中无法在直视下操作,虽然手术过程中不断透视仍存在螺钉穿透骨皮质或进入关节损伤神经及血管的风险[6]。如何利用现有的数字骨科技术以及深入的解剖研究达到安全、精准的置钉和如何选择微创的适应证是骨科医生所面临的问题。为了临床更好地使用髋臼前柱螺钉微创内固定技术,笔者将对髋臼解剖及前柱的生物力学、累及前柱的髋臼骨折分型和髋臼前柱螺钉微创内固定技术的研究进展进行综述。
1 髋臼的解剖及前柱的生物力学
髋臼由髂骨体、坐骨部和耻骨部组成,由两个骨性支柱组成和支撑,即前柱和后柱,Judet和Letournel将其描述为倒“Y”形[7]。Harnroongroj[8]早在1998年报道,在骨盆环的稳定性中,前柱提供的平均最大力量为(2 015.40±352.31)N,刚度为(301.57±98.67)N/mm,后柱提供的平均最大力量为(759.43±229.15)N,刚度为(113.19±22.40)N/mm,前柱所起作用约为后柱的2.75倍。而近年来,李明辉等[9]研究了静态下的骨盆不同部位生物力学性质,得出髋臼前柱抗压缩及拉伸的强度分别为94.22GPa、74.22GPa,髋臼后柱抗压缩及拉伸的强度分别为50.39GPa、40.39GPa,说明髋臼前柱压缩强度及吸收冲击能量的能力均高于后柱。Henak等[10]通过有限元分析研究髋臼负荷传递,得出在正常站立位或行走负重时,髋臼的主要承重部位位于其前/上柱。由此可见髋臼前柱在骨盆环的稳定性、动态或静态下的承重均发挥着关键作用。
2 累及前柱的髋臼骨折分型
Judet-Letournel髋臼骨折分型中累及前柱的骨折类型有单纯前柱骨折、横断骨折、T型骨折、前柱伴后半横骨折、横断伴后壁骨折和双柱骨折[11]。临床上常用的髋臼骨折分类还有AO分型,其中涉及到前柱的有A3型和几乎所有的B型、C型骨折,其中A3型中对于单纯髋臼前柱骨折又有A3.2型(前柱高位骨折,骨折线波及髂嵴)、A3.3型(前柱低位骨折,骨折线位于髂前下棘以下)[12]。
3 髋臼前柱螺钉微创内固定技术
Matta[13]回顾分析了259例行切开复位内固定的髋臼骨折患者,术后平均随访6年,认为解剖复位是获得长期良好关节功能的基础。因切开复位内固定可在直视下进行精准的复位,目前学者们对髋臼骨折仍主张行切开复位内固定术[3-4,14-15],髋臼骨折的手术适应证包括:(1)骨折移位>3mm;(2)合并股骨头脱位或半脱位;(3)关节内有游离骨块;(4)CT示后壁骨折缺损>40%;(5)移位骨折累及臼顶;(6)无骨质疏松。但切开复位内固定术,需要对盆腔组织进行广泛的暴露,创伤较大,甚至术中可能损伤有“死亡冠”之称的冠状吻合血管,引起难以控制的出血[16]。 Elliott[17]在1956年首次提出了髋臼前柱拉力螺钉内固定技术。Reinert等[18]于1988年报道了在切开复位髋臼横行骨折后,用2枚加长松质骨螺钉来分别固定前、后柱,该固定方法具有创伤小、内固定可靠等优点。1985年微创外科的概念首先由英国泌尿外科医生提出[19],伴随着不断的创新和发展,微创技术逐渐成熟。Routt等[20]于1995年首先报道了经皮逆行拉力螺钉技术治疗髋臼前柱骨折,认为这种微创手术出血量少,避免了外固定架或接骨板内固定的并发症。但是髋臼前柱螺钉微创内固定技术在手术适应证上尚缺乏统一标准。Frank等[21]认为髋臼前柱螺钉微创内固定技术的适应证为轻度移位的横形骨折、T 形骨折、髋臼前柱骨折。张聪林等[22]认为髋臼前柱螺钉微创内固定术的适应证为:(1)骨折端移位不明显或者移位<2~3mm者;(2)骨折断端可能进一步移位导致损伤加重者;(3)骨折端移位可以闭合复位者;(4)排除髋臼前柱解剖变异者。对于老年患者和预后较差的患者,微创螺钉内固定能够保护软组织和骨量,为以后可能的全髋关节置换创造条件[23];对于身体基础条件较差,无法耐受长时间卧床以及卧床带来并发症的患者,微创治疗可以使患者在早期就开始进行负重活动[24]。吴新宝等[25]认为经皮拉力螺钉内固定虽无法达到较满意的复位效果,但能够改善关节功能,尤其适用于骨折移位>3mm但年龄较大、软组织条件较差无法行传统切开复位内固定的髋臼前柱骨折患者。
3.1 经皮顺行/逆行髋臼前柱螺钉内固定技术
3.1.1 经皮顺行髋臼前柱螺钉内固定 1986年,Mears和Rubash[26]提出髋臼上缘2.5cm处为顺行途径的进钉点,进针方向由髋臼上缘指向耻骨联合。鲍琨等[27]利用自行设计的瞄准器行顺行螺钉内固定22例,对非移位或已经后路间接复位的前柱骨折,直接经皮肤小切口作螺钉内固定,对有明显移位的简单前柱骨折,经髂腹股沟入路作切开复位后,也作螺钉内固定,平均随访时间达26.4个月,采用改良Merle d’Aubigné和Postel评分系统评定髋关节功能:优良率达84.7%。常希会等[28]对50具(男性32具,女性18具)成人半骨盆进行解剖研究,认为髂结节和坐骨结节连线与髂前上棘和坐骨大切迹顶点连线的交点即为顺行途径的进钉点,男性和女性出钉点分别在耻骨结节下方(6.62±2.79)mm和(11.71±1.66)mm处, 导针与矢状面夹角男女均为(50.62±3.55)°,导针与冠状面夹角男性为( 22.32±3.66)°,女性为(19.57±2.07)°;前柱纵轴的长度男性为(108.64±5.49)mm,女性为(100.92±6.25)mm。
3.1.2 经皮逆行髋臼前柱螺钉内固定 Routt等[20]在 1995年首先报道了经皮逆行髋臼前柱螺钉技术,并且术者根据骨折的具体情况17例螺钉跨髋臼固定,11例螺钉末端止于髋臼内侧。袁欣华等[29]认为逆行途径根据骨折线的位置不同应分为两类:骨折线位于耻骨上支内1/2,螺钉的固定范围仅由耻骨结节至髋臼内缘;骨折线位于耻骨上支外1/2(包括髋臼前柱部分),螺钉固定范围由耻骨结节经过髋臼前柱至骼骨外板。
Simonian等[30]回顾了一系列与骨盆环损伤有关的生物力学研究,认为耻骨上支螺钉内固定稳定作用与耻骨支钢板内固定无显著性差异。王庆贤等[31]利用30个半骨盆标本研究耻骨上支的解剖特点,认为耻骨嵴中点下方(7.5±0.5)mm处即为耻骨上支逆行螺钉的进钉点,螺钉的极限长度为(61.1±9.7)mm,并推荐使用4.5mm的AO拉力螺钉。
周华等[32]通过计算机软件,对一定量样本的骨盆CT数据进行处理和测量,对髋臼前柱的解剖进行深入研究,155份骨盆CT数据得出髋臼前柱虚拟螺钉的平均最大直径男女分别为(7.95±0.98)mm和(6.42±1.15)mm ,平均最大长度男女分别为(124.84±6.79)mm和(120.00±7.52)mm;虚拟螺钉与水平面夹角男女分别为(21.55±2.67)°和(21.85±5.10)°,与矢状面的夹角男女分别为(42.15±2.54)°和(41.51±5.23)°。Zhang等[33]自行研发了髋臼前柱螺钉的导向装置,并于5具干燥骨盆标本上使用该装置共植入10枚螺钉,然后由C型臂X线机透视,结果显示10枚螺钉均未发生穿出骨皮质或进入关节腔的情况。
3.1.3 螺钉的选择 临床上为了提供足够的刚性和稳定性,选择的螺钉应具有一定的直径,若螺钉直径不够置入后易发生弯曲导致复位丢失,但由于狭窄且不规则髋臼前柱的限制,螺钉直径越大就意味着其穿出骨皮质、损伤神经血管的风险越高,且国人与外国人、男性与女性骨盆解剖也存在差异,故目前对于髋臼前柱螺钉直径的选择尚存争议。Sen等[34]主张用4.5mm的皮质骨螺钉或6.5mm的松质骨螺钉来代替3.5mm的皮质骨螺钉,以提供更好的稳定作用;Chen等[35]利用骨盆CT扫描数据创建骨盆三维模型,利用计算机软件进行模拟手术,得出6.5 mm螺钉适合用来固定男性髋臼前柱骨折,但由于男女骨盆解剖的差异性,6.5mm的螺钉并不适合所有的女性。而对于螺钉长度的选择,应术前在影像学资料上做好测量,或于3D模型上测量好长度。周华等[32]收集155份成人CT扫描数据,得出髋臼前柱允许置入虚拟螺钉的平均最大长度男女分别为(124.84±6.79)mm和(120.00±7.52)mm。常希会等[28]对50具(男性32具,女性18具)成人半骨盆进行解剖研究,得出前柱纵轴长度男性为(108.64±5.49)mm,女性为(100.92±6.25)mm。目前螺钉的种类有:普通螺钉、空心螺钉、可吸收螺钉和同种异体骨螺钉,它们各有优缺点[36-38]:(1)金属螺钉具有强度高、固定牢靠等优点,相较于普通螺钉,空心钉具有可根据导针调节进钉方向和长度、避免进入关节等优点,但金属螺钉在术后MRI、CT检查时会出现伪影,金属电解对骨愈合有一定影响,且金属螺钉大部分需二次手术取出,取出后遗留的孔道部位易再次骨折;(2)可吸收螺钉可在体内降解成H2O和CO2,不需要二次手术取出,但其生物力学强度较金属螺钉差,并且化学成分可能导致周围组织炎症反应,影响了骨折的愈合速度;(3)同种异体骨螺钉通常取自男性供体的股骨,经特殊处理后组织相容性好,能诱导成骨,可以完全被宿主骨取代,但其来源有限。目前临床上迫切需要研发既能提供刚性足够稳定又相对安全的髋臼前柱螺钉。
Frank等[21]于2007~2009年间,对10例髋臼前柱骨折进行了经皮螺钉内固定,其中逆行螺钉固定3例,顺行螺钉固定2例,平均螺钉置入时间26.4min(15~45min),平均X线透视时间为193s(40~448s);逆行导针辅助下螺钉固定5例,平均螺钉置入时间为150s(40~242s);术后平均错位为1.3mm,感染1例(10%)。顺行螺钉因后侧臀部解剖层次较深,损伤的风险较大,而逆行螺钉因前方骨性标志较浅,操作相对顺行途径简便,只需确定好进针点,边进针边透视,其操作的风险相对较低[39]。此外,还应重视坐骨神经损伤的问题,术中患者应保持髋膝屈曲的体位以使坐骨神经处于松弛状态[40]。
3.2 髋臼前柱高位骨折经皮髂骨翼拉力螺钉内固定技术 对于髋臼前柱高位骨折,其骨折线向上延伸,累及髋臼顶部负重区及髂骨翼前部。经皮顺行或逆行髋臼前柱螺钉内固定,其固定范围为耻骨结节经髋臼前柱止于骼骨外板[29],无法对髂骨翼骨折进行有效的固定。Kahler[41]于2003年报道了对于髋臼前柱的高位骨折用2枚经皮螺钉固定,1枚螺钉由髂前下棘进入,垂直于骨折线向后延伸,另1枚螺钉也从髂前下棘进入,但朝向坐骨棘方向置入。周东生[42]总结了三种前柱高位骨折的螺钉内固定技术:(1)髂前下棘拉力螺钉技术:从髂前下棘外缘进钉向坐骨大切迹骨质较厚处方向拧入螺钉,可将前柱骨折或双柱骨折的前柱骨折片固定于后方的髂骨上;(2)髂嵴拉力螺钉技术:将螺钉自髂嵴的前部向后方拧入髂嵴的后部,螺钉尖端位置不能过低,因为髂骨的中部由髂嵴向下,髂骨的厚度骤减,如果螺钉尖端距髂嵴较远,有可能穿出髂骨从而影响固定的牢固性;(3)髂骨前缘拉力螺钉技术:从髂前上棘到髂前下棘的髂骨前缘区域内,将螺钉自髂骨前缘向后方拧入髂骨内外板之间。谭国庆等[43]认为对于髂骨翼骨折块完整的单纯型髋臼高位前柱骨折可以在闭合复位后采用小切口或经皮微创拉力螺钉固定,并报道了5例行髂嵴重建钢板加髂骨前缘拉力螺钉内固定术的髋臼前柱高位骨折,术后根据Matta影像学评分显示优4例、良1例。经皮髂骨翼内固定技术有良好的前景,但手术也有一定的挑战性,如存在钉误入盆腔或坐骨大孔导致医源性血管神经损伤的风险,也有钉穿透髂骨翼内外板导致内固定松动、复位丢失的可能[44]。
3.3 In-Out-In切割钉技术 Sen等[34]首先于2012年介绍了In-Out-In技术,并对50余例患者行该术式治疗,27例得到最少12个月的随访,其中16例横断骨折,8例T型骨折,3例双柱骨折,视骨折情况采用单螺钉、双螺钉或结合钢板内固定;该技术在髂腹股沟入路的基础上,从髂骨翼外侧,髂前下棘后下方0.5~1cm处,沿着髂耻隆起、髋臼上缘置入螺钉,螺钉从骨皮质出来后,再次从髂耻隆起的前部进入,最后固定于耻骨上支,整个手术在直视下进行;术后解剖复位20例,7例复位满意(移位在1~3mm),无误入关节、血管或盆腔脏器损伤的情况,平均手术时间70min,平均出血量290mL,平均随访18.6个月,骨折平均愈合时间2.8个月,末次随访时Merle d’Aubigné和Postel髋关节功能评分:良好24例(88%)。Sen等[34]认为In-Out-In切割钉技术是一种安全有效的髋臼骨折固定术,能提供所需的刚性和稳定性并最大限度地减少手术时间、辐射暴露和手术并发症。
3.4 计算机辅助导航技术 Roberts等[45]于20世纪80年代发明了神经导航技术,20世纪90年代初计算机辅助技术开始在骨外科运用,其最开始主要应用于辅助安放腰椎椎弓根钉,目前可以运用于包括骶髂关节螺钉的置入、髋臼前柱或后柱经皮螺钉的置入等。导航系统经过不断发展,目前已有术中MRI导航系统,相对于CT导航,其对软组织的分辨率更高[46]。光学定位是目前手术导航系统中应用最广泛的定位方法[47],即光学实时动态CT/X线导航系统。该导航系统具有精度高、灵活方便等优点,但也有易受术中物体的遮挡以及周围光线影响的不足[48]。
由于髋臼前柱复杂的解剖结构,在行髋臼前柱螺钉微创内固定时,虽然手术过程中不断透视仍存在螺钉穿透骨皮质或进入关节损伤神经及血管的风险[6],而计算机辅助导航技术为螺钉的置入提供了安全和精度的保障。在行髋臼前柱螺钉微创内固定时,将三维图像传至导航工作站,根据导航系统反馈的实时影像对进针点及进针方向进行调整,进针过程中根据导航的引导不断校正导针的方向,然后透视确认导针位置,选择合适长度的空心螺钉,沿导针方向拧入,再次透视确认螺钉位置即可[49]。He等[50]对ISO-C3D计算机导航和传统透视下的髋臼前柱螺钉微创内固定进行了前瞻性研究,22例患者随机分配到导航组和传统透视组,结果导航组在手术时间、透视时间、螺钉置入时间、失血量上均具有优势。但计算机导航设备昂贵的价格是限制该技术推广的一个重要原因。
4 展望
微创技术以其突出的优势展现出了诱人的前景,但微创手术的疗效离不开循证医学的大样本病例综合评估,需站在客观的角度分析其可行性、安全性、近期和远期效果[51]。在运用髋臼前柱螺钉微创内固定技术的同时,也必须重视其带来的负面问题[52-53]:(1)不能正确理解微创概念:过度追求微小切口并非真正意义上的微创,反而会使手术视野不清楚、操作不到位,加大手术难度,延长手术时间,甚至误伤重要组织,得不偿失;(2)放宽了微创技术适应证:微创技术有一定的适应证,骨折的复位是微创治疗髋臼骨折的关键,故轻度移位的髋臼骨折在有限切开下复位内固定可以得到较好的疗效,但是若骨折移位过大,行传统切开复位内固定则是必要的,如果失去了对适应证的严格掌控,结果将是无效的,甚至有可能加重症状,不仅延误病情而且浪费了资源。手术全程离不开X线影像的指引是该技术亟待解决的难点所在,手术不能在直视下进行决定了其需要经验丰富、技术纯熟的骨科医师才能操作[51,54],借助计算机导航、数字化解剖研究、导板或导向器等数字骨科技术,可以使手术操作相对安全、准确,年轻骨科医师经过培训后可以更快地独立操作。相信随着科学技术的进步、社会的发展,髋臼的解剖研究会更加深入,昂贵的设备也将逐步走入更多的医疗单位,髋臼前柱螺钉微创内固定技术治疗髋臼骨折将获得更好的临床效果。
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(本文编辑: 郭 卫)
Current research of minimally invasive screw internal fixationfor acetabular anterior column
NIEYu-qi,WANGGuo-dong,LIUXi-ming
(Wuhan General Hospital of Guangzhou Military Region,Wuhan 430070,China)
The main treatment method of acetabular fractures involving the anterior column is now still open reduction and internal fixation. However,with the development of science and technology and the acetabulum anatomic study in-depth,surgeons began to use minimally invasive screw internal fixation for acetabular anterior column. However,there is a dispute about the choice of indications and there are still many problems in how to achieve safe,accurate and effective internal fixation with the help of anatomic study and digital orthopedics technique. To enhance the understanding of minimally invasive screw internal fixation for acetabular anterior column by orthopedic surgeons,we have summarized relevant literature published in recent years.
acetabular anterior column; fracture; minimally invasive; internal fixation
湖北省自然科学基金(2014CFC1052);湖北省卫生计生西医类一般项目(WJ2015MB119);广州军区武汉总医院青年基金项目(YZ201501)
430070 武汉,广州军区武汉总医院骨科
刘曦明,E-mail:gklxm@163.com
1009-4237(2017)04-0310-05
R 687.3
A 【DOI】 10.3969/j.issn.1009-4237.2017.04.025
2016-04-25;
2016-11-07)