CT三维重建模型下模拟髋臼前柱2种经皮置钉方法的比较*

马利杰 王鑫贵 郑占乐 陈晓俊 贾会扬 孙常胜 侯志勇

(河北医科大学第三医院创伤急救中心 河北省骨科研究所 河北省骨科生物力学实验室，石家庄 050051)

髋臼骨折是一种高能量所致的严重损伤，是一种复杂性骨折，临床治疗难度较大，移位严重的尤其是累及关节面的骨折常常需要手术治疗,切开复位内固定是传统有效的手术方式[1]。近年来，微创技术逐步应用到骨盆髋臼骨折的治疗中，其中髋臼前柱螺钉微创内固定技术日益广泛用于前柱的髋臼骨折，大大减少手术创伤及术后并发症。传统的髋臼前柱螺钉置钉方式以术中闭孔-出口位和髂骨-入口位引导进钉，闭孔-出口位主要作用是保证螺钉不进入髋关节内，髂骨-入口位确保置钉于耻骨支内而没有从前方或者后方穿出。由于髋臼前柱解剖结构复杂，可置钉的安全通道狭小，给置钉带来很多困难。传统置钉方法置钉时需要在2个层面反复投照，以引导和调整导针置入角度，X线暴露较多，且操作需要一定的经验，学习曲线较长，给前柱置钉带来一定挑战。为更方便、准确的置钉，也有学者[2,3]利用髋臼前柱轴位投照法引导髋臼前柱置钉，该方法只需要在术中找到髋臼前柱轴位通道即可完成置钉，置钉操作相对简单。我们利用骨盆三维重建模型，通过2种引导置钉方法模拟髋臼前柱置钉，对比2种引导方法置钉的优劣。

1 材料与方法

1.1 材料

在我院CT室资料库检索2015～2019年CT原始数据资料，入选标准：①年龄18～60岁；②CT检查部位为骨盆；③CT扫描层厚为1 mm。排除标准：①CT提示骨盆髋臼存在肿瘤、骨折或畸形等病变；②骨盆三维重建结果不满意。共入选500例骨盆CT资料，经排除后剩余55例骨盆110侧髋臼纳入研究，男40例，女15例。

1.2 方法

应用MimicsResearch 20.0(Materialise，Belgium)软件重建骨盆三维图像。所有三维模型复制分成完全相同的2个文件包，分为A和B 2组，2名骨科医生共同对每组模型完成模拟置钉，新建圆柱体(CADcylinder)模拟前柱螺钉，直径6.5 mm，入针点为耻骨结节内下缘与耻骨联合之间偏下处。A组利用闭孔-出口位和髂骨-入口位2个位置引导逆向置钉[4]，B组利用髋臼前柱轴位引导置钉[3]。

1.2.1 闭孔-出口位和髂骨-入口位置钉 沿水平轴线旋转调整骨盆三维模型为出口位，再沿纵轴旋转使置钉侧闭孔最大，此时完全显露耻骨上支和前柱侧方，调整图像透明度，使图像接近X线影像，此为闭孔-出口位。沿水平轴线旋转调整骨盆三维模型为入口位，再沿纵轴旋转使置钉侧闭孔变小，直至耻骨上下支重合，此时完全显露耻骨上支和前柱上方，调整图像透明度，使图像接近X线影像，此为髂骨-入口位。将模拟螺钉的圆柱体顶端置于进针点处，在闭孔-出口位和髂骨-入口位2个影像图上调整圆柱体尾端角度，使圆柱体延长线在闭孔-出口位紧邻髋臼上缘而不切入髋臼，在髂骨-入口位走行于耻骨支前后骨皮质之间(图1A、B)，这个过程与临床实际操作相同，圆柱体位置调整满意后，利用软件调整圆柱体长度，使其逐渐延长，模拟临床实际操作导针打入的过程，直至圆柱体完成置入(图1C～F)。

1.2.2 髋臼前柱轴位置钉 于骨盆模型上确定髋臼前柱置钉的进钉点，将模拟螺钉的圆柱体顶端置于进钉点处(图2A)，利用软件设置将螺钉隐藏备用。将模型透明度调整至半透明状，使其接近X线片显影，沿水平轴线旋转调整骨盆三维模型使耻骨上支呈水平位，再沿纵轴旋转，微调找到髋臼缘内上方椭圆形透亮区，此为髋臼前柱轴位(图2B)，设置取消模拟螺钉的圆柱体隐藏模式，此时螺钉顶端应位于髋臼前柱轴位椭圆形区域内，调整螺钉尾端，使其逐渐呈现圆柱体轴位，此时圆柱体轴位像完全位于髋臼前柱轴位区域内，延长圆柱体长度完成置钉(图2C～E)。

1.3 置钉质量判定

置钉完成后，取消模型透明状态呈现实体模型，观察置入的螺钉与髋臼、耻骨支的位置关系。为便于评价和统计，我们根据螺钉与髋臼、耻骨支的不同位置状态，将置入螺钉分为优秀、良好，尚可和差4个等级(自订评级标准)。螺钉完全走行于前柱骨通道内为优秀(图3A)；螺钉未进入髋臼，部分螺钉走行于耻骨上支骨质外，但通道外螺钉长度未超过1/2耻骨上支为良好(图3B)；通道外螺钉长度超过1/2耻骨上支为尚可(图3C)；螺钉进入髋臼为差(图3D)。

图1 闭孔-出口位和髂骨-入口位调整螺钉直至完成置入 A.将模拟螺钉顶端置于进钉点，在闭孔-出口位调整钉尾角度使螺钉延长线紧邻髋臼上缘而不切入髋臼；B.在髂骨-入口位调整钉尾角度使螺钉延长线走行于耻骨支前后骨皮质之间；C,D延长螺钉长度，在闭孔-出口位和髂骨-入口位观察螺钉是否按预期延长线走行；E、F.置钉完成后，闭孔-出口位和髂骨-入口位螺钉与髋臼的位置关系 图2 髋臼前柱轴位置钉过程A.将模拟螺钉顶端置于进钉点处；B.隐藏螺钉调整骨盆角度，找到髋臼前柱轴位；C.使螺钉显影，此时螺钉顶端应位于髋臼前柱轴位椭圆形区域内；D、E.调整螺钉尾端角度，使其逐渐呈现圆柱体轴位，此时圆柱体轴位像完全位于髋臼前柱轴位区域内，延长圆柱体长度完成置钉 图3 置钉评级 A.优秀；B.良好；C.尚可；D.差

1.4 统计学分析

应用SPSS21.0软件进行统计学处理。采用Wilcoxon符号秩和检验进行统计分析。

2 结果

55例全骨盆三维模型，共110侧髋臼前柱，其中4侧经过调整未能找到髋臼前柱轴位影像予以剔除，剩余106侧纳入研究。男78侧，女28侧。年龄(47.2±14.3)岁。

2组模型分别置钉后，均无螺钉进入髋臼的情况出现。2组螺钉置入质量优秀率均为59.4%(63/106)，其余模型螺钉存在走行于耻骨上支外的情况，2组置钉质量比较差异无显著性(表1)。女性骨盆模型中，B组螺钉置入质量明显高于A组(表2)，但2组男性骨盆螺钉置入质量差异无显著性(表3)。

表1 2组置钉质量的比较(n=106)

表2 2组女性置钉质量的比较(n=28)

表3 2组男性置钉质量的比较(n=78)

3 讨论

移位的髋臼骨折为恢复和保护关节的功能常需要手术治疗，传统切开复位内固定术创伤大、术后切口并发症高。随着微创技术的进步，经皮微创固定逐步应用到骨盆髋臼骨折的治疗[2～5]。Routt等[4]最早报道应用经皮螺钉内固定技术治疗耻骨上支骨折，此后利用X线引导经皮髋臼前柱螺钉置入成为一种有效的髋臼前柱微创固定手段。对于髋臼前柱螺钉的置入学者们提出了很多方法[6～9]，常用的X线引导经皮髋臼前柱螺钉置入方法有2种：一种是利用X线投照闭孔出口位和髂骨入口位下引导置钉，可以顺行进钉也可逆行进钉，由于逆行进钉时进钉点位置表浅易于操作，因此，逆行进钉更为常用；另一种是利用髋臼前柱轴位引导置钉，2种方法均可实现术中引导置钉，但由于髋臼解剖结构复杂，且部分存在解剖结构变异，置钉仍有一定困难，最严重的问题是螺钉进入髋臼损伤关节软骨，影响关节活动，其次是螺钉没有完全走行于前柱骨通道内，从耻骨支皮质穿出，虽然仍具备一定的固定作用，但存在固定效果降低和损伤周围组织的可能。

髋臼骨折微创手术以骨盆各个位置的X线片为依据，髋臼骨折的研究大多是以全骨盆模型完成的，因此，本研究应用全骨盆模型进行2种置钉方法的操作和观察，此2种置钉方法都已用于临床操作，轴位置钉是近年来应用的一项操作技术，也已用于临床实际操作。本研究显示2种方法置钉均未出现螺钉进入髋臼的情况，对防止螺钉进入髋臼2种方法均较满意，但螺钉出离髋臼前柱骨性通道的情况较多发生，2种方法均有约40%的螺钉走行于耻骨上支骨质外，包括耻骨上支上方和盆腔侧，无走行于耻骨支前方，可以有效避免导针和螺钉损伤耻骨支前方的血管和神经。螺钉出离耻骨支的模型中，大多数属于耻骨支窄小、弯曲的类型，2种方法均不能在保证螺钉不进入髋臼的情况下，有效预防螺钉从耻骨支切出。女性骨盆耻骨支细小且弯曲，髋臼前柱骨性通道相对较小，置钉更容易出离耻骨支，利用轴位引导置钉优良率[50.0%(14/28)]远高于传统双位置法[28.6%(8/28)]，说明女性骨盆应用髋臼前柱轴位引导置钉更为可靠。不管是传统的双位置法引导置钉，还是髋臼前柱轴位引导置钉，男性置钉质量更高，与男性骨盆更为粗大有关。因此，对于男性患者，2种方式均可实现较好的置钉，女性可以选择轴位引导进钉。

双位置引导法置钉打入导针时，需要反复调整图形旋转角度，分别在闭孔-出口位和髂骨-入口位确认螺钉位置和角度，在实际临床操作时，需要反复调整C型臂透视角度以获得2个位置的影像，同时保证导针在2个位置上均处于良好的进针状态，因此，对操作者要求较高，操作者须具备有一定的髋臼手术操作经验方可顺利打入导针，学习曲线较长，否则反复打入导针存在损伤盆腔脏器组织和耻骨支前方血管神经的可能。髋臼前柱轴位引导置钉，只要在X线透视下找到正确的前柱轴位即可，利用导针与轴位像同心圆的原理引导置钉，操作难度相对较低，但是利用X线透视确定髋臼前柱轴位存在一定的困难，需要多次尝试，且需要对髋臼前柱轴位X线特点有准确的判定，否则容易失败。另外，还存在难于找到髋臼前柱轴位的可能,本研究4侧髋臼前柱无法找到该位置而被剔除，因此，利用髋臼前柱轴位引导置钉应进行评估，以免影响术中置钉。

2组引导置钉优秀率均为59.4%(63/106)，其余模型存在螺钉穿出耻骨支的情况，部分模型可以通过调整逆向螺钉置入的进针点进行改善，进针点偏向耻骨结节下方或者偏向耻骨联合处，往往能得到更好的置钉效果，但进钉时可能遇到一定的困难，尤其是耻骨结节下方置钉[10]。我们的研究显示标准置钉方法对于中国女性患者可能不太适合，主要是由于女性耻骨支弧度大，周径纤细等解剖结构特点，另外，这些耻骨支变异较大的女性患者可能顺行进钉是更合理的选择。

我们认为术中可以利用X线透视找到髋臼前柱轴位的透视角度，利用同心圆法打入导针，然后结合双位置法再次确认导针的合理与否，这样可以减少术中C形臂的反复调整投照位置，2种方法结合使用更有利于髋臼前柱螺钉的安全置入和判定。但上述2种方法仍然存在螺钉走行于耻骨支外的可能，且发生几率并不低，更好的经皮置钉技术还有待研究。本研究以CT资料合成的三维图像为模型，利用计算机模拟置钉，置钉过程中以相应的X线投照位置为依据，高度模拟临床操作，可以很好地再现临床操作过程，与临床实际操作相比，计算机模拟置钉更容易精确定位和调整，比临床实际操作更为精确，此模拟方法也适用于术前规划或者机器人导航手术[11]，利用此模拟方法进行术前规划，更有利于提前了解置钉效果，提高置钉成功率。