青少年骶骨骶髂螺钉钉道增龄变化的数字化评估

阿拉木斯，张元智，胡旭锋，刘刚，刘亚欧，莫伟鹏，郝晓东，李严兵

1.内蒙古医科大学，呼和浩特 010110；2.内蒙古医科大学附属医院骨科，呼和浩特 010050；3.南方医科大学基础医学院，广州 510515

经皮骶髂关节螺钉固定（percutaneous iliosacral screws，PISS）是治疗不稳定骨盆骨折的方法之一，能够解决骨盆后环的稳定，与开放手术相比具有较高的安全性，减少了出血和感染的风险。目前对成人经皮骶髂关节螺钉固定的骨性通道研究较多，但针对青少年相关研究很少。对于青少年的不稳定骨盆骨折移位，有作者建议采用手术内固定治疗[1,2]。但存在的问题较多，如可否采用成人经皮骶髂关节螺钉固定稳定骨盆？青少年是否存在骨性螺钉通道？其安全区范围如何？本项目通过数字化分析、确定青少年安全骨性螺钉钉道，并观察钉道增龄变化的规律，试图解答上述问题。

1 资料与方法

1.1 一般资料

收集2012 年5 月至2020 年5 月内蒙古医科大学附属医院10～17 岁健康青少年志愿者160 名，男80名，女80 名，按8 个年龄段分组，每组20 人，男女各半，所有数据为随机选取，样本呈正态分布，无肿瘤、骨性畸形。纳入标准：年龄10～17 岁，无脊柱及骨盆疾病史，X 片显示无骨盆畸形。排除标准：有骨性畸形者，肿瘤、结核患者，任何其他原因不能耐受CT 检查者。

本研究获内蒙古医科大学伦理委员会批准（NO.YKD2018216），所有志愿者签署知情同意书。

1.2 研究方法

各年龄段青少年志愿者腹部连续螺旋CT 扫描，电压120 kV，层厚0.625 mm，矩阵为512×512。将原始.dicom 格式数据导入Materialise Mimics Innovation Suite 16.0 软件，三维表面重建骨盆，以.stl 文件格式存储，导入Imageware 12.0 软件，三维表面骨盆，以1.0 mm 为间距分别对骶骨横向解剖平面进行多层剖分，在每一层剖分面上确定S1、S2安全区的几何边界，提取几何边界点的二维图像坐标，确定几何S1、S2中轴线，生成最优钉道[3]，同时导入直径7.3 mm 螺钉模型于最佳钉道位置（图1），将最佳钉道螺钉导回Materialise Mimics Innovation Suite 16.0 软件中进行相关测量，对双侧S1、S2横向骶髂螺钉最优置钉通道的轴向狭窄处的宽度进行测量，并测量S1、S2最优钉道经“骶骨经髂骨”（trans-sacral trans-iliac，TSTI）螺钉通道长度（起止点均为钉道轴线与双侧髂骨皮质骨外皮质的交点），同时测量S1、S2TSTI 通道投影长短轴长度并观察通道随年龄增长的变化规律。

图1 S1椎体水平钉道的数字化分析1a：纵向分割骶骨1b：显示S1安全区不规则形边界投影1c：确定S1椎体水平钉道1d：冠状位显示螺钉位置1e：轴位显示螺钉位置Fig.1 Digital analysis of horizontal optimal pathway of S1 vertebral body1a: the sacrum was divided longitudinally; 1b: displayed the irregular boundary projection of S1 security zone; 1c: the optimal pathway of S1 vertebral screw was determined; 1d: coronal view showed screw position; 1e: axis position showed screw position

1.3 统计学处理

采用SPSS 18.0 统计软件（美国）进行统计学处理。计量资料使用Shapiro-Wilk 检验判断数据是否为正态分布，且方差齐性，以（）表示，男性与女性之间钉道的最大长度等数据采用两独立样本t检验进行比较，同性别左侧与右侧数据采用配对t检验进行比较，P＜0.05 认为差异有统计学意义。

2 结果

S1骶髂螺钉安全通道宽度，男性：左（8.96±2.02）mm，右（9.03±2.24）mm；女性：左（8.26±1.96）mm，右（8.37±2.11）mm。S1处TSTI 螺钉长度，男性（141.25±5.92）mm，女性（134.37±5.68）mm。S2骶髂螺钉安全通道宽度，男性：左（6.49±1.98）mm，右（6.38±1.88）mm；女性：左（6.21±1.76）mm，右（6.14±1.55）mm。S2处TSTI 螺钉长度，男性（126.28±4.94）mm，女性（122.31±5.13）mm。S1投影长轴长度，男性（28.27±3.17）mm，女 性（22.36±2.73）mm，短轴长度，男性（13.51±1.67）mm，女性（9.85±1.34）mm。S2投影长轴长度，男性（19.75±2.44）mm，女性（16.15±2.28）mm，短轴长度，男性（12.96±1.24）mm，女性（9.33±1.16）mm。见图2～3，表1～4。

表1 10～17 岁各年龄段男性TSTI 螺钉安全通道分析（，mm，n=80）Tab.1 Analysis of TSTI screw safety pathways in male aged 10 to 17 years（Mean±SD,mm, n=80）

表1 10～17 岁各年龄段男性TSTI 螺钉安全通道分析（，mm，n=80）Tab.1 Analysis of TSTI screw safety pathways in male aged 10 to 17 years（Mean±SD,mm, n=80）

图2 S1椎体水平安全通道的数字化测量2a：冠状位显示S1 2b：轴位测量S1 TSTI 安全通道长度2c：轴位测量S1 TSTI 安全通道长度的3D 显示2d：轴位测量S1 TSTI 安全通道宽度2e：轴位S1 TSTI 安全通道宽度的3D 显示2f：通道投影的测量Fig.2 Digital measurement of the TSTI safety pathways of S1 vertebral body2a: S1 vertebral in coronal view; 2b: measured the length of S1 TSTI safety pathway in axial position; 2c: 3D display of S1 TSTI safety pathway measured in axial position; 2d: measured the width of S1 TSTI safety pathway in axial position; 2e: 3D display of the width of S1 TSTI safety pathway measured in axial position; 2f: measured the projection of S1 safety pathway

图3 S2椎体水平安全通道的数字化测量3a：冠状位显示S2 3b：轴位测量S2 TSTI 安全通道长度3c：轴位测量S2 TSTI 安全通道长度的3D 显示3d：轴位测量S2 TSTI 安全通道宽度3e：轴位S2 TSTI 安全通道宽度的3D 显示3f：通道投影的测量Fig.3 Digital measurement of the TSTI safety pathways of S2 vertebral body3a: S2 vertebra in coronal view; 3b: measured the length of S2 TSTI safety pathway in axial position; 3c: 3D display of S2 TSTI safety pathway measured in axial position; 3d: measured the width of S2 TSTI safety pathway in axial position; 3e: 3D display of the width of S2 TSTI safety pathway measured in axial position; 3f: measured the projection of S2 safety pathway

表2 10～17 岁各年龄段女性TSTI 螺钉安全通道分析（，mm，n=80）Tab.2 Analysis of TSTI screw safety pathways in female aged 10 to 17 years（Mean±SD,mm, n=80）

表2 10～17 岁各年龄段女性TSTI 螺钉安全通道分析（，mm，n=80）Tab.2 Analysis of TSTI screw safety pathways in female aged 10 to 17 years（Mean±SD,mm, n=80）

表3 10～17 岁各年龄段男性S1、S2投影分析（，mm，n=80）Tab.3 Analysis of S1 and S2 projection in male aged 10 to 17 years(Mean±SD,mm, n=80)

表3 10～17 岁各年龄段男性S1、S2投影分析（，mm，n=80）Tab.3 Analysis of S1 and S2 projection in male aged 10 to 17 years(Mean±SD,mm, n=80)

表4 10～17 岁各年龄段女性S1、S2投影分析（，mm，n=80）Tab.4 Analysis of S1 and S2 projection in female aged 10 to 17 years(Mean±SD,mm, n=80)

表4 10～17 岁各年龄段女性S1、S2投影分析（，mm，n=80）Tab.4 Analysis of S1 and S2 projection in female aged 10 to 17 years(Mean±SD,mm, n=80)

同性别的左、右侧轴位S1、S2TSTI 安全通道宽度差异无统计学意义（P＞0.05），S1、S2TSTI 安全通道长度性别差异有统计学意义（P＜0.05），见图4、表5。

表5 10～17 岁男性/女性TSTI 螺钉安全通道比较（，mm，n=80）Tab.5 Comparison of TSTI screw safety pathways between male and female aged 10～17 years (Mean±SD,mm, n=80)

表5 10～17 岁男性/女性TSTI 螺钉安全通道比较（，mm，n=80）Tab.5 Comparison of TSTI screw safety pathways between male and female aged 10～17 years (Mean±SD,mm, n=80)

图4 10～17 岁男性/女性S1、S2 TSTI 螺钉安全通道增龄变化Fig.4 Aging changes of screw safety pathways of S1 and S2 TSTI in Male/Female aged 10～17 years

随着年龄的增长，长短轴比例逐渐加大，高度的增长速度快于宽度的增长（图5）。

图5 10～17 岁男性/女性S1、S2通道长宽比例增龄变化Fig.5 Aging changes of the pathways of length-width ratio of S1 and S2 in male/female aged 10～17 years

3 讨论

骶髂螺钉内固定是治疗骨盆骨折（尤其是骶骨骨折）的优选术式，但由于骨盆结构复杂、位置深在，对螺钉置入的位置和精度要求极高[4]。此外，由于骶骨形态的变异加剧了图像的判读错误[5,6]，不可避免会导致术中透视次数增加而加重了医生和患者的辐射量[7,8]。多项研究表明：经皮骶髂螺钉置钉能够安全、有效地治疗成人骨盆骨折治疗[1,5,9]，因软组织并发症较少，从而降低了成人骨盆骨折的死亡率[10,11]。

Mendel 等[6]对85 例成人骨盆CT 数据进行三维重建，提取S1侧位骶骨体缘与骶骨岬及骶管前缘的直角三角形投影来映射骶髂关节经骶骨耳状面的最大置钉安全通道，认为术前在侧视图观察骶骨三角是一个简单的、准确的方法。Burn 等[12]通过174 例儿童（2～16 岁）骨盆研究分析证实儿童存在宽度和高度都大于7 mm 的可用于骶髂螺钉置入的影像学安全通道，同时发现影像学的宽度和高度随年龄的增长呈线性增长，且高度的增长速度快于宽度的增长速度。这是S1处骶髂螺钉通道和S2处TSTI 螺钉通道的趋势，表明S2的TSTI 的随年龄变化的显著差异。此外，影像学直径大于7 mm 的通道随着儿童年龄的增长而增加，这一结论与本研究的结果基本一致，但Burn 等[12]的研究年龄跨度较大，样本为欧洲人种，本研究为亚洲人种。Smith 等[4]指出骨盆不对称超过1 cm 会对患者相关的功能评分、慢性疼痛、步态异常和脊柱侧弯产生影响。其他学者也指出儿童骨盆畸形的并发症包括髋关节活动范围受限、生长停滞、骶髂关节发育不全、骨盆倾斜、髂骨发育不良、姿势不佳和四肢长度不等[13,14]。在解剖学上大多数国人有可能经S1或S2骶椎实现贯穿螺钉固定，通过软件辅助设计有助于确定置钉通道，可为骶髂贯穿螺钉固定技术的应用提供参考[15]。

本研究基于CT 数据进行三维分析，不仅测量了轴面狭窄处的宽度，同时也测量了安全通道的投影，对S1、S2安全几何钉道进行了“最佳拟合”，在几何钉道上测量了S1、S2TSTI 钉道长度和宽度，理论上更符合国人青少年解剖特性，结果表明青少年在S1、S2均存在影像学安全的骨性髂骶螺钉通道。但由于纳入数据相对不足，没有对骶骨畸形进行分析，有待于增加数据进一步研究。