加长骶髂关节螺钉治疗骶髂关节复合体损伤的研究进展

周 唯，汪国栋，刘曦明

1.中国人民解放军中部战区总医院骨科，武汉 430070；2.武汉科技大学医学院，武汉 430081

随着交通业、建筑业的迅猛发展，骨盆骨折的发生率逐年提高，患者的愈后较差，致死、致残率高，生活质量低。不稳定骨盆骨折需要手术治疗，方法包括传统的切开复位内固定和微创经皮骶髂螺钉固定等，微创经皮骶髂螺钉因具有手术创伤小、出血量少、感染风险低及良好的力学稳定性等优点，已广泛应用于临床[1]。随着微创经皮骶髂螺钉的普及使用，骨折畸形愈合的情况也逐渐增多[2]。Keating等[3]在接受骶髂螺钉治疗的患者中获得解剖或接近解剖的骨盆复位的概率有84%，但在最终随访中的畸形愈合率为44%。Griffin等[4]认为对于骶骨纵行骨折，骶髂螺钉出现内固定失效和复位丢失的概率较其他骶髂关节损伤情况高13%。普通骶髂螺钉因长度较短，在垂直不稳定骨折中固定强度不足。加长骶髂关节螺钉相对普通骶髂关节螺钉而言，是一种长度超过骶中线，最长穿过对侧骶髂关节的特殊骶髂关节螺钉，加长骶髂关节螺钉因其钉体更长且可贯穿整个骨盆后环，抗垂直剪切、螺纹把持力及稳定性都更佳，成为骶髂关节复合体损伤较为优越而新颖的内固定方式[5]。随着影像学的发展及医师经验的累积，加长骶髂关节螺钉在临床中的应用逐渐增多。本文就加长骶髂关节螺钉治疗骶髂关节复合体损伤的力学研究、置钉方法、适应证及注意事项等研究及进展作一综述。

1 加长骶髂关节螺钉的发展

国内外关于加长骶髂关节螺钉没有统一的称谓，1999年Vanderschot等[6]报道了1例贯穿双侧骶髂关节及骶骨的骶骨棒治疗骶髂关节损伤的病例，对1例骨盆骨折Tile C3型(耻骨联合断裂合并双侧骶髂关节脱位)患者，进行切开复位双侧骶髂关节后植入贯穿双侧骶髂关节的骶骨棒固定，将其命名为“Trans iliac-sacral-iliac bar”。2005年Beaulé等[7]报道了一些骨盆后环固定失败翻修的病例，采用经骶骨固定的方式进行翻修手术，将螺钉或者钢板固定骶骨及双侧髂骨翼，并在后环放置1块重建钢板张力固定，这项技术被称为“Trans-sacral fixation”。2007年Sciubba等[8]报道了1例患有骨质疏松及骶骨不全性骨折患者，采用经皮骶骨棒联合骶骨成型术治疗骶骨不全性骨折及预防骨水泥固定失效，这项技术被称为“Percutaneous Placement of Transiliosacral Rod”。2010年Conflitti等[9]报道关于畸形骶骨植入骶髂关节螺钉的X线分析中，指出了针对变异骶骨的S2通道的可行性及优势，使用了“Specific longer screws”及“Significantly longer screws”。2011年Gardner系统地总结了经骶、经髂骶髂螺钉的适应证、力学原理与作用机制、置入技巧与注意事项，将其命名为“Transiliac-Transsacral Screws”。2012年Zhao等[10]建立了双侧纵向骶骨骨折的有限元模型，对置入加长骶髂螺钉与普通骶髂螺钉进行生物力学研究，并将螺钉命名为“lengthened sacro-iliac screw”。2018年初向全等[11]对国人第一骶椎(S1)、第二骶椎(S2)骶髂螺钉置钉通道进行了数字解剖学研究，提出大多数国人均有可能经S1或S2骶椎实现贯穿双侧骶髂关节的螺钉固定，并将这种螺钉命名为“骶髂贯穿螺钉”。当S1无贯穿置钉通道时，通常S2具备更大的安全置钉空间。有研究表明相比S1节段，S2节段中存有贯穿通道的概率更高；但S2贯穿通道的截面积要显著小于S1，置钉难度明显加大[12]。

2 加长骶髂关节螺钉的作用机制与力学原理

骶髂关节螺钉固定是一种“中心性”固定，在对抗骶髂关节垂直剪切力方面较钢板好，且创伤小，被公认为是治疗骶髂关节复合体损伤的标准方法[13]。垂直剪切力是穿过骨盆后环的主要力向量[14]，且该力载荷沿骶髂螺钉的整个长度垂直分布[6]。因此，从力学角度看，越长的螺钉越能够更好地分散载荷，降低螺钉尖端的应力，并抵抗骨折移位[15]。有研究通过构建有限元模型并进行生物力学实验表明，加长骶髂关节螺钉的应力分布更加分散和均匀[16]。

在双侧骶髂关节损伤中使用穿过整个骶骨体的骶髂关节螺钉，由于植入物的轴线垂直于关节表面，并且通过骶骨获得良好的固定，因此骨折断端获得了良好的压缩。而压缩和固定可以更好地促进韧带的紧密愈合和骨盆稳定性的恢复[6]。

有报道称骶髂关节螺钉的主要失效模式是旋转力矩导致螺钉在髂骨翼松质骨内旋转引起，骶骨上没有安全的外侧骨皮质来固定螺钉，以及在髂骨翼中没有致密的骨小梁使得螺钉更容易在髂骨内旋转[7]。普通骶髂关节螺钉通常固定了损伤部位外侧的2或3层皮质及内侧的0或1层皮质，内外侧固定皮质的层数不同引起螺钉固定的不平衡，在出现特殊情况例如明显粉碎或骨质减少，螺钉提供的固定可能不充分，进而这种不平衡和不充分的固定可能导致复位的丢失。加长螺钉可以很好地解决这些问题。

螺钉的锚固力是螺钉的最大承载能力，锚固力越大螺钉作用越可靠，固定效果越好[17]。锚固力多与骨质量和骨密度有关，骶骨体与骶骨翼均为松质骨，前者的密度大于后者[18]。当螺钉为双皮质固定时锚固力更大[19]，加长骶髂关节螺钉允许螺钉锚入更多的骶骨及髂骨皮质，这势必产生更大的锚固力，提供更好的固定[16]。

3 加长骶髂关节螺钉的生物力学研究

骨盆环相关固定的生物力学研究对骨盆损伤的诊治具有重要的临床指导意义，学者们针对加长螺钉治疗骶髂关节损伤进行了大量相关研究。Salari等[20]建立了骨盆Tile C型单侧骶骨骨折模型，折线垂直累计DenisⅡ区。采用两种固定方式：(1)1枚标准S1骶髂螺钉+1枚S1加长骶髂螺钉；(2)1枚标准S1骶髂螺钉+1枚S1贯穿骶髂螺钉。并认为两种固定方式之间的生物力学稳定性无明显差异。Zhao等[21]运用三维有限元技术，建立了Tile C型单侧骶骨纵行骨折模型并进行生物力学分析，采用6种固定方式：(1)1枚S1贯穿螺钉(L1)；(2)1枚S2贯穿螺钉(L2)；(3)1枚S1贯穿螺钉+1枚S2贯穿螺钉(L1+L2)；(4)1枚S1标准螺钉(S1)；(5)1枚S2标准螺钉(S2)；(5)1枚S1标准螺钉+1枚S2标准螺钉(S1+S2)。认为在C型骨盆环损伤中，尽可能使用S1和S2骶髂贯穿螺钉进行固定，其中S1和S2节段骶髂贯穿螺钉联合固定最为稳定。如果无法使用骶髂贯穿螺钉，使用S1联合S2标准骶髂螺钉生物力学稳定性更好。置入通道，S2节段比S1节段内植入更稳定。Zhao等[10]建立了Tile C型骨盆中央纵行骶骨DenisⅢ区骨折，采用了7种固定方式：(1)右侧1枚长骶髂螺钉对S1进行固定(C1)；(2)右侧1枚长骶髂螺钉对S2进行固定(C2)；(3)S1和S2各1枚长骶髂螺钉自右侧进行固定(C12)；(4)右侧1枚S1长骶髂螺钉配合左侧1枚S2长骶髂螺钉进行固定(C12双向)；(5)右侧1枚加长骶髂螺钉穿过S1进行固定(J1)；(6)右侧1枚加长骶髂螺钉穿过S2进行固定(J2)；(7)右侧2枚加长骶髂螺钉分别穿过S1和S2进行固定(J12)。认为S1、S2加长骶髂螺钉组合进行固定稳定性更好，折断风险最低的螺钉固定方式是S1、S2双节段固定，其次是单独S2节段固定，再次是单独S1节段固定。Shannon等[22]在20具人类尸体标本骨盆中建立了垂直不稳定的DenisⅡ区骶骨骨折，并将其分成两组，一组10具骨盆采用S1、S2全螺纹骶髂贯穿螺钉固定，另外一组10具采用S1、S2部分螺纹骶髂贯穿螺钉固定，进行生物力学分析后，认为全螺纹骶髂贯穿螺钉固定垂直不稳定DenisⅡ区骶骨骨折在力学上优于部分螺纹骶髂贯穿螺钉。

4 加长骶髂关节螺钉的适应证

加长骶髂关节螺钉是一种特殊类型的骶髂关节螺钉，骶髂关节螺钉的适应证是加长骶髂关节螺钉的基础。骶髂关节螺钉适用于：(1)单纯骶髂骨间韧带损伤；(2)骶髂关节脱位；(3)Denis分型为Ⅰ、Ⅱ型的骶骨骨折；(4)Tile分型为B、C型的骨盆骨折；(5)Malgaigne骨折(存在垂直旋转不稳的纵向骨盆骨折，骨盆后环有骶髂关节脱位或髂骶骨的纵向骨折，骨盆前环可累及双侧耻坐骨支、耻骨联合等，常合并尿道损伤，需手术治疗)。此外，对于骶骨不全性骨折，加长螺钉可能有较好效果[8]。对于严重骨质疏松患者，应用骶髂螺钉单侧固定后可能出现对侧骨折的现象[23]，不通过骶骨中线的骶髂螺钉不能提供足够的把持力，因此可选用跨越双侧骶髂关节的加长螺钉。双侧骶髂关节损伤、双侧骶骨纵行骨折、骶骨U型骨折以及合并有骨质疏松的U型骶骨骨折，因为加长螺钉有足够长度进行固定，同样适用[24]。Gardner和Routt[15]认为加长骶髂关节螺钉适应证包括患有骨质疏松症和其他病理性骨折、肥胖、预期不依从、严重颅脑损伤、明显粉碎和移位的骨盆后部损伤、双侧损伤、脊柱骨盆分离以及骨折不愈合进行翻修的患者。加长螺钉同样适用于骶骨上部畸形的患者，在这些患者中，与上段相比，S2可能置入骶髂螺钉的通道直径更大，变异情况较S1通道更小[25]，此时为S2螺钉的置入提供了最佳机会，同时S2通道长度允许置入加长螺钉[8]。此外加长螺钉在骨盆环骨不连、畸形愈合及骨盆内固定失效等情况中，可能是潜在治疗方案。

5 加长螺钉的置入方法及注意事项

骶髂关节螺钉的置钉通道通常为S1通道和S2通道，S1进针点位于髂前上棘-髂后上棘连线中后1/3交点附近，S2进针点位于髂结节-髂后上棘连线前4/5与后1/5交点附近[26]。由于置钉通道空间的狭小使得越长的骶髂螺钉越容易出现错误置钉的现象，从而导致神经、血管、内脏等医源性损伤，加长螺钉的置入较普通骶髂螺钉而言对术者与透视监测要求高[12]。传统的经C型臂X线机透视辅助置钉方式应用最为广泛，但对术者技术要求高，术者需对骶骨的解剖形态及变异情况有很好理解，术中需反复透视，容易出现医源性神经损伤。若术后出现相应神经损伤症状，有学者认为在骶髂螺钉完整无断裂、骶髂关节复位良好的情况下，可以尝试经皮原位取出骶髂螺钉，如果出现螺钉断裂、弯曲或尖端朝向骶骨前方的情况，建议采取切开探查取出骶髂螺钉的方法[27]。新型的骶髂螺钉置钉方法有3D导航技术、3D打印导板技术、骨科机器人技术等，这些技术使骶髂螺钉的置入更加准确、安全、简便。3D导航可以实时监测导针位置、方向及深度，术中无需反复透视，具有微创性、高效性、安全性，且相比传统透视方法，对术者的辐射暴露时间更少[28]。有研究报道，通过骨盆模型模拟置钉实验，结果显示在允许的范围内，3D导航下置钉能够使置入的螺钉更长[29]；3D打印导板技术的主要优势在于提高置钉的安全性和精确度，术前导板的设计过程可使术者更详细了解骨折情况，提高手术精度，术前3D打印模型也能更直观地向患者介绍病情及治疗方法[30]；骨科机器人的机械臂可自动根据规划路径进行定位，术中可以实时自动校准，并且降低了人为误差，提高了导针的置入准确率，机器人的操作简单性也可大幅度降低年轻医师此类手术的学习曲线[31]。此外，一种点对点体外导向器辅助置入骶髂关节螺钉逐渐开始应用于临床，其具有简单易行、无昂贵的手术器械要求等优点[32]。加长螺钉对置钉准确性的要求更高，新型辅助置钉方法的发展为加长螺钉的置入提供了可行性和保障。值得指出的是尽管技术快速更迭，常规X线仍有着不可替代的重要作用。

置入的加长螺钉应尽量选择全螺纹螺钉，Kraemer等[33]置入了长度相同但螺纹长度不同的髂骶螺钉，发现螺纹较长的螺钉具有更大的固定力。螺钉直径通常选择6.5～7.3mm，相关文献记载，置入螺钉的直径增加，螺钉的抗拔出力将明显提高[34]，通过测量相关解剖学参数表明，S1有足够空间容纳1枚直径为7.3 mm的螺钉[35]。老年骨质疏松性骶髂复合体(SIC)损伤，使用横向全螺纹螺钉固定时，螺钉尾端通常放置1枚垫片，实现双向加压[36]，避免因髂骨骨质疏松导致螺钉尾部进入髂骨骨质内，使加压失败[37]。

置入加长螺钉的方向通常为横向置钉。有生物力学研究者报道，横向置钉有助于使用较长的螺钉至对侧骶髂关节，以增加固定强度。与此同时，良好的复位使骨折断端对位对线良好，且骶髂关节的稳定性更好[38]。有文献指出，固定单纯骶髂关节脱位，垂直于骶髂关节面斜向置钉，对于伴有骶骨骨折的骶髂关节脱位，应垂直于骨折线置钉，横行进入，且一般应用不加压的全螺纹钉中立位固定[39]。

有生物力学研究者报道任何固定方式的后环-螺钉复合体的稳定性均不及正常完整骨盆，因此，使用加长螺钉固定后，应尽量避免患者过早负重，从而有效防止内固定失效的发生[16]。

谭山等[40]分析了267例骨盆标本，发现存在高位骶骨及骶骨翼斜坡陡峭等骶骨变异现象时，无法在S1通道横行置入加长螺钉，此时S1骶髂螺钉置钉进钉点较正常骶骨进钉点偏后、偏尾侧，螺钉方向前倾20°，头倾30°左右。

6 总结与展望

当前，随着术中导航技术、骨科定位技术和人工智能的快速发展，骨科机器人技术的临床应用，创伤骨科将会朝着越来越精确、个体化的方向发展[41]。随着新技术的出现与应用，经皮骶髂加长螺钉治疗骶髂关节复合体损伤也在不断发展和完善。加长螺钉的应用在解决临床问题的同时，也存在很多局限性。加长螺钉的置入对术者的技术要求更高，螺钉穿出损伤血管神经的风险更高，由此带来的手术时间更长，术中透视次数增多。目前加长螺钉的临床应用率不高，存在样本量小、随访时间偏短、缺少大样本远期预后评估等问题。随着智能微创技术的发展，如何更精确地置入加长螺钉，选择更合适的置钉通道及角度，以及大样本量的临床应用与预后，有待于进一步研究。

作者贡献声明：周唯：文献查阅、论文撰写；汪国栋：论文修改；刘曦明：论文选题和设计、论文修改、经费支持