研究背景在人体的骨骼结构中,骨盆结构特殊,它是一个坚固骨环,由坐、髂、耻、三骨连同骶尾骨构成的,骨之间由耻骨联合及骶髂关节连接。它将上半身重量传递至下肢,还时刻保护着重要的盆腔脏器。根据骨盆的结构及力学传导特性可以将骨盆分为前环及后环。在骨盆前部,由耻骨联合与两侧耻骨上下支构成的弓形结构成为前环。前环的主要作用是稳定承重弓,防止承重弓偏移。后环又称为承重弓,是主要的承重部分,由坐骶弓和股骶弓组成,其主要的连接是骶髂关节及相关的韧带复合体。骨盆前后环的稳定性会直接影响人体的力学传导过程。在半世纪前,工业及交通业尚不发达,高暴力损伤比例较低。同时,由于骨盆的稳定坚强的结构特点,在骨与关节创伤病例中,骨盆骨折占的比例较少。然而随着经济发展,交通事故和高处坠落伤等意外伤害的有所增加。这些高能量损伤致骨盆骨折发生率明显增高,其中约7%-20%的类型为不稳定骨盆骨折,而且呈上升趋势,对人生命产生严重威胁。对于骨盆不稳定骨折合并骶髂关节损伤,行骶髂关节螺钉治疗已逐渐得到临床广泛认可,Matta等通过生物力学测试后认为骶髂螺钉强度超过钢板。临床实际中,经皮骶髂螺钉置钉存在约2%-16%的置钉偏差率。由于S1椎体周围遍布重要神经血管,解剖结构复杂,一旦置钉偏差可能发生严重并发症。近年来很多学者利用导航或透视技术辅助骶髂螺钉植入,获得满意的疗效。但大量的术中透视及较高的硬件要求导致此技术难以推广。为解决这些问题,国内外学者通过骨盆尸体标本和三维模型等方式对骶髂螺钉的钉道参数进行了解剖学研究,但是差异较大,且难以用于临床。也有学者设计了一系列经皮骶髂螺钉导向装置,由于是个性化置钉,操作困难,仍难以得到推广。本研究利用计算机三维重建技术,建立骨盆数字模型,以容易定位的固定骨性标志作为参照点,探讨S1骶髂螺钉的新定位方式。找出其与体表骨性标志之间的恒定规律并作数字化分析,从而简化S1骶髂螺钉定位方式,为导向器引导经皮S1骶髂螺钉固定的可行性提供应用解剖学基础。研究目的1、通过大样本的骨盆三维模型研究,基于本课题组关于“髋臼后柱逆行拉力螺钉导向装置”的设计思路,以体表易定位的固定骨性标志作为参照定位点,寻找S1骶髂关节置钉的新的恒定规律,简化S1骶髂关节钉道参数,并为S1骶髂螺钉的置入提供一种新的定位方式；2、寻找论证新的S1螺钉定位参数,为骶髂关节复合体损伤经皮拉力螺钉固定的应用基础研究提供一种全新的研究方法；3、为导向器引导经皮S1骶髂关节螺钉固定骶髂复合体损伤的可行性提供应用解剖学基础；4、为骶髂关节复合体损伤经皮拉力螺钉固定的术前个性化准备和治疗提供实验方法和依据第一部分经S1骶髂螺钉钉道参数测定及探讨一种新的定位方式材料与方法一、获取数据及构建骨盆三维模型随机取自2009年4月至2013年7月在我院行完整骨盆螺旋CT (SOMATOM Definition Siemens公司)扫描的成年患者60例,男女各30例；年龄18～74岁,平均(45.1±14.6)岁,共120个半骨盆数据,均无解剖异常和骨质病变。扫描条件：电压120kV,层厚1.25mm,512×512矩阵。将CT数据以DICOM;格式储存并导入医学影像互交控制系统(Mimics10.01),界定闽值(Thresholding)选用"bone CT",然后采用区域增长(Region growing)进行三维重建。二、S1骶髂螺钉进针点有效区域研究(图5)将模型“透明化”处理,于侧面可观察S1骶髂关节面的投影区域,连接髂前上棘(ASIS)最高点(A)与髂后上棘(PSIS)最高点(B)为直线AB,侧方观察AB与S1骶髂关节投影区域的位置关系。三、探讨S1椎体置钉的理想操作平面(图6)以AB为轴生成平面P,此时P可围绕直线AB可以360。旋转,还需寻找第三个定位点方可确定唯一平面。调整P的位置,在二维视窗分别观察P在S1椎弓根最狭窄处(图6A)及椎体正中(图6B)的切割位置。拟定当P切割S1椎弓根最狭窄处中心位置时为理想平面,扩大平面范围,然后在三维视窗观察并统计P在S1棘突的切割区域分布情况(图6D),分析性别及左右之间的差异,在切割区域内选择一点作为定位操作平面的第三点,指导下一步实验。本实验将S1棘突划分为4个区域(图6E)：1区：L5S1(腰5骶1)棘突之间；2区：S1棘突上1/2；3区：S1棘突下1/2；4区：S1棘突基底部以下。四、理想平面上进针点有效范围研究及进针点的确定(图7)根据上一步研究结果,确定置钉操作平面P,用P切割半骨盆模型,利用软件分割功能分离独立模块(图7A),直观观察并记录骶髂关节前缘(E)和后缘(F)于直线AB上的垂直投影范围(EF)(图7B),此范围即为进针点有效范围,将此范围表示为：EB/AB～FB/AB。统计结果,分析性别及左右之间的差别。为方便应用,取该范围均数中点附近的整数作为最佳进针点,进行下一步试验。五、虚拟螺钉的安全角度范围及最佳进针角度的探讨(图7)按照以上实验已经确定的骶髂螺钉操作平面及进针点模拟置钉。用Mimics软件生成圆柱体C代替螺钉(图7C)。因为目前关于S1椎体骶髂螺钉最佳直径的研究已经很多,本实验不再重复研究,直接设置圆柱体直径为7.3mm,模拟临床常用的骶髂螺钉,长度至S1椎体正中线位置。调整圆柱体位置,以进针点为圆心在平面P上摆动,在三维、二维及透明化等视窗观察调整圆柱体位置,当圆柱体穿出S1椎体前皮质和S1椎弓根狭窄处后皮质时为止,此时C与AB的夹角Y为螺钉进针角度,大小临界值差值为γ的安全范围(图7D)。统计数据,分析性别及左右之间差异,取该范围均数中点附近的整数值作为恒定的进针角度。六、数据统计与分析本实验数据采用SPSS13.0统计分析。对测量参数计量资料采用(x±s)表示。在比较性别之间和左右两侧之间在差异性时进行独立样本t检验(检验水准P<0.05有统计学意义)。结果(1)髂前后上棘骨性突出点(分别为A、B)与S1椎体棘突中点构成的平面可作为S1椎体置钉的操作平面；(2)AB连线中后1/3交点可作为此平面上的有效进针点；(3)男性角Y范围：101.4。-117.2。,女性：109.5。-120.78。。经统计分析,左右无差异,性别间有差异。结论通过逐步实验测量可以得出以A、B和S1椎体棘突中点定位操作平面,AB连线中后1/3交点为进针点,男性采取角Y=110。进针,女性采取γ=115。进针,可作为新的S1螺钉定位参数及进一步研发经皮导向器设计的应用解剖学依据。第二部分经S1骶髂螺钉新定位方式的准确性验证材料与方法一、数据获取在课题组的骨盆CT原始数据资料库中,随机选取40例健康成年人的完整骨盆数据并按照第一部分描述的方法进行三维模型重建。其中男20例,女20例,共获得80例半骨盆模型。二、S1骶髂螺钉的新定位方式根据第一部分的逐步研究测量的结果,以A、B和S1椎体棘突中点定位操作平面,AB连线中后1/3交点为进针点,男性采取角γ=110°进针,女性采取γ=115°进针,可作为新的S1螺钉定位方式。在本阶段的实验中,将通过40例骨盆模型,按照此定位方式模拟置钉,对其准确性进行验证。三、新参数模拟置钉,检测成功率,验证新定位参数的准确性在骨盆三维模型中,找到定位针道的三个参照点,利用空间坐标生成操作平面P,按照以上实验研究的定位方法设定定位参数置入直径为7.3mm的圆柱体代替空心螺钉。判断置钉的成功率及安全性。定义成功标准为：顺利植入直径为7.3mm圆柱体且不穿出S1椎体任何一侧皮质,否则为置钉失败。统计成功率,比较性别之间差异,探讨此定位方法的准确性、稳定性及安全性。四、数据统计与分析模拟置钉实验中采用卡方检验(检验水准a=0.05)比较男女之间成功率差异。结果纳入40例完整骨盆(男女各20例),根据以上实验参数置钉,选定ASIS、PSIS及S1椎体棘突中点定义操作平面P,以LAB中后1/3交点为进针点,男性进针角度γ为110。；女性为115。。男性40例半骨盆,置钉成功37,置钉成功率：92.5%；女性40例半骨盆,置钉成功36,置钉成功率：90%,男女之间模拟置钉成功率比较(X2=157,P=0.692)无统计学差异,植入的螺钉长度均可达S1椎体中点,可以满足临床需求。结论以A、B和S1椎体棘突中点定位操作平面,AB连线中后1/3交点为进针点,男性采取角γ=110。,女性采取γ=115。作为S1骶髂螺钉的定位参数,模拟置钉结果满意,可作为新的螺钉定位方式及进一步研发经皮导向器设计的应用解剖学依据。