研究背景：随着我国经济的高速发展和城镇化脚步的加快,高处坠落伤、交通事故伤也逐渐增多,伴之而来是骨盆髋臼骨折的发病率也逐年增多。有研究表明骨盆骨折占全身骨折的1%-3%,其发生率虽位居四肢骨折和脊柱骨折之后,但骨盆骨折失血性休克的发生率却比后两者高约40%,并发症较为多见,死亡率高达10.2%。低能量损伤引起的骨盆骨折多为稳定性骨折,临床处理较容易,病人一般均能顺利康复。高能量损伤所致的骨盆骨折复杂且严重,畸形愈合、创伤性关节炎等的发生率可达50%-60%,患者的死亡率甚至高达20%左右。鉴于骨盆骨折的高致畸率及高死亡率,有必要对骨盆骨折的诊疗进行更深入的研究。关于骨盆骨折正式的的文献记载始于19学者世纪,Malgaine首次对半骨盆骨折的错位进行描述,此后Pennal首次对骨盆骨折进行了系统性地分类。目前较常用的骨盆骨折的分类方法有Tile、Young和Letoumel分类方法。早期由于对骨盆骨折的解剖和发病机制认识不足,通常采用保守治疗,但疗效欠佳。自20世纪80年代以来随着对骨盆骨折认识的深入,国外广泛采用切开复位内固定治疗骨盆骨折,逐渐手术成为治疗骨盆骨折的有效手段。随着骨盆手术的广泛开展,很多学者发现由于骨盆的解剖复杂,骨骼结构位置深在,加之很多高能量损伤导致骨折粉碎,在手术过程中很难获得清晰的术野,难免损伤神经血管。因此如何在骨盆骨折的治疗过程中,用最小的创伤获得稳定的疗效,一直是骨科医师致力探讨解决的问题。随着对疾病认识的深入、手术技巧的提升以及术中透视技术的发展,骨盆骨折的治疗也日趋微创,近年来骨盆骨折经皮固定技术得到了快速的发展,由于该技术损伤小、出血少、卧床时间短、并发症低备受临床医生的关注。骨盆环有着特殊的解剖构成,其前部结构是耻骨联合和耻骨支,文献报道前环结构对骨盆的稳定性起40%作用,后部结构占稳定作用的60%。耻骨联合或耻骨上、下支损坏,会导致前环不稳,而骶髂关节、关节囊韧带、骶骨骨折等损伤,则会导致后环的不稳。骨盆前后环骨折的切开复位内固定治疗经历了钢丝张力带、钢板螺钉、外固定支架、骶骨螺钉等方式,近年来,随着术中透视系统的发展和微创手术器械的改进,骨盆骨折的微创手术逐渐风靡起来。郭晓山等的临床实践表明采用闭合复位经皮空心螺钉内固定治疗不稳定骨盆骨折具有损伤小、出血少等诸多优点,但他同时也发现由于骨盆区的的特殊解剖、骶骨的高变异率以及术中透视的局限性,手术存在一定的并发症。有文献报道螺钉置入后错位的发生率为2.05%-13.00%,不良的置钉可能会因为损伤髂血管、精索、骶神经等重要结构而造成严重的并发症。因此准确的体表定位以及进针角度的术前设计是骨盆经皮拉力螺钉固定技术的关键所在,本研究的一部分内容是对骨盆前环区域的解剖结构进行测量,为骨盆前环骨折经皮微创治疗提供解剖学基础和可行性分析,并初步探讨空心螺钉导针的进针方向和角度,为开展微创手术提供参考。多年来,传统的骨科生物力学研究方法以尸体标本测试或者临床观察为主,但实践中发现这两种研究手段均受标本来源、个体差异、临床风险等诸多因素的限制。自从1972年学者Brekelmans首次将有限元分析的方法应用到骨科的生物力学研究,数字骨科学得到了深入发展,越来越多的研究应用数字医学技术建立骨折的模型,通过虚拟复位内固定进行预手术,术前的模拟操作能够显著提高手术的效率和成功率。其后出现的骨盆3D打印技术使得平面显示的三维图像更加直观立体,更有利于手术方案的优化及个性化植入物、工具的制定。数字骨科学的出现势必为骨科临床手术设计和个性化处理提供全新的治疗策略。本研究的另一部分内容通过采集受试对象的骨盆CT扫描数据同时结合计算机辅助有限元分析方法,根据骨盆的解剖结构,利用交互式医学图像控制系统MIMICS软件,建立了包括骨盆皮质骨、松质骨、耻骨支,耻骨联合及主要韧带结构的骨盆有限元模型,模拟了临床经皮空心螺钉固定耻骨联合分离手术,并于软件上测量空心螺钉的进针点、进针方向以及进针点与主要骨性标志的距离等,为骨盆耻骨联合分离经皮螺钉固定提供解剖学数据。经皮拉力螺钉固定钉道解剖参数的数字模型,可以直接用于临床手术,为经皮骨盆微创治疗的广泛开展提供理论指导,提高手术的准确性、安全性。此外建立骨盆前环骨折(耻骨联合分离和耻骨上支骨折)的三维有限元模型,分别使用空心螺钉和重建钢板模拟骨折的治疗,通过对骨折端应力作用下的位移和模型内部的应力情况进行计算和分析,探讨内固定方式对骨盆和植入物本身的影响,为经皮骨盆前环骨折的微创治疗提供生物力学的依据。此外利用骨盆耻骨支骨折患者的CT扫描数据打印了3D骨盆模型,通过模拟钢板螺钉的植入,实现术前的钢板预塑形、螺钉方向预设计并在真实术中验证3D打印模型对于术前规划的价值。本研究通过初步尝试3D打印技术,分析总结该技术对临床工作的实际应用价值。为验证试验设想,评价骨盆前环骨折微创手术的科学性与可行性,我们设计和进行了如下三部分研究,并将结果报告如下：第一部分耻骨联合分离经皮空心螺钉固定钉道参数的解剖学测量及其有限元研究目的：通过对骨盆前环及其毗邻组织的解剖学测量,同时利用Mimics软件对经皮空心螺钉固定耻骨联合分离的钉道参数进行研究,为经皮空心螺钉固定治疗耻骨联合分离提供解剖学依据。方法：取防腐正常成人骨盆标本20个,测量耻骨联合骨性标志的解剖参数,并测量精索(子宫圆韧带)与耻骨结节的间距,死亡冠与同侧耻骨结节的距离以及死亡冠在耻骨上支的投影。建立骨盆三维有限元模型,模拟耻骨联合分离的空心螺钉固定,利用软件测量进针点距耻骨结节外缘距离以及空心螺钉的进钉方向。结果：解剖学测量发现耻骨上支的最窄径9.137±1.189mm,两耻骨结节间距55.656±3.780mm,耻骨联合上部厚度10.510±0.814mm,耻骨联合上下距40.872±1.211mm,精索与耻骨结节间距4.408±0.314mm,子宫圆韧带与耻骨结节间距5.196±0.351mm。死亡冠与同侧耻骨结节的平均距离为44.5mm,死亡冠与其在耻骨上支投影点的平均距离为18.5mm。Mimics软件测量空心螺钉导针和水平面角度8.342±2.152°,导针和冠状面角度5.236±1.612。,进针点距耻骨结节外缘距离10.013±1.145mm。于尸体标本模拟平卧位经皮手术,术后影像学检查发现螺钉植入正确。结论：耻骨联合分离经皮空心螺钉固定钉道参数的解剖学及有限元研究结果,能够提高螺钉植入的准确性,减少并发症的发生。第二部分：空心螺钉与重建钢板螺钉固定治疗耻骨联合分离的三维有限元分析目的：比较空心螺钉与重建钢板固定治疗耻骨联合分离的力学稳定性和生物相容性,为临床的内固定术式选择提供依据。方法：对耻骨联合分离患者的髋关节进行CT扫描,建立耻骨联合分离的三维有限元模型,在MIMICS软件中采用虚拟手术功能对耻骨联合进行复位,分别建立重建钢板螺钉内固定治疗耻骨联合分离模型与空心螺钉内固定治疗耻骨联合分离模型的模型,并于加载后进行非线性有限元分析,通过应力、应变云图等观察骨组织以及植入物的应力分布特点。结果：通过应力应变云图比较分析后发现,采用空心螺钉内固定相对于重建钢板螺钉内固定的应力分布更为均匀,无应力高度集中现象,重建钢板螺钉固定存在钉板接触部位应力集中的断钉及钉道松动可能,但两者的总体位移相似。结论：利用有限元方法分析耻骨联合分离两种内固定术式的生物力学稳定性,具有较高的可重复性和真实性,从术后的力学稳定性和相容性结合临床操作的微侵袭性,经皮空心螺钉比较能满足临床骨盆损伤微创治疗的需要。第三部分空心螺钉固定与重建钢板螺钉固定治疗耻骨上支骨折的三维有限元分析目的：比较空心螺钉与重建钢板固定耻骨上支骨折的力学稳定性和生物相容性,为临床的耻骨上支骨折的微创治疗提供生物力学的依据。方法：对耻骨上支骨折的患者的髋关节进行CT扫描,建立耻骨上支骨折的三维有限元模型,在MIMICS软件中采用虚拟手术功能对耻骨上支进行复位,分别建立重建钢板螺钉内固定及空心螺钉内固定的模型,并于加载后进行非线性有限元分析,通过应力、应变云图等观察骨组织以及内置物应力分布特点。此外利用患者的CT扫描数据打印了3D骨盆模型,于术前模拟钢板螺钉的植入,进行钢板预塑形、螺钉方向预设计。结果：通过应力应变云图比较分析后发现,采用钢板内固定相对于空心螺钉内固定的应力分布均匀,总体位移小,空心螺钉固定存在一定程度的应力集中,但应力在可承受范围内。3D打印实现术前的钢板预塑形、螺钉方向预设计并在真实术中验证3D打印模型对于术前规划的价值。结论：利用有限元方法分析耻骨上支骨折的两种内固定术式的生物力学稳定性,具有较高的可重复性和真实性,钢板和空心螺钉固定均有很好的力学稳定性,经皮空心螺钉固定更适合临床骨盆损伤的微创治疗。本研究通过初步尝试3D打印技术,通过临床应用认为该技术对临床工作具有实际指导价值。