骶髂螺钉固定通道的数字解剖学研究

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背景:   骨盆位于躯干的基底、身体中央,连接躯干和下肢。骨盆的生物力学作用是将脊柱所承受的载荷传递到下肢。骨盆后环对骨盆的稳定作用占60%,前环占40%。骨盆后环最主要的稳定结构为骶髂复合体。随着我国社会经济的发展,交通事故、矿井事故等发生率逐年增高,高能量骨盆损伤率也呈逐年上升的趋势。当强大暴力造成骨盆后环骨折时,产生极其不稳定的骨盆骨折类型—垂直不稳定型骨折。随着研究的深入,垂直不稳定型骨折的本质即骶髂关节复合体的损伤越来越得到公认。过去采取骨盆悬吊、股骨牵引等非手术治疗方法,导致患者最后留有严重的后遗症,下肢不等长、骨折畸形愈合、疼痛等,致残率高达50%-60%,给患者带来了极大的痛苦。目前,国内外学者目前均主张针对不稳定型骨折采用积极的手术治疗。对于骶髂关节损伤手术治疗方式很多,主要有经前路钢板螺丝钉植骨内固定术、经后路骶髂锁定加压钢板内固定术、骶骨棒内固定术及骶髂螺钉内固定术等。在骨盆后环的各项固定方法中,实验表明,以骶髂关节松质骨螺钉固定作用最强,骶髂关节前路四孔钢板次之,骶骨后面骶骨棒固定最差。经皮穿刺骶髂螺钉固定技术可有效减少术中,出血、手术创伤及术后并发症,是目前微创治疗骨盆后环骨折的重要方法。目前经皮骶髂螺钉固定大多采用术中C形臂透视,也有学者采用计算机导航。但是,由于骨盆区的解剖因素及术中影响的局限性,据报道,即使在X线透视下,也有2%-15%的骶髂螺钉位置不佳,且有0.5%-7.7%发生神经损伤。也有学者认为CT导航双侧置入螺钉会增大错位几率,而且期间的操作不当图像预存后骨位置的变动而致使螺钉置入错位。   本研究在吸取众多研究成果及方法的基础上,将数字解剖学引入对骶髂关节固定螺钉通道的研究,针对骶髂关节固定螺钉的最佳安全通道、螺钉置入入针点、螺钉的最大安全长度、螺钉在矢状面、冠状面、水平面的角度进行研究。在三维虚拟平台上,模拟手术固定,以其探索骶髂固定螺钉的特点。   目的:   1.立骨盆的三维模拟数据库,获得骶髂关节的虚拟三维模型。   2.拟手术,建立骶髂关节固定螺钉的安全最佳固定通道。   3.究螺钉在通道内各个方向的特点,明确骶髂螺钉螺钉置入入针点、螺钉的最大安全长度、螺钉在矢状面、冠状面、水平面的角度。   方法:   1.CT数据获得随机选取2011年10月-2012年10月因其他系统疾病在冀中能源峰峰集团总医院CT科进行完整骨盆计算机断层扫描的成年患者23例,其中男12例,女11例,年龄19-83岁,平均年龄37岁,共获得23对骶髂关节,均无骨质病变和解剖学变异。图像采集设备Brilliance64排多层螺旋CT,由荷兰飞利浦公司提供。扫描条件电压140kv,层厚1.0mm,768×768矩阵。每例扫描后可以获得520-700个CT断层图像,将扫描图像以Dicom格式存储于光盘,获得23个患者完整的骨盆影像数据集。   2.骨盆三维模型建立在个人计算机上,将光盘中采集的CT骨盆断层图像.Dicom文件输入Mimics软件中,定义前(Anterior)、后(Posterior)、上(Top)、下(Bottom)、左(Left)、右(Right)方向,定位完成后,Mimics将自动生成冠状面、水平面、矢状面图像。利用Mimics软件中分割(Segmentation)菜单下的Thresholding命令,界定骨组织阈值在205-2976Hu之间,对连续的断层图像进行阈值分割设定,形成采集图像的骨骼虚拟图像。分割完成后,将蒙版(mask)图像采用系统默认的最佳三维重建模式重建出骶骨及双侧髂骨。   3.模拟骶髂螺钉固定骶髂关节在不同方向观察骶髂关节,分型骶髂螺钉在骶髂关节矢状面、水平面、冠状面的安全区域,建立安全通道。按照螺钉实际测量数值重建螺钉的三维虚拟模型。行虚拟手术,在最佳安全通道内不同方向模拟骶髂螺钉固定,并获得骶髂螺钉进钉半径、螺钉最大长度、螺钉水平位、冠状位、矢状位角度的数据。   4.统计学分析   本实验所得的数据采用SPSS17.0进行统计学分析,对于在安全最佳固定通道骶髂螺钉进钉半径、螺钉最大长度、螺钉水平位、冠状位、矢状位角度等进行统计,所得的均数采用((x)±s),同性别左右两侧之间采用配对t检验,对性别差异性行独立样本t检验,P<0.05表示差异有统计学意义。   结果:   本此研究共重建骨盆模型23个,获得骶髂关节23对,男性12对,女性11对,共计46个骶髂关节。获得数值为:安全区骶髂螺钉通道半径,男8.478±0.132mm,女8.296±0.140mm,P=0.068,P>0.05,显示男女无差别;骶髂螺钉的最大固定长度,男78.480±1.545mm,女74.713±1.911mm,P=0.004,P<0.05,说明存在性别差异;螺钉与矢状面夹角,男71.962°±2.578°,女79.340°±1.431°,P=0.0003,P<0.05,男女存在差别;螺钉与水平截面夹角,男13.053°±1.599°,女9.501°±1.724°,P=0.004,P<0.05,男女有差别;螺钉与冠状面夹角,男9.425°±1.44°,女2.356°±0.713°,P=9.580×10-6,P<0.05,存在明显的性别差别。以上各组数据男女左右侧比较均P>0.05,显示无差别。以上的结果说明,在同一个体,左右侧骶髂关节对称,骶髂螺钉的进钉通道一致;除了螺钉进钉入口的半径外,骶髂螺钉固定的长度、与矢状面、水平面、冠状面的角度均存在性别上的差别。   结论:   在Mimics软件上重建三维虚拟骨盆模型,通过对模型的不同角度的移动,可以观察到以往在X线及CT上很难观察到的骶髂关节具体切口,并在此基础上,方便、准确的确定骶髂关节固定螺钉的最佳安全通道并测量各种数据。   1.骶髂关节固定螺钉的安全通道要求均位于骨质内且指向S1椎体中央。在Mimics软件中进行分割,显示是从髂骨翼外侧板耳状面的投射区经S1椎弓根指向S1椎体中心的类扇形体。其类扇形体的中央部分就是安全最佳通道。它是随着不同的水平面不断变化的区域。螺钉在此区域内固定都是安全的。其骶骨方向、角度的不同也相应产生不同的进针点、长度及角度数值。   2.随着科技发展,数字化解剖学在骨科临床中的应用也日益广泛,将其应用在骶髂关节损伤中有其巨大的优势:对于骶髂关节损伤的患者,医生应用Mimics软件对患者骨盆的CT数据进行重建,可以生成虚拟的三维骨盆模型。在术前测量其安全最佳通道,制定个体化的进钉角度、螺钉长度,大大降低了固定骶髂螺钉产生的螺钉错位、神经血管损伤的手术风险,减少术中的X线暴露,提高手术治疗的效果。  
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