研究背景骶髂复合体由骶髂关节及周围韧带组成,形成吊桥结构稳定骨盆环,是骨盆的主要稳定结构,承载主要的应力负荷。但六分之一的骨盆骨折累及骶髂关节复合体,不同程度地损伤骶髂关节及周围韧带,进一步造成骨盆环的不稳定。因此,重建骶髂关节复合体的稳定性对于治疗骨盆骨折非常重要。Avila1941年首先提出前路手术入路以来,前路切开复位内固定术在骶髂关节损伤治疗中应用越来越广泛,尤其是在陈旧性骨盆骨折,前路手术已成为骶髂关节损伤的主要方法。目前,前路手术主要采取的内固定方式是重建钢板跨骶髂关节固定,采用两块三或四孔的重建板,跨骶髂关节成角固定。生物力学研究表明,传统重建板固定骶髂关节损伤稳定性良好。但传统骶髂关节重建板也存在一些缺点。比如：经前路手术创伤大,出血较多,且有较高的腰骶干及股外侧皮神经损伤风险。传统骶髂重建板最初采用两块钢板平行放置,因四边形的不稳定性,导致其生物力学不稳定,不能牢靠固定骶髂关节脱位。研究表明,两枚重建板成60度夹角时具有良好的生物力学稳定性。但因前路手术视野小,操作空间狭窄,难以确定夹角为60度。骶骨侧因安全范围小,容易发生腰骶干损伤或重建板放置位置错误。为了解决传统重建板的上述缺点,我们设计了一种新型骶髂关节内固定器械：骶前蝶形接骨板(SAPP)。它适合于前路手术治疗骶髂关节损伤。为明确骶前蝶形接骨板的最佳设计、生物力学稳定性及临床应用可靠性,我们分别进行了骶髂关节解剖学研究,有限元分析及生物力学研究和临床随机对照研究。第一部分：骶前蝶形接骨板的设计与依据1,设计依据1.1螺钉安全区域。骶骨翼高44.1±2.0mm,宽22.3±1.8mm,长49.4±1.4mm。耳状面为倒“L”形,上宽下窄,其短轴对骶骨翼平台,宽29.8±3.2mm；长轴对骶骨腹侧缘,长54.1±4.9mm。虽然骶骨翼平台的宽度为44mm,但其关节面宽度约为30mm。骶骨翼平台前四分之三为螺钉置钉的合适区域。髂骨骨质厚薄不均匀,根据骨盆地形图,髂骨厚度<5mm的区域为圆形,直径约5cm,位于骶髂关节附近。其上下均有厚度大于5mm的脊,两条脊的夹角约为90度。因此,骶前蝶形接骨板上下两翼应位于较厚的脊上,上下两翼部的夹角可设计为90度,长度为25mm。体部长度应为25mm。1.2神经安全区域。骶骨翼平台上L4神经根前支与骶髂关节线的距离比L5神经根前支、腰骶干近,其距离由背侧至腹侧为22.2±2.6mm～9.1±1.6mm。最腹侧距离L4神经根前支最近,小于普通钢板的宽度,不宜放置内固定。骶前蝶形接骨板的设计宽度为10mm,在骶骨翼平台上,除最腹侧外,L4神经根距离骶髂关节线的距离均大于10mm,可以安全放置骶前蝶形接骨板。2,设计规格及材料骶前蝶形接骨板(SAPP)的设计为半侧蝴蝶形,由上下翼部和体部组成。上下翼部与体部连接,分别成135度夹角,上下翼部夹角为90度。蝴蝶板宽度为10mm,上下翼部与体部的长度均为25mm。六枚钉孔采用滑动加压设计,均采用3.5mm直径螺钉。蝴蝶板体部有一个2.0克氏针的临时固定孔。体部、上下翼部中间部分板两侧有直径为2.0mm的半圆孔。设计材料为Ti-6Al-4V合金。3,设计可行性验证采用成人男性骨盆标本4具(8侧),全层切开腹壁,切断髂肌,去除腰大肌,充分显露骶髂关节,注意不要损伤神经,并确保神经在其原始位置。置入骶前蝶形接骨板。在体部内侧缘标记A(最前点)、B(中点)及C点(最后点)。测量A、B、C点与L4神经根前支、L5神经根前支的距离。结果：骶前蝶形接骨板内侧缘距离L4神经根的距离最近,距离L5神经根较远。其中骶前蝶形接骨板上C点(骶前蝶形接骨板内侧缘最腹侧点)距离L4神经根最近,距离为2.5±12mm。放置骶前蝶形接骨板时仍有一定的安全空隙。骶前蝶形接骨板骶骨侧的两枚螺钉深度在6mm左右,髂骨侧4枚螺钉深度在3.0mm左右,具有较好的把持力,避免了在髂骨薄弱处置钉,可以提供良好的生物力学稳定性。第二部分：骶前蝶形接骨板的有限元分析和生物力学研究第一章：骶前蝶形接骨板的有限元分析方法：通过山东省立医院医院伦理委员会审查,招募健康成人男性志愿者1名,男性,23岁,身高172cm,体重70Kg。通过三维CT扫描,得到骨盆的三维扫描图像,导入Mimics软件制作骨盆的三维模型并网格化。应用Solidworks软件绘制两种角度的骶前蝶形接骨板的模型SAPP90、SAPP60,绘制传统重建板模型(三孔),绘制两种螺钉：长螺钉50mm,短螺钉30mm,直径均为3.5mm。将骨盆三维模型及骶前蝶形接骨板、传统重建板、两种螺钉模型导入Abaqus软件中,设置各种材料的属性、杨氏模量等,设置骨盆韧带的数量、位置、刚度等。在双侧髋臼设置边界条件并在S1上终板施加600N载荷,进行模拟分析,得出各个模型的应力分布、位移分布,比较骶前蝶形接骨板和传统重建板固定骶髂关节脱位后的最大位移和旋转位移。结果：在S1椎体上终板施加600N的应力后,SAPP90模型的最大位移是0.618mm,旋转位移是0.404度,Von Mises应力值是186N。SAPP60模型的最大位移是0.730mm,旋转位移是0.561度,Von Mises应力值为275N。TP90模型的最大位移是0.886mm,旋转位移是0.769度,Von Mises应力值是251N。TP60模型的最大位移是0.778mm,旋转位移是0.748度,Von Mises应力值是523N。TP30模型的最大位移是0.979mm,旋转位移是0.895度,Von Mises应力值是241N。TP00模型的最大位移是1.101mm,旋转位移是0.936度,Von mises应力值是232N。完整骨盆模型的最大位移是0.478mm,旋转位移是0.298度,Vonmises应力是48.7N。右侧骶髂关节损伤模型的最大位移是1.992mm,旋转位移是3.146度,Von mises应力最大值221N,位于左侧骶髂关节线腹侧。结论：在所有骶前蝶形接骨板及传统重建板的测试模型中,骶前蝶形接骨板(SAPP90)的垂直位移及旋转位移均最小,证明了设计的骶前蝶形接骨板(SAPP90)具有最好的生物力学稳定性。SAPP90模型的应力分布,集中在右侧骶髂关节及骶前蝶形接骨板上,以骶前蝶形接骨板下翼部螺钉处最大。在右侧骶髂关节脱位模型中,右侧骶髂关节无稳定结构,应力集中到左侧骶髂关节处。骶前蝶形接骨板重建了骨盆后环的稳定性,将应力分布在两侧,而非集中在健侧。传统重建板模型中,TP60的位移及旋转位移最小,TP00的位移及旋转位移最大,证明成60度夹角放置的传统重建板比其他角度的传统重建板有更好的生物力学稳定性,但生物力学稳定性小于骶前蝶形接骨板。第二章：骶前蝶形接骨板的生物力学研究方法：利用4具带有韧带的骨盆标本(成年男性)和16具成年男性完整骨盆模型(Sawbones1301-1),制作右侧骶髂关节损伤的模型,并将模型连接Instron生物力学测试仪和高精度非接触式磁栅位移测量系统。分别将自制骶前蝶形接骨板和传统重建板模型、钛合金(Ti-6Al-4V合金)制骶前蝶形接骨板和传统重建板模型安装在右侧骶髂关节损伤的模型上,以2mm/s的速度在S1上终板施加载荷,最大载荷设定为600N。测量自制骶前蝶形接骨板和传统重建板断裂时的最大应力和各自的应力-位移曲线。测量Ti合金制骶前蝶形接骨板和传统重建板在600N载荷下的垂直位移和旋转位移,计算其应力-位移曲线,比较分析骶前蝶形接骨板和传统重建板的生物力学稳定性。结果：在S1上终板施加速度为2mm/s的载荷后,自制骶前蝶形接骨板和传统重建板模型均在载荷小于600N时发生断裂。其断裂时的应力值：SAPP90模型为496.7±100.8N;SAPP60模型为398.6±79.9N,TP90模型为291.5±69.0N,TP60模型为294.9±68.1N,TP00模型为231.1±68.1N。各组间差异具有统计学意义(p=0.047)。在载荷为600N时,骶前蝶形接骨板(SAPP90Ti)的垂直位移是0.43±0.12mm,旋转位移是0.518±0.145度,位移-应力曲线：y=134.32x+45.474,R2=0.61。传统重建板(TP60Ti)的垂直位移是0.51±0.13mm,旋转位移是0.742±0.214度,位移-应力曲线：y=105.09x+62.808,R2=0.4。两组间最大位移和旋转位移差异有统计学意义(p=0.049,0.032)。结论：自制骶前蝶形接骨板和传统重建板模型的生物力学比较中,SAPP90能够承受最大的应力载荷,其位移-应力曲线斜率最大,证实其为最优设计方案。TP60在传统重建板中具有最大应力载荷,为最佳传统重建板设计。应用钛合金制作骶前蝶形接骨板(SAPP90)及传统重建板(TP60),进行生物力学测试,骶前蝶形接骨板的位移比较传统重建板更小,证明骶前蝶形接骨板比传统重建板具有更好的生物力学稳定性。第三部分骶前蝶形接骨板的临床对比研究方法：山东省立医院2012年1月至2013年6月治疗了29例30侧骶髂关节损伤,对其临床资料进行了回顾性分析,其中16例16侧骶髂关节损伤行骶前蝶形接骨板内固定,13例14侧骶髂关节损伤行传统重建板内固定。骶前蝶形接骨板组,男7例,女性9例,平均年龄为39.6±9.1岁,Tile B型骨折9例,C型7例；传统重建板组,男7例,女6例,平均年龄为39.1±13.5岁,Tile B型骨折8例,C型5例。两组间比较均无统计学差异。统计手术时间、出血量、钢板放置时间等,术后行X线检查及Matt a评分,随访时行X线检查及Majeed功能评分。结果：骶前蝶形接骨板组平均手术时间101.1±31.9min,出血1091.8±302.9ml,骶前蝶形接骨板放置时间6.3±3.1min。传统重建板组平均手术时间110.8±29.6min,出血1154.1±281.2ml,重建板放置时间14.9±1.6min。术后Matta评分,骶前蝶形接骨板组优5例,良8例,传统重建板组优4例,良6例。29例患者随访中出现腰骶干损伤1例,股外侧皮神经损伤7例,术中大出血2例,未出现术后感染。骶前蝶形接骨板组与对照组相比,钢板放置时间明显缩短(p=0.001),Tile B型手术出血量明显减少(p=0.024),其余差异无统计学意义(p>0.05)。结论：骶前蝶形接骨板治疗骶髂关节损伤获得了满意的复位结果和良好的固定效果,未发生接骨板断裂、腰骶干损伤及术后感染等并发症。同传统重建板相比较,骶前蝶形接骨板可以简化操作、缩短钢板放置时间、有利于旋转移位的复位、可以减少Tile B型骨折的手术出血量,不增加神经损伤风险及感染率。骶前蝶形接骨板适合于骶髂关节损伤前路手术治疗及固定,可以在临床上推广。