髋臼骨折是近年来创伤骨科领域研究的热点之一,主要发生在青壮年,多为高处坠落或者交通事故导致的间接暴力及挤压暴力引起。由于现代工业、建筑业、交通运输业的飞速发展,髋臼骨折越来越多见,呈现逐渐增多的趋势。在过去50年间骨盆髋臼骨折的治疗有了突飞猛进的发展,产生了许多手术入路和固定方法,但是仍然无法将某些骨折完全解剖复位。最近的二十年,切开复位内固定已成为移位大于2mm,累及髋臼负重区骨折标准的治疗方法[2-7J髋臼骨折可分为简单骨折和复杂骨折。其中复杂型髋臼骨折在临床上更为常见,占所有髋臼骨折44%,包括横形骨折、T型骨折、双柱骨折、前柱伴后半横形、前壁伴后柱骨折。对于累及到髋臼后柱骨折的手术方式有：①后路切开复位钢板内固定；②前路切开复位,前柱钢板并后柱拉力螺钉联合固定；③闭合复位,拉力螺钉固定。在横断骨折、T型骨折和双柱骨折经常被迫采用前后联合入路。但是在部分复杂髋臼骨折中,临床上完全可以采用单入路手术,如单一的前方入路,复位满意后,后柱应用顺行拉力螺钉固定,前柱应用重建钢板固定,这样就可省去后方入路。单入路的好处明显：相对联和入路,手术时间短,肌肉软组织剥离少,降低了术中失血量及术后感染和异位骨化等并发症的发生率。另外,后方入路可导致臀上血管神经、坐骨神经损伤。因此,前柱钢板联合后柱拉力螺钉固定复杂髋臼骨折,是一种创伤少、并发症少的手术方式,但是后柱拉力螺钉的置入困难,是阻碍这一手术方式推广的主要原因。顺行拉力螺钉置钉困难,手术要求高,难点是：①螺钉误入髋关节：②螺钉置入过程中损伤重要神经、血管；③进针方向难以确定；④拉力螺钉置入长度不够,导致固定不坚强,术后骨折再移位；⑤术中常需反复置钉,需反复投照X线确定位置,增加了医患双方的辐射损害。因此,手术的关键与难点是：如何提高髋臼后柱顺行拉力螺钉置钉的成功率和准确性。数字骨科的出现为骨盆髋臼骨折治疗的临床基础研究提供了一种全新的研究方法,它与传统的尸体解剖研究相比,具有准确度高、一致性好、可重复性强和节约医学资源等优点。Mimics是一款强大的图像及编辑软件,可将图片高度整合,重建成三维图像,并可以进行多种形式编辑。本研究收集了48例骨盆CT数据,应用Minics辅助重建并模拟置入后柱拉力螺钉,将置钉参数进行收集并处理,在逆向工程软件UG上利用该参数设计出髋臼后柱顺行拉力螺钉置钉的导航模板,用快速成形技术和数码铣床生成实体模型,并在骨盆干性标本上进行验证和调整,最后进行初步的临床应用。研究目的：1、研究利用数字骨科技术,模拟置入髋臼后柱顺行拉力螺钉,测量髋臼后柱顺行拉力螺钉置钉的置钉参数,为设计髋臼后柱顺行拉力螺钉置钉导向器提供数字解剖学帮助；2、运用骨盆标本,模拟髋臼后柱顺行拉力螺钉固定的手术工程,螺钉置钉钉道的解剖学参数进行测量,以验证三维重建骨盆的数字化模型测量方法和研究结果的准确性和可靠性；3、设计并制作出髋臼后柱顺行拉力螺钉置钉导向器的实物模型,并在尸体标本上通过导向器辅助髋臼后柱拉力螺钉顺行置钉,分析导向器辅助置钉的成功率及准确性,以验证导向器设计的合理性和准确性；4、开始初步的临床应用,探讨导航模板辅助前柱钢板联合后柱拉力螺钉固定髋臼骨折这一手术方式的可行性。第一章 髋臼后柱逆行拉力螺钉固定置钉解剖学数字模型研究随机选取2012年5月至2013年7月收入我院并行完整骨盆螺旋CT(GE MediCalsystems/lightsDeed 16型)扫描的42例患者。将CT图像以.DICOM格式储存并导入医学影像互交控制系统(Mimics15.00,比利时)。将重建的骨盆三维模型向同侧旋转450(相当于髂骨斜位X线片),予半透明化处理,在髋臼后柱模拟逆行置入三维圆柱体,调整其位置,逐步增大圆柱体的直径至6.5mm,在不同的平面上观察虚拟圆柱体是否穿出髋臼后柱的骨皮质或者进入髋关节。同时向各个方向旋转三维重建模型观察圆柱体,确保圆柱体未穿出骨皮质或者进入髋关节。测量进钉点、进钉方向和拉力螺钉最大长度。制备截骨面并测量。所得数据用SPSS 19.0软件行统计学处理,各组数据以“均值±标准差”(X±s)表示,两独立样本计量资料间的比较采用两独立样本t检验,P<0.05表示差异有统计学意义。分析比较各指标在男女之间的差异。结果：髋臼后柱虚拟植入的三维圆柱体置入点位于坐骨结节内外侧缘的中线上,距坐骨结节最远端的距离平均为(17.41±3.12)mm,三维圆柱体的最大直径为(11.71±4.86)mm,平均最大长度为(129.40±6.94)mm。与水平面、冠状面和矢状面的夹角分别为(70.81±6.35)°、(14.73±8.13)°和(9.81±5.29)°,其中三维圆柱体的最大直径、长度以及它与矢状面的夹角在男、女性之间存在统计学差异(P<0.05)。髋臼后柱各个截骨面中最小的内外径平均为(20.25±2.51)mm,各截骨面中最小的前后径平均为(19.37±3.10)mm；均明显大于虚拟三维圆柱体的平均最大直径。结论：1.髋臼后柱虚拟植入的三维圆柱体的进钉点位于坐骨结节内外侧缘的中线上,距坐骨结节最远端的距离平均为(17.41±3.12)mm。2.髋臼后柱均可置入6.5mm的拉力螺钉,男性在矢状面上的进针角度和置入的拉力螺钉长度均大于女性。3.髋臼后柱拉力螺钉的直径不能通过截骨面的内外径、前后径及截骨面的圆盘直径来确定。4.数字骨科技术为髋臼后柱逆行拉力螺钉固定的应用解剖学研究提供了方便,并能有效地辅助该技术的临床应用。第二章顺行拉力螺钉固定髋臼后柱骨折进钉的解剖学数字模型研究随机选取2013年9月至2014年6月收入我院,因为其他系统疾病行完整骨盆螺旋CT(GE MediCalsystems/lightsDeed 16型)扫描的48例患者。将CT图像以.DICOM格式储存并导入医学影像互交控制系统(Mimicsl5.00)。将重建的骨盆三维模型向同侧旋转45°。(相当于髂骨斜位X线片),予半透明化处理,根据第一部分测得的解剖参数在髋臼后柱模拟置入三维圆柱体。调整其位置,逐步增大圆柱体的直径至6.5mm,在不同的平面上观察虚拟圆柱体是否穿出髋臼后柱骨皮质或进入髋关节,或通过三维模型上各个方向观察圆柱体,以确保圆柱体未穿出骨皮质或者进入髋关节。1.以髋臼后柱虚拟置入的三维圆柱体在髂骨翼内侧面的穿出点为髋臼后柱顺行拉力螺钉置钉的进针点O,以点O向弓状缘做垂线,与弓状缘交于点P,连接点P至骶髂关节最前缘点G。测量OP和PG的距离。2.测量拉力螺钉的进钉方向实际上就是测量拉力螺钉与髂骨内板表面的夹角。分别以进针方向与进针点平面α的夹角∠φ和进针方向与弓状缘的夹角Lθ定义为拉力螺钉的外侧角和后倾角。利用文件(File)中的“重新切分项目"(Reslice Project)功能和“工具栏’’(Tools)中的“3D角度测量工具’’(Measure 3D Angle),直接测量进针方向与髂骨内板表面的外倾角∠φ和进针方向与髂骨内板表面的的后倾角∠θ。3.直接采用三维距离测量工具,测量虚拟三维圆柱体置入点到穿出点的距离,即拉力螺钉的最大长度。所得数据用SPSS 19.0软件行统计学处理,各组数据以“均值±标准差”(X±s)表示,两独立样本计量资料间的比较采用两独立样本t检验,P<0.05表示差异有统计学意义。分析比较各指标在男女之间的差异。结果：顺行拉力螺钉在髂骨翼内板的进针点O至弓状缘的垂直距离OP平均为(12.38±2.54)mm；P点至骶髂关节最前缘G的距离平均为(18.42±6.18)mm；拉力螺钉与平面a的夹角∠φ平均为(37.47±4.01)°；与弓状缘的夹角∠θ平均为(55.43±2.64)°：能植入拉力螺钉的平均最大直径为(10.80±2.95)mm,平均最大长度为(127.36±6.91)mm。PG距离,女性组比男性的长(21.75mm> 13.24mm),且两者差异有显著性意义(t=10.320,P<0.0001)；圆柱体与平面a的夹角∠φ,女性组比男性的大(40.93°>33.28°),两者差异有显著性意义(t=6.792,P<0.0001)；置入圆柱体的长度方面,男性比女性的长(134.51mm>122.76mm),两者差异有显著性意义(t=9.944,P<0.0001),置入圆柱体的直径方面,男性比女性的大(11.85mm>9.57mm),两者差异同样有显著性意义(t=2.878,P=0.0061),而进针点O到弓状缘的垂直距离OP、虚拟三维圆柱体与弓状缘的夹角在男女性别间差异无统计学意义。结论：1.髋臼后柱顺行拉力螺钉的进钉点位于髋臼上方的髂骨内板表面,进钉点(0)至弓状缘的最短距离(OP)平均为(12.38±2.54)mm：P点至骶髂关节最前缘(G)的距离(PG)平均为(18.42±6.18)mm。2.髋臼后柱均可置入6.5mm拉力螺钉,男性在进钉方向外倾角和拉力螺钉长度、直径方面较女性大。3.数字骨科技术为髋臼后柱逆行拉力螺钉固定的应用解剖学研究提供了方便,并能有效地辅助该技术的临床应用。第三章顺行拉力螺钉固定髋臼后柱骨折的解剖学骨盆干性标本的研究自南方医科大学解剖教研室标本库中挑选出31具半骨盆骨性标本,其中男性标本14具,女性标本17具。所有标本均保存完整,在肉眼观察及X线透视下未见畸形及骨折。通过逆行置入拉力螺钉的方法来确定顺行拉力螺钉进钉点。以斯氏针作为逆行拉力螺钉的导针,置入点参考第一部分的研究结果,距离坐骨结节最远端为(17.41±3.12)mm逆行置入1根斯氏针(直径3.5mm),进针角度平行于四方区,以未穿入髋关节及穿出后柱骨皮质为置钉成功的标准。将斯氏针在髂窝面的穿出点标记点O(此点即为顺行置钉的进钉点)。按照上述方法,分别在31具半骨盆干性标本髋臼后柱逆行置入一根斯氏针,对斯氏针的空间位置进行解剖学测量：1.以髋臼后柱置入的斯式针在髂骨翼内侧面的穿出点为髋臼后柱顺行拉力螺钉置钉的进针点O,以点O向弓状缘做垂线,与弓状缘交于点P,连接点P至骶髂关节最前缘点G。测量OP和PG的距离。2.测量拉力螺钉的进钉方向实际上就是测量拉力螺钉与髂骨内板表面的夹角。分别以进针方向与进针点平面α的夹角∠φ和进针方向与弓状缘的夹角∠θ定义为拉力螺钉的外侧角和后倾角。利用万能角度量角器直接测量进针方向与髂骨内板表面的外倾角∠φ和进针方向与髂骨内板表面的的后倾角∠θ。3.直接采用游标卡尺,测量虚拟三维圆柱体置入点到穿出点的距离,即拉力螺钉的最大长度。确定髋臼上、下缘界限和髋臼后柱系列断面投影线：在髋臼后柱中部做后柱内侧缘的平行线L,然后通过髋臼上缘做直线L的垂线交于a点。以点a为起始点,在直线L上每隔10mm取一点,分别标记为b, c, d, e, f, g, h、i和j。通过点b,c,d,e,f,g, h,i和j分别做直线L的垂线B、C、D、E、F、G、H、I和J。根据髋臼直径大小,从伞髋关节置换器械中选择尺寸合适的髋臼试模放人髋臼,通过髋臼试模中心垂直于髋臼缘平面向四方区钻孔,通过该孔和直线D与后柱内侧缘的交点做连线,并将该连线向前方延长,该线和直线D形成的平面作为断面切割的基准平面,其他断面的切割均平行于该平面,同样方法在髋骨内侧面画出基准平面线及其余的切割线,并标出A-J线相应的位置。采用“圆盘法”确定髋臼后柱截骨面的中心,并分别测量截骨面的内外径和前后径,以及髋臼后柱拉力螺钉最大直径的测量。所得数据用SPSS 19.0软件进行统计学处理,各组数据以“均值±标准差”(X±s)表示,两独立计量资料间的比较采用两样本t检验,a取值0.05,P<0.05表示差异有统计学意义。分析比较各指标在男女之间的差别。结果：顺行拉力螺钉在髂骨内板表面的进针点(0)至弓状缘的最短距离(OP)平均为(11.94±3.03)mm;P点至骶髂关节最前缘(G)的距离(PG)平均为(18.00±7.03)mm;进针角度的外倾角∠φ平均为(37.95±3.89)°;进针角度的后倾角∠θ平均为(57.10±5.06)°。能置入拉力螺钉的平均最大直径为(11.90±2.52)mm,平均最大长度为(129.75±3.13)mm。经统计学分析,男性与女性髋臼后柱顺行拉力螺钉进钉点和进顶角度存在统计学差异,女性进钉点的PG距离,进针角度的外倾角∠φ比男性要大(P<0.001；P<0.001),尽管进钉点的OP距离和进针角度的后倾角∠e男女之间的差异不具有统计学意义(P=0.188；P=0.737)。此外,男性与女性髋臼后柱顺行拉力螺钉的最大长度和最大直径同样存在统计学差异(P=0.018；P=-0.033)。髋臼后柱各个截骨面中最小内外径截骨面位于D平面,内外径平均为(19.62±2.65)mm,髋臼后柱各个截骨面最小前后径截骨面位于E平面,前后径平均为(18.23±2.03)mm;均大于拉力螺钉的平均最大直径(11.90±2.52)mm。结论：1.髋臼后柱顺行拉力螺钉的进钉点位于髋臼上方的髂骨内板表面,进钉点(0)至弓状缘的最短距离(OP)平均为(11.94±3.03)mm;P点至骶髂关节最前缘(G)的距离(PG)平均为(18.00±7.03)mm。2.髋臼后柱均可容纳6.5mm拉力螺钉,男性在进钉方向外倾角和拉力螺钉长度、直径方面较女性大。3、半骨盆干性标本的测量验证了三维重建骨盆数字模型的测量结果,证明三维重建骨盆数字模型测量方法准确可靠。4.测量髋臼后柱螺钉固定的钉道参数为设计髋臼后柱顺行拉力螺钉的置钉导航模板的提供了解剖基础。第四章髋臼后柱骨折顺行拉力螺钉固定导向器的设计及初步验证取成年半骨盆干性标本40个,男性标本20个,女性标本20个,标本来源于南方医科大学解剖学教研室,所有标本均保存完整,在肉眼观察及X线透视下未见畸形及骨折。运用UG6.0(Unigraphics Solutions公司,美国)软件,打开骨盆三维重建模型,定位参考平面。根据第二、第三章研究测量出的进钉解剖学参数,确定后柱螺钉的最佳钉道。提取髂窝表面解剖学形态,建立与髂窝表面解剖学形态一致的模板。将模板与后柱螺钉通道拟合成瞄准器模板。利用快速成形技术(RP)将模板制作出来,整后将测得的参数保存为.stl文件,输人数码铣床获得实体拉力螺钉导向器装置。并选取20具成人男性半骨盆干性标本,20具成人女性半骨盆干性标本随机分为导向器组和对照组,对照组采用传统置钉方法,导向器组采用导向器辅助置钉方法。具体操作如下：安放钢板,钉孔对准进钉点,装上导向器。术者左手把持钢板并维持其在骨盆上的稳定性,右手持电钻(钻头直径2.0mm)通过导向器准备通道,测深并拧入相应长度的螺钉。本实验置入的螺钉直径均为6.5mm。对每具标本上出针点位置、置钉成功率及可置入螺钉的长度进行统计。实验中导针的出针点位置情况有以下3种：1、螺钉的准确植入髋臼后柱的髓腔,出钉点位于坐骨结节：2螺钉的前倾角过大或者过小,出钉点穿出髋臼后柱的后外侧面或者进入坐骨闭孔；3、螺钉的外倾角过大或者过小,出钉点穿出髋臼后柱内侧骨皮质穿出或进入髋关节。因此,本课题中将出针点位于坐骨结节认为导航模板准确定位;出钉点穿出髋臼后柱的后外侧面或者进入坐骨闭孔、出钉点穿出髋臼后柱内侧骨皮质或者进入髋关节则为失败。采用Fisher确切概率法,比较两种不同置钉方法的效果有无差别,P<0.05认为差异有统计学意义。本实验数据采用SPSS19.0统计分析。结果：成功地制作出与设计一致的导向器,导向器组采用导向器辅助置钉方法成功率可达到75%,其中,从髋臼后柱后外侧面穿出有2例,进入坐骨闭孔有1例,从内侧骨皮质穿出的1例,进入关节的1例。对照组采用传统的置钉方法,成功率只有35%,其中,从坐骨结节穿出的有7例,从髋臼后柱后外侧面穿出有3例,进入坐骨闭孔有0例,从内外侧骨皮质穿出的6例,进入关节的4例。导向器组的置钉成功率明显大于对照组,两者存在统计学差异(P=0.024)。可见,导向器辅助置钉可明显地提高髋臼后柱骨折拉力螺钉内固定置钉的成功率和准确性,同时也证明上述拉力螺钉导向器解剖学参数测量方法正确,结果可靠。结论：1.成功设计出可临床应用的髋臼后柱顺行拉力螺钉导航模板;2.利用该导航模板辅助髋臼后柱拉力螺钉的置入能显著提高置钉等成功率和准确性；3.数字骨科技术是髋臼后柱顺行拉力螺钉的应用解剖学研究和导向模板的设计的高效研究方法。