研究背景:髋臼骨折由于其空间构象和解剖结构的复杂,治疗上一直是骨科界的难点。像髋臼骨折这样复杂的骨折类型,二维图像仍难以判断其移位的碎片情况和骨折类型,需要阅片者有一定的解剖知识和空间思维能力,才能在脑海中构建出骨折的三维形态。而三维CT重建能较形象直观地展现骨折全貌,可以提供常规轴位像无法观察的视角,且还可以多方向旋转、着色观察等使骨折的观察更加具体逼真,因而可以清晰地观察髋臼骨折线的走行,进而帮助手术医生较清楚地了解髋臼骨折的类型和轮廓,选择更合理的治疗方案。然而髋臼骨折类型多样、骨折线多变,目前缺乏对此类骨折的“大数据”分析。近年来,骨折地图技术的出现,为我们描绘髋臼骨折的形态提供了方法。这将有助于骨科医师提高对该类骨折的认识,加深髋臼骨折线走形和分布的理解。而作为髋臼骨折中较为复杂和发病率较高的髋臼T形骨折,有研究报道认为T形骨折是预后最差的髋臼骨折,此类骨折的解剖复位率也不到60%。特别是由于此类骨折暴力多为高能量损伤有关,中心性脱位较常见,因而术后常出现股骨头及关节面的损伤,并发症较多,可谓是髋臼骨折各亚类中最为棘手的类型。目前对于髋臼T形骨折的治疗仍存在一定的争议,在内固定稳定性和入路选择上,仍然是根据术者的习惯和经验来决策的。而近年来与该骨折类型相对应的内固定及其生物力学稳定性方面研究较少。且不少学者提出使用Stoppa入路结合内髂坐钢板治疗后柱骨折,这为骨盆前入路治疗髋臼T形骨折提供了新的方法。由于目前关于髋臼T形骨折的固定,内固定物选择较多,在损伤机理和内固定物研制方面的实验生物力学进展缓慢,因而需要进一步研究髋臼T形骨折的生物力学稳定性。研究目的:1、通过三维重建分析髋臼骨折线走行和分布,为更好地认识髋臼骨折分型和内固定提供新的方法。2、通过有限元技术对比分析髋臼T形骨折单切口三种内固定方式与微创双螺钉、前后联合入路双钢板固定方式在生物力学稳定性上的差别,为临床治疗该类骨折入路和内固定方式的选择提供理论依据。第一部分三维重建髋臼骨折地图的绘制研究对象及方法1.研究对象:收集1名健康成年男性骨盆CT平扫数据,扫描范围包括第5腰椎至双侧股骨上1/3,扫描条件为选择骨窗层厚为0.5mm进行扫描,存储格式为:DICOM。需先行X线检查无发育异常、畸形、肿瘤和损伤史,作为正常的模板。另外选择符合条件的南方医科大学南方医院2010年—2017年骨盆髋臼骨折患者153人,其中男性118例(77%),女性35例(23%),平均年龄40.5±14.8岁,年龄范围14—82岁。其中部分患者有双侧髋臼骨折,左髋78例,右髋82例,总计160例骨折,髋臼骨折按Judet—Letournel分型:后壁骨折38例,后柱骨折6例,前壁骨折2例,前柱骨折29例,横形骨折11例,后柱伴后壁骨折7例,横形伴后壁骨折14例,前柱伴后半横形骨折8例,T形骨折16例,双柱骨折29例。2.方法:将健康志愿者二维CT数据导入Mimics17.0软件中,通过区域增长、去除股骨和骶骨,得到右侧髋骨,三维重建得到髋骨三维实体模型,截取内侧、后侧、后壁视图作为模板。将符合标准的160例髋臼骨折CT数据分别导入Mimics软件中,用同样的方法得到骨折侧的髋骨三维数据。并通过切割分离、旋转移位等操作步骤完成骨折的复位拼接建模,对髋臼内侧面进行多张不同角度截图,将左侧髋骨图像水平翻转成右侧髋骨,用Adobe illustrator软件进行绘图,所有骨折线描绘完成后,进行叠加形成骨折线地图,观察其形态特点,结合常用髋臼骨折分型及相关研究进行分析。3.三维重建技术在骨折地图绘制及治疗方面的应用利用CT扫描数据进行三维重建,可以帮助观察骨折形态和损伤情况,有助于统计观察某一种骨折类型的特点,并为手术方案的设计、手术入路的选择、内固定方式和骨折的分类标准化提供指导。研究结果总计纳入骨盆髋臼骨折160例,左髋78例,右髋82例,髋臼骨折按Judet—Letournel分型:后壁骨折38例,后柱骨折6例,前壁骨折2例,前柱骨折29例,横形骨折11例,后柱伴后壁骨折7例,横形伴后壁骨折14例,前柱伴后半横形骨折8例,T形骨折16例,双柱骨折29例。通过三维重建所画出的骨盆髋臼骨折线:涉及前柱骨折线100条、涉及后柱骨折线68条、髋臼后壁骨折线40条。在所有的骨折线类型中,经过前柱的占48.1%(100/208),经过后柱的占 32.7%(68/208),后壁骨折线占 19.2%(40/208)。结论通过CT数据重建分析髋臼骨折线,能够清晰展现髋臼骨折线的多发区域,加深我们对髋臼解剖结构与骨折好发部位、骨折线走行的认识和理解。对髋臼骨折线的综合分析研究对于手术入路、内固定的选择和固定、复位技巧等可能有较大的指导意义。第二部分 髋臼T形骨折内固定的有限元分析研究对象及方法1、实验对象选择一名健康成年男性志愿者,经X线检测排除骨盆骨折、畸形等异常。采用多排螺旋CT行层厚层距为0.8mm的薄层CT扫描,以DICOM格式导出,共获得350张CT图像。2、建立骨盆模型将上述CT扫描数据导入Mimics17.0软件中,提取出各骨块的松质骨和皮质骨,并导入Geomagic2013软件中,通过逆向成型操作,保存成STEP格式文件。将处理后的模型导入Slidworks2016软件中进行装配和关节面软骨处理。然后将整个骨盆模型导入Ansys 17.0软件中,设置韧带、骨骼材料属性、关节面接触,建立完整的骨盆有限元模型。3、有效性验证:通过测量重建的原始骨盆三维模型和优化处理后的有限元骨盆模型相关标志点之间的距离并进行对比来验证解剖学差异,利用t检验检测两者无统计学差异。力学传导特性验证:将正常骨盆模型导入Ansys软件分别模拟站立位和坐位,观察位移云图和应力云图,左右侧对称,本实验建立的模型有效。4、建立髋臼T形骨折内固定模型将验证有效的骨盆模型导入Solidworks2016软件中,建立髋臼T形骨折模型;并制作髋臼T形骨折五种不同的内固定模型:(A)前柱重建钢板+后柱拉力螺钉、(B)后柱重建钢板+前柱拉力螺钉、(C)前柱重建钢板+后柱内髂坐钢板、(D)双柱逆行拉力螺钉和(E)前柱重建钢板+后柱后髂坐钢板。5、骨折模型的约束加载及数据收集将髋臼T形骨折的5种内固定模型分别导入Ansys17.0软件中,站立位时对双侧股骨下端截面进行约束固定,坐位时对坐骨结节进行约束固定,在S1椎体终板上施加600N载荷进行力学分析。检测指标包括:(1)测量骨折线上前柱、后柱各16个节点的位移数据,平均位移越大则表示该内固定方式越不稳定。(2)比较骨折线上最大应力值,应力越大表示越不稳定。研究结果无论是站立位还是坐位,前柱各个节点位移均数由大到小为:D>B>A>C>E,后柱位移均数为:D>A>B>C>E,即钢板固定位移较螺钉固定位移小。而在骨折端的最大应力中,不管何种内固定,站立位下应力集中区域主要在前柱骨折线上,其中使用前柱螺钉固定时前柱应力最大;坐位下应力集中区域主要在后柱,且后柱螺钉固定时后柱骨折端应力最大,组合钢板和双钢板固定时骨折端应力则较小。结论对髋臼T形骨折复位固定方式的选择上,笔者认为单切口前柱重建钢板结合后柱内髂坐钢板(组合钢板)进行固定不失为创伤较小且固定效果好的方法,对于前后柱移位较大或伴后壁骨折者可采用双柱重建钢板方式固定。而对其中一柱粉碎程度和移位小、可通过撬拨良好复位的患者,可采用一柱重建钢板另一柱拉力螺钉的方式进行固定。