髂骨螺钉置入技术研究进展

项泱，谭军，任甜甜，魏鹏，王毳

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髂骨螺钉置入技术研究进展

项泱，谭军，任甜甜，魏鹏，王毳

近年来，髂骨螺钉置入技术已广泛的应用于脊柱-骨盆固定融合术，取得令人满意的腰骶间稳定固定效果。最近随访研究表明，对于椎体滑脱后固定融合、脊柱长节段侧凸矫形及骶骨肿瘤切除后重建的患者，髂骨螺钉固定效果较为显著。髂骨螺钉入路通道可供选择较多，各种观点尚不能统一。理论上，髂骨钉固定技术最好是尽可能避免内置物突出，同时最大限度增加髂骨后方固定节段的长度，并能使螺钉锚定强度最强。钉棒不需要使用额外的连接器直接连接，但由于髂骨解剖结构复杂，并且毗邻重要器官、神经及血管，经常会发生螺钉穿进髋关节内或损伤重要的血管和神经等严重的并发症，成为困扰此项手术开展的瓶颈。

1 脊柱-骨盆结构的解剖学特点

骨盆结构较为特殊，由骶骨及两侧髋骨组成。髋骨由髂骨、坐骨、耻骨构成，各骨之间需要靠骨盆面的软组织、韧带、耻骨支、耻骨联合及骶髂关节加强。骨盆前环由耻骨联合以及两侧耻骨上下支组成，后环由骶骨、骶髂关节以及髂骨组成。骨盆前环连接两侧承重弓，起了稳定盆腔脏器作用，并且与承重弓互相稳定和加强，参与骨盆40%的稳定作用；后环相比于前环，承载了更多的载荷，参与骨盆60%的稳定作用。髂骨由髂骨体和髂骨翼两部分组成，是髋关节的重要组成部分，还是髋骨的组成部分之一，其作用在于增强股四头肌的肌力，保护膝关节，所以在人体内的意义重大。骨盆的解剖结构较为特殊，厚薄不均，可看出髂骨从前到后由厚到薄到最厚，从上到下也由厚到薄到最厚，髂骨螺钉置入时有较多通道可选择。

Berry等研究白种人骨盆相关参数后，发现髂前下棘至髂后上棘之间存在一可置钉安全通道。刘斌等发现从髂后上棘上方24mm处到髋臼上缘方向存在一钉道，该通道厚度及长度均最佳。骨盆毗邻许多脏器、血管及神经，骶骨前方有直肠、乙状结肠、髂总动静脉等组织结构，坐骨大切迹内侧经过闭孔神经、髂外静脉等。文献报道，骶髂关节在骨盆环外距离腰骶干外侧缘为（9.6±3.6）mm，距离L5神经前支的水平距离为（23.4±4.0）mm，距离L4神经前支的外侧缘间的水平距离为（17.8±4.8）mm，上述重要神经均距离骶髂关节较近，置钉时外向偏角过小，螺钉突破内侧皮质容易造成上述重要血管、神经的损伤。

2 髂骨螺钉置入技术的发展历史及其应用范围

髂骨螺钉置入技术最早起源于20世纪50年代Harrington内固定系统，然而当屈伸、左右旋转、侧屈时，此种内固定系统无法提供足够的力学强度，容易发生假关节。70年代出现Luque内固定系统，此系统相比于Harrington内固定系统具有较大的优势，该系统借助于L型的固定棒，并且通过椎板下钢丝固定，一定程度上减小了棒在头尾侧的移动，稳定性较佳；然而此系统不能完全抵抗腰骶部屈伸及压缩力矩，仍然可能发生假关节。再之后King等发明了Luque-Galveston技术，该技术在Luque系统基础上，将棒远端穿入髂脊，使得棒的远端固定在髂骨中，然而其仍然会发生假关节及相应并发症。1984年Allen以及Ferquson首次将水平棒借由髂后上棘置入髂骨内外板障间，将纵向棒用钢丝固定于腰椎上（后来将纵向棒用椎弓根钉或钩的方法固定），该系统称为GaLveston固定系统，具有较强的抗屈曲及侧屈的力学强度，明显降低了假关节发生率及相关并发症。然而该系统也存在缺点，比如置入髂骨的光滑棒抗拔出力低，术中损伤肌肉组织等。1985年Cotrel-Dubouset（CD）系统被发明并开始使用，该系统通过椎弓根钉固定于骶骨上，进一步增强了锚定作用，然而固定于骶骨上的椎弓根钉仍然无法提供足够的力学稳定性，假关节及术后相关并发症仍有发生。

髂骨螺钉固定技术在Galveston系统的基础发展而来，该技术通过在髂骨内外板之间置入全螺纹螺钉，通过折弯的金属棒与腰椎上的椎弓根钉相连接，髂骨处的螺钉抗拨出力是Galveston技术的3倍。另外，该系统钉棒连接系统较为灵活，髂骨上可置钉部位及方向选择较多，并可置入多枚螺钉，增强脊柱远端的固定作用。然而该技术仍有其缺点，手术切口大，需分离大量的肌肉等软组织，增加术后感染的风险；另一方面，手术部位靠近维持骨盆平衡的重要肌肉韧带，特别是分离腰骶部的韧带，容易造成背侧骶髂关节不稳定。此外，髂骨螺钉进钉点位于髂后上棘突出处，与皮肤较近，其内固定钉容易突出，疼痛、压疮及皮肤破溃等是其最常见的并发症。

髂骨螺钉目前在临床上适用于以下情况：神经源性及特发性脊柱侧弯患者行侧弯矫正手术；骶骨肿瘤患者行骶骨切除术后的稳定性及功能性重建；腰椎滑脱患者联合椎弓根钉内固定手术；骨盆骨折中的骶骨不稳定骨折以及髂骨后部不稳定骨折。然而此项技术同时要求髂骨后方完整未损伤以利于髂骨螺钉的放置。目前髂骨螺钉放置方式可归纳为二类：一为闭合式复位髂骨螺钉固定技术，二为切开复位髂骨螺钉固定技术。前者适用于骶骨纵形骨折及骶髂关节分离，对于手术切开复杂或不能切开手术的合并严重软组织挫裂伤和不稳定骨盆环骨折的患者较合适，闭合复位可以早期进行，甚至可在患者复苏时期进行，并能允许患者早期活动，这样可以减少患者骨盆出血，有效减低术后并发症的发生率。经皮髂骨螺钉固定技术是一种发展趋势，对于无伴有神经组织损伤的闭合复位满意的患者，临床观察表明经皮髂骨螺钉固定可避开大的手术切开暴露，对骨盆软组织破坏较小，保持了骨盆内部空间的稳定性。切开复位髂骨螺钉固定技术的适用范围一般比较有限，一般只能够对骶髂关节骨折或者骶髂关节脱位，骶骨骨折，同时骨折部位的周围污染较少的患者适用。

3 髂骨螺钉置入技术研究结果及相关的问题

髂骨螺钉置钉时往往需要在不穿透髂骨板障的前提下获得最佳稳定性。髂骨由皮质骨和松质骨构成，内外层皮质骨，中间夹着松质骨，螺钉置入髂骨时先经过皮质骨后经过松质骨，如果螺钉与骨质接触不佳，就会影响螺钉的力学稳定性。如何提高螺钉力学性能，同时不损伤临近组织器官，安全有效置入髂骨螺钉是骨科医生需面对的问题。M ccord等对10种不同腰骶内固定系统进行综合检测后，确认髂骨钉或棒在其中对抗负荷能力最强。

Berry等研究了白种人髂骨相关解剖学数据，证实髂后上棘与髂前下棘之间存在一可容纳螺钉并保证进钉安全性的通道，因此认为髂后上棘进钉较为理想。Schwend等研究结果为髂后上棘下为合适进钉点。Schildhauer等则证实从髂后上棘稍上方更适合进钉。Schildhauer等研究了40个在医院接受治疗的骨盆创伤患者的CT影像学资料后，认为以下3条螺钉通道较为合适：经双侧骨盆自髂后上棘至髂前下棘、双侧骨盆自髂粗隆至髂前下棘和双侧骨盆自髂后下棘到髂前下棘；并同时指出，经双侧骨盆自髂后上棘至髂前下棘通道可以容纳最长和最粗的螺钉。国内郑召民等认为髂后上棘和髂前上棘之间存在一安全的直线进钉通路。在置钉长度方面，Schildhauer等的研究结果显示，对经髂后上棘至髂前上棘的人而言男性患者120 mm，女性患者90 mm的螺钉是安全的。Berry等提出白种人男性置钉长度为自髂后上棘至髂前上棘147mm，女性为141mm。而对经双侧骨盆自髂后上棘至髂前下棘骨性通道，Schildhauer等研究结果显示女性通道为（86.3±7.9）mm长，男性通道为（99.7±29.4）mm长。髂骨螺钉在抗拔出力方面要优于Galveston技术，尤其是骨质疏松患者，髂骨螺钉固定效果更佳，然而髂骨螺钉置钉过程需分离大量肌肉等软组织，对组织损伤较大，术后感染率较高，并且髂骨螺钉需通过棒与脊柱椎弓根钉连接，增加了对软组织的破坏，造成内置物占用空间较大。对于髂骨螺钉在腰骶部连接中的应用以及在髂骨上固定，仍然有较多需探讨的方面。

3.1 如何在髂骨上选择最合适的进钉点及进钉方向，以便螺钉置入髂骨内有足够的解剖安全性和力学强度，另外髂骨为外层皮质骨内层松质骨的特殊结构，并且髂骨存在两个狭窄点，螺钉置入髂骨中时如何保证不穿透髂骨板障，并且有最佳的抗拔出力及抗垂直载荷。

3.2 放置螺钉的数量是选择用一根还是多根组合，置入螺钉角度是选择平行置钉还是定成角置钉。

3.3 髂骨螺钉置钉后，螺钉尾端暴露于髂骨表面，容易造成术后不适，临床上部分医师采用取髂后上棘部分骨质的方法包埋尾端，然而去掉髂后上棘皮质骨后，螺钉尾端缺少皮质骨稳固，容易造成螺钉松动，影响螺钉的稳定性。

3.4 术中置入髂骨螺钉时，对于影像学监测，目前许多骨科医生均使用C形臂X线透视机对骨盆各方位进行透视，但这势必增加手术时间和X线暴露时间，这也是一个值得探讨解决的地方。

3.5 对于连接器的使用，其不仅破坏软组织还增加了内置物占用，并且连接部位应力较为集中，出现连接杆或钉棒断裂的可能性较大，其中纵向连接棒上的断裂最为普遍。Schildhauer等报告过一组患者，19例手术中使用过髂骨螺钉的患者6例出现过连接器断裂，椎弓根螺钉和髂骨螺钉之间较容易发生，该种并发症需要足够的重视。

3.6 骨盆解剖结构复杂，在髂骨骨盆长线处有众多的神经、血管走行，包括闭孔神经，股神经，闭孔动、静脉，股动、静脉，髂外动、静脉以及髂内静脉等。髂骨螺钉的切出和导针的穿出有可能导致严重的术中并发症，但目前尚未见相关损伤发生率的大样本研究报道，这方面问题还需进一步探讨。

4 髂骨螺钉置入技术的生物力学稳定性

现在临床上脊柱-骨盆固定应用较广泛的是髂骨螺钉与脊柱长节段固定系统通过连接器结合，研究表明髂骨螺钉作为脊柱-骨盆固定系统的远端基座，存在明显优势。与其他内固定方式相比，具有更大的钉道和更可靠的固定效果，更符合人体生物力学特性，内置物少，医源性损伤少，骨与软组织干扰少，且随着影像学的发展，完全可通过经皮螺钉微创技术完成这一手术，减小手术创伤，更加简便可行。Starr等经皮髂骨螺钉固定治疗27例骶髂关节脱位患者，23例获随访，平均27个月（18～48个月），术后患者恢复良好，骨折骨性愈合，并能正常从事日常活动。Blake等用髂骨螺钉内固定治疗20例不稳定髂骨关节骨折的患者，手术时间平均82 mm（45～180min），失血量少，患者术后1 d即可坐起活动，并且无术后相关并发症。Yinger等研究9种骶髂关节固定方法，将这9种方法进行力学性能比较，结果表面2枚骶髂螺钉相比于1枚骶髂螺钉在固定骶髂关节稳定性上更有优势。Van等通过生物力学实验提出，使用2枚髂骨螺钉相比于1枚髂骨螺钉在提高极限载荷和增强骨盆旋转稳定上更有优势。髂骨螺钉长度的选择也是手术医师应考虑的重要环节，锡林宝勒日等通过研究提出2枚不超过骶后孔的短螺钉（35～40 mm）固定骶髂关节可达满意的固定效果，但Sm ith等研究表明，S1椎体的骨密度相比于骶骨翼高60%，骨密度越高螺钉固定强度越好，因此髂骨螺钉如果能自髂骨翼后外侧通过骶髂关节固定到S1椎体，而不是固定到骶骨翼上，手术效果更明显，因螺钉过短，骨把持力低，固定不牢。但如髂骨螺钉过长，螺钉易超过对侧S1椎体前方骨皮质，造成神经血管的损伤。

5 数字化技术在髂骨螺钉置入技术研究中的应用

现阶段用于医学三维重建的软件主要有mimics、Anasys、UG等等，而应用最多并被国内外医学界所推崇的三维重建软件是m im ics软件，而生物力学研究常用方法主要有动物实验、物理实验及计算机模拟实验。计算机模拟实验应用最多的是有限元软件，m im ics软件已在临床上得到广泛的应用，尤其在重建人体骨骼方向特别是对人体骨盆的重建有突出表现，它可以任意轴向和角度旋转骨盆三维模型，也可以分别生成骨盆的不同部位，以便于对骨盆各骨形态进行观察；另外，在计算机上模拟出骨盆的三维模型，可方便快捷地进行模拟进钉操作，制定出合理的进钉方式，降低实际操作风险，同时预先制定手术方式可缩短实际手术的时间，也可以结合骨骼三维重建和快建成型技术，利用患者术前影像学资料进行骨骼重建，提高进钉手术的精确度。Schildhauer等利用计算机技术得出髂后上棘稍上方到髂前下棘有一骨性置钉通道，通过此通道进钉锚定作用最强，进钉最安全。郑召民等利用三维重建技术对髂骨置钉通道进行线性研究，得出成人髂骨髂后上棘至髂前下棘存在一可置钉直线通道，该通道上有两个狭窄点，髂骨钉通过这两个狭窄点可以起到锚固作用，并且能保证解剖安全。杨运平等利用M im ics10软件对40例正常骨盆CT平扫数据进行三维重建，并且在虚拟的髂骨上模拟髂骨钉置入，得出从髂后上棘到髂前下棘方向置入髂骨螺钉时进钉长度为（59.97±7.99）mm，TSA为（12.48±7.16）°，CSA为（56.41±6.47）°，SSA为（19.24±3.78）°。臧振华等通过计算机对骨盆三维图像中的第二骶后孔上缘水平线与髂骨内侧面交点分别向髋臼上缘、髂前下棘、髂前上棘最高点处切割骨盆，得出了三个切割平面，然后测出每个平面的钉道长度及宽度，最后得出该进钉点指向髂前下棘走向的置钉通道，是理论上腰椎骨盆固定术中置入髂骨螺钉稳定性较好的通道。苑昌方等通过计算机对髂骨进行三维重建后得出髂骨钉进钉通道并非文献报道的从髂后上棘进钉仅存的唯一线性通道，而是存在于髂后上棘进钉点附近的扇形区域均可以进钉，进钉后均可以有效锚定髂骨钉。

自1974年，Belytschko开创了有限元方法应用于骨科生物力学领域的先河，首次在脊柱力学研究中应用有限元分析技术。经过几十年的发展，目前已成为研究髂骨螺钉固定腰椎骨盆技术最常用的生物力学分析工具。虽然到目前为止，未查找到髂骨螺钉在置钉通道中所受应力的有限元分析文献，但Garcia等于2001年建立了骨盆骨折-骶髂关节脱位模型的有限元模型，分析几种内外固定用于骨盆环损伤的力学稳定性后研究发现单用耻骨联合钢板固定不牢固，必须合用2枚骶髂螺钉才能获得足够的稳定性。因此可以肯定在不久的将来，有限元软件在髂骨螺钉应力方面的研究会越来越被临床医生使用。

略，读者需要可向编辑部索取)

10.3969/j.issn.1671-0800.2016.10.001

R687.3

C

1671-0800(2016)10-1261-04

2016-09-20

（本文编辑：钟美春）

上海市浦东新区领先人才资助项目（PWRI2012-03）；上海市卫生局重点课题资助项目（2013025）

315010宁波，宁波市第一医院（项泱、任甜甜、魏鹏、王毳）；同济大学附属东方医院（谭军）

谭军，主任医师、博士研究生、博士研究生导师、教授。中国医师协会骨科康复协会副主任委员、中华医学会骨科学分会微创学组委员、上海市康复医学会脊柱脊髓损伤委员会副主任委员、上海市医学会骨科分会委员兼上海市骨科微创学组副组长。Email：dr.tan@139.com