基于三维建模的髋臼前入路置钉安全区域测量

刘华武　刘锦璇　陈婕妤　雷必秀　陈煜州　吴为　李德浩　陈素萍

摘 要：目的 通過构建骨盆髋臼前入路置钉三维模型，测量髋臼周围安全区域解剖数据，为安全置钉提供参考。方法 选取2022年10月至2023年5月在郴州市第一人民医院体检的健康成人完整骨盆图像数据40例，其中男22例，女18例。运用E3D和Geomagic wrap软件重建骨盆髋臼三维立体模型，以髂耻隆起为基点，测量髋臼周围前入路置钉危险区、相对安全区和安全区。结果 以髂耻隆起为基点，前方小于（8.57±2.60） mm的区域，后方小于（7.80±2.19） mm的区域为髋臼周围危险区，置钉时易穿入髋关节，应避开该区域置钉；前方（8.57±2.60）～（19.87±2.92） mm的区域和后方（7.80±2.19）～（19.98±2.66） mm的区域为相对安全区，以远离髋臼的最大偏转角置钉，螺钉不会穿入髋臼；前方大于（19.87±2.92） mm和后方大于（19.98±2.66） mm的区域为安全区，以远离髋臼的角度可安全置钉。安全置钉最大长度前方为（32.88±5.25） mm，后方为（42.90±5.55） mm。结论 E3D联合Geomagic Wrap软件可精准构建骨盆髋臼三维立体模型，通过测量模型相关数据，获得前入路置钉的相关解剖学参数，为临床精准置钉提供参考。

关键词：髋臼；前入路置钉；安全区；三维建模

中图分类号：R445

文献标志码：A

Measurement of the acetabular screw safety zone in anterior approach based on three-dimensional modeling

LIU Huawu， LIU Jinxuan， CHEN Jieyu， LEI Bixiu， CHEN Yuzhou， WU Wei， LI Dehao， CHEN Suping

（School of Basic Medicine Sciences， Xiangnan University， Chenzhou 423000， China）

Abstract： Objective To measure the anatomical data of the safe area around the acetabulum by constructing a three-dimensional model of the pelvis and acetabulum through the anterior approach for screw placement， and to provide reference for safe screw placement. Methods Forty complete pelvic image data of healthy adults （22 males and 18 females） who underwent physical examination in the First Peoples Hospital of Chenzhou from October 2022 to May 2023 were selected. E3D combined with Geomagic Wrap software was used to reconstruct the three-dimensional model of the pelvis and acetabulum. Based on the iliopubic eminence， the risk area， relative safe area， and safe area of periacetabular screw placement were measured. Results The iliopubic eminence was used as the base point. The area less than （8.57±2.60） mm in the anterior area and （7.80±2.19） mm in the posterior area was the periacetabular risk zone， which was easy to penetrate the hip joint during screw insertion， and should be avoided. The area between the anterior （8.57±2.60） mm and （19.87±2.92） mm and the area between the posterior （7.80±2.19） mm and （19.98±2.66） mm was the relatively safe area. The screw was placed at the maximum deflection angle away from the acetabulum， and the screw would not penetrate into the acetabulum. The safe zone was （19.87±2.92） mm in the anterior and （19.98±2.66） mm in the posterior， and the screw was placed safely away from the acetabulum. The maximum length of the safety screw was （32.88±5.25） mm in the anterior and （42.90±5.55） mm in the posterior. Conclusions E3D combined with Geomagic Wrap software can accurately construct a three-dimensional model of the pelvis and acetabulum. The model data measurement can provide reference for precise clinical screw placement.

Key words： acetabulum; anterior approach nail placement; safe zone; three-dimensional modeling

髋臼骨折是典型的关节内骨折，常由高能量损伤引起，治疗需解剖复位。髋臼呈半球形，位置深，周围解剖关系复杂，在累及后柱的髋臼骨折手术中显露、复位、固定有一定难度，因此，选择合适的手术入路对骨折治疗尤为关键[1]。目前，髋臼骨折手术前入路多采用髂腹股沟入路、改良Stoppa入路和腹直肌外侧入路，但前入路手术髋关节视野显露不足，置钉时螺钉存在穿入髋关节风险[2]，故确定髋臼周围置钉安全区域至关重要。近年来，三维重建技术在医学领域发展迅速，E3D软件根据二维影像数据构建三维立体模型，可清晰地显示组织结构及毗邻结构[3]，用以弥补传统手术中的不足。本研究采用数字技术重建骨盆髋臼三维立体模型，测量相关解剖参数，为临床骨盆髋臼前入路精准置钉提供参考。

1 对象与方法

1.1 对象

收集2022年10月至2023年5月在郴州市第一人民医院体检的健康成人完整骨盆图像数据40例，其中，男22例，女18例。纳入标准：（1）年龄18～75 岁；（2）发育正常、无解剖学异常者；（3）扫描数据层厚1.5 mm，层距1.5 mm，切片厚 < 1.5 mm，图层数Symbol～@@ 200；（4）患者检查前已签署知情同意书，允许本研究使用其影像数据，并获得医院伦理委员会批准。排除标准：（1）骨盆骨折者；（2）骨质病变者；（３）骨盆畸形者；（４）图像不易识别、边际不清晰者。

1.2 CT扫描及数据保存

仰卧位行CT扫描（机型：美国GE Revolution 256 排CT）。扫描完成后，原始数据以DICOM 格式保存，统一转存并编号归档处理。

1.3 CT数据处理与三维重建骨盆髋臼

将原始数据导入三维数字医疗建模软件E3D（大师版 V19.30 版）中，设置成人骨质标准阈值144，体绘制分割建立掩膜并利用二维处理工具进行编辑，去除腰椎、股骨及无关边缘杂点，使用简便种子点工具三维重建骨盆髋臼模型，导出并保存为STL格式文件。将初始模型導入3D扫描分析软件Geomagic Wrap 2021，光顺及去噪处理细化模型表面，生成三维立体骨盆髋臼模型。

1.4 数据测量方法

1.4.1 构建平面及切割模型

以左、右侧闭孔最上方至界线的中点于骨盆表面定点（图1a），再以右侧所定点于骨盆内侧投影处定点，三点形成一个平面，将骨盆切割为上下两部分（图1b）。在前入路置钉中，钢板沿骨盆缘贴覆于耻骨上支上缘、下缘间固定，螺钉钉道可视为从耻骨上支上、下径中线切面（上下切割面）穿过（图1c）。

1.4.2 定点定线

设界线为K₁，过闭孔最高点作界线平行线K₂，定髂耻隆起延长线交K₁—K₂中线的点为基点A（图1a）。过A点做骨盆髋臼所在圆弧面切线的垂直线L₁，以L₁为轴，向后方旋转25°为L₂，向前方旋转25°为L₃，见（图1d ）。

1.4.3 前入路置钉

在右侧髋臼中，（1）向后方（髂骨侧）平移L₂，于髋臼后方弧面切线置入螺钉M₁（直径1.75 mm），螺钉M₁最后侧缘交截面外侧缘为G点，交截面内侧缘为D点；（2）向前方（耻骨侧）平移L₃，于髋臼后方弧面切线置入螺钉M₂（直径1.75 mm），螺钉M₂最前侧缘交截面外侧缘为I点，交截面内侧缘为B点；（3）过G点，垂直骨盆髋臼内侧缘截面切线置入螺钉M₃（直径1.75 mm），螺钉M₃最后侧缘交截面内侧缘为E点；（4）过I点，垂直骨盆髋臼内侧缘截面切线置入螺钉M₄（直径1.75 mm），螺钉M₄最前侧缘交截面内侧缘为C点（图1c～d）。以同样方式构建左侧髋臼前入路置钉模型。

1.4.4 划分危险区、相对安全区、安全区，测量髋臼相关数据

在右侧髋臼中，（1）危险区：测量基点A至螺钉M₂最前侧缘距离AB、基点A至螺钉M₁最后侧缘距离AD（BD=AB+AD）。（2）相对安全区及安全区：测量基点A至螺钉M₄最前侧缘距离AC、基点A至螺钉M₃最后侧缘距离AE（BC=ACSymbolm@@AB，DE=AESymbolm@@AD）。（3）螺钉长度：测量螺钉M₁长度DG、螺钉M₂长度BI、螺钉M₃长度EG、螺钉M₄长度CI（图1d）。以同样方式测量左侧髋臼解剖数据。

（a） 右侧髋骨大体标本上，设界线为K₁，过闭孔最高点作界线平行线K₂，定髂耻隆起延长线交K₁—K₂中线的点为基点A；（b） 构建骨盆三维立体模型及切割平面；（c） 切割骨盆，模拟前入路置钉；（d） 在右侧骨盆截面中，划分安全区、相对安全区及危险区

1.5 统计学处理

运用SPSS 26.0统计学软件对所收集的40例正常骨盆髋臼数据进行分析。计数资料以均数±标准（x-±s）表示，左右对比行配对样本t检验，男女对比行独立样本t检验，P<0.05为差异有统计学意义。

2 结果

2.1 危险区

BD间区域为髋臼周围置钉危险区，由此置入螺钉易穿透骨皮质进入髋臼。取左右侧总数据计算平均值，基点A至螺钉M₁最后侧缘距离AD为（7.80±2.19） mm，基点A至螺钉M₂最前侧缘距离AB为（8.57±2.60） mm，危险区范围BD为（16.37±3.66） mm。左侧AD（7.88±2.48） mm，AB（8.66±2.74） mm，BD（16.54±4.28） mm；右侧AD（7.72±1.85） mm，AB（8.47±2.46） mm，BD（16.19±2.91） mm，左右对比均无统计学意义（均P>0.05，表1）。

2.2 相对安全区和安全区

前方的BC、后方的DE区域为髋臼周围置钉相对安全区， 确定置钉点后，以远离髋臼的最大偏转角置钉，螺钉不会穿入髋关节。髂耻隆起前方M₄最前侧缘以前，后方M₃最后侧缘以后为安全区，垂直于骨面或远离髋臼置钉均不会穿入髋关节。取左右侧总数据计算平均值，基点A至螺钉M₃最后侧缘距离AE为（19.98±2.66） mm，基点A至螺钉M₄最前侧缘距离AC为（19.87±2.92） mm，前方相对安全区范围BC为（11.31±2.92） mm，后方相对安全区范围DE为（12.18±2.92） mm。左侧AE（19.85±2.57） mm，AC（19.79±2.79） mm，BC（11.13±3.06） mm，DE（11.97±2.77） mm；右侧AE（20.12±2.75） mm，AC（19.96±3.04） mm，BC（11.48±2.75） mm，DE（12.40±3.05） mm，左右对比均无统计学意义（P>0.05），见表1。

2.3 髋臼周围螺钉安全置入的最大长度

后方安全置钉最大长度为DG（42.90±5.55） mm，前方安全置钉最大长度为BI（32.88±5.25） mm，后方垂直截面内侧缘切线置入螺钉长度为EG（40.69±5.64） mm，前方垂直截面内侧缘切线置入螺钉长度为CI（30.01±4.78） mm。左侧DG（43.16±5.55） mm，BI（33.13±5.63） mm；右侧DG（42.64±5.53） mm，BI（32.64±4.82） mm，左右对比均无统计学意义（均P>0.05）。男性髋臼置钉M₁长度DG（45.92±4.37） mm大于女性DG（39.21±4.51） mm，男性髖臼置钉M₂长度BI（34.58±4.03） mm大于女性BI（30.81±5.80） mm，差异均有统计学意义（P<0.05），见表2。

3 讨论

髋臼骨折是创伤骨科中常见的骨折类型，常因车祸、高处坠落等高能量创伤所致。据统计，髋臼骨折约占骨盆骨折的3%[4]。髋臼骨折以手术治疗为主，髋臼前入路手术，由于手术视野范围受限以及不能直视髋臼，术中难以确定安全置钉的长度和角度，操作时可能会存在螺钉穿透骨质、进入髋关节的风险[5]，并发严重的骨性关节炎和软骨溶解症[6]。ZHAO等[7]研究表明，在髋臼四边形骨折置钉前进行三维数据测量，螺钉可通过髂腹股沟入路的中间窗口安全置入以增加髋臼的稳定性。随着数字骨科技术的迅速发展，三维重建技术在骨折治疗中取得一定成果，近年来已广泛应用于髋臼骨折复位治疗[8]。本研究选取健康成人的完整骨盆图像数据，运用E3D联合Geomagic Wrap软件重建骨盆髋臼三维立体模型，以髂耻隆起为基点，测量髋臼周围安全区域解剖数据，为临床手术提供参考。

髂耻隆起前方小于（8.57±2.60） mm的区域，后方小于（7.80±2.19） mm的区域为髋臼周围危险区，置钉时易穿入髋关节，应避开该区域置钉。本研究结果与李迪[9]研究结果相近。王朝晖等[10]研究置入螺钉对治疗髋臼骨折的影响，表明坐骨棘上方髋臼中部的后壁和后柱部分为髋臼危险区，经此区域置入螺钉，螺钉易穿入髋关节内。因此，在前入路手术置钉中可通过髂耻隆起定位骨盆髋臼前入路置钉危险区，术中应避免由此置钉导致螺钉误入髋关节，诱发严重并发症。

髂耻隆起前方（8.57±2.60）～（19.87±2.92） mm的区域和后方（7.80±2.19）～（19.98±2.66） mm的区域为相对安全区，应谨慎置钉。赵北[11]研究表明在相对安全区内远离髋臼置钉，不会穿入关节腔内，若将角度稍向骨盆四边体的髋臼面倾斜，则螺钉存在置入关节腔内的风险。夏雄超等[12]在22例尸体标本上模拟stoppa入路，临摹出髋臼相对安全区并测量解剖数据，认为在相对安全区内置钉应以最大偏转角置入。因此，在该范围内置钉需尽可能以远离髋臼的最大偏转角方向置钉，螺钉不会穿入髋关节。

髂耻隆起前方大于（19.87±2.92） mm的区域和后方大于（19.98±2.66） mm的区域为安全区，以远离髋臼的角度可安全置钉。王朝晖等[13]通过测量干燥髋骨标本，拓印其横切面，测量螺钉置入安全区为髂耻隆起后方大于（21.09±6.09）mm与前方大于（16.53±6.57） mm之间区域。本研究与其研究相近，认为垂直骨面或远离髋臼方向置钉可避免损伤髋臼软组织，手术时应首选安全区置钉。本研究经测认为，后台安全置钉最大长度为（42.90±5.55） cm，前方安全置钉最大长度为（32.88±5.25） mm。吴浩俊等[14]通过三维重建分析对比双侧髋臼CT图像，评估手术复位效果，认为螺钉安全置钉最大长度约为31 mm。TADROS等[15]通过对231例患者进行术前CT分析，测量得出螺钉的安全长度平均为36 mm。王先泉等[16]通过尸体骨盆标本制作髋臼后柱系列断面， 测量置钉长度，结果显示螺钉长度为30 mm。以上研究结果与本文测量值相近，在此螺钉长度范围内置钉可避免螺钉穿透髋臼。男性髋臼置钉M₁长度DG（45.92±4.37） mm大于女性DG（39.21±4.51） mm，男性髋臼置钉M₂长度BI（34.58±4.03） mm大于女性BI（30.81±5.80） mm，差异均有统计学意义（P<0.05）。这与周华等[17]的研究结果相近，提示手术中，男性螺钉选取应有别于女性，男性患者手术应选用更长螺钉。通过测量置钉最大长度，可以为临床手术选择螺钉长度提供上限值，以避免置钉过深穿入髋臼窝。后续将补充收集患者的MRI数据，三维重建髋臼周围的血管、神经、肌肉、韧带等结构，分析其与安全区、相对安全区、危险区之间的关系，以求更真实准确地还原髋臼周围置钉安全区域。

综上所述，本研究重建了40例骨盆髋臼三维立体模型，模拟前入路手术置钉，划分髋臼周围危险区、相对安全區和安全区，测量相关解剖数据，为骨盆髋臼骨折患者前入路置钉提供参考。

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