髂骨螺釘置入技術研究進展

項泱，譚軍，任甜甜，魏鵬，王毳

·專家論壇·

髂骨螺釘置入技術研究進展

項泱，譚軍，任甜甜，魏鵬，王毳

近年來，髂骨螺釘置入技術已廣泛的應用于脊柱-骨盆固定融合術，取得令人滿意的腰骶間穩定固定效果。最近隨訪研究表明，對于椎體滑脫后固定融合、脊柱長節段側凸矯形及骶骨腫瘤切除后重建的患者，髂骨螺釘固定效果較為顯著。髂骨螺釘入路通道可供選擇較多，各種觀點尚不能統一。理論上，髂骨釘固定技術最好是盡可能避免內置物突出，同時最大限度增加髂骨后方固定節段的長度，并能使螺釘錨定強度最強。釘棒不需要使用額外的連接器直接連接，但由于髂骨解剖結構復雜，并且毗鄰重要器官、神經及血管，經常會發生螺釘穿進髖關節內或損傷重要的血管和神經等嚴重的并發癥，成為困擾此項手術開展的瓶頸。

1 脊柱-骨盆結構的解剖學特點

骨盆結構較為特殊，由骶骨及兩側髖骨組成。髖骨由髂骨、坐骨、恥骨構成，各骨之間需要靠骨盆面的軟組織、韌帶、恥骨支、恥骨聯合及骶髂關節加強。骨盆前環由恥骨聯合以及兩側恥骨上下支組成，后環由骶骨、骶髂關節以及髂骨組成。骨盆前環連接兩側承重弓，起了穩定盆腔臟器作用，并且與承重弓互相穩定和加強，參與骨盆40%的穩定作用；后環相比于前環，承載了更多的載荷，參與骨盆60%的穩定作用。髂骨由髂骨體和髂骨翼兩部分組成，是髖關節的重要組成部分，還是髖骨的組成部分之一，其作用在于增強股四頭肌的肌力，保護膝關節，所以在人體內的意義重大。骨盆的解剖結構較為特殊，厚薄不均，可看出髂骨從前到后由厚到薄到最厚，從上到下也由厚到薄到最厚，髂骨螺釘置入時有較多通道可選擇。

Berry等研究白種人骨盆相關參數后，發現髂前下棘至髂后上棘之間存在一可置釘安全通道。劉斌等發現從髂后上棘上方24mm處到髖臼上緣方向存在一釘道，該通道厚度及長度均最佳。骨盆毗鄰許多臟器、血管及神經，骶骨前方有直腸、乙狀結腸、髂總動靜脈等組織結構，坐骨大切跡內側經過閉孔神經、髂外靜脈等。文獻報道，骶髂關節在骨盆環外距離腰骶干外側緣為（9.6±3.6）mm，距離L5神經前支的水平距離為（23.4±4.0）mm，距離L4神經前支的外側緣間的水平距離為（17.8±4.8）mm，上述重要神經均距離骶髂關節較近，置釘時外向偏角過小，螺釘突破內側皮質容易造成上述重要血管、神經的損傷。

2 髂骨螺釘置入技術的發展歷史及其應用范圍

髂骨螺釘置入技術最早起源于20世紀50年代Harrington內固定系統，然而當屈伸、左右旋轉、側屈時，此種內固定系統無法提供足夠的力學強度，容易發生假關節。70年代出現Luque內固定系統，此系統相比于Harrington內固定系統具有較大的優勢，該系統借助于L型的固定棒，并且通過椎板下鋼絲固定，一定程度上減小了棒在頭尾側的移動，穩定性較佳；然而此系統不能完全抵抗腰骶部屈伸及壓縮力矩，仍然可能發生假關節。再之后King等發明了Luque-Galveston技術，該技術在Luque系統基礎上，將棒遠端穿入髂脊，使得棒的遠端固定在髂骨中，然而其仍然會發生假關節及相應并發癥。1984年Allen以及Ferquson首次將水平棒借由髂后上棘置入髂骨內外板障間，將縱向棒用鋼絲固定于腰椎上（后來將縱向棒用椎弓根釘或鉤的方法固定），該系統稱為GaLveston固定系統，具有較強的抗屈曲及側屈的力學強度，明顯降低了假關節發生率及相關并發癥。然而該系統也存在缺點，比如置入髂骨的光滑棒抗拔出力低，術中損傷肌肉組織等。1985年Cotrel-Dubouset（CD）系統被發明并開始使用，該系統通過椎弓根釘固定于骶骨上，進一步增強了錨定作用，然而固定于骶骨上的椎弓根釘仍然無法提供足夠的力學穩定性，假關節及術后相關并發癥仍有發生。

髂骨螺釘固定技術在Galveston系統的基礎發展而來，該技術通過在髂骨內外板之間置入全螺紋螺釘，通過折彎的金屬棒與腰椎上的椎弓根釘相連接，髂骨處的螺釘抗撥出力是Galveston技術的3倍。另外，該系統釘棒連接系統較為靈活，髂骨上可置釘部位及方向選擇較多，并可置入多枚螺釘，增強脊柱遠端的固定作用。然而該技術仍有其缺點，手術切口大，需分離大量的肌肉等軟組織，增加術后感染的風險；另一方面，手術部位靠近維持骨盆平衡的重要肌肉韌帶，特別是分離腰骶部的韌帶，容易造成背側骶髂關節不穩定。此外，髂骨螺釘進釘點位于髂后上棘突出處，與皮膚較近，其內固定釘容易突出，疼痛、壓瘡及皮膚破潰等是其最常見的并發癥。

髂骨螺釘目前在臨床上適用于以下情況：神經源性及特發性脊柱側彎患者行側彎矯正手術；骶骨腫瘤患者行骶骨切除術后的穩定性及功能性重建；腰椎滑脫患者聯合椎弓根釘內固定手術；骨盆骨折中的骶骨不穩定骨折以及髂骨后部不穩定骨折。然而此項技術同時要求髂骨后方完整未損傷以利于髂骨螺釘的放置。目前髂骨螺釘放置方式可歸納為二類：一為閉合式復位髂骨螺釘固定技術，二為切開復位髂骨螺釘固定技術。前者適用于骶骨縱形骨折及骶髂關節分離，對于手術切開復雜或不能切開手術的合并嚴重軟組織挫裂傷和不穩定骨盆環骨折的患者較合適，閉合復位可以早期進行，甚至可在患者復蘇時期進行，并能允許患者早期活動，這樣可以減少患者骨盆出血，有效減低術后并發癥的發生率。經皮髂骨螺釘固定技術是一種發展趨勢，對于無伴有神經組織損傷的閉合復位滿意的患者，臨床觀察表明經皮髂骨螺釘固定可避開大的手術切開暴露，對骨盆軟組織破壞較小，保持了骨盆內部空間的穩定性。切開復位髂骨螺釘固定技術的適用范圍一般比較有限，一般只能夠對骶髂關節骨折或者骶髂關節脫位，骶骨骨折，同時骨折部位的周圍污染較少的患者適用。

3 髂骨螺釘置入技術研究結果及相關的問題

髂骨螺釘置釘時往往需要在不穿透髂骨板障的前提下獲得最佳穩定性。髂骨由皮質骨和松質骨構成，內外層皮質骨，中間夾著松質骨，螺釘置入髂骨時先經過皮質骨后經過松質骨，如果螺釘與骨質接觸不佳，就會影響螺釘的力學穩定性。如何提高螺釘力學性能，同時不損傷臨近組織器官，安全有效置入髂骨螺釘是骨科醫生需面對的問題。M ccord等對10種不同腰骶內固定系統進行綜合檢測后，確認髂骨釘或棒在其中對抗負荷能力最強。

Berry等研究了白種人髂骨相關解剖學數據，證實髂后上棘與髂前下棘之間存在一可容納螺釘并保證進釘安全性的通道，因此認為髂后上棘進釘較為理想。Schwend等研究結果為髂后上棘下為合適進釘點。Schildhauer等則證實從髂后上棘稍上方更適合進釘。Schildhauer等研究了40個在醫院接受治療的骨盆創傷患者的CT影像學資料后，認為以下3條螺釘通道較為合適：經雙側骨盆自髂后上棘至髂前下棘、雙側骨盆自髂粗隆至髂前下棘和雙側骨盆自髂后下棘到髂前下棘；并同時指出，經雙側骨盆自髂后上棘至髂前下棘通道可以容納最長和最粗的螺釘。國內鄭召民等認為髂后上棘和髂前上棘之間存在一安全的直線進釘通路。在置釘長度方面，Schildhauer等的研究結果顯示，對經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的螺釘是安全的。Berry等提出白種人男性置釘長度為自髂后上棘至髂前上棘147mm，女性為141mm。而對經雙側骨盆自髂后上棘至髂前下棘骨性通道，Schildhauer等研究結果顯示女性通道為（86.3±7.9）mm長，男性通道為（99.7±29.4）mm長。髂骨螺釘在抗拔出力方面要優于Galveston技術，尤其是骨質疏松患者，髂骨螺釘固定效果更佳，然而髂骨螺釘置釘過程需分離大量肌肉等軟組織，對組織損傷較大，術后感染率較高，并且髂骨螺釘需通過棒與脊柱椎弓根釘連接，增加了對軟組織的破壞，造成內置物占用空間較大。對于髂骨螺釘在腰骶部連接中的應用以及在髂骨上固定，仍然有較多需探討的方面。

3.1 如何在髂骨上選擇最合適的進釘點及進釘方向，以便螺釘置入髂骨內有足夠的解剖安全性和力學強度，另外髂骨為外層皮質骨內層松質骨的特殊結構，并且髂骨存在兩個狹窄點，螺釘置入髂骨中時如何保證不穿透髂骨板障，并且有最佳的抗拔出力及抗垂直載荷。

3.2 放置螺釘的數量是選擇用一根還是多根組合，置入螺釘角度是選擇平行置釘還是定成角置釘。

3.3 髂骨螺釘置釘后，螺釘尾端暴露于髂骨表面，容易造成術后不適，臨床上部分醫師采用取髂后上棘部分骨質的方法包埋尾端，然而去掉髂后上棘皮質骨后，螺釘尾端缺少皮質骨穩固，容易造成螺釘松動，影響螺釘的穩定性。

3.4 術中置入髂骨螺釘時，對于影像學監測，目前許多骨科醫生均使用C形臂X線透視機對骨盆各方位進行透視，但這勢必增加手術時間和X線暴露時間，這也是一個值得探討解決的地方。

3.5 對于連接器的使用，其不僅破壞軟組織還增加了內置物占用，并且連接部位應力較為集中，出現連接桿或釘棒斷裂的可能性較大，其中縱向連接棒上的斷裂最為普遍。Schildhauer等報告過一組患者，19例手術中使用過髂骨螺釘的患者6例出現過連接器斷裂，椎弓根螺釘和髂骨螺釘之間較容易發生，該種并發癥需要足夠的重視。

3.6 骨盆解剖結構復雜，在髂骨骨盆長線處有眾多的神經、血管走行，包括閉孔神經，股神經，閉孔動、靜脈，股動、靜脈，髂外動、靜脈以及髂內靜脈等。髂骨螺釘的切出和導針的穿出有可能導致嚴重的術中并發癥，但目前尚未見相關損傷發生率的大樣本研究報道，這方面問題還需進一步探討。

4 髂骨螺釘置入技術的生物力學穩定性

現在臨床上脊柱-骨盆固定應用較廣泛的是髂骨螺釘與脊柱長節段固定系統通過連接器結合，研究表明髂骨螺釘作為脊柱-骨盆固定系統的遠端基座，存在明顯優勢。與其他內固定方式相比，具有更大的釘道和更可靠的固定效果，更符合人體生物力學特性，內置物少，醫源性損傷少，骨與軟組織干擾少，且隨著影像學的發展，完全可通過經皮螺釘微創技術完成這一手術，減小手術創傷，更加簡便可行。Starr等經皮髂骨螺釘固定治療27例骶髂關節脫位患者，23例獲隨訪，平均27個月（18～48個月），術后患者恢復良好，骨折骨性愈合，并能正常從事日常活動。Blake等用髂骨螺釘內固定治療20例不穩定髂骨關節骨折的患者，手術時間平均82 mm（45～180min），失血量少，患者術后1 d即可坐起活動，并且無術后相關并發癥。Yinger等研究9種骶髂關節固定方法，將這9種方法進行力學性能比較，結果表面2枚骶髂螺釘相比于1枚骶髂螺釘在固定骶髂關節穩定性上更有優勢。Van等通過生物力學實驗提出，使用2枚髂骨螺釘相比于1枚髂骨螺釘在提高極限載荷和增強骨盆旋轉穩定上更有優勢。髂骨螺釘長度的選擇也是手術醫師應考慮的重要環節，錫林寶勒日等通過研究提出2枚不超過骶后孔的短螺釘（35～40 mm）固定骶髂關節可達滿意的固定效果，但Sm ith等研究表明，S1椎體的骨密度相比于骶骨翼高60%，骨密度越高螺釘固定強度越好，因此髂骨螺釘如果能自髂骨翼后外側通過骶髂關節固定到S1椎體，而不是固定到骶骨翼上，手術效果更明顯，因螺釘過短，骨把持力低，固定不牢。但如髂骨螺釘過長，螺釘易超過對側S1椎體前方骨皮質，造成神經血管的損傷。

5 數字化技術在髂骨螺釘置入技術研究中的應用

現階段用于醫學三維重建的軟件主要有mimics、Anasys、UG等等，而應用最多并被國內外醫學界所推崇的三維重建軟件是m im ics軟件，而生物力學研究常用方法主要有動物實驗、物理實驗及計算機模擬實驗。計算機模擬實驗應用最多的是有限元軟件，m im ics軟件已在臨床上得到廣泛的應用，尤其在重建人體骨骼方向特別是對人體骨盆的重建有突出表現，它可以任意軸向和角度旋轉骨盆三維模型，也可以分別生成骨盆的不同部位，以便于對骨盆各骨形態進行觀察；另外，在計算機上模擬出骨盆的三維模型，可方便快捷地進行模擬進釘操作，制定出合理的進釘方式，降低實際操作風險，同時預先制定手術方式可縮短實際手術的時間，也可以結合骨骼三維重建和快建成型技術，利用患者術前影像學資料進行骨骼重建，提高進釘手術的精確度。Schildhauer等利用計算機技術得出髂后上棘稍上方到髂前下棘有一骨性置釘通道，通過此通道進釘錨定作用最強，進釘最安全。鄭召民等利用三維重建技術對髂骨置釘通道進行線性研究，得出成人髂骨髂后上棘至髂前下棘存在一可置釘直線通道，該通道上有兩個狹窄點，髂骨釘通過這兩個狹窄點可以起到錨固作用，并且能保證解剖安全。楊運平等利用M im ics10軟件對40例正常骨盆CT平掃數據進行三維重建，并且在虛擬的髂骨上模擬髂骨釘置入，得出從髂后上棘到髂前下棘方向置入髂骨螺釘時進釘長度為（59.97±7.99）mm，TSA為（12.48±7.16）°，CSA為（56.41±6.47）°，SSA為（19.24±3.78）°。臧振華等通過計算機對骨盆三維圖像中的第二骶后孔上緣水平線與髂骨內側面交點分別向髖臼上緣、髂前下棘、髂前上棘最高點處切割骨盆，得出了三個切割平面，然后測出每個平面的釘道長度及寬度，最后得出該進釘點指向髂前下棘走向的置釘通道，是理論上腰椎骨盆固定術中置入髂骨螺釘穩定性較好的通道。苑昌方等通過計算機對髂骨進行三維重建后得出髂骨釘進釘通道并非文獻報道的從髂后上棘進釘僅存的唯一線性通道，而是存在于髂后上棘進釘點附近的扇形區域均可以進釘，進釘后均可以有效錨定髂骨釘。

自1974年，Belytschko開創了有限元方法應用于骨科生物力學領域的先河，首次在脊柱力學研究中應用有限元分析技術。經過幾十年的發展，目前已成為研究髂骨螺釘固定腰椎骨盆技術最常用的生物力學分析工具。雖然到目前為止，未查找到髂骨螺釘在置釘通道中所受應力的有限元分析文獻，但Garcia等于2001年建立了骨盆骨折-骶髂關節脫位模型的有限元模型，分析幾種內外固定用于骨盆環損傷的力學穩定性后研究發現單用恥骨聯合鋼板固定不牢固，必須合用2枚骶髂螺釘才能獲得足夠的穩定性。因此可以肯定在不久的將來，有限元軟件在髂骨螺釘應力方面的研究會越來越被臨床醫生使用。

略，讀者需要可向編輯部索取)

10.3969/j.issn.1671-0800.2016.10.001

R687.3

C

1671-0800(2016)10-1261-04

2016-09-20

（本文編輯：鐘美春）

上海市浦東新區領先人才資助項目（PWRI2012-03）；上海市衛生局重點課題資助項目（2013025）

315010寧波，寧波市第一醫院（項泱、任甜甜、魏鵬、王毳）；同濟大學附屬東方醫院（譚軍）

譚軍，主任醫師、博士研究生、博士研究生導師、教授。中國醫師協會骨科康復協會副主任委員、中華醫學會骨科學分會微創學組委員、上海市康復醫學會脊柱脊髓損傷委員會副主任委員、上海市醫學會骨科分會委員兼上海市骨科微創學組副組長。Email：dr.tan@139.com