張 瀟，楊曉東，夏 廣，李 濤，王 華，樊仕才

采用經皮逆行拉力螺釘固定髖臼后柱骨折作為臨床可選內固定方案之一，適用于骨折移位不明顯或部分無法行開放手術的患者，具有經濟、微創(chuàng)的特點，有利于患肢早期功能鍛煉［1－2］，但螺釘置入位置不佳則會造成周圍血管神經損傷、創(chuàng)傷性關節(jié)炎甚至固定失穩(wěn)、斷釘等術后并發(fā)癥。由于坐骨結節(jié)［3－4］位置表淺，易于捫及，目前臨床多選擇該區(qū)域置入螺釘。有學者［5］通過研究提出以坐骨小切跡為進針點的不同置釘方案，認為較之前方法存在一定優(yōu)勢。解剖學研究提示該兩種骨性通道存在明顯差異，但相關的力學對比研究尚未見報道。本研究通過建立髖臼后柱骨折模型，應用有限元法對生理狀態(tài)下兩種內固定方案的穩(wěn)定性進行比較，進而為臨床應用提供參考。

材料與方法

1 實驗標本與內固定物

健康成年人，男性，47歲，體重76kg，排除全身嚴重疾患及外傷史，行骨盆正側位X線片排除骨折及其他骨質病變情況。內固定材料:半螺紋空心拉力螺釘，長度100mm，直徑6.5mm(實驗中以虛擬圓柱體代替)。

2 CT數據獲取

南方醫(yī)科大學第三附屬醫(yī)院影像科提供的64排螺旋CT機(Siemens，德國)，垂直于身體縱軸進行CT掃描，掃描層厚為0.5 mm，得到醫(yī)學數字成像和通信(DICOM)格式完整骨盆斷層掃描圖片626張。

3 骨盆三維有限元模型的建立及有效性驗證

3.1 將DICOM圖片導入Mimcs14.0軟件，進行三維重建，結果以光固化(STL)格式輸出，利用Geomagic軟件生成曲面，Proe5.0進行實體建模。對模型進行平滑、除噪點、鋪面等修飾處理，結果以初始化圖形交換規(guī)范(IGES)格式輸出。將保存文件導入有限元分析軟件Ansys14.5中，結合骨盆骨質“三明治”樣結構定義模型單位，定義皮質骨的厚度為1.5mm，皮質骨與松質骨的材料屬性簡化為結構連續(xù)、密度均勻的線彈性材料，同時添加骨盆周圍韌帶等相關結構，參考相關文獻賦予具體材料屬性［6］，完成后的模型自動網格劃分，節(jié)點490 227個，網格295 806個(圖1)。

圖1 骨盆有限元模型

3.2 模型有效性驗證 將模型導入Ansys 14.5軟件，模擬雙腳站立位。于S1椎體上終板設置剛性面，給予均勻分布載荷，模擬重力方向，大小為500N。邊界條件:為接近生理狀態(tài)，對髖臼雙側關節(jié)面及恥骨聯合進行約束，限制6個方向的自由度，得到骨盆模型的位移和應力分布云圖。通過觀察，筆者發(fā)現所建骨盆的應力經由骶骨、骶髂關節(jié)沿髖臼后柱和弓狀緣進行傳遞，骶髂關節(jié)和坐骨大切跡周圍應力較大，與理論知識和相關研究相符，證明了模型的有效性。

4 髖臼后柱骨折逆行拉力螺釘固定模型的建立

應用Solidworks 2010軟件打開髖骨實體，參考吳嘯波等［7］的方法，建立后柱骨折模型，利用網格刪減，在左側髖關節(jié)面2點鐘和6點鐘方向進行切割，將一側髖骨分割成髖部零件和后柱部零件(圖2a)。參考相關文獻［3，5，8］所述置釘方案分別在后柱坐骨結節(jié)(A方案)和坐骨小切跡處(B方案)模擬置入拉力螺釘，完成手術固定模型的建立(圖2b、c)，骨折塊間摩擦系數0.5u，螺釘與骨塊摩擦系數1.0u。

圖2 骨折模型及不同內固定方案。a．髖臼后柱骨折模型;b．經坐骨小切跡內固定方案;c．經坐骨結節(jié)內固定方案

5 靜力加載及評價指標

模擬人體雙腿直立位和坐位的生理姿勢，模擬重力方向，對骨盆施加軸向載荷。具體方式為分別約束雙側髖臼和坐骨結節(jié)，向S1骶骨椎體上表面均勻垂直加壓，壓力大小選擇500N。統(tǒng)計髖臼關節(jié)面骨折線節(jié)點位移和內固定螺釘應力，并進行統(tǒng)計學分析。

6 統(tǒng)計學分析

所得數據應用SPSS19.0軟件統(tǒng)計分析，方差齊性判斷后，應用兩樣本t檢驗對數據進行比較，P＜0.05提示差異有統(tǒng)計學意義。

結 果

1 關節(jié)面骨折線節(jié)點位移 具體位移數值均數及比較結果見表1。

表1 關節(jié)面骨折線位移均數比較(μm)

2 后柱拉力螺釘的最大應力 具體應力分布及數值見表2和圖3。

表2 不同體位拉力螺釘的最大應力值(Mpa)

圖3 后柱拉力螺釘應力云圖。a．經小切跡站位;b．經小切跡坐位;c．經坐骨結節(jié)站位;d．經坐骨結節(jié)坐位

討 論

開放手術作為髖臼后柱骨折的傳統(tǒng)首選治療方法，存在創(chuàng)傷大、血管神經損傷和異位骨化發(fā)生率高等術后并發(fā)癥［9－10］。隨著骨盆髖臼骨折微創(chuàng)治療的不斷發(fā)展，Starr、Gay等［1，11］報道了采用經皮逆行拉力螺釘技術固定髖臼后柱骨折，取得了滿意臨床療效，認為該技術適用于無明顯移位和粉碎程度較輕的骨折治療，具有經濟、微創(chuàng)的特點。Mouhsine等［2］總結21例老年復雜髖臼骨折微創(chuàng)治療經驗，認為該技術在免去開放手術創(chuàng)傷的同時，保證了患肢早期功能鍛煉，縮短了臥床時間，對老年患者意義更大。但髖臼后柱骨性結構復雜，螺釘置入過程中，如果螺釘位置不佳，則易導致螺釘誤入關節(jié)或穿出骨板，造成創(chuàng)傷性關節(jié)炎和周圍血管神經損傷，甚至骨折固定不牢固、斷釘等嚴重并發(fā)癥［12］。

目前，髖臼后柱經皮逆行拉力螺釘存在不同置釘方案，其中大部分學者選擇坐骨結節(jié)為進針點。國內張大保等［3］通過對國人骨盆相關數據研究發(fā)現坐骨結節(jié)表面存在一點，可與髂前髂后上棘構成等腰三角形，提出以髂前髂后上棘連線中垂面為參考平面的置釘方案，得出螺釘與水平面、冠狀面和矢狀面的夾角分別為(72.02±6.05)°、(14.71±6.98)°和(8.61±3.96)°。有作者［7－8，13－14］通過解剖學研究，得出髖臼后柱骨性通道的長軸穿出點位于坐骨小切跡中點附近，髖臼后柱軸線與冠狀面夾角為男性(33.41±2.18)°、女性(31.56±2.71)°，與矢狀面夾角男性(21.74±1.19)°、女性(19.15±1.24)°，提出了髂前上棘和弓狀線后端連線的中點與坐骨小切跡中點連線的置釘方案。認為該置釘方案不僅可以避免坐位時釘尾的直接受力，減少坐位不適感，而且螺釘更符合生物力學要求，固定更穩(wěn)，較前者存在優(yōu)勢。相關數據對比發(fā)現兩置釘通道解剖參數存在明顯差異，但力學定量對比研究未見有報道。

通過有限元法對比受力前后骨折線位移和螺釘應力分布后發(fā)現，骨折模型在站立位和坐位時表現出不同的力學特性。通過不同體位下兩種內固定方案的對比，得出站立位時兩種內固定方案骨折線位移值相近且差異無明顯統(tǒng)計學意義(P=0.004＜0.05)。坐位時經坐骨小切跡置入拉力螺釘最大位移均值為(6.52±0.38)μm，明顯小于經坐骨結節(jié)置釘的(7.27±0.48)μm水平，且差異具有統(tǒng)計學意義(P=0.932＞0.05)，表現出更優(yōu)的力學穩(wěn)定性，分析主要原因為站立位變坐位時，骨盆受力區(qū)由臼頂負重區(qū)轉為坐骨結節(jié)直接受力的結果。由于重力傳導途徑的改變，拉力螺釘受力亦表現出明顯的不同，坐位時應力達到36.053Mpa，明顯大于站立位時(6.747Mpa)水平，且站立位時螺釘受力集中于骨折線周圍，而坐位時螺釘尾部為主要的受力區(qū)域(圖3)，但其應力強度均明顯小于螺釘的屈服強度，側面證實了后柱逆行拉力螺釘內固定的可行性。

本實驗支持經坐骨小切跡置釘生物力學穩(wěn)定性更優(yōu)的結果。采用有限元法具有經濟、可重復操作的優(yōu)點，但由于年齡和性別等因素造成的骨盆形態(tài)結構和力學特性差異，其結果與實際情況必然存在一定不同，同時由于骨折移位、粉碎程度和周圍軟組織的復雜性，實際操作尚需結合患者實際情況綜合考慮后決定置釘方案。

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