经椎弓根定位骶髂关节导向器的可行性验证

doi:10.3969/j.issn.2095-4344.0344

摘要/Abstract

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文题释义：

骶髂关节：由骶骨与髂骨的耳状面相对而构成。关节囊紧张，并由坚强的韧带进一步加强其稳固性，运动范围极小，主要是支持体质量和缓冲从下肢或骨盆传来的冲击和震动。在结构上属于滑膜关节，从运动方式上可看做屈戌关节或滑车关节。其大小个体差异较大，即使在同一个人两侧也不尽相同。

椎弓根定位：椎弓根是椎弓的一部分，起于椎体后上部，短而厚，与椎体方向垂直向后方突起，其外形呈弧形，与椎体、关节突和椎板融合在一起，椎弓根是组成椎间孔的组成部分，其上方有一较浅的切迹构成椎间孔的下壁，椎弓根下方有一较深的椎弓根下切迹构成椎间孔上壁，由于椎弓根解剖关系稳定，使其可以作为解剖标志。

摘要

背景：经椎弓根定位骶髂关节导向器较传统手术治疗骨盆后环骨折不仅缩短手术时间和术中透视量，而且提高了手术的安全性。

目的：评价经椎弓根定位骶髂关节螺钉导向器应用于人体标本的临床可行性，为应用于临床提供基础数据。

方法：5例人尸体骨盆(10例骶髂关节)中，在自创设计的经椎弓根定位骶髂关节导向器引导下将10枚经皮骶髂关节螺钉安全通过骶髂关节并置入S₁椎体内，并通过透视确认骶髂关节螺钉位置是否安全。

结果与结论：①经影像学验证，所有骶髂螺钉置入位置准确，均未出现突破前方骨皮质或进入椎管情况；②使用椎弓根定位骶髂关节导向器引导，置入骶髂关节螺钉固定，效果明确；③提示经椎弓根定位骶髂关节螺钉治疗骨盆后环骨折准确性高，固定效果较好，同时显著降低手术操作风险，大幅度减少术中透视，而且对操作者要求降低，学习曲线减短，可以更广泛的应用于临床实践操作中。

中国组织工程研究杂志出版内容重点：人工关节；骨植入物；脊柱；骨折；内固定；数字化骨科；组织工程
ORCID: 0000-0002-4710-8102(沈明荃)

关键词: 椎弓根定位, 骶髂关节螺钉, 导向器

Abstract:

BACKGROUND: Transpedicular positioning of the sacroiliac joint guider is more effective than traditional operation in the treatment of posterior pelvic annulus fracture. It not only shortens the operation time and intraoperative fluoroscopy, but also improves the surgical safety.

OBJECTIVE: To evaluate the clinical feasibility of the transpedicular positioning of the sacroiliac screw guider, and to provide basic data for clinical application.

METHODS: In five cases of human cadaver pelvis (10 sacroiliac joints), 10 sacroiliac screws were implanted into S₁through sacroiliac joint under the guidance of the self-designed sacroiliac screw guider. The safety of placement was confirmed by fluoroscopy.

RESULTS AND CONCLUSION: (1) All the sacroiliac screws were implanted accurately, and none of them broke through the anterior cortical bone or entered the spinal canal. (2) The pedicle screws were used to guide the sacroiliac joint guidance with stable screw placement, and satisfactory efficacy. (3) These results indicate that transpedicular localization of sacroiliac screws in the treatment of posterior pelvic ring fractures shows high accuracy, good fixation effect, and can decrease operation risk, significantly reduce intraoperative fluoroscopy, reduce the requirements for the operator, and shorten the learning curve, which can be widely used in clinical practice.

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Key words: Sacroiliac Joint, Bone Nails, Tissue Engineering

中图分类号:

R318

沈明荃，杨铁毅，王治. 经椎弓根定位骶髂关节导向器的可行性验证[J]. 中国组织工程研究, 2018, 22(27): 4311-4315.

Shen Ming-quan, Yang Tie-yi, Wang Zhi. Clinical feasibility of the transpedicular positioning of the sacroiliac screw guider[J]. Chinese Journal of Tissue Engineering Research, 2018, 22(27): 4311-4315.

图/表（结果） 1

参考文献

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引言

材料方法

1.1 设计 解剖学验证实验。

1.2 时间及地点 于2015年11月在海军军医大学解剖教研室完成。

1.3 材料 模拟标准手术过程，采用5具正常成人尸体(由海军军医大学解剖教研室提供)，均为男性，其中标本采集需排斥骨折手术史、肿瘤及骨畸形。检查设备采通用公司C形臂术中透视仪。

骶髂螺钉导向器(自制并已获得专利)由S₁椎弓根定位套管针、弧形连接体、髂外套管A、髂外套管B、髂外套管C和骶髂螺钉开道套管组成。

1.4 方法 实验操作由临床经验丰富的主任医师进行，将成人尸体置于手术床上，常规手术操作铺手术单。用手术单将髂前上棘处垫高2 cm，模拟患者俯卧位时骨盆体位。C臂机分别为骨盆正侧位，出口位透视，入口位透视。

实验方法：①在L₅S₁关节突关节外下缘处置入定位克氏针。垂直于椎体后缘缓慢进针，在骨盆侧位、骨盆入口位C臂机透视下观察定位针尖达S₁侧块轴线上，停止进针(图1，2)；②在定位针外套入定位套管。调节C臂机投射角度，使球管依定位针轴线自其尾端向尖端投射，最终使定位针在荧屏上显示为一个点，锁定C臂机角度(头倾20°)；③将定位套管尾端固定于导向器定位端。调节导向器位置，使其在C臂机透视下与S₁侧块轴线相重叠；④安装固定针在固定器上，在导向器弧形连接体上滑动固定器使固定针便于固定于髂骨上，置入固定针，弧形连接体位置得以固定(图3)；⑤将C臂机透视骨盆入口位，经皮穿刺套管A、B、C及骶髂螺钉导针至髂骨翼外侧，在局部适当调节使导针尖位于S₁侧块轴线上，固定。连结骶髂螺钉导针尖端与定位针尖(预测骶髂置钉通道)；⑥确定置钉通道安全后，置入导针到定位点。拆除定位针继续置入导针置S₁椎体中心至满意深度。拆除套管C，安装开道套管为骶髂螺钉开辟置钉通道，并读取测量导针深度。拆除套管B，选取并置入骶髂螺钉；⑦C形臂透视骨盆正位、入口位、出口位及侧位后可确认螺钉全程位于S₁椎体与侧块骨折内，未穿破皮质(图4)。

1.5 主要观察指标 通过C形臂透视骨盆正位、入口位及出口位后确认骶髂关节螺钉完全通过骶髂关节置于S₁椎体内，且与骶管及前侧骨皮质保持安全距离。

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讨论

骶髂关节是骨盆后环连接躯体及下肢负重的传递枢纽，骨盆功能中60%需要骶髂关节来稳定，骶髂关节的稳定可以保证骨盆后环的稳定，骶髂关节的不稳定如骶骨骨折或者骶髂关节的分离便直接造成骨盆后环的稳定性消失，是不稳定型骨盆骨折的重要病因之一，恢复骶髂关节的稳定对治疗骨盆骨折及恢复骨盆功能具有重要的临床意义。

目前常规应用于固定骶髂关节的手术方法有经皮骶髂关节螺钉内固定和跨骶髂关节钢板内固定，其中经皮骶髂关节螺钉常用手术方式为X射线透视引导下的经皮骶髂关节螺钉内固定、CT透视引导下的经皮骶髂关节螺钉内固定和计算机辅助导航下的经皮骶髂关节螺钉内固定。此次研究以S₁椎弓根作为解剖标志，进针点的偏差影响减小，导向器以点对点的置入方式使置钉过程更稳定。

3.1 经椎弓根定位骶髂关节导向器在传统手术中的优势 Routt等首次报道了经皮骶髂关节固定。近年，经皮骶髂关节固定骨盆后环的脱位和骶骨骨折已成为被广泛接受的微创手术，比较其他生物力学稳定内固定方式，骶髂关节螺钉术后效果优势明显^[2]。跨骶髂关节钢板内固定为常规开放手术，传统骨盆骨折患者采用常规切开复位和内固定。因此经皮跨骶髂关节螺钉固定治疗不稳定的骨盆环骨折可以准确恢复解剖结构，并且受到普遍的接受，适用于严重的稳定骨盆骨折和后骶髂韧带的损伤。经椎弓根定位骶髂关节导向器的手术方法避免了类似于开放手术所造成的切口及软组织坏死和感染^[3]。与传统开放手术相比，经皮骶髂关节螺钉固定的手术时间明显较短[大量文献报道手术时间约为(84±35.2)min]，具有更少的软组织损伤和更低的伤口不愈合发生率^[4]。因为内骨盆环的固定可以使得患者早期活动的可能性更大，同时减少长期卧床造成的并发症，如坠积性肺炎及下肢深静脉血栓^[5-6]。此次验证所使用的经椎弓根定位骶髂关节导向器便是在经皮骶髂关节螺钉置入的基础上所开发的一项便于临床医师手术操作的实用性较强的手术辅助工具。

3.2 经椎弓根定位骶髂关节导向器在微创手术中的优势 尽管微创技术广泛的接受和使用，骶髂关节螺钉的置入的因为很多因素而变得极具挑战(变异的骨盆环骨性解剖结构，上层骶段先天性畸形)，X射线透视、CT和计算机辅助导航技术已经被大量报道了。X射线引导下的经皮骶髂关节螺钉固定已成为一个治疗稳定或者不稳定的骨盆环骨折普遍使用的技术^[7]。X射线透视技术是目前大多数骨科医师中最被广泛接受的技术并且可以作为骶髂关节螺钉内固定的标准手术方式。但是，它需要丰富的解剖知识和临床经验来确定骶骨骨性标志和骨盆X射线的入口位、出口位及侧位图像从而找到一个安全的骶髂关节内固定通道^[8]。X射线引导下骶髂关节螺钉位置不佳的发生率报道一度高达68%，神经损伤的发生率已报道高达7.9%^[9]。X射线透视引导下的手术会将患者、术者和手术室内人员长时间暴露于透视的辐射下。因为X射线透视只能显示一个平面，需要术者对术区进行反复透视来避免可能的错误。术中C型臂的透视虽然可以降低内固定操作的时间，但是C型臂的透视需要一个正确侧位透视，并且需要一个铅板防护，并且随着手术时间增长会使术者受到辐射剂量增加。在比较常规手术或置入螺钉位置方面，应用CT引导可以直接观察到导丝的位置，并且可以测量安全距离和前侧骨皮质的位置。因此微创手术方法在此次研究中有非常理想的结果，可以达到小于2%的极低的错位率，而应用X射线透视引导下的骶髂关节螺钉的位置不佳发生率为2%-16%^[10]。显然，CT辅助引导下的可预测螺钉通道可能是很少发生神经血管损伤的主要原因。Templeman等^[11]通过三角分析透露，在S₁椎体中外科医生的手术操作偏差4°时，骶骨螺钉便会错位，或者穿透S₁小孔或通过前骨皮质。CT引导下的操作可以给予术者更加精确的定位，从而提高手术的精度及安全性。但是CT引导的手术对硬件要求极高，不仅需要符合操作精度要求的CT设备及符合层流要求并有铅板防护的手术室，而且CT引导下的操作术者和患者暴露于辐射剂量的较X射线有明显的增加。由此可见相较于X射线引导带来高辐射剂量与CT引导的高成本，而且以上2项均对临床医师的操作提出了极高的要求，经椎弓根定位骶髂关节导向器的优势便更为明显。首先在透视次数上较X射线导航有了明显的减少，X射线导航可以认为是动态的寻找骨性标志，而经椎弓根定位骶髂关节导向器仅需确认S₁椎体椎弓根便可进行手术操作；在比较CT导航操作过程中，经椎弓根定位骶髂关节导向器的优势同样明显，在任何骨科手术室中仅需要导向器便可完成手术，并且手术过程中因为导向器点对点的操作原理，使螺钉置入过程极为稳定。

3.3 经椎弓根定位骶髂关节导向器在导航辅助微创手术中的优势 相关报道中提到了较高的骶髂关节螺钉位置不佳的报道率^[12]。计算机辅助导航的出现明显减少了术中透视的曝光率并且增加了螺钉置入的安全率，尤其在微创的经皮骶髂关节螺钉的技术中变得尤为显著^[6^，^13]。骶髂关节螺钉的置入位置错误确会带来相关的神经血管损伤的并发症^[14]，大于4°的螺钉位置不佳便可以损伤神经结构。螺钉置入位置的错误的发生率据报道已经达到了2%-15%，0.5%-7.7%的患者可能发生神经损伤^[9^，^15]。在PubMed/MEDLINE搜索，大多数发表的研究表明，计算机辅助手术技术以及X射线引导下骶髂关节螺钉位置的安全率大致相当^[15-16]。骶髂关节螺钉置入位置必须准确，以避免严重的神经与血管损害。作者建议使用经椎弓根定位骶髂关节导向器技术，外科医生将能够自信地将骶髂关节螺钉置入理想的位置。在5具尸体的模拟手术中作者比较经椎弓根定位骶髂关节导向器技术实际的螺钉轨道和预期的螺旋轨道，没有发现实际的螺钉轨道偏离预期螺钉轨道，操作过程中没有对尸体骶孔及骶管造成损伤。这一技术的准确性一定程度与标准X射线引导下的骶髂关节螺钉置入相似。计算机辅助导航的利弊也同样明显，一个首要条件便是需要引进相关的计算机辅助导航系统；另一个条件便是因为计算机辅助导航需要依赖于正确还原后的X射线透视下的骨盆图像，一些用于标记正确螺钉通道的骨性标志可能因为创伤所致的脱位和骨折无法正确识别，进而使得计算机无法正确分析X射线下的图像。高分辨率的螺旋CT扫描使得患者暴露于高剂量的辐射剂量中；对于骨盆骨折Tile C型的患者计算机辅助导航下所显示的伪影可能会影响手术操作精度进而影响骶髂关节螺钉的内固定位置及固定效果。经椎弓根定位骶髂关节导向器通过C形臂透视骨盆正位，确认S₁椎体的椎弓根后即可进行手术操作，创伤致S₁椎体骨性标志无法识别的病例较少，因此此次验证采用S₁椎体椎弓根作为骨性标志稳定性得到了保障。相较于患者所受的辐射剂量及计算机辅助系统的成本，经椎弓根定位骶髂关节导向器可以既达到计算机辅助安全性及稳定性，又减少了患者所受辐射剂量与治疗费用，在任何医院只需要经椎弓根定位骶髂关节导向器便可进行经皮骶髂关节螺钉的置入手术。

3.4 经椎弓根定位骶髂关节导向器的临床扩展 经椎弓根定位骶髂关节导向器不仅可以固定单侧骶髂关节，对于双侧骶髂关节损伤的病例同样具有固定的可行性，所谓的长骶髂关节螺钉为单根螺钉延迟通过骶骨体及两边骶髂关节。因为长骶髂螺钉可以通过固定骶骨体及两侧骶髂关节，可以解决两侧骶髂关节脱位及骶骨两侧的骨折。此外，这项技术的螺钉较常规骶髂关节螺钉的长度明显增长，所以也可以应用于单侧的骶髂关节脱位及骶骨体骨折，理论上可以明显加强固定的强度^[17]。因此长骶髂关节螺钉可以应用于常规骶髂关节螺钉内固定失败后的再次手术和骨盆后环骨折并伴有骨质疏松的患者^[18]。可见，长骶髂关节螺钉是骶髂关节螺钉手术的一次升级，是骶髂关节螺钉中一种具有特色的内固定方式。通过经椎弓根定位骶髂关节，可以稳定固定单侧骶髂关节，基于双侧骶髂关节螺钉为左右对称，就为通过导向器固定双侧骶髂关节螺钉提供了理论依据。

此文所探讨的导向器引导下的置入骶髂关节螺钉的原理是运用了“点对点”的引导技术，在所测的安全范围内根据S₁轴线为参考，根据定位点和进钉点预测的通道，可以保证骶髂关节置钉的安全性。经椎弓根定位的骶髂关节导向器为微创经皮置入骶髂关节螺钉，操作简便，明显减少了透视辐射剂量，降低了医师的学习曲线，在所测安全角度范围内，以S₁侧块轴线为参照，而且在导针进入骨面时通过预测通道再次确认，使置钉更加准确。

但此次研究亦有不足之处，由于条件限制选取标本量有限，对防腐成人尸体的选择也为正常的体型，由于体型不同，骨盆的变异也较大。由于规格限制，导向器可能适用于常规正常体型的患者，对于臀围较大或较小的患者，可能会难以安装。

通过此次解剖学验证发现经椎弓根定位骶髂关节导向器可以更好的应用于临床，给骨盆骨折手术提供一种全新、高效且安全的治疗方法。

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尽管微创技术广泛的接受和使用，骶髂关节螺钉的置入的因为很多因素而变得极具挑战(变异的骨盆环骨性解剖结构，上层骶段先天性畸形)，X射线透视、CT和计算机辅助导航技术已经被大量报道了。X射线引导下的经皮骶髂关节螺钉固定已成为一个治疗稳定或者不稳定的骨盆环骨折普遍使用的技术。X射线透视技术是目前大多数骨科医师中最被广泛接受的技术并且可以作为骶髂关节螺钉内固定的标准手术方式。但是，它需要丰富的解剖知识和临床经验来确定骶骨骨性标志和骨盆X射线的入口位、出口位及侧位图像从而找到一个安全的骶髂关节内固定通道。X射线引导下骶髂关节螺钉位置不佳的发生率报道一度高达68%，神经损伤的发生率已报道高达7.9%。X射线透视引导下的手术会将患者、术者和手术室内人员长时间暴露于透视的辐射下。因为X射线透视只能显示一个平面，需要术者对术区进行反复透视来避免可能的错误。术中C型臂的透视虽然可以降低内固定操作的时间，但是C型臂的透视需要一个正确侧位透视，并且需要一个铅板防护，并且随着手术时间增长会使术者受到辐射剂量增加。在比较常规手术或置入螺钉位置方面，应用CT引导可以直接观察到导丝的位置，并且可以测量安全距离和前侧骨皮质的位置。因此微创手术方法在此次研究中有非常理想的结果，可以达到小于2%的极低的错位率，而应用X射线透视引导下的骶髂关节螺钉的位置不佳发生率为2%-16%。显然，CT辅助引导下的可预测螺钉通道可能是很少发生神经血管损伤的主要原因。

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