2.1   腰骶部解剖及生物力学特点   在选择合适的脊柱骨盆内固定时，了解腰骶部解剖学特点和生物力学分区至关重要，这有助于临床医生理解既往脊柱骨盆固定技术的缺点及今后技术改进的方向。有解剖学研究将骶骨骨盆划分为3个解剖区(图2)：第1区为S1椎体，包括骶骨翼；第2区横跨骶骨尾骨翼，经S2椎体向下至尾骨末端；第3区为髂骨[5]。这些区域具有实际的临床意义，当内固定节段越靠近尾端时，内固定结构稳定性会越高，并且区域3因为其特殊的解剖形态，可以为内固定提供最大的生物力学阻力防止内固定拔出。同样，通过髂骨内固定可维持适当的整体矢状面平衡，从而进一步增强稳定性，减少植入物拔出的可能性[6]。 "

腰骶交界处由高度活动的腰椎节段向僵硬的骶髂节段过渡，这导致当腰骶部生物力学因固定融合改变时，会产生向下传导的巨大应力集中。腰骶部固定融合节段必须将身体的全部质量从脊柱传输到骶骨骨盆，然后再传输到双侧股骨头。为了获得足够功能代偿，骶骨骨盆区必然在静态位(如坐或站)及动态位(如行走、跑步)承受更大的作用力。该节段内固定所受的作用力包括日常生活中高达体质量3倍的轴向载荷、大幅剪切力、屈曲/伸展力以及扭转力[7]。因为内固定的松动、拔出与其本身所承载的力学载荷相关，一般认为，内固定上的载荷应力越大，经过长期持续应力疲劳加载，内固定越容易发生松动、拔出，所以如何有效降低脊柱骨盆内固定的应力是降低内固定失败的首要问题。 2.2   传统脊柱骨盆固定技术   最初人们对于合并骨盆损伤的患者应用卧床休息、牵引及石膏固定等治疗方案，自从20世纪60年代Harrington棒技术发明以来[8]，脊柱内固定技术才得到了很大的发展，各种脊柱骨盆固定术如雨后春笋一般被报道，包括Galveston髂骨棒、Jackson骶骨内棒、Kostuik transiliac棒[9]。然而这些手术常引起局部区域的周围神经损伤、假关节形成、螺钉松动脱落、内植物弯折及骶骨骨折等并发症[10]，手术效果难以达到预期水平，因此这些手术随着时间的推移逐步被新型的术式所替代，目前最流行的两种术式是髂骨螺钉固定和骶髂关节S2AI螺钉固定。 2.3   髂骨螺钉固定术   髂骨螺钉固定是在Galveston技术基础上的改进，克服了Galveston髂骨棒不能根据患者实际情况而做出相应调整这一弊端，从而增加了其骨螺钉的适用性。从生物力学观点上来分析，其稳定性要明显强于Galveston髂骨棒置入技术[10]；此外，术后的假关节形成率也明显降 低[11]；这些优点吸引了脊柱外科医生的目光，髂骨螺钉开始被广泛应用。但是其缺点也同样明显，手术中大面积髂骨部位软组织剥离[12]，术后骶髂关节疼痛，螺钉脱出及置入螺钉贴近于皮肤易引起皮肤创伤、坏死导致术区皮肤愈合困难需要二次手术清创缝合等并发症，成为困扰脊柱外科医生的主要问题[10，13]。此外由于髂骨螺钉置钉点相对于S1螺钉更加偏外，增加了放置连接棒的手术难度及内固定失效的概率[14-15]。 为克服同侧单枚髂骨钉的局限性，提高脊柱骨盆结构的内固定强度，BOURGHLI等[16]提出了同侧双髂骨螺钉技术，认为双髂骨螺钉技术比“单枚髂骨螺钉”更有优势，因其提供了更牢固和更安全的脊柱骨盆固定。而且双髂骨螺钉技术的术后并发症相对较少，因为双侧置入第2枚螺钉将阻止骶髂关节的残余运动，起到抗旋转螺钉的作用，从而减轻相关疼痛。但双髂骨螺钉技术仍具有单髂骨螺钉技术的其他缺点，如瘦弱患者内固定突出体表、步态异常等。因此，急需一种更安全、微创、牢固的骶髂骨盆固定方式来解决这些缺陷。 2.4   S2AI螺钉置入术 2.4.1   S2AI螺钉简介   2009年KEBAISH[17]率先报道了S2AI固定技术，解决成人退变性脊柱侧凸及后凸内固定的远端固定方案，并且取得了良好的临床效果，并在近几年得到了广泛的应用[1]。 2.4.2   S2AI螺钉相关优势 临床应用优势：S2AI螺钉内固定技术由于采用了更深、相较于髂骨钉更偏内的螺钉置入点，而且软组织剥离范围小，螺钉上方覆盖了更广泛的皮下软组织，这显著降低了螺钉松动及皮缘坏死的可能性[4]。而且由于S2AI螺钉穿过骶髂关节3层致密骨皮质[18]，相较于髂骨螺钉方式只穿过单层骨皮质，其固定强度更高;此外，术中不需要应用侧方连接器，这也减少了手术难度及内固定松动和拔出的发生率;加之，再手术风险的降低也减少了手术部位皮肤及软组织的二次损伤及感染的概率[4]。DE LA GARZA RAMOS等[19]通过荟萃分析发现S2AI组因内固定失败或伤口问题而进行翻修手术的比率较髂骨螺钉降低了13.7%。S2AI螺钉可以同时固定髂骨和骶骨，来获得足够的即刻稳定性和生物力学强度，来纠正骨盆倾斜[20]。HASAN等[11]通过Meta分析总结近年来在PubMed等数据库上发表的相关文章，对比髂骨钉与S2AI螺钉的一些术后并发症，发现S2AI螺钉置入术后患者骶髂关节疼痛的发生率明显小于髂骨钉内固定术式;对于术后内固定失效的发生率，S2AI螺钉置入方式明显小于髂骨螺钉置入手术(P=0.006)，术后S2AI螺钉发生断裂及拔出的情况要明显少于髂骨螺钉(P=0.013)。SHABTAI等[13]的研究也指出，经骶髂螺钉置入的方式，术后螺钉与连接杆分离的概率及螺钉断裂比率明显低于髂骨螺钉置入术，应用S2AI螺钉行腰骶段及骶髂固定的优势显而易见。对于畸形的矫正来说， TSENG等[21]的研究显示55%的退行性脊柱侧弯患者在使用S2AI螺钉进行脊柱矫形手术后，骨盆入射角显著降低，提示S2AI螺钉内固定矫形可以达到较好的畸形矫正效果，并且利于矫正后的维持。   生物力学优势：骶髂骨盆内固定术中，维持良好的腰骶骨盆稳定性是手术成败的关键。对于腰椎椎弓根钉联合髂骨钉手术，由于髂骨螺钉技术固定范围涵盖了整个髂骨，明显提升了术后患者的腰骶骨盆间的稳定性。而对于腰椎椎弓根钉联合S2AI螺钉手术来说，即使螺钉置入深度较浅，但由于其采用双侧骶髂关节固定的方法，同样明显提升了腰骶骨盆间的稳定性，既往的研究表示两种连接方式都能够提供术后腰骶段及骨盆良好的生物力学稳定性[22]。然而，CASAROLI  等[23]却对此持有不同的看法，他们通过计算机模拟女性骨盆的力学参数，比较L4-S1椎弓根螺钉联合髂骨螺钉置入与L4-S1椎弓根钉联合S2AI螺钉内固定方式的应力变化，发现S2AI联合L4-S1椎弓根螺钉置入方式的螺钉及连接杆所承受的应力明显小于前者，这就表明S2AI联合L4-S1椎弓根螺钉置入方式更容易预防内固定失效。GALBUSERA等[24]的研究也得到相似的结果，通过比较髂骨螺钉、S2AI螺钉的柔韧性、内固定的应力和骨-内植物界面的轴向载荷力，虽然3种技术均可达到稳定，但S2AI螺钉对腰骶部内固定有更强的保护作用。S2AI固定可以保护S1椎弓根螺钉，降低S1椎弓根螺钉的峰值应力，对于远期内固定失效有很好的预防作用。也有研究提示，S2AI螺钉在人的躯体侧弯和扭转时连接棒的应力更小[25]。CUNNINGHAM等[26]通过体外尸体实验研究表明，①L5-S1活动度在S1-S2AI螺钉固定组降低(15.91±4.85)%，在S1-髂骨螺钉固定组降低(12.67±7.94)%，表明S2AI螺钉可以更好地降低腰骶段的活动度；②在破坏性前屈载荷作用下S2AI螺钉固定失败时的最大力矩平均峰值为(119.38±39.69) N?m，S1-髂骨钉为(120.00±28.33) N?m，差异无显著性意义。上述种种研究表明S2AI螺钉置入技术相较于髂骨钉具有更小的内固定失败率及骶骨应力损伤率。 2.4.3   S2AI螺钉手术方式 置入点及方向的选择：虽然S2AI螺钉置入技术相比于传统手术方式体现出独特的优势，但由于每人的个体差异不同，骨盆解剖结构的变化多样，S2AI螺钉的置入部位、置入角度、置入深度不尽相同。虽然目前文献中鲜有关于S2AI螺钉在临床上造成严重并发症的报道，但S2骶骨翼、髂骨走廊均被重要的神经血管结构紧密包围，最为危险的是穿透下方骨皮质，这可能会对坐骨大切迹区域的血管、神经造成损害。后方和后上侧螺钉穿透会危及臀上神经血管束，这在创伤文献中均有报道[27-28]；前部穿孔有可能损害骨盆内结构，最严重的是髂血管，以及L5和S1神经根和交感神经链。由于左髂总静脉走行解剖的变异性，使用左侧S2AI螺钉在骶前穿破皮质的可能性显著增加[29]；由于骨盆和周围神经血管结构的复杂三维解剖，S2AI螺钉往往需要在透视引导下完成。根据最佳螺钉置入路径为整个钉体在骨内走行，而并不穿破骨皮质的原则[30]，有学者提出，在第一、二骶孔间的骨性隆起处入钉，由于安装后的螺钉有横移的趋势，所以选择第一、二骶孔之间区域，邻近骶骨中线处入钉，螺钉方向一般选择朝向髂前下棘为宜[30]。TAVARES JUNIOR等[31]也提出了选取第一、二骶骨孔间区域为入针点，朝向髂前下棘方向置钉的办法，他更加精确了螺钉置入的位置，将骶骨中线外2 mm处定为入钉点。CHOI等[32]却提出另一种方式，他们建议在第一、二骶骨孔之间，骶骨外侧嵴内2 mm处为入钉点。也有专家提出，S2AI螺钉的典型切入点应该位于第一、二骶孔间区域的外侧边缘[33]。虽然不同医生对于S2AI螺钉的置入点各执一词，但对于螺钉的走向却一致地认为应朝向髂前下棘。对于S2AI螺钉置入的角度问题，WEISENTHAL等[34]的研究发现，S2AI螺钉与水平面夹角在18.2°左右，这些要小于之前公认的20°-40°水平夹角；同时他还发现在最佳轨迹下，100 mm螺钉可适用于大部分患者，并不需要担心骨盆皮质及髋关节的破坏。国内专家通过计算机建模技术模拟60人盆骨3D结构[35]，采用左右第一骶孔的下外侧1 mm为置钉点，寻找S2AI螺钉在髂骨内走行的最佳轨道，通过计算发现在最佳轨道内走行的螺钉：①在成年男性中，与矢状位夹角分别为：左侧(29.15±8.60)°，右侧(29.96±8.28)°；与水平位夹角分别为：左侧(36.49±3.14)°，右侧(37.16±3.14)°；骨内置钉最大长度分别为：左侧(121.25±8.33) mm，右侧(120.63±7.54) mm；在骶骨内走行的最大长度分别为：左侧(26.20±3.31) mm，右侧(26.92±4.76) mm；入钉点与第二骶骨中线间的距离分别为：左侧(28.87±3.33) mm，右侧(29.79±3.55) mm；入钉点与皮肤的距离分别为：左侧(44.14±11.87) mm，右侧(43.89±     12.53) mm；②而对于成年女性来说，除了螺钉与矢状位的夹角有所不同[左侧为 (34.50±6.56)°，右侧为(29.15±8.60)°]及螺钉在骨内的总长度较男性短(平均约短5 mm)外，未发现其他不同，该研究为亚洲人群S2AI髂骨钉的置钉点、置钉角度及深度提供了宝贵的参考意见。虽然大量研究涉及到S2AI螺钉的置入点及螺钉倾斜角度问题，但遗憾的是目前仍然没有统一的标准。 术中透视技巧：在脊柱骨盆的固定技术上，术中透视技术可以确定内固定装置是否穿破骨皮质，成为手术成功与否的关键因素。由于骨盆解剖结构的特殊性，普通的正侧位X射线透视往往无法确定内固定的准确位置，如髋臼骨折所需要应用的拉力螺钉，需要同时使用到骨盆入口位、骨盆出口位以及闭孔出口位[35]。S2AI螺钉以第一、二骶骨孔之间为进钉点，穿过骶髂关节并固定于髂骨内，因其特有的置钉方式以及置钉角度使得术中透视需要借助一些特殊角度的骨盆投照位来确定螺钉的方向及安全性。目前常采用的术中透视角度为AP位透视，可以准确显示泪滴状图样，“泪滴”是由髂骨的内侧壁、外侧壁及坐骨切迹所围成的三角形皮质骨区域。其透视方法位将C臂机至于进钉点上方，调整C臂机角度(尾端20°-30°，水平40°-50°)并将C臂球管指向髂前下棘方向。蔡鸿敏等[36]对骨盆Teepee像的解剖研究(即泪滴像)也同样证实了这一透视方法的有效性。 2.4.4   S2AI螺钉置入与年龄的关系   螺钉置入点的选择虽然与骨盆结构差异密切相关，但TAVARES等[31]提示，年龄对于置钉位置及置钉角度的选择也起着至关重要的作用。SHEN等[37]的研究也发现，随着年龄的增长S2AI螺钉与矢状位及冠状位的角度更倾向骶骨尾端，并且螺钉置入的最大距离、置入点离骶骨中线的距离及距体表的距离都明显增加。遗憾的是，目前的研究一般都是以60岁以下的成年人为对象，对于儿童的研究较少，对于60岁以上患者的相关研究更是稀少，这些高龄人群也是今后研究的重点。对于儿童来说，S2AI螺钉同样适用，SHEN等[37]的研究表明S2AI螺钉固定也适用于儿童人群，但儿童人群的骨盆尺寸比成人小，外科医生应根据年龄选择较小直径和较短长度的螺钉。小儿脊柱理想的S2AI螺钉轨迹，冠状面尾倾角约为30°，矢状面约为40°，横截面约为50°。3-6岁、7-10岁、11-14岁、15-18岁年龄段的S2AI螺钉适宜长度分别为60，70，90，100 mm；3-6岁、7-10岁、11-18岁年龄段的螺钉直径分别为6.5，7.5，8.5 mm。虽然大样本测量可以为儿童S2AI螺钉置入提供参考，但术前应根据影像数据详细测量置钉的角度、长度以及直径，避免因个体变异导致的置钉并发症。 2.5   S2AI螺钉导航置钉和徒手置钉   S2AI螺钉置入方式虽然在固定和防止螺钉突出方面是具有明显优势的，但由于螺钉置入部位与一些重要的解剖结构非常接近。螺钉钉道下方是坐骨孔，在骨盆周围又有重要的血管和神经，盆腔的前部分包括直肠、神经根、交感神节及髂总血管，这些都需要置入螺钉的精准性，才能避免手术的医源性损伤甚或致命的并发症出现[38]，这也是目前S2AI螺钉置入的主要挑战。目前公认的S2AI置钉方法大致分为辅助导航置钉和徒手置钉两种，对于两种置钉方式的疗效，SHILLINGFORD等[39]回顾性分析了2015至2016年间51例徒手及辅助置钉的病历资料，其中徒手置钉28例，辅助导航置钉23例，对比两种方式中螺钉的置入角度未发现有明显不同，两种方式都未出现神经血管及内脏损伤情况，提示两种方式的螺钉置入没有明显差别，并且安全可靠。但这只是小样本的研究，对于大样本的研究目前报道较少。LIU等[40]通过数字模拟置钉证实了在国人成人人群中放置半径>2.50 mm的S1AI-S3AI螺钉是可行的，在部分成人人群中放置半径>2.50 mm的S4AI螺钉是可行的。SHILLINGFORD等[41]提出了同侧双枚S2AI螺钉置入来增强固定的稳定性。此外，术前三维重建和3D研究软件可以有效地模拟骶骨翼-髂骨螺钉通道，有助于螺钉的准确放置。 2.5.1   S2AI螺钉徒手置入   作者认为，对于一些不能耐受长时间手术或者不能耐受射线辐射的患者来说，徒手置钉因其手术时间较短、辐射相对小而被人们所青睐。SHILLINGFORD  等[41]回顾了45例在无透视导航引导情况下使用徒手技术置钉的病例，发现5%的患者在螺钉置入时有中度至重度骨质破损，这些裂口均在骨盆后部，但并未发生神经血管或内脏损伤的情况，提示依据骨盆的解剖标志，规范化的S2AI螺钉徒手置入术是安全可靠的。LIN等[42]也提出，以髂后上棘和骶骨翼斜坡作为参照的徒手S2AI螺钉置入路径，其可以安全穿过坐骨切迹上方，而不会引起骨盆内容物的损伤。CHOI  等[32]发明了一种损伤更小而且能够提高置钉准确性的徒手置钉方法，他们采用克氏针加空心螺钉的办法提高置钉准确性，且术后并发症也明显降低。虽然徒手置钉具有一定优势，但由于骨盆存在一定的个体化变异，术前模拟置钉以及规划钉道显得尤为重要，可以减少术中透视次数、避免反复置钉以及重要组织的损伤。 2.5.2   S2AI螺钉辅助导航置入   徒手置钉虽然被大量研究证实具有较高的安全性，但对于一些骨骼尚未发育完全的未成年人、骨质疏松无法反复置钉、脊柱侧凸及骨盆畸形的患者来说，徒手置钉方法就会使手术的危险性显著增加，对于这些类型的手术，医生们更倾向于采用导航辅助置钉的方式[33]。首先医生对患者进行腰骶部CT扫描，获得患者骨盆的结构成像，站在右侧的医生安置左侧的螺钉，反之同理；用导航探头寻找螺钉置入点，确定后打入3 mm导孔，在开路器上放置探头，寻找螺钉合适的轴向位及矢状位轨迹，确定轨迹后在探头的协助下置入导丝，沿着导丝置入空心螺钉[33]，这种辅助导航置钉保证了置钉准确性及手术安全性。HU等[43]回顾了18例导航辅助置钉手术，术后进行CT复查未发现螺钉穿破髂骨皮质，也未发现骶骨前部断裂；在置入点，螺钉轴向平均偏离预定位置仅(3.0±2.2) mm，侧向偏离预定位置仅(1.8±1.6) mm；在30 mm深度处，螺钉轴向偏离预定(2.1±1.3) mm，侧向偏离预定(1.2±1.1) mm，这也说明了辅助导航S2AI螺钉置入的可行性及准确性。对于60岁以上的老年人因其骨质疏松及关节退变的影响，影像学检查对于骨质的成像相对较差，导航的准确性也相对较弱，螺钉置入的风险相应越大，PHAM等[6]对1例71岁的老年男性患者成功进行导航辅助S2AI螺钉置入，这提示了导航置钉可以有更广泛的适用人群，但这需要以大规模的临床研究为依据。LIU等[40]应用3D 打印导航模板引导S2AI螺钉固定技术治疗退变性脊柱侧凸畸形，通过此技术实现个体化精准置钉，既能达到坚强的内固定需要，又能避免因反复透视导致术者及患者过多的暴露于射线中，并且可以避免周围软组织的损伤及反复置钉的相关并发症。但3D 打印导航模板在实际临床应用中因患者的骨质增生、软组织遮挡等原因往往会导致置钉的误差，S2AI螺钉的导板置钉技术仍需要进一步完善。由于术中置钉导板及导航机器人使用费用较高，会增加患者的经济负担，通常术前通过Mimics软件个性化设计患者S2AI螺钉置入的可行性，模拟最佳钉道、螺钉长度及直径来提高置钉的准确性(图3)。"