目的:1.通过大体解剖的方法了解成人骨盆结构中第2骶椎及髂骨毗邻的重要血管、神经结构,为第2骶椎髂骨螺钉(以下简称S2AI)置钉技术提供解剖学依据。2.通过利用数字骨科技术,对骨盆结构进行数字化解剖研究,寻找S2AI置钉技术的理想钉道并测量置钉参数,为依赖于数字化骨科的辅助置钉技术提供数据参考及方法。3.通过模拟X线透视的方法,对骨盆的透视进行影像学解剖研究,提出S2AI置钉的术中透视影像学成像判断方法,为S2AI螺钉术中透视提供方法参考。4.设计并制作S2AI置钉技术的3D打印导航模板,结合大体、数字化、影像解剖学研究的成果,通过临床实际应用以验证导航模板辅助置钉的可行性。方法:1.选取由福尔马林浸泡的经动脉灌注红色乳胶的骨盆防腐标本8例(男4例,女4例),在灌注标本上移除盆腔内脏器结构以便于观察测量,沿血管神经走行依次暴露骨盆周围血管神经结构,寻找并确认第1、第2骶后孔所在位置。以第1、第2骶后孔连线中点所在区域为S2AI螺钉进钉区域,观察并描述S2AI螺钉周围的血管神经结构,对结构进行区域划分并进行解剖关系的描述,依照分区测量S2AI螺钉的进钉点到该区域的最近距离,对测量结果进行统计学分析。2.收集中国人民解放军联勤保障部队第九二〇医院影像科的成人骨盆CT数据30例(男15例女15例),所有数据以DICOM格式录入Mimics19.0进行三维重建,最后获得30个STL格式的全骨盆三维模型;将三维数据导入Geomagic Studio 2017,对模型进行填补、修复等图像处理。所得骨盆以第一骶骨上终板所在平面为水平面,骨盆左右对称,建立新的立体坐标系。平行于冠状面创作一组切割平面,平面间距3mm,将整个骨盆分为若干平面,平面选择自骶骨背侧皮质开始,直至髂前上棘皮质结束。分别于第二骶椎、骶髂关节部分以及髂骨所获得的截面的外形轮廓(目标区域),拟合最大内切圆,并标记圆心所在位置同一侧骶椎、骶髂关节部分以及髂骨所截得的最大内切圆在冠状面上的排列共同围成了一条安全的骨性通道,该通道认为是S2AI螺钉的安全置钉区域。利用Geomagic Studio软件中自带的直线拟合功能,对通道内所有平面内切圆,利用散布在空间的圆心通过最小二乘法计算所得的直线,定义为安全通道的轴心线,也是安全域内最长的理想钉道所在的路径。对同一侧骶椎、骶髂关节部分以及髂骨所截得的最大内切圆的圆心,分别在90mm、70mm长度内再次进行拟合,分别得到90mm、70mm钉道理想钉道。90mm理想钉道、70mm理想钉道分别与第二骶椎背侧骨皮质的交点,作为该长度钉道的理想进钉点。测量不同的理想钉道进钉点中心与第1骶孔的位置关系以及钉道的方向。对拟合的90mm、70mm理想钉道直径进行扩大,直至所得的以该长度理想钉道为轴心的圆柱体刚好接触到内切圆的边界,分别记录此时最大圆柱体的直径d,通过统计分析比较不同长度的理想钉道进钉点位置、钉道方向的变化以及拟合最大直径的差异。3.对30例完成三维重建的骨盆模型透明化,沿轴心将模型骨盆正位逐渐向闭孔斜位及骨盆出口位每5°旋转1次,直至透明骨盆呈现“泪滴”样透明区域;利用Mimics19.0软件的X线模拟功能,模拟拍摄此时骨盆的成像情况,验证骨盆透明化透视区域与X线成像的关系。沿80mm的S2AI螺钉理想钉道虚拟置入长度为80mm、直径为8mm的螺钉。继续以5°为单位旋转骨盆,直至模拟拍摄时所得到的“泪滴”面积最大,所得的成像称为标准像,记录此时的骨盆在不同平面的旋转角度。S2AI螺钉螺钉的头部方向进行调整,直至刚好破出周围骨皮质,分别模拟螺钉破出髂骨内侧壁、髂骨外侧壁、坐骨切迹部位的骨皮质,观察在标准像上螺钉发生皮质穿破的情况。通过观察模拟结果以判断“泪滴”像对于S2AI螺钉安全置钉的价值,对比性别之间旋转角度的差异并进行统计描述分析。4.回顾性分析我科室收治的17例采用S2AI置钉的患者,依据患者所采取的置入S2AI螺钉的手术方式,将患者分为2组:导航模板组5例,徒手置钉组12例,导航模板组术前骨盆CT数据进行三维重建,通过对不同个体理想钉道的术前规划设计导航模板并用3D打印技术制作成实物,并在术中使用导航模板辅助S2AI螺钉的置入;徒手置钉组通过本研究中所采用的徒手技术置入S2AI螺钉;术中通过对标准“泪滴”像的透视以验证其临床应用价值,对比两组患者术中单枚螺钉一次性置钉成功率、单枚螺钉置入时间、术中出血量,术后复查患者骨盆CT,Mimics重建后观察图像中螺钉与骶骨及髂骨骨皮质的位置关系,对导航模板组术前模拟及术后的钉道的位置及方向进行测量,统计学分析比较术前术后钉道位置及方向的差异。结果:1.依据骨盆周围血管神经与S2AI螺钉进钉点的解剖关系,主要分为4个区域:骶前区,髂骨内壁区,坐骨大切迹区,髂骨外壁区。骶前区主要包括骶丛神经以及骶正中动静脉、骶外侧动静脉。髂骨内壁区主要包括髂内动静脉、髂外动静脉、髂腰动静脉、闭孔动静脉、旋髂深动静脉、闭孔神经、生殖股神经等。坐骨大切迹区包括臀上动静脉、臀下动静脉、部分骶丛、坐骨神经、臀上神经、臀下神经。髂骨外壁区主要为臀上动静脉、臀上神经在臀部的行走分支。螺钉进钉点与各区域的最近距离为:骶前区为22.69±2.54mm;髂骨内壁区为49.15±3.84mm;坐骨大切迹区为45.79±2.65mm;髂骨外壁区为50.55±2.73mm。其中,男性骶前区为24.17±2.32mm,女性为21.22±1.94mm;男性髂骨内壁区为51.09±3.32mm,女性为47.21±3.68mm;男性坐骨大切迹区为46.73±2.97mm,女性为44.84±2.22mm;男性髂骨外壁区为51.82±2.12mm,女性为49.29±2.19mm。性别之间无统计学差异。2.同一侧骶椎、骶髂关节部分以及髂骨所截平面的最大内切圆围成了一条走行不规则的骨性通道,即S2AI置钉安全区域。对安全域内所有平面所截得的最大内切圆的圆心拟合得到安全域的轴心线,即最长理想钉道路径。分别在90mm范围内、70mm范围内对圆心拟合得到90mm、70mm理想钉道路径。安全域的轴心线,即最长钉道长度平均为111.79±9.48mm,与骶骨背侧皮质的交点,最长钉道的进钉点a值为4.16±1.97mm,b值为3.85±1.49mm;90mm的理想钉道a值为0.73±2.57mm,b值为3.78±1.42mm,70mm的理想钉道a值为-3.14±2.58mm,b值为3.87±1.51mm,其中,水平距离远离中心轴为正数,反之为负;垂直距离以第一骶孔下为正,上为负;三组钉道的水平距离a值有显著的统计学差异,随着钉道长度的减小,进钉点的位置逐渐从骶孔向骶正中棘靠近;而垂直距离b没有明显的统计学差异,钉道长度的改变并不影响理想的进钉点在垂直方向上的变化。最长理想钉道α值为34.81±3.70°,β值为38.96±3.73°,90mm理想钉道α值为31.16±3.33°,β值为42.20±3.66°,70mm理想钉道α值为25.96±3.63°,β值为47.55±4.55°。三组钉道矢状面上钉道和水平线成角α及横断截面上钉道和中线之间的成角β均有明显的统计学差异,随着钉道长度的减小,α值均值逐渐减小,β值逐渐增大。随着拟合长度的改变,理想钉道的位置与安全域的轴心线进钉点与钉道方向均发生偏离,理想钉道越短,偏离程度越大。90mm的钉道中可拟合的最大圆柱体直径为13.22±1.81mm,而70mm的钉道为16.95±1.57mm,两者有明显的统计学差异,较短的S2AI螺钉可以拟合直径更大的圆柱体。3.通过Mimics的X线模拟功能,可以观察到骨盆透明化后由髂骨内侧壁、外侧壁及坐骨切迹所围成的三角形区域与X线模拟时“泪滴”像成像一致。在标准像上,以80mm长度理想钉道为置钉路径置入长80mm、直径8mm的虚拟圆柱体,可观察到圆柱体的头端即钉头部位投影落于“泪滴”的三角形区域内;测量所得沿人体冠状轴旋转的角度α为24.58±4.15°,沿人体垂直轴旋转的角度β为27.75±3.95°,其中,男性α为23.67±4.10°,女性为25.50±3.91°,男性β为26.83±3.83°,女性为28.67±3.99°;对性别之间进行独立样本秩和检验,所有结果男女之间p>0.05,无统计学差异。在模拟螺钉发生皮质穿破情况下,螺钉发生髂骨内侧壁、外侧壁及坐骨切迹穿破的情况时可以观察到,螺钉的头端与泪滴的三角形的边缘发生交叠或穿透,即螺钉的头端投影不再位于“泪滴”三角线区域的内部;从临床实用价值考虑,标准像有助于于判断S2AI螺钉的置入情况。4.导航模板组:5例患者总共设计了10枚S2AI螺钉的个体化辅助导航模板,所有病例经骶2髂骨螺钉均利用个体化导航模板进行辅助置钉,术中透视记录一次性置钉成功10枚,成功率100%,单枚螺钉置钉所需平均时间为184.90±68.79s,术中出血量1064.0±383.70ml,术后复查CT显示,10枚螺钉均穿透骶髂关节并位于髂骨内,髂骨骨皮质完整无破坏,与术中透视结果相符;术前模拟置钉设定进钉角度SA(32.22±5.57°),TA(42.59±4.55°),HD(5.04±0.40mm),VD(19.58±1.49mm),与术后复查CT后测量的SA(31.95±5.78°)、TA(42.21±5.29°)、HD(5.00±0.41mm)、VD(19.54±1.12mm)进行作配对样本均数比较的统计学分析,差异均无统计学意义。徒手置钉组:12例患者总共置入了22枚螺钉(其中2例患者为单侧置钉,其余为双侧置钉),术中透视记录一次性置钉成功19枚,成功率86%,单枚螺钉置钉所需平均时间为246.50±86.82s,术中出血量1030.0±284.0ml。徒手组与导航模板组置入单枚螺钉所需时间有统计学差异,一次性置钉成功率一次性置钉成功率、术中出血量无统计学差异。结论:1.依据骨盆周围血管神经与S2AI螺钉进钉点的解剖关系,可以将骨盆周围的血管神经分为骶前区,髂骨内壁区,坐骨大切迹区,髂骨外壁区。传统长度的S2AI螺钉的错误置入可能对各分区内的血管神经结构造成损伤,通过分区可以将螺钉发生错误置钉后穿出皮质骨的关系与相应的周围解剖结构联系起来,为置钉过程中合适的螺钉长度的选择及可能发生穿破所导致的风险提供参考。2.通过对骨盆模型的数字化设计,获得S2AI螺钉的安全置钉区域,并计算拟合出S2AI的理想钉道是一种可行的方法。不同长度的螺钉理想钉道的进钉点、进钉角度不同,通过将螺钉长度与相应的置钉参数匹配以获得最安全的一种置钉方式。3.通过软件对术中透视情况模拟是一种可行的方法,在透明化骨盆模型上观察到的由髂骨内外侧壁和坐骨切迹围成的三角形区域与骨盆在X线下透视所形成的的“泪滴”像具有一致性。骨盆标准“泪滴”像可以在术中评估S2AI螺钉置入的准确性。4.在成人骨盆固定术中,个体化导航模板辅助经S2AI螺钉置钉技术是一种可行的置钉技术,通过理想钉道的计算可为导航模板的钉道设计提供方法参考。