数字化仿真技术在髋臼前柱安全置钉的研究

目的　利用数字化仿真技术求解髋臼前柱的安全置钉通道。 方法 通过将48例正常成人骨盆CT图像导入Mimics15.0中进行数字化处理得到96例髋臼前柱阴模模型,结合立体解析几何求解髋臼前柱的安全置钉通道。 结果　安全置钉通道：最大半径男性为（4.65±0.54）mm,女性为（3.71±1.68）mm;进钉深度男性为（114.91±6.52）mm,女性为（102.97±6.24）mm;进钉最狭窄处位于髋臼前壁内,最狭窄处到顺行进钉点的距离：男性为（34.57±2.16）mm,女性为（29.82±1.94）mm;最狭窄处到逆行进钉点的距离：男性为（73.32±3.27）mm,女性为（69.49±2.52）mm;螺钉与水平面夹角男性为（45.22±1.54）°,女性为（43.59±3.24）°;螺钉与矢状面夹角男性为（41.65±5.37）°,女性为（47.82±4.12）°;螺钉与冠状面夹角男性为（18.71±2.36）°,女性为（19.23±2.49）°。安全进钉通道参数男女对比“最大半径”、“进钉深度”、“螺钉与矢状面夹角”有统计学意义（P＜0.05）。 结论　利用数字化仿真技术能够精确求解髋臼前柱安全置钉通道。     

骶骨Ⅱ区骨折螺钉固定的影像解剖学研究

目的　通过对骶髂关节三维重建模型进行解剖参数测量和虚拟骶髂螺钉固定,明确骶髂螺钉的最佳进钉点和安全置钉范围。 方法　用Mimics软件对50例骨盆CT数据进行三维重建,切割出骨盆三维模型,测量S1椎体解剖参数,在同一骶髂关节多次虚拟置钉,确定螺钉最佳进钉点,计算其安全角度。三维重建骨盆表面软组织,确定髂前上棘顶点N、髂嵴上点M、进钉点P的体表投影点N1、M1、P1,分段测量各投影点之间的长度。 结果　骶骨Ⅱ区中心螺钉骨面进钉点P到髂前上棘顶点N的距离PN男性为（95.17±5.59）mm, 女性为（98.49±7.71）mm; 经点P作PN的垂线与髂嵴交于点M,PM长度男性为（58.71±4.33）mm,女性为（54.59±6.01）mm;从髂前上棘顶点N沿髂嵴到点M的长度男性为（129.78±6.25）mm,女性为（130.64±7.79）mm,其中男女间PM长度有显著差异。中心螺钉前、后倾安全范围男性为（10.70±2.00）°,女性为（7.20±1.64）°;头、尾倾安全范围男性为（12.36±2.68）°,女性为（11.27±3.29）°,男性前、后倾安全范围明显大于女性。男女间体表投影点之间的长度仅P1M1有显著差异。 结论　通过触摸髂前上棘顶点N和髂嵴上的点M,可确定骶骨Ⅱ区骨折固定螺钉的体表进钉点。以S1椎体上表面为横截面,后表面为冠状面,男性螺钉前后倾安全范围约10°,头尾倾安全范围约12°,女性前后倾安全范围约7°,头尾倾安全范围约11°。     

逆行经皮髋臼后柱螺钉的影像解剖学

目的 探讨逆行髋臼后柱螺钉的进钉位置、方向及固定范围。方法 收集100例正常成人骨盆CT数据（男、女各50例）,利用交互式医学图像控制系统（Mimics）17.0软件三维重建骨盆并导入Geomagic Studio 2015软件。从坐骨结节至髂窝方向进行透视,垂直后柱“三棱柱”通道横断面放置虚拟螺钉,测量螺钉的最大直径、进钉点、方向、出钉点及螺钉安全倾角。确定螺钉固定的范围,螺钉在后柱通道易穿出部位及术中判断螺钉是否穿出的透视体位。结果 髋臼后柱安全通道近似“三棱柱”形,进钉点位于坐骨结节内外侧缘中线上,距离坐骨结节最远端男性为(12.99±1.99) mm,女性为 (13.26±2.58) mm,男女差异无显著性 (P＞0.05);髂窝出钉点距离同侧前方骶髂关节线男性为(23.65±2.42)mm,女性为(24.94±2.39) mm;距离真骨盆缘男性为(19.33±2.60)mm,女性为(17.63±2.00) mm;最大螺钉直径男性为(17.21±1.41) mm,女性为(15.54±1.51) mm;髋臼后柱逆行置钉方向与矢状面夹角男性为(10.52±3.04)°,女性为(7.72±2.99)°;与冠状面夹角男性为(15.00±4.92) °,女性为 (12.94±4.72)°,以上数据男女间差异均有显著性（P＜0.05）。逆行经坐骨结节置钉可固定股骨头中心所在水平面近端 4 cm 以下所有的髋臼后柱骨折,易穿出部位分别为髋臼后壁与坐骨支移行处、髋臼中部、坐骨大切迹水平下1 cm。“三棱柱”的3个侧面的切线位分别是髂骨斜位10°,闭孔斜位60°,髂骨斜位60°。结论 逆行髋臼后柱螺钉进钉点位于坐骨结节内外侧缘中线,距离坐骨结节最远端1.3 cm,方向约外倾10°,前倾15°,可固定股骨头中心所在水平面近端4 cm以下的髋臼后柱骨折。     

经皮Magic螺钉固定髋臼后柱骨折的影像解剖学

目的 探讨Magic螺钉固定髋臼后柱骨折的进钉点、方向与固定范围。方法 应用Mimics19.0软件对100例骨盆CT数据进行三维重建,在髋臼后柱置入虚拟Magic螺钉,确定螺钉进钉点、方向、长度、直径和安全范围。对有Magic虚拟螺钉固定的髋臼后柱进行截骨并建立模型,应用Geomagic Wrap 2017软件测量该螺钉通道的解剖参数。结果 Magic螺钉骨面进钉点男性位于髂前下棘向后(33.37±5.53)mm及髋臼顶头侧(13.40±3.70)mm;女性分别为(33.97±5.46)mm及(9.01±3.86)mm。男性螺钉后倾 (57.40±6.57)°,内倾(52.09±5.65)°,与髂骨翼的夹角为(15.21±3.42)°;女性为后倾(55.64±8.01)°,内倾(51.55±5.58)°,与髂骨翼夹角(9.85±3.68)°。男性螺钉最大直径为(6.97±0.98)mm,女性为(6.39±0.85)mm;男性螺钉长度为(76.73±9.20)mm,女性为(63.64±8.37)mm。男性直径5.5 mm螺钉后倾和内倾安全范围分别为(7.19±3.30)°和(9.41±3.95)°,女性直径5.2 mm螺钉后倾和内倾安全范围分别为(8.37±2.82)°和(10.32±3.93)°。在螺钉方向上,男性螺钉固定后柱的范围长度为(56.87±7.60)mm,20/50的标本螺钉可固定的骨折位于髋臼顶上,女性螺钉固定范围长度为(41.71±7.97)mm,8/50的标本螺钉可固定的骨折位于髋臼顶上。结论 经皮Magic螺钉是手术难度较大的后柱骨折微创固定方式,可固定位于后柱中上段的骨折。     

髂骨螺钉骨性通道毗连血管及神经的解剖学研究

目的　探讨经髂后上棘到髂前下棘髂骨螺钉通道附近的血管、神经分布,为临床手术提供参考。 方法　采用12具防腐骨盆标本,模拟手术操作,从后向前沿骨盆经髂后上棘到髂前下棘骨性通道钻入3.5 mm 钢针,观察盆腔内重要的血管神经和钢针空间关系,找出在放置髂骨螺钉时血管神经易损伤区域。 结果　髂骨翼后部,血管、神经与髂骨之间有腰大肌相隔开,进行放置螺钉操作中不易损伤;骨盆壁侧方,闭孔血管和闭孔神经距离盆壁都很近,在进行内固定操作时,如果导针或螺钉进钉角度偏小,对这些结构就有可能造成医源性损伤;髋臼及腹股沟区,因髂前下棘与旋髂深动脉距离最近,所以此动脉损伤几率最大。 结论　由后向前植入髂骨螺钉时,髂骨翼后部较为安全,但骨盆壁侧方和髋臼及腹股沟区较危险,闭孔血管、神经和旋髂深动脉容易受到损伤。     

髋臼前柱骨折后入路拉力螺钉内固定应用解剖及临床应用

目的　为髋臼前柱骨折后入路置入拉力螺钉固定提供解剖学基础。 方法　(1)50侧(男32,女18)成人髋骨标本,观测前柱纵轴走向,将纵轴穿出髂骨翼外面的点定为进钉点。用直径3.5 mm导针经进钉点沿纵轴置入,经耻骨结节下方穿出。测量导针与矢状面夹角α及与冠状面夹角β,纵轴长度,导针易穿出骨皮质的薄弱区及穿出点与耻骨结节的距离,对测量数据行统计学处理。(2)34侧尸体标本解剖,观测进针点毗邻,模拟置钉,经X线、CT扫描验证结果。 结果　进钉点位于髂结节和坐骨结节连线与髂前上棘和坐骨大切迹顶点连线的交点,出钉点于耻骨结节下方,男（6.62±2.79）mm,女（11.71±1.66）mm, α（50.62±3.55）°,β男（22.32±3.66）°,女（19.57±2.07）°;纵轴长,男（108.64±5.49）mm,女（100.92±6.25）mm。以上数据除角α外男女间均有显著性差异。验证结果及临床应用疗效满意。 结论　髋臼前、后柱均骨折时,在后入路复位固定后柱的同时,经该方法置入拉力螺钉固定前柱安全、简捷。     

三维重建模型模拟拉力螺钉固定髋臼后柱骨折的研究

目的　为经坐骨小切迹置入拉力螺钉内固定髋臼后柱骨折提供应用解剖学基础。 方法　用60例正常成人骨盆CT数据（男30例,女30例）,导入Mimics14.1行三维重建,观测骨盆三维模型髋臼后柱的纵轴走向,模拟置钉并确立螺钉穿出点。测量髋臼后柱纵轴的长度、后柱纵轴与冠状面夹角α和矢状面的夹角β,测量进针点及后柱盆腔侧、髋臼侧骨皮质厚度。 结果　髋臼后柱轴线向下穿出点位于坐骨小切迹中点,向上穿出点位于弓状线后端与髂前上棘连线中点。髋臼后柱纵轴的长度男性（105.04±　4.29）mm、女性（101.80±3.20）mm,α角男(33.41±2.18)°、女(31.56±2.71)°,β角男(21.74±1.19)°、女(19.15±　1.24)°。进钉点骨皮质厚度为(5.54±0.46)mm,盆腔侧和髋臼侧分别为(1.45±0.13)mm、(1.04±0.10)mm。 结论　三维重建模拟经坐骨小切迹中点行后柱拉力螺钉内固定,可快捷、准确测量钉道参数并进行术前评估,用该方法置入拉力螺钉固定后柱安全简便。     

CT辅助导航经皮骶髂螺钉内固定路径

目的:探讨CT辅助导航经皮骶髂螺钉内同定术的定位和路径.方法:60个成年健康志愿者行S1～3多层螺旋CT扫描,由计算机重构图像后测量通过椎弓根狭窄处中心点与正中推辞矢状面之间的角度、椎弓根高度和宽度等参数,根据这些数据确定体表进钉点、进钉角度和螺钉长度,结果:S1进针点距离后正中线(91.03±10.62)mm,同侧髂嵴后部(41.16±8.80)mm,位于通过髂后上棘连线的骶骨层面头侧(11.29±5.87)mm,进钉方向与水平而夹角(30.76±5.34)°,欠状而(48.76±9.43)°,最佳长度(84.59q±5.29)mm.S2体表进针点距离后正中线(127.82±15.63)mm,同侧髂嵴后部(59.34±9.03)mm,位于通过髂后上棘连线的骶骨层而尾侧(15.35±5.50)mm,进钉方向与水平面夹角(30.76±5.34)°,矢状面(61.15±8.38)°,最佳长度(64.04±6.65)mm.仰卧位和俯卧位骶骨倾斜度差别无统计学意义(P＞0.05),结论:(1)经多层螺旋CT扫描图像分析确、上的体表进钉点、进钉角度和螺钉长度可直接引导经皮骶髂螺钉内固定术;(2)分析确立的由CT扫描导航经皮骶髂螺钉内固定手术定位和路径为临床骶髂关节修复手术提供了一种快速、准确、安全的方法.     

构建前柱钢板髋臼区安全置钉的三维模型

背景：切开复位钢板置入内固定治疗髋臼前柱骨折时,螺钉穿入关节面的情况时有发生,为预防该并发症,对前柱钢板技术髋臼区安全置钉的定量解剖学测量非常有必要。目的：为前柱钢板髋臼区安全置钉提供解剖学依据。方法：利用Mimics软件对40例男性、40例女性骨盆CT进行三维重建,使用软件的切割工具制作前柱髋臼系列断面。使用软件测量工具,对各断面上不同进钉点的安全进钉方向及长度进行测量。将数据输入SPSS 13.0软件进行统计学分析。结果与结论：髋臼前后缘、前缘到髂耻隆起的距离,分别为男性(56.63±2.05) mm,(12.30±1.51) mm;女性(49.07±5.07) mm,(16.93±1.74) mm;髋臼后缘到髂耻隆起的距离为男性(45.46±3.44) mm,女性(33.72±6.85) mm。螺钉在矢状面与髂骨板的夹角为男性(72.17±0.93)°,女性(81.05±0.92)°。B、C和D各断面,斜冠状面上螺钉与髂骨板的最大夹角分别为男性(53.88±3.01)°,(43.22±1.86)°,(54.60±2.97)°;女性(49.54±1.81)°,(39.10±1.22)°,(47.91±2.23)°。提示利用三维模型测量前柱髋臼区解剖特点,对于前柱骨折钢板置入内固定过程中避免螺钉进入关节有重要的指导意义。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;组织工程全文链接：     

髂骨螺钉置入通道的临床解剖学研究

目的：为临床提供髂骨螺钉置入的相关影像和解剖资料.方法：采用18例骨盆标本进行CT扫描,对髂后上棘至髂前下棘、髂后下棘至髂前下棘和髂粗隆至髂前下棘三条骨性通道的线性距离、与矢状面所成角度和髂骨内外板距离进行测量.结果：经髂后上棘到髂前下棘,在女性标本中,骨性通道长为（125.3±15.2）mm,宽为（10.8±2.5）mm,其与矢状面所成角度平均为（25.5±5.2）°;而在男性标本中,该骨性通道长为（135.6±14.0）mm,宽度为（13±2.2）mm,其与矢状面所成角度平均为（26.3±4.5）°.经髂粗隆到髂前下棘,在女性标本中骨性通道平均值长为（117.1±14.1）mm,宽为（8.2 ±2.1）mm,其与矢状面所成角度平均为（26.5±5.4）°;在男性标本中骨性通道平均值长为（126.9±15.5）mm,宽为（10.1±2.4）mm,其与矢状面所成角度平均为（25.8±4.5）°.结论：经髂后上棘、髂粗隆分别至髂前下棘的标志线,可以作为髂骨螺钉置入通道.     

寰椎骨折前路复位内固定钢板置钉参数研究

目的　明确寰椎骨折前路复位内固定钢板寰椎侧块置钉可行性及置钉技术参数。 方法　用Mimics软件,对40例被检查者的CT数据进行三维重建,解剖测量,并模拟置入寰椎侧块螺钉,测量并获得置钉的技术参数。 结果　椎动脉孔内侧壁距离中线23.2 mm。寰椎后弓与寰椎侧块移行处内侧壁距离中线距离13.2 mm。寰椎侧块上位螺钉置钉点距离上关节面前缘6.2 mm,距离寰椎中线20.0 mm。上位螺钉长21.5 mm,于矢状面上成角范围向上1.5°～向下11.6°。寰椎侧块下位螺钉置钉点距离下关节面前缘8.9 mm,长15.2 mm,最大下倾角为20.7°,距离椎动脉孔内侧壁1.9 mm。距中线17.6~23.2 mm的侧块为JeRP钢板侧块螺钉置入的相对安全区域。 结论　寰椎侧块置入上下位螺钉具备可行性。置钉点及钉道方向必须根据患者术前的三维CT数据做最终的决定。上位螺钉置钉角度应宁下勿上,下位螺钉置钉角度应宁内勿外。     

髋臼闭孔后缘螺钉通道解剖学参数的研究

目的　为闭孔后缘螺钉通道置钉提供解剖学依据。 方法 收集50例正常成人骨盆（男女各25例）CT扫描数据,“轴位透视法”在半骨盆三维重建模型上测量闭孔后缘螺钉通道置钉参数,并于13具半骨盆骨性标本上验证。 结果　最大螺钉直径男、女性分为（6.48±1.07）mm、（5.87±1.34）mm,最大螺钉长度男、女性分为（98.03±4.08）mm、（87.34±4.76）mm;OA值男、女性分为（7.93±2.30）mm、（3.77±1.37）mm ,AB值男、女性分为（55.99±4.83）mm、（63.66±4.74）mm;∠θ男、女性分为（79.17±9.89）°、（71.81±10.61）°;∠ψ男、女性分为（108.72±6.13）°、（98.12±7.43）°。所有的测量参数均存在男女之间的统计学差异（P<0.05）。13具半骨盆骨性标本除1例女性标本外均于该通道成功置入1枚3.5 mm克氏针。 结论 根据测量所得参数,于闭孔后缘螺钉通道置入一枚长度合适、直径至少为3.5 mm的拉力螺钉是可行的,可以此为基础设计相关置钉瞄准装置。     

Radiological landmarks for the safe extra-capsular placement of supra-acetabular half pins for external fixation

Purpose

Low anterior external fixators are constructed by placing half pins in the dense bone tunnel of the supra-acetabular region in an anterior to posterior direction. Although the placement of these pins is extra-articular, they may still breach the hip capsule on the anterior inferior iliac spine and thus be intra-capsular. We aim to provide radiological markers for the most superior fibres of the capsule to allow safe extra-capsular pin placement within the supra-acetabular bone tunnel.

Methods

Thirteen cadaveric pelves were used for this study. The supra-acetabular bone tunnel was visualised with an image intensifier. The proximal most fibres of the hip joint capsule were marked with a K-wire so that their relation to the bone tunnel could be clearly seen on the images. Once all images were acquired they were calibrated and analysed to estimate the dimensions of the supra-acetabular bone tunnel and the reflection of the hip capsule.

Results

The median height of the bone tunnel was 23.6 mm (18.9–33.2) and maximum width was 11.4 mm (7.6–16.3). The inferior margin of the bone tunnel was 6.7 mm (1.1–14.5) superior to the acetabular dome, and the most proximal fibres of the capsule were 9.3 mm (4.7–6.1) superior to the acetabular dome. The inferior portion of the tunnel was 3.7 mm (0.3–8.9) within the joint.

Conclusion

Half pins for the construction of a pelvic external fixator should be placed in the upper half of the supra-acetabular bone corridor to minimise the risk of intra-capsular placement.     

S2横形螺钉固定变异骶骨Ⅲ区骨折的影像解剖学研究

目的　探讨S1椎不能横形置入骶髂螺钉固定骶骨Ⅲ区骨折时,置入S2横形螺钉的安全参数。 方法　用Mimics软件对96例骨盆CT数据进行三维重建,模拟横形置入S1、S2螺钉,根据能否横形置入S1螺钉将骶骨病例分为正常组与变异组。重建骨盆周围软组织,确定S2横形螺钉进钉点B、髂前上棘顶点M、髂嵴上点N的体表投影点B1、M1、N1,并测量各点间的长度。 结果　正常组男、女B1M1长度分别为(140.94±16.64) mm、(143.95±16.27) mm,均明显大于变异组男、女B1M1的长度(129.37±14.93) mm、(132.07±16.84) mm (P男＜0.05,P女＜0.05)。正常组与变异组B1N1的长度男性分别为(69.92±6.73) mm、(72.64±7.46) mm,女性分别为(60.80±7.05)mm、(58.85±7.81) mm,其差异均无统计学意义(P男＞0.05,P女＞0.05)。正常组与变异组M1N1的长度男性分别为(157.58±16.83) mm、(150.48±13.21) mm,女性分别为(156.79±15.84)mm、(151.49±16.58)mm,其差异均无统计学意义(P男＞0.05,P女＞0.05)。 结论　当S1椎为腰骶移行椎、高位骶骨或骶骨翼斜坡陡峭变异时不能横形置入骶髂螺钉,可经S2横形置入直径7.0 mm螺钉固定骶骨Ⅲ区骨折,术者在透视监视下可通过触摸髂前上棘及髂嵴来确定S2螺钉的体表进钉点。     

优化髋臼后柱螺钉内固定的计算机辅助设计

目的研究专门的最优化计算机辅助解剖测量技术,为髋臼后柱拉力螺钉内固定提供解剖学基础。方法取骨盆CT数据40份,进行精确的三维重建得到80个半骨盆模型。根据临床手术需要,对螺钉到骨边界的加权距离进行动态采样作为最优化目标函数,在约束条件下自动迭代修改螺钉2个端点位置,达到最佳位置。对测量结果进行统计分析,并设计新的解剖测量参考体系。结果髋臼后柱拉力螺钉的入钉点在骶髂关节最前缘与髂前上下棘之间切迹连线的上方(18.90±1.19)mm处,垂足点在骶髂关节最前缘与髂前上下棘之间切迹连线上的比例位置为2:3;其进针方向与入钉点-髂前上下棘之间切迹连线呈(85.99±2.04)°,进针方向与入钉点-垂足点连线的夹角呈(37.54±1.55)°;螺钉骨内段长度为(133.07±3.22)mm。结论最优化计算机辅助解剖测量是一种非常有效的新测量技术,克服了传统手工实物解剖测量的缺点,并且方便设计新的解剖测量参考体系和临床手术方案,有利于提高临床工作质量和效率。     

Supra-acetabular external fixation for pelvic fractures: a digital anatomical study

Supra-acetabular external fixation is an important tool for pelvic fractures. Understanding the anatomical characteristics of anterior inferior iliac spine (AIIS) is crucial for the operation. Here, we analyzed the morphology of AIIS and adjacent structures via a digital measurement mode. One hundred and twenty normal pelvic computed tomography (CT) scans were converted into three-dimensional digital models and their parameters were measured by Geomagics software. We obtained the values of 13 important AIIS anatomical characteristics, which were the perpendicular distance of the anterior superior iliac spine(ASIS) and AIIS (PDASIS-AIIS), the perpendicular distance between the AIIS and superior pubic tubercle (PDAIIS-PT), the distance between the AIIS and anterior median line (HDAIIS-ML), the angle of the pin tract line and the horizontal plane (AHOR), the transverse diameter of AIIS (TD), and the minimum diameter of the pin tract plane (DMIN), etc. Among them, six parameters showed significant difference between male and female (PDASIS-AIIS: P =0.040, PDAIIS-PT: P = 0.001, HDAIIS-ML: P = 0.019, AHOR: P = 0.021, TD: P < 0.001, and DMIN: P = 0.003, respectively). These results provided references in locating pinning site for a safer and more accurate supra-acetabular external fixation and also suggested that gender difference should be considered during the surgery.