不同内植物修复单侧不稳定骨盆后环损伤的有限元及生物力学分析

背景：骨盆稳定性主要由骨盆后环决定及骶髂关节决定，车祸等高能量冲击带来的骨盆后环损伤及骶髂关节脱位病例逐年递增。手术治疗是最优方法，临床中存在多种内植物修复方式，但哪种治疗方式的生物力学性能最优仍有一定争议。目的：对比前路双钢板、后路桥接钢板、拉力钉3种内植物修复单侧不稳定骨盆后环损伤的生物力学性能，为其临床治疗及骨盆新型拉力钉研发提供参考。方法：(1)有限元仿真：利用Mimics、Wrap和SolidWorks分别建立正常骨盆、单侧后环损伤骨盆及其前路双钢板、后路桥接钢板、拉力钉修复模型，利用Ansys分析模型的应力和变形情况；(2)生物力学实验：用15个完整骨盆标本随机分为5组，分别为正常骨盆、单侧后环损伤骨盆及其前路双钢板、后路桥接钢板、拉力钉修复组，并用Instron E10000力学试验机进行力学测试。结果与结论：(1)仿真分析结果显示，正常骨盆模型骶骨平均位移为0.174 mm，骶髂骨最大应力为10.51 MPa，应力分布均匀；单侧不稳定损伤骨盆模型骶骨平均位移最大，为0.267 mm，模型应力集中明显；3种修复模型骶骨平均位移都接近正常骨盆模型，拉力钉修复模型骶髂骨应力分...     

骶髂螺钉LX 固定方式的生物力学特性分析

目的　研究骶髂螺钉LX固定方式与目前常规骶髂螺钉固定方式的拔出强度、刚度、能量吸收，确定比较符合人体生物力学要求的固定方式。方法　8具甲醛固定湿润成人尸体的正常骨盆标本，平均年龄23~45岁。骨密度测量排除骨质疏松，排除畸形、肿瘤、外伤等异常。将骨盆等分锯成两半，左侧组采用骶髂螺钉LX固定，置入正、负应力骶髂拉力螺钉，沿着骶髂关节复合体的压力带和张力带轴线，分别置入骶髂关节复合体的张力带和压力带；右侧组置入常规骶髂拉力螺钉。测量拧紧力矩、轴向拔出力、相对位移、应变、能量吸收。结果　拧紧力矩与骨密度、拧紧力矩与轴向拔出力、轴向拔出力与骨密度之间存在明显的正相关关系(P<0.05)。左侧组拔出力为(1158.10±29.20)N，比右侧组(791.2±44.6)N高32%(P<0.05)。右侧组的吸收能量为(6.52±0.78)J，左侧组的吸收能量为(11.75±1.45)J，左右两侧总的能量相比，左侧比右侧大(P<0.05)。结论　骶髂螺钉LX固定方式的强度和刚度均高于常规骶髂螺钉固定，拔出螺钉需要的能量亦大，具有生物力学优势，有利于骶髂复合体修复，更符合人体工程学要求。     

骶骨钉治疗骨盆后环损伤的体会

目的 探讨采用骶骨钉治疗骨盆后环损伤的疗效及手术指征.方法 2004～2006年采用骶骨钉治疗骨盆后环损伤病人共18例.在C型臂透视下,将骶骨钉经过髂骨、骶髂关节、椎弓根固定到骶1椎体上.结果 18例患者经半年以上随诊,获得良好的治疗效果,优良率达94.4%,无血管、神经、内脏损伤并发症发生.结论 通过对这组患者的治疗,认为骶骨钉治疗骨盆后环损伤具有创伤小,恢复快,费用低的特点,手术指征为:(1)骶髂关节损伤、脱位或骶髂韧带损伤致骨盆不稳定;(2)骶骨骨折不稳定;(3)骶髂关节脱位伴骶骨或髂骨骨折,合并骶髂韧带损伤不稳定;(4)耻骨联合分离(＞2.5cm);(5)分离、移位明显的耻骨支骨折伴骨盆不稳定.     

前路钢板置入固定治疗骶髂关节脱位的三维有限元分析

背景：已有文献报道骶髂关节损伤及固定的生物力学研究,但多是在尸体标本或人工骨模型上模拟骶髂关节损伤。 目的：利用三维有限元方法对骶髂关节脱位前路钢板内固定的垂直稳定性进行分析。 方法：在完整骨盆三维有限元模型的基础上,建立一侧骶髂关节脱位后前路钢板内固定模型。对模型施加500 N轴向载荷,经计算得到应力、应变及位移云图,并与完整骨盆的同一工况进行比较分析。 结果与结论：在内固定系统处出现了应力集中现象,尤其以靠近骶髂关节的螺钉周围应力最大,远远大于完整骨盆同一工况下的最大应力。应变以健侧骶髂关节最大,内固定侧骶髂关节无应变。位移以损伤侧骶髂关节处最大,约为完整骨盆的2倍。提示前路钢板内固定治疗骶髂关节脱位,骨盆在垂直方向上稳定性较差,且钢板螺钉处出现了应力集中现象。     

骨盆垂直不稳定性骨折的生物力学研究

目的　利用人体骨盆标本制作骶髂关节骨折脱位模型,研究垂直不稳定性骨盆骨折中骶髂复合体生物力学损伤特点。 方法　成年男性冰冻骨盆标本6具,固定于MTS生物材料试验机上以2 m/s速度进行动态撞击,记录骶髂关节出现完全骨折脱位所需的最大撞击力及响应时间,用步态分析仪的动作捕捉系统测量骶髂复合体中韧带完全破坏时骶髂关节空间三维位移,解剖学方法观察骶髂复合体损伤特点。 结果　成功制备出骶髂关节骨折、脱位损伤模型,单侧骶髂复合体完全损伤所需的撞击力峰值平均值（4.05±0.42）kN,标本响应时间平均值为（22.99±1.89）ms,骶髂关节最大垂直位移平均为（8.15±1.34）　mm;骶髂复合体损伤以经骶髂关节骨折并脱位为多,髂腰韧带均表现为连同第四、五腰椎横突骨折,骶髂腹侧韧带相对薄弱易于髂骨止点处撕裂,骶髂后短韧带易发生髂骨侧的撕脱骨折,骶棘韧带骶结节韧带及盆底肌肉损伤不明显。 结论 骨盆垂直不稳定性骨折中骶髂复合体损伤具有一定的规律和特点,当骶髂关节垂直位移超过0.9 cm时提示后方骶髂复合体的韧带结构已全部破坏,骨盆环处于绝对不稳状态。     

骶髂关节及相关的解剖观测和临床意义

目的：通过骶髂关节及相关的解剖观测，为半盆脱位骶髂关节穿钉固定术提供临床应用依据。方法：观察成人干燥骨盆标本30付，并测量60侧穿钉时涉及的数据，以统计学方法计算出该组数据的国人正常值范围。结果：得出骶髂关节螺钉固定的进钉点、方向、安全范围及深度。结论：掌握骶髂关节的相关解剖及进钉要点，对临床施行半盆脱位骶髂关节穿钉固定术具有指导意义。     

骶髂关节韧带应用解剖学意义

背景：骨盆后部结构中,骶髂后韧带复合体、骶结节韧带和骶棘韧带的完整,对骨盆稳定性有重要作用。 目的：观察骶髂关节周围韧带解剖结构,了解各韧带对关节稳定性的作用。 方法：对20具防腐成年尸体骨盆标本,共40侧依次采用前后方入路,对骶棘韧带,骶结节韧带,耻骨联合及骶髂关节诸韧带结构进行解剖学观察。 结果与结论：骶髂关节周围韧带可分为3组：骶髂前韧带、骶髂骨间韧带和骶髂后韧带。耻骨上下韧带及耻骨前后韧带。骶棘韧带和骶结节韧带。此3组韧带主要有两个功能：连接脊柱和骨盆环;维持骨盆环的稳定。     

骶髂融合治疗下腰痛的生物力学效应

目的基于有限元方法,建立骶髂关节融合和接触的模型,比较两模型的生物力学差异,探究骶髂融合治疗下腰痛的生物力学机理。方法构建包含骨盆环、骶骨、部分股骨、关节软骨和关节连接的骨盆有限元模型两例,分别设定骶髂关节连接为接触和融合,探究在500 N载荷下,两例模型中骨盆环特别是骶髂关节处力学传导的差异。结果在融合条件下骶髂软骨承受的应力及位移明显低于接触条件,在双侧骶髂软骨处尤为明显,其中左骶骨关节处,位移由0.83 mm减低为0.23 mm,减低幅度达约261%,等效应力由6.6 MPa减低至5.0 MPa,减低约32%。但融合条件下,骨盆环应力的传递相对更集中。结论骶髂融合可能提供较好的疼痛治疗效果,但同时必须谨慎评估伴发骨盆损伤和股骨头损伤的危险性。     

骶髂关节脱位钉板内固定与关节拉力螺钉内固定两种置入方法的三维有限元分析

背景:有限元法能对复杂的结构、形态、载荷和材料力学性能进行应力分析比较,模拟的条件更接近正常,结果更加可信,已经是骨科生物力学研究中的重要手段。目的:以有限元分析方法建立骨盆骶髂关节(单侧)脱位模型,比较前路钉板内固定及骶髂关节拉力内固定治疗后的生物力学稳定性。方法:在正常骨盆三维有限元模型的基础上,截断骶髂关节间的骶髂前后韧带(包含骶髂骨间韧带)以及骶结节韧带和骶棘韧带等盆底韧带,造成骶髂关节脱位。分别在前路钉板内固定系统(共2块重建钢板6枚螺钉)及骶髂关节拉力螺钉内固定(2枚拉力螺钉)两种固定方法的模型上,加载后进行非线性有限元分析。计算该加载方式下的骨盆应力、应变及位移的分布情况。结果与结论:建立了高精度骨盆骶髂关节脱位两种内固定的三维有限元模型。通过应力应变云图分析与比较后发现,采用骶髂关节拉力螺钉内固定相对于前路钢板内固定移位的总位移小,应力分布均匀,无明显高度集中现象,固定强度更大,固定后的骨盆更稳定。利用有限元方法分析骨盆骶髂关节脱位两种内固定生物力学稳定性,具有较高真实性、精确度和可重复性,结果与其他生物力学实验结果相一致,能满足临床骨盆损伤研究的需要。     

骶髂关节骨折脱位的手术治疗

目的回顾性分析26例骶髂关节骨折脱位的内固定方法和临床疗效,探讨骶髂关节骨折脱位的手术方法。方法对26例骶髂关节骨折脱位的TileC型骨盆骨折病例,16例采用经皮骶髂关节空心螺钉技术固定骨盆后环,10例采用骶髂关节前路钢板技术固定骨盆后环,所有病例同时固定骨盆前环,采用Majeed功能评分进行疗效评定。结果随访6个月～6年,平均2年3个月,本组病例术后未发生骶神经损伤、伤口感染等并发症,X线片示骶髂关节复位及内固定位置良好。根据Majeed功能评分,优9例,良10例,优良率达73.1%。结论对于骶髂关节骨折脱位的TileC型骨盆骨折,经皮骶髂关节空心螺钉和骶髂关节前路钢板均可重建骨盆后环的稳定性。而经皮骶髂关节空心螺钉固定具有固定坚强、损伤小等优点,值得推广应用,但操作技术要求高,并要注意防止手术并发症的发生。     

Anterior pelvic plating and sacroiliac joint fixation in unstable pelvic ring injuries

Purpose

To analyze the effectiveness of anterior pelvic plating and subsequent percutaneous sacroiliac joint screw fixation in patients with unstable pelvic ring injuries.

Materials and Methods

Thirty-two patients were included with twenty-one males and eleven females. The mean age was 41 years (range, 19-76). The mean follow-up period was 51 months (range, 36-73). According to AO-OTA classification, there were 11 cases of B2 injuries, 8 cases of B3 injuries, 9 cases of C1 injuries, 2 cases of C2 injuries and 2 cases of C3 injuries. In the posterior lesions, there were 20 cases of sacral fractures and 12 cases of sacroiliac joint disruptions or dislocations. Anterior pelvic plating and subsequent percutaneous sacroiliac joint fixation were performed.

Results

The clinical results were 16 cases of excellent, 10 cases of good, 4 cases of moderate and 2 cases of poor functional results. The 2 cases out of 7 moderate reductions had poor functional results with residual neurologic symptoms. The radiological results were 16 cases of anatomic, 9 cases of nearly anatomic and 7 cases of moderate reduction. All patients were healed except 3 cases of nonunion at the pubic ramus. The complications encountered were 3 cases of screw loosening, 2 cases of anterior plate breakage and 1 case of postoperative infection.

Conclusion

In patients with unstable pelvic ring injuries, anterior pelvic plating and subsequent percutaneous sacroiliac joint screw fixation may be a useful surgical option. The radiological results and residual neurologic symptoms had effects on its functional results.     

髋臼前壁骨折模型的建立及不同内固定方式的生物力学稳定性比较

目的　建立髋臼前壁骨折模型,比较4种内固定方式的生物力学稳定性。 方法　选取20个防腐成人半骨盆标本,建立髋臼前壁骨折模型。将骨折模型随机分为4组,A组采用真骨盆上缘重建接骨板固定,B组采用真骨盆内缘重建接骨板固定,C组采用顺行拉力螺钉固定,D组采用逆行拉力螺钉固定。对各组标本进行轴向压缩实验,测量骨折断端水平位移,计算剪切刚度,比较4组不同内固定方式的稳定性。 结果　相同加载载荷下,骨折断端水平位移：A组>B组>C组>D组,内固定剪切刚度：D组>C组>B组>A组。载荷为400 N时各组水平位移及内固定剪切刚度差异均无统计学意义（P>0.05）,载荷为800 N至2000 N时,除C组与D组间水平位移及内固定剪切刚度差异无统计学意义外（P>0.05）,其余各组间比较差异均有统计学意义（P<0.05）。 结论　髋臼前壁骨折模型可用于髋臼前壁骨折的生物力学分析,采用拉力螺钉固定髋臼前壁骨折的稳定性高于重建接骨板固定方式,其中顺行拉力螺钉固定与逆行拉力螺钉固定的稳定性相似。     

三种固定方式修复胫骨平台后外侧骨折的生物力学比较

背景：胫骨平台后外侧骨折修复方案包括后侧钢板螺钉、外侧钢板螺钉和前后拉力螺钉内固定;选择何种内固定方法主要是靠医师的临床经验,研究结果也大多是临床报道,缺乏力学实验的依据。 目的：从生物力学角度比较外侧钢板螺钉组、后侧钢板螺钉组、前后拉力螺钉组3种固定方式修复胫骨平台后外侧骨折的生物力学变化。 方法：采用6具成年男性防腐尸体胫骨标本共12个进行干骺端骨密度测定。电动摆锯建立胫骨平台后外侧1/2骨折模型,模型随机分3组进行前后拉力螺钉固定、外侧钢板螺钉固定、后侧钢板螺钉固定。利用有限元法和生物力学方法在250,500,1 000 N的轴向载荷下测试骨折块的轴向位移值及最大位移值分布区。 结果与结论：3组标本干骺端平均骨密度差异无显著性意义(P > 0.05)。在轴向载荷为250 N时,有限元实验中骨折块的位移值,前后拉力螺钉组最小,为0.013 521 mm;后侧钢板螺钉组居中,为0.016 991 mm;外侧钢板螺钉组最大,为0.138 200 mm,在500,1 000 N时情况类似。实验生物力学结果显示,前后拉力螺钉组的位移值明显小于外侧钢板螺钉组和后侧拉力螺钉组(P < 0.05);后侧钢板螺钉组与外侧钢板螺钉组比较差异无显著性意义(P > 0.05),两种测试方法最大位移值分布区域都在近侧胫腓关节交界区。提示在生物力学稳定性方面,前后拉力螺钉组最具优势,外侧钢板螺钉组较差。临床可以考虑将前后拉力螺钉固定作为修复胫骨平台后外侧骨折的首选方案。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：     

A novel technique for sacropelvic fixation using image-guided sacroiliac screws: a case series and biomechanical study

In this study, we sought to assess the safety and accuracy of sacropelvic fixation performed with image-guided sacroiliac screw placement using postoperative computed tomography and X-rays. The sacroiliac screws were placed with navigation in five patients. Intact specimens were mounted onto a six-degrees-of-freedom spine motion simulator. Long lumbosacral constructs using bilateral sacroiliac screws and bilateral S1 pedicle and iliac screws were tested in seven cadaveric spines. Nine sacroiliac screws were well-placed under an image guidance system (IGS); one was placed poorly without IGS with no symptoms. Both fixation techniques significantly reduced range of motion (P < 0.05) at L5–S1. The research concluded that rigid lumbosacral fixation can be achieved with sacroiliac screws, and image guidance improves its safety and accuracy. This new technique of image-guided sacroiliac screw insertion should prove useful in many types of fusion to the sacrum, particularly for patients with poor bone quality, complicated anatomy, infection, previous failed fusion and iliac harvesting.     

不同角度置钉对椎弓根螺钉稳定性的影响

背景：有研究表明经皮椎弓根螺钉置入的准确性及手术效果要优于开放手术,但既往研究中对置钉角度与螺钉稳定性的关系尚不清楚。 目的：观察不同角度置钉对椎弓根螺钉稳定性的影响。 方法：选取成年猪椎体标本30个,分别按照不同的冠状面及矢状面角度置钉,通过机器测试各标本螺钉的最大拔出力,并绘制载荷-位移曲线,进行统计分析。 结果与结论：10°及15°冠状面及矢状面角度置钉的螺钉最大拔出力及最大能量明显优于0°角组(P < 0.05)。当应力超出最大拔出力时,螺钉的拔出力呈现缓降趋势,冠状面及矢状面10°及15°夹角组曲线相似,斜率优于0°角组(P < 0.05)。结果证实,置钉角度为经皮椎弓根螺钉稳定性提供有力帮助,螺钉开始松动后,把持力呈现稳步下降趋势。 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     

后路单钉棒治疗骶髂关节脱位的生物力学特性及其有效性

背景：目前骶髂螺钉广泛应用于治疗骶髂关节脱位,但是生物力学性能较差,不能达到坚强内固定。 目的：探讨应用单钉棒治疗骶髂关节脱位的力学强度及临床疗效。 方法：①取成年防腐标本12具,男女各半,分别切断骶髂关节韧带及耻骨联合结构,制作骶髂关节脱位、耻骨联合分离模型,将标本随机等分为骶髂螺钉固定组和骨盆后路单钉棒固定组,分别采用骶髂螺钉固定和骨盆后路单钉棒固定方法固定。②设定单钉棒系统临床适应证,收集16例骶髂关节脱位患者的临床资料,采用Mears的影像评定标准和骨盆骨折Majeed疗效评分评定固定效果。 结果与结论：在相同载荷下,骶髂关节标本后路单钉棒固定组的位移、轴向刚度、极限载荷和屈服载荷均大于骶髂螺钉组(P < 0.05)。16例患者随访时间平均为23.2个月(3~45个月)。根据Mears的影像评定标准,固定后解剖复位13例,满意3例。骨盆骨折Majeed疗效评分为60~100分,平均82分;其中C1型骨折的疗效优良率为82%,C2型为80%。提示与骶髂螺钉比较,应用后路单钉棒治疗骶髂关节脱位,其内固定强度更为可靠,临床疗效也更满意。     

基于术中三维透视图像使用“天玑”骨科机器人辅助经皮骶髂关节螺钉治疗后环不稳定型骨盆骨折

目的 探讨基于术中三维透视图像使用“天玑”骨科机器人辅助经皮骶髂关节螺钉治疗后环不稳定型骨盆骨折的安全性及临床效果。方法 回顾性分析武汉市第四医院2019年10月至2020年10月基于术中三维透视图像使用“天玑”骨科机器人辅助经皮骶髂关节螺钉治疗的12例后环不稳定型骨盆骨折患者的临床资料。其中,男8例,女4例;年龄32 ～ 69岁,平均41.2岁;体重47 ～ 88 kg,平均60.2 kg;致伤原因：车祸伤7例,高坠伤3例,重物压砸伤2例;骨盆骨折按Tile分型：B2型7例,B3型4例,C1型1例。所有患者均基于术中三维透视图像使用“天玑”骨科机器人辅助经皮置入骶髂关节螺钉,术后均摄骨盆X线片、CT＋3D重建评价骨折端复位质量及骶髂关节螺钉位置情况。记录手术总时间、置钉准备时间、置钉时间、术后并发症情况,螺钉位置优良率。末次随访时采用Majeed骨盆骨折量化评估系统进行功能评价。结果 本组12例患者共置入骶髂关节螺钉17枚,其中S₁单侧7枚,S₁双侧共8枚,S₁、S₂单侧各1枚。骶髂关节螺钉手术总时间平均65.1 min;置钉准备时间平均39.2 min;置钉时间平均25.4 min。2例患者术前常规静脉血栓筛查发现下肢深静脉血栓,1例腘静脉血栓并肺动脉分支血管栓塞,VTE总发生率为25.0%。术后X线评价骨折复位情况：优11例,良1例,优良率100%。术后CT评价螺钉位置：0级16枚,1级1枚,完全准确率：94.1%（16/17）。术后均无血管或神经损伤,无死亡病例,手术切口均一期愈合,无切口感染或愈合不良病例。所有骨盆骨折均活动骨性愈合,末次随访时Majeed评分为78 ～ 96分,平均89.3分。结论 基于术中三维透视图像使用“天玑”骨科手术机器人经皮微创置入骶髂关节螺钉,手术中能获取所需的高质量图像,螺钉规划时可从三个维度多平面确定理想的螺钉位置,通过机械臂的稳定导向准确置入螺钉。临床结果显示,螺钉置入准确性高,安全性好,手术及住院时间短,患者术后疼痛轻,可早期进行康复锻炼,并发症发生率低。     

Kinematics of the human pelvis following open book injury

The objective of this study is to determine the three dimensional kinematics of the human pelvis including both sacroiliac joints following a simulated open book injury induced on cadavers by applying anterior-posterior compressive loads to the pelvis. An electromagnetic digitizing and motion tracking system was utilized to measure the morphology of the pelvis and the relative movements of its bones during this simulated open book fracture. The screw displacement axis method was used to describe the relative motion between the sacrum and each hipbone. Morphologically, it was found that the articular surfaces forming the sacroiliac joints could be approximated with planar surfaces directed from proximal and lateral to distal and medial and from posteromedial to anterolateral. The kinematic data obtained from this study indicate that there is a direct correlation between the opening of the symphysis pubis and the opening of the sacroiliac joint (SIJ) during open book injury. This suggests that the extent of injury of the SIJ maybe estimated from the degree of opening of the symphysis pubis as demonstrated on anteroposterior (A-P) x-rays. The results obtained from this study also indicate that the motion of the hipbone with respect to the sacrum on the side of the sacroiliac joint opening is almost a pure rotation, which translates clinically on the A-P x-rays as pure opening of the SIJ without vertical displacement. The average axis of rotation was found to be almost parallel to the SIJ planar articular surface. Furthermore, the pubic bone on the side of SIJ opening was found to displace inferiorly and posteriorly. One can thus conclude that in open book pelvic injuries, the pubic bone on the side of injury displaces inferiorly on the outlet projection x-rays with no vertical displacement of the SIJ. This is important since the initial assessment of the open book injury in the emergency room includes outlet projection x-rays. From this study, the relative vertical positions of the pubic bones on these x-rays can help the surgeon in differentiating open book fracture injury from other pelvic injuries.