【综述】髋臼下通道螺钉影像学参数及临床应用的研究进展
文章来源： 中华骨科杂志,2020,40 (21): 1486-1492
作者：马志强 孙辉 马雷 郎斌 吕刚
髋臼骨折的手术目标是解剖复位、坚强固定，以满足髋关节早期功能锻炼，避免关节僵硬、肌肉萎缩、血栓形成、肺炎及创伤性关节炎等并发症。近10年来，微创治疗理念发展迅猛，骨盆通道螺钉概念作为一种微创精准内固定方式，在临床中广为应用。其中包括髋臼下方通道螺钉。髋臼下方通道是在髋关节内侧，经过前柱及后柱并且平行于骨盆四边体的一条通道。髋臼下方通道螺钉是平行四边体螺钉技术和骨盆通道螺钉技术的结合，应用于髋臼骨折中伴有前后柱分离的骨折类型。相关影像解剖学研究发现超过90%的人群存在可以安全置入5 mm螺钉的髋臼下通道，并根据CT扫描数据描述了其进针点、角度、通道形态，并在体外力学研究中证实髋臼下方螺钉可大幅增强整体内固定的强度。临床应用验证了其临床技术的可操作性，患者良好的结果同时证明了髋臼下螺钉的应用价值，并衍生出逆行髋臼下方螺钉技术。
髋臼骨折是高能量创伤之一，多伴有复合伤，死亡率为5%~20%，致残率为50%~60%[1,2]。手术是治疗髋臼骨折的常规方法[3,4]。关节周围拉力螺钉固定因创伤小、手术时间短、并发症少、费用相对低廉等优势成为关节内骨折复位固定的首选。
髋臼周围螺钉固定技术是髋臼柱理论与拉力螺钉技术的结合，其中柱的解剖复位和髋臼窝的重建是髋臼周围螺钉固定技术的核心。早在1988年Reinert等[5]就使用2枚拉力螺钉分别固定前、后柱来治疗髋臼横断骨折；而后逐渐形成了髋臼周围螺钉固定的理念。其中Letournel和Judet[6]对髋臼周围螺钉固定理念作出突出贡献，他们系统总结了髋臼周围螺钉固定技术，并提出对前、后柱分离的病例，经髂腹沟入路第二窗在骨盆入口缘平行四边体置入一枚拉力螺钉（图1）可以有效固定分离的前、后柱骨折，同时这枚螺钉紧贴关节面，提供了更有效的力学支撑。但由于髋臼下方骨质较薄及较高操作难度，所以置入时常伴随螺钉切入关节的风险。骨盆髋臼周围通道螺钉概念由Bishop和Routt于2011年提出，并于2012年发表文章[7]，他们认为在正常骨盆的特定解剖位置存在松质骨的骨通道，并提出规范化的置钉操作，这大幅提高了置钉的精准性及可重复性。此后，通道螺钉技术得到快速普及和发展。Culemann等[8]首次提出在髋臼下方可以置入一枚螺钉来替代平行四边体的螺钉固定分离的前、后柱，并与髋臼上方螺钉、髂腹股沟钢板共同构成髋臼周围固定架结构，以提供可靠的固定，并将其命名为髋臼下方螺钉。其后多名学者在实验室进行数字解剖研究，结果发现在髋臼下方存在一骨通道，并提出其通道的解剖学数据并在临床应用中得到验证，并定义为髋臼下方通道螺钉[9,10,11,12,13,14,15,16,17]。
图1 髋臼下螺钉及髋臼周围固定架示意图，髋臼下螺钉固定前、后柱，将由髋臼上螺钉、髋臼前、后柱及髂腹股沟钢板构成的髋臼周围固定架闭合
一、髋臼下螺钉通道的解剖
（一）形态研究 借助CT扫描，Arlt等[9]对124个骨盆的248个髋臼下的螺钉通道进行数据分析，结果显示所有髋臼下螺钉通道的体积始终显示出双圆锥形状，最狭窄处位于髋臼中央凹区域，并且螺钉进入的区域投影于髂耻隆起。 （二）长度测量 文献报道，在97%的男性髋臼和91%的女性髋臼中，存在一个3.5 mm的螺钉通道，如将螺钉通道直径增到4.5 mm，则这个比例降至男性93%，女性77%，差异有统计学意义，并且这个趋势随螺钉通道直径的增加（最大到7.5 mm）而持续存在[9]。男、女性的髋臼下螺钉通道容积比较差异有统计学意义，男性髋臼的平均螺钉通道容积较女性大6.8 cm3，同时未发现髋关节的异常发育与髋臼下通道参数有何关系。 基于CT扫描，Gras等[10]对523个骨盆进行生物形态学研究，结果发现在93%的标本中髋臼下螺钉通道直径超过5 mm，其中男性94%，女性90%，平均为7.4 mm（范围2.8~12.9 mm）。女性的最大髋臼下通道直径小于男性，女性为6.9 mm，男性为7.7 mm，差异有统计学意义，但在通道直径超过5 mm的样本中，男、女性差异不显著。髋臼下螺钉通道的平均长度为103 mm（范围81~122 mm），其中女性为96.2 mm，男性为106.4 mm，差异有统计学意义。 考虑到不同地区与人种的差异，冯凯等[11]对中国人的髋臼下通道进行了分析。实验收集了50例正常成人骨盆（男、女各25例）的CT扫描数据，结果显示髋臼下通道螺钉最大直径男性为（6.48±1.07） mm、女性为（5.87±1.34） mm，螺钉的最大长度男性为（98.03±4.08） mm、女性为（87.34±4.76） mm；将虚拟螺钉的中心点记作O点，O点至骨盆界线的最短距离为OA，其数值男、女性分别为（7.93±2.30） mm、（3.77±1.37）mm；A点至耻骨联合最短距离为AB，其数值男、女性分别为（55.99±4.83） mm、（63.66±4.74） mm；男、女性OA和AB分别比较，差异均有统计学意义。 基于CT，Kanezaki等[12]对40名男性和40名女性髋臼下通道的影像学参数进行测量，包括以下5个数据：髋臼下通道直径（IAD）、从进针点到后皮质（髋臼下通道）的长度（APL）、从进针点到骨盆内侧缘的长度（LME）、髋臼下通道的起点至耻骨联合顶部的长度（LPS）、髋臼下螺钉通道在入口平面上的倾斜角（TIP），结果提示：IAD、APL、LME、LPS和TIP分别为（4.0±1.3） mm、（89.5±7.1） mm、（8.7±3.6） mm、（57.8±4.8） mm和4.7°±5.2°；其中有21.9%（35/160）的髋臼下通道无法置入直径为3.5 mm的拉力螺钉。此项研究的结果显示髋臼下直径及长度较Gras等[10]和冯凯等[11]报告的研究结果小很多，其原因考虑与种族及测量方法的不同有关。 （三）进针点测量 髋臼周围解剖复杂，一些学者为了更好的对髋臼骨折进行固定，对髋臼下通道螺钉的进针点进行了研究。Culemann等[8]首先提出螺钉从耻骨支的中间髂耻隆起处1 cm尾端进入，进针点投影突出于入口视图的泪滴中。Baumann等[13]对40例（男20例，女20例）患者骨盆进行CT扫描，以通过影像学测量确定髋臼下螺钉的理想切入点，结果显示理想的进入点位于髂耻隆起的10.2 mm尾端和10.4 mm内侧，进针点与年龄、性别及身高无关。Gras等[10]亦对进针点进行研究，其结果显示进针点距耻骨联合的距离为54~91 mm，但由于骨盆大小和形状的个体差异较大，所以该数值的临床价值较小。因此，Gras等[10]对523个骨盆进行了影像学测量，并将所有的进针点（绿色）、出针点（红色）及髋臼下螺钉通道轴的最大范围（绿色-红色线）显示在图3中。 图3 进针位置示意图 A 所有523例骨盆的累积进针点（绿色）和出针点（红色）示意图 B 髋臼下螺钉通道轴的最大范围为绿线至红线部分（摘自：Gras F, Gottschling H, Schröder M, et al. Sex-specific differences of the infraacetabular corridor: a biomorphometric CT-based analysis on a database of 523 pelves[J]. Clin Orthop Relat Res, 2015, 473(1): 361-369. DOI: 10.1007/s11999-014-3932-z.） 关于髋臼下通道的角度，不同文献以不同的参照物进行了测量。Gras等[10]研究发现，在523个骨盆样本中，有64%存在一个通用螺钉通道（直径≥5 mm），该通道与双侧髂前上棘与耻骨联合所在平面的夹角为54.8°，与骨盆矢状面夹角为1.5°。通道与骨盆前平面的夹角女性（54.0°）小于男性（55.3°）；在与骨盆矢状面的夹角中，女性平均为4.3°，方向为由内向外；男性平均为0.3°，方向为由外向内，但基本与正中矢状面平行。Baumann等[13]发现髋臼下通道螺钉相对于轴向平面和矢状平面的平均角度分别为10.4°±1.6°和70.5°±3.2°。女性患者髋臼下螺钉通道与轴向平面的平均角度为11.2°±1.6°，而与矢状平面的平均角度为71.4°±3.6°。男性髋臼下螺钉通道与轴向平面的平均角度为9.6°±1.2°，与矢状平面的平均角度为71.4°±3.6°。冯凯等[11]研究结果显示，进钉方向与OA（虚拟螺钉的中心至骨盆界线的最短距离）的夹角男、女性分别为79.17°±9.89°和71.81°±10.61°；进钉方向与骨平面所成的角度男、女性分别为108.72°±6.13°和98.12°±7.43°。所有数值男、女比较差异均有统计学意义。此研究直接测量了进钉方向与骨平面所形成的夹角，可直接应用于进钉瞄准器的设计和改进，同时在临床应用时可以更方便临床医生进行参考。
二、生物力学研究
根据骨盆形态，May等[14]将16个定制的骨盆（四边体壁损伤合并前柱伴后半横型骨折）分为4组：第一组使用桥接四边体壁的12孔板；第二组在第一组的基础上添加一枚髋臼周围通道螺钉，一枚髋臼下通道螺钉；第三组在第一组的基础上在骨盆边缘添加一枚6孔支撑钢板；第四组在第三组的基础上再添加一枚髋臼周围通道螺钉，一枚髋臼下通道螺钉。对各组骨盆标本固定后行力学测试，结果显示在模拟的超负荷实验中，第二组和第四组的平均失效负荷为962 N（范围798~1 000N）和985 N（范围887~1 000N），较第一组和第三组的445 N（范围377~583 N）和671 N（范围447~720 N）更高，证明髋臼下通道螺钉及髋臼周围通道螺钉的放置可以显著增强髋臼骨折内固定的强度。
为了比较髋臼下通道螺钉的生物力学强度，Gras等[15]定制了32个左侧髋臼高位前柱骨折模型，将其分为4组：第一组使用弯曲的10孔'J'形板，第二组使用钛合金螺钉，第三组使用不锈钢螺钉，第四组使用可吸收的聚左旋乳酸（poly-L-lactic acid，PLLA）螺钉，并且对每个测试模型均增加一枚髋臼下通道螺钉来对比。实验结果显示：髋臼下通道螺钉的放置可以明显减少其余内植物的最大骨折移位，一组为49%，二组为79%，三组为34%，四组为35%。
为了比较Matta骨盆内固定系统（Matta pelvic system, MPS）和低切迹钢板系统（low profile plate system, LPPS）的静态固定强度，Marintschev等[16]将定制的前柱骨折用不同的髋臼板进行固定，其中第一组使用MPS固定，第二组使用LPPS无锁定固定，第三组使用LPPS锁定固定。每个骨盆测试两次，第一次测试各钢板的固定强度；第二次每组均放置一枚额外的髋臼下螺钉，而后再测试每组的固定强度。结果显示髋臼下通道螺钉的置入，使各组内固定的强度显著提升，其中第一组提高50%，第二组提高63%，第三组提高40%。最后结论为置入髋臼下螺钉使骨折固定强度加倍，而与所使用的钢板系统无关。
三、影响因素
文献报道了与髋臼下通道螺钉进针点的位置、直径、长度等相关的影响因素。Baumann等[13]研究发现进针点的位置与年龄、性别和身高无关，但角度及螺钉长度男、女性差异均有统计学意义。Gras等[10]研究显示男性髋臼下通道的直径、长度均大于女性，髋臼下通道参数与女性年龄相关性均较弱，而与男性年龄无关。但Kanezaki等[12]研究发现，髋臼下通道的直径在男、女性无差异，但男性髋臼下通道长度及通道起点至骨盆内侧缘的长度较女性更长，男性分别为（92.9±7.0） mm和（10.6±3.7） mm，女性分别为（86.1±5.4） mm和（6.8±2.2） mm；髋臼下通道的起点至耻骨联合顶部的长度女性（58.3 mm）较男性（57.4 mm）更长；髋臼下螺钉通道在入口平面上的倾斜角（TIP）与男性（1.4°±3.8°）相比，女性更倾向于外侧（8.0°±4.2°）。此研究结论为髋臼下通道直径与患者的年龄、身高、体质指数无相关性；而髋臼下通道的长度与年龄呈负相关，与身高呈强正相关；髋臼下通道的起点至骨盆内侧缘的长度与身高呈弱正相关；髋臼下通道的起点至耻骨联合顶部的长度与年龄呈弱负相关；TIP与年龄和身高呈弱负相关。
为了探究髋臼结构、年龄、性别是否影响髋臼骨折固定中髋臼下螺钉的安全放置，Bastian等[17]对112例患者（69例女性）的髋关节进行测量，其中88例测量了双侧关节，共计200个髋关节。他们在X线片上测量外侧中央边缘角（LCE角），即髋臼侧缘与股骨头中心的连线和过股骨头中心做平行于骨盆纵轴的线所形成的夹角（图4）和螺钉边缘到股骨头的距离（RD_SFH，图5）。该试验首先确定了在所有的200个髋关节中均可以安全放置直径3 mm的螺钉。其次，经过统计显示LCE角平均角度为30°（范围7°~51°），RD_SFH平均5 mm（范围1~14 mm）。线性回归模型显示LCE与RD_SFH呈显著的线性负相关；其中年龄对两者无明显影响，因此不考虑年龄因素。在LCE角为0°的情况下，男性的RD_SFH为13.44 mm；LCE角每增加10°，RD_SFH平均减小2.2 mm。在LCE角为0°的情况下，女性的RD_SFH测量结果比男性小4.62 mm，LCE角每增加10°，RD_SFH的平均降幅仅为1.3 mm。
图4 发育不良髋臼窝、正常髋臼窝、深髋臼窝髋关节X线片示随外侧中央边缘角（LCE角）的度数增加，股骨头中心到泪滴的距离减少（摘自：Bastian JD, Näf DR, Cullmann JL, et al. Does increased acetabular depth affect safe infra-acetabular screw placement in acetabular fracture fixation?[J]. Eur J Trauma Emerg Surg, 2020 Jul 29. DOI: 10.1007/s00068-020-01455-5. ）
图5 螺钉外侧缘到股骨头（FH）内侧缘距离（RD_SFH）测量示意图，SC为螺钉直径，AW为髋臼前缘，PW为髋臼后缘（摘自：Bastian JD, Näf DR, Cullmann JL, et al. Does increased acetabular depth affect safe infra-acetabular screw placement in acetabular fracture fixation?[J]. Eur J Trauma Emerg Surg, 2020 Jul 29. DOI:10.1007/s00068-020-01455-5. ） 这项研究的优点在于：①测量潜在髋臼下螺钉外侧边缘到股骨头内侧边缘的真实剩余距离，而不是潜在螺钉路径的尺寸，为安全放置髋臼下螺钉提供了指示；②应用常用的X线参数（LCE角）增强了临床中的可行性。但此研究也存在局限性：①所有的测量数值均基于X线及CT来统计，故只能显示骨性结构，忽视了关节软骨的存在，故RD_SFH值过小的患者在放置髋臼下螺钉时，有可能损伤股骨头软骨；②在健侧测量数值，对于股骨头移位的患侧这些数值可能难以测量；③所有髋臼下螺钉的放置仅为虚拟的可能性，未实际去放置髋臼下螺钉。
四、临床应用
目前，多篇文献报道髋臼下通道螺钉的相关临床应用。Letournel和Judet[6]提出的平行四边体螺钉主要用于髂腹沟入路固定髋臼前、后柱的下部分离，并利用拉力螺钉技术增加骨折端的稳定性。Culemann等[8]进一步明确髋臼下通道螺钉适用的骨折类型，包括髋臼前柱骨折、前柱合并后半横型骨折、T型骨折、双柱骨折，其特点均为前后、柱相互分离、骨折线斜行分割四边体。手术在髂腹股沟入路下，通过第二窗暴露四边体区域骨折线并完成复位、固定。因而，临床也常称髋臼下通道螺钉为'二窗螺钉'。2015年，Gusic等[18]根据螺钉置入方向的可逆性，采用经后方K-L入路并使用逆行髋臼下方螺钉固定T型骨折下方前、后柱分离或加强固定后柱骨折，提出了逆行髋臼下方螺钉的概念。我们在2015年5月至2017年4月对前柱合并后半横型骨折9例、双柱骨折13例、T型骨折4例，共26例患者采用拉力螺钉技术进行复位固定，所有患者均额外使用髋臼下通道螺钉来增强髋臼的稳定性，术后无一例患者发生骨折再移位[19]。陈开放等[20]在治疗复杂髋臼骨折中研制出一种新型跨弓状缘髋臼四方区阻挡钢板，在该钢板中为髋臼下螺钉预留了螺钉孔位，提供了一定的定位及导向作用。他们认为当后柱骨折线较低，四方区挡板无法固定时，需要在钢板预留的髋臼下螺钉导向孔置入髋臼下螺钉及后柱螺钉，固定低位后柱骨折，形成框架 阻挡的固定，术后患者功能恢复良好，证明髋臼下通道螺钉在临床中可以取得较好疗效。
手术操作方面，Bastian等[21]建议选择改良的Stoppa入路和腹直肌旁入路作为手术切口。Culemann等[8]建议在确定进针点后，使用手指触摸四边体闭孔缘的螺钉通道区域，使用高速电钻及'啄木鸟'式攻转方法进入，全程触摸，手指可以感受到转头震动及热量，并可避免穿透四边体皮质；术后通过入口位、闭孔斜位-出口位、1/3髂骨斜位-出口位及骨盆CT评估螺钉位置。Gras等[22]在术中采用二维或三维导航辅助置钉，结果显示三维导航组（50.11 min）的手术时间明显少于二维导航组（63.42 min）；两组导航方式均未观察到关节内错位，但三维导航提升了螺钉放置的精准度。Lehmann等[23]设计并使用一种新型电磁导航系统，在电磁导航辅助下对8例骨盆进行四边体螺钉、髋臼下螺钉及后柱螺钉的置入，其中22枚螺钉顺利完成，置入失败的2枚螺钉均为髋臼下螺钉，失败的原因是患者髋臼下螺钉通道太狭窄，不足以置入直径3.5 mm拉力螺钉，手术置钉准确率为91.67%（22/24）。总之，三维导航、3D打印个体化导板、骨科手术机器人等新技术能显著减少术中透视次数、缩短手术时间、提高置钉准确率，从而使外科医生能够更快地完成手术，并且减少对患者和医护人员的辐射[24,25,26,27,28,29]。但这些技术对硬件设施要求较高，普通医院难以达到此要求。
五、总结与展望
髋臼下方通道螺钉的提出与研究，丰富了髋臼骨折的内固定选择。目前临床中，对于髋臼骨折治疗的内植物种类较多，诸多临床工作者也在对各种内植物进行创新研究[30,31,32,33]；相对钢板内植物，拉力螺钉切口虽然相对较小，但操作要求较高，即便是进行各种体位的透视，在置入拉力螺钉的过程中仍存在损伤血管、神经及穿透关节的可能。髋臼前柱、后柱及上方螺钉通道相对宽阔，置钉难度相对较低[34,35,36,37,38,39,40]，髋臼下方螺钉通道位置特殊、通道狭窄以及存在特殊的曲率[12]，给临床应用带来了极大的挑战。目前，3D打印技术已成熟运用于骨科手术的术前计划，基于3D打印的各种导板技术广泛运用于全身，并取得良好的疗效，降低了手术难度，减少了穿破关节、损伤神经、血管并发症的发生率[41,42,43,44]。因此，我们应该完善国人髋臼下螺钉通道的解剖数据，设计出可靠、适合推广的髋臼下通道螺钉的导向装置。
参考文献（略）