引用本文： 唐成, 梁斌, 姚慶強, 劉帥, 徐燕, 王黎明. 個體化經髂嵴植釘導板在骨盆外固定架深部植釘中的應用. 中國修復重建外科雜志, 2019, 33(9): 1133-1140. doi: 10.7507/1002-1892.201903102 復制
骨盆骨折多由高能量暴力所致，病死率、病殘率高，盡早恢復和重建骨盆環穩定性是治療的關鍵。外固定架固定術可有效減少盆腔容積、減輕疼痛、控制再出血，特別是經髂嵴植釘外固定架，因其創傷小、操作簡便、植釘后可直接行骨盆復位，已成為目前最常用的固定方法[1]。但傳統經髂嵴植釘存在技術難點，很難控制外固定釘在髂骨內方向，容易出現釘尖穿透髂骨內外側骨板；另外，植釘的平均深度為 3～4 cm，術后 2～3 周釘道容易出現感染或松動，極大地影響了外固定架的力學穩定性[2]。
骶髂關節周圍解剖結構復雜、定位不準確，既往有研究應用 3D 植釘導板輔助植入骶髂螺釘，取得良好的臨床治療效果[3]。提高經髂嵴外固定釘的植入精度及深度，可有效改善外固定架的力學穩定性[4]。鑒于此，本研究中我們對擬行外固定架治療的骨盆骨折患者，術前采用計算機輔助三維重建并打印骨盆骨折模型，而后依據逆向工程設計、3D 打印出個體化經髂嵴植釘導板，術中將導板與髂嵴骨性標志進行識別，驗證在導板輔助下能否精確、加深植入外固定釘。現回顧分析 2017 年 5 月—2018 年 2 月采用上述方法治療的 5 例骨盆骨折患者臨床及影像學資料，探討個體化經髂嵴植釘導板臨床應用的可行性及精確性。報告如下。
1 臨床資料
1.1 一般資料
納入標準：① 存在廣泛的疼痛癥狀，雙下肢活動或坐起明顯受限，局部存在壓痛、淤血，骨盆分離、擠壓試驗陽性；② 結合 X 線片或 CT 檢查為不穩定性骨盆骨折，按 Tile 分類為 B 型或 C 型的骨盆骨折。排除標準：① 多臟器功能性衰竭，無法耐受手術；② 髂嵴周圍軟組織條件不佳或感染。
本組男 1 例，女 4 例；年齡 29～68 歲，平均 52 歲。致傷原因：高處墜落傷 1 例，交通事故傷 4 例。均為閉合性骨盆骨折，按 Tile 分型：B 型 3 例，C 型 2 例。合并尿道損傷 1 例，四肢骨折 2 例。受傷至手術時間 6～14 d，平均 9 d。
1.2 骨盆、導板模型的設計及制備
1.2.1 術前骨盆 CT 掃描及模型制備
術前使用 64 排螺旋 CT（Philips 公司，荷蘭）掃描骨盆，掃描條件：電壓 120 kV、電流 150 mA、厚度 1 mm；將采集的 CT 數據以 DICOM 格式存儲于移動硬盤內。將所有患者骨盆 CT 數據導入計算機（Intel CORE i5，2G 內存，Windows 7 系統），通過 Mimics17.0 軟件（Materialise 公司，比利時）重建骨盆模型，該模型可以任意放大、縮小及轉動，可在同一界面顯示三維圖像、橫斷面、矢狀面及冠狀面圖像。將重建后的骨盆模型數據以 STL 格式導入 HY-500 FDM 專業級 3D 打印機（南京松尚醫學科技公司），使用聚乳酸（polylactic acid，PLA）材料（杭州旭昇新材料科技有限公司）打印出骨盆模型。
1.2.2 個體化導板模型建立
將骨盆模型數據導入 Mimics17.0 軟件后，生成三維重建的骨盆模型，在骨盆模型的冠狀面、矢狀面及橫斷面坐標內，根據 Ponsen 等[5]確定的最佳植釘路徑，通過軟件分析冠狀面、矢狀面及橫斷面釘道與周圍結構的毗鄰關系，確定釘道安全通道及安全深度。見圖 1a～c。
圖1
術前個體化導板設計
a～c. CT 冠狀面、橫斷面、矢狀面的釘道設計；d. 三維重建下的釘道設計；e. 三維重建下的個體化導板設計
Figure1. Preoperative design of the individualized guide platea-c. Design of nail path in coronal, transverse, and sagittal planes of CT; d. Design of nail path under 3D reconstruction; e. Design of individualized guide plate under 3D reconstruction
基于設計的植釘路徑，在 Mimics17.0 軟件的 MedCAD 模板中，用直徑 5 mm 的計算機輔助設計（computer aided design，CAD）圓柱體代替螺釘，分別在三維圖像、橫斷面、矢狀面及冠狀面圖像觀察 CAD 圓柱體與髂骨內外側骨板間的位置關系，確定 CAD 圓柱體與植釘路徑匹配，將模型數據以 STL 格式保存。見圖 1d。
在 Geomagic Studio12 軟件（Geomagic 公司，美國）中打開保存的數據，根據設計的 CAD 圓柱體軸心線設定導板導管內徑為 6 mm，并將導管高度設定為 30 mm，完成導板導管的設計。提取髂嵴內側骨板、髂嵴對應骨性表面解剖數據，將其作反向增厚 3 mm 處理，建立與之形態一致的反向基板，通過 file-import 命令，載入設計的導板導管數據，兩者結合重建成帶有 2 枚定位導管的經髂嵴植釘導板模型，完成兩側導板的設計。見圖 1e。
1.2.3 個體化導板制備
在 Magic12.0 軟件（Materialise 公司，比利時）中擺放導板模型，加支撐，導出模型數據，將數據以 STL 格式導入 HY-500 FDM 專業級 3D 打印機打印導板。將打印的導板放置于骨盆模型相應位置，驗證導板和髂骨內側骨板、髂嵴對應骨性表面貼合情況，完成導板制備。見圖 2。
圖2
3D 打印的個體化導板及其準確性驗證
a、b. 3D 打印的個體化導板外觀；c. 導板與骨盆模型的貼合情況
Figure2. 3D-printed individualized guide plate and its accuracy verificationa, b. Appearance of 3D-printed individualized guide plate; c. Compatibility between guide plate and pelvic model
1.2.4 術前模擬實驗
將骨盆模型與個體化經髂嵴植釘導板進行部位匹配后，使用直徑 5 mm 克氏針依據導管導向植入骨盆模型內，確定克氏針可順利植入且未穿破髂骨內外側骨板。
1.3 手術方法及術后處理
患者于全麻后取仰臥位，沿髂嵴自髂前上棘外 20 mm 作一弧形切口，長約 40 mm；逐層切開皮下組織，有限剝離骨膜，顯露髂嵴及內側骨板，將導板貼附于相應的髂嵴骨性表面，助手把持導板并維持其穩定性，克氏針臨時固定，手搖鉆依據導管導向植入外固定釘（Apex Self-drilling Half Pin，直徑 5 mm、長 200 mm；Stryker 公司，美國），初始植入深度控制在 30 mm 內；C 臂 X 線機分別在閉孔位和髂骨斜位透視，確認外固定釘位置良好后，繼續加深植釘至髖臼臼頂上方金字塔區，深度為 70～100 mm；再次透視確認外固定釘位于內外側骨板之間，無切出。見圖 3。在導管根部使用骨刀將導管鑿開，取出導板。沖洗切口，重建腹壁前外側肌群髂嵴附著點，逐層縫合切口。術后 6 周患者在助行器保護下部分負重活動，術后 8 周移除外固定釘。
圖3
術中個體化導板輔助下植入外固定釘
a. 髂嵴骨面顯露；b. 導板的識別、固定；c. 個體化導板輔助下植釘；d. 植釘后大體觀；e. 術中 X 線片示外固定釘位于內外側骨板之間
Figure3. Intraoperative implantation of pins assisted by individualized guide platea. Exposure of iliac spine surface; b. Identification and fixation of guide plate; c. Individualized guide plate assisted pin implantation; d. General view after pin implantation; e. Intraoperative X-ray film showed that the pins were located between the internal and external bone plates without penetration
1.4 術后外固定釘位置驗證
植釘后攝 X 線片并行 CT 掃描，將 CT 數據以 DICOM 格式導入 Mimics17.0 軟件，在軟件中重建外固定釘，將術前帶有規劃釘道的骨盆重建數據同時導入 Geomagic Studio 12 軟件，依據骨盆邊緣結構特征，將兩者空間位置進行校正，使其完全擬合，建立擬合后的三維重建圖像。
擬合成功后測量實際釘道和規劃釘道起始端與髂前上棘骨性凸起頂部的距離，分別在橫斷面上測量規劃釘道和實際釘道的內傾角（釘道與正中線的夾角），冠狀面上測量規劃釘道和實際釘道的尾傾角（釘道與水平線的夾角）。
1.5 統計學方法
采用 SPSS13.0 統計軟件進行分析。計量資料以均數±標準差表示，規劃釘道和實際釘道各指標比較采用配對 t 檢驗；檢驗水準取雙側 α=0.05。
2 結果
5 例患者術中均應用個體化經髂嵴植釘導板輔助植釘，共植入 20 枚外固定釘，均為單次植入，術后 X 線片和 CT 檢查顯示所有外固定釘位置良好，植入長度 70.13～100.53 mm，平均 83.16 mm，均位于髂骨內外側骨板之間。見圖 4、5。擬合后的三維重建圖像顯示所有外固定釘的進釘點、釘道方向均與術前規劃一致。見圖 6、7。和規劃釘道比較，實際釘道與髂前上棘的距離、內傾角、尾傾角差異均無統計學意義（P>0.05）。見表 1。術后隨訪 3 個月，所有外固定釘均未發生松動、斷裂；均未發生血管、神經損傷，淺表和深部組織感染，切口均Ⅰ期愈合。所有患者對治療過程滿意，髖、膝關節活動度正常，末次隨訪時疼痛視覺模擬評分（VAS）為 0～3 分，平均 0.5 分。
圖4
術后外固定釘在不同 CT 掃描層面均位于雙側髂骨內外側骨板之間
Figure4.
Postoperative pins were located between the internal and external iliac plates on different CT scanning planes
圖5
術前及術后 X 線片觀察
a. 術前正位片；b. 術后 2 d 正位片示外固定架位置良好；c～e. 術后 2 d 閉孔位片示外固定釘位于內外側骨板之間
Figure5. X-ray observation before and after operationa. Anteroposterior view before operation; b. Anteroposterior view at 2 days after operation showed that the position of external fixator was excellent; c-e. Obturator position views at 2 days after operation showed that the pins located between the internal and external bone plates
圖6
手術前后骨盆模型及釘道分布
a. 術前規劃釘道位置（灰色）；b. 術后實際釘道位置（彩色）；c～e. 擬合后三維重建圖像示實際釘道位置與規劃釘道位置基本吻合
Figure6. Pelvic model and nail path distribution before and after operationa. Preoperative nail path position (gray); b. Postoperative nail path position (colorized); c-e. The merged 3D reconstruction showed that the postoperative nail path was similar to preoperative nail path
圖7
CT 三維重建下規劃釘道（左）和實際釘道（右）比較
a. 骨盆左側前方外固定釘；b. 骨盆左側后方外固定釘；c. 骨盆右側前方外固定釘；d. 骨盆右側后方外固定釘
Figure7. Comparison of planned nail path (left) and actual nail path (right) under 3D CT reconstructiona. The trajectory of left anterior pin; b. The trajectory of left posterior pin; c. The trajectory of right anterior pin; d. The trajectory of right posterior pin
表1
規劃釘道和實際釘道的位置、方向比較（n=5，
）
Table1.
Comparison of position and direction deviation between planned and actual nail paths (n=5, 
)
3 討論
骨盆骨折的治療目標是穩定血液循環，重建骨盆環的穩定性，控制并發癥發生。骨折塊不穩定是骨盆骨折患者早期大量失血的重要原因，因為出血難以自行停止，所以明確診斷后應盡早進行復位固定，減少骨盆容積[6-7]。Balbachevsky 等[1]統計發現 79.5% 的骨盆骨折患者會應用外固定支架固定方法，特別是經髂嵴植釘外固定支架，尤其適用于軟組織條件差、合并有其他臟器損傷的患者。但臨床隨訪結果顯示，經髂嵴植釘外固定患者出現釘道感染和無菌性松動的發生率高達 50%，大大降低了外固定架固定療效[8-9]。
學者們進行了深入研究，如 Hiesterman 等[10]通過皮下植入接骨板技術重建骨盆前環，獲得良好固定效果，術后 6 個月內 11 例患者中僅 1 例出現單個釘道感染。Noda 等[11]提出通過髂嵴雙面植釘加強固定，可有效降低釘道感染、松動的發生；Archdeacon 等[12]認為相鄰外固定釘的釘道分布影響外固定架的力學特性，釘道間的正交分布較平行分布具有更好的力學優勢。另一方面，很多學者認為髖臼上方有厚實的骨性結構，植釘更深入，研究證實經髂前下棘髖臼上方植釘具有較好固定效果[13-14]。但該植釘技術仍有諸多不足：① 髂前下棘不易觸及，且骨折斷端存在分離移位，因而在其上方植釘不易定位及控制方向[13]；② 植釘過程需要劈開縫匠肌和髂肌，毗鄰解剖結構復雜，特別是傷及股外側皮神經風險較高[14]；③ 經髂前下棘髖臼上方植釘可直至骶骨后方，植釘雖較深入，但植釘路徑多為松質骨，且固定有效區域較寬，影響該固定的力學特性；④ 髖臼上方植釘外固定架容易激惹肌肉軟組織，引起疼痛不適，不利于早期下肢主被動運動。
釘道位置與外固定支架穩定性及并發癥的發生密切相關[3]，傳統經髂嵴植釘外固定架容易出現釘道感染及松動，與經髂嵴植釘方向及深度密切相關[15]。本研究是對傳統經髂嵴植釘技術的改良，在個體化經髂嵴植釘導板輔助下，精確、深度植入外固定釘，植釘深度遠大于經髂前下棘髖臼上方植釘（50 mm）[13]，術后隨訪觀察顯示外固定釘具有理想的力學穩定性，期間均未出現釘道感染及松動現象。
本研究通過設計個體化經髂嵴植釘導板，利用 3D 打印技術制備骨盆骨折模型及經髂嵴植釘導板模型，在骨盆骨折模型上模擬植釘過程，驗證了在導板輔助下植入經髂嵴外固定釘的可行性及精確性；并進一步將個體化經髂嵴植釘導板應用于骨盆骨折患者，術中共植入 20 枚外固定釘，均為單次植入，植入長度平均為 83.16 mm，均位于髂骨內外側骨板之間。通過比較規劃釘道和實際釘道起始端與髂前上棘的距離、內傾角和尾傾角，發現規劃釘道和實際釘道的位置及內傾角、尾傾角均無統計學差異。
區別于既往研究報道[4, 16-18］，本研究中植入外固定釘的進釘點、釘道方向均與術前規劃高度一致，其原因可能包括：① 髂嵴位置淺表，表面規整，術中容易顯露、軟組織容易徹底游離，因此導板識別度和貼合度較高。② CT 檢查均采用超薄層掃描，有效減少數據轉換及三維重建中模型失真，控制數據轉化編輯過程中的誤差。③ 釘道設計是基于數字化三維測量，可任意對三維模型進行切割、旋轉等操作，從多個平面進行觀察、測量及優化植釘路徑，其精確度、可重復性高。④ 導板設計時，采用多點、多面識別骨性標志，增加導板識別度和貼合度，設計時控制導板的導向管道內徑及導向導管外部長度，以增加導向的準確性，防止手搖鉆擺動；前期預實驗發現，短導管設計容易發生規劃釘道丟失。⑤ 導板材料選用具有一定硬度、韌性的 PLA 材料，便于術前消毒及術中應用。
與傳統技術相比，本研究采用方法雖然能顯著提高外固定架的固定強度，但也存在以下不足：① 術前需要進行骨盆 CT 掃描、骨盆數據模型建立、個體化導板制備及消毒處理，整個過程需要花費數小時，因此該技術不適用于急診手術。② 術中需要充分游離髂嵴及內側骨板軟組織，有限剝離骨膜，因此該技術無法經皮操作。③ 術后康復期 90° 屈髖坐位時，肥胖患者腹壁外側軟組織存在切割，導致不適感。
綜上述，個體化經髂嵴植釘導板技術是對傳統經髂嵴植釘技術的改良，是一種精確、有效、操作簡便、微創的治療方法。該技術可顯著提高外固定釘植入精確度及有效釘道長度，使患者術后迅速獲得骨盆力學穩定性、降低釘道相關并發癥風險，并為其他部位創傷處理贏得時間、創造條件。樣本量不足是本研究局限之一，下一步需要增加樣本量研究該技術與傳統技術、經髂前下棘髖臼上方植釘技術的差異。后期還需通過骨盆有限元分析及體外生物力學測試，比較不同技術固定力學穩定性，明確該技術的力學特性。
作者貢獻：唐成、梁斌、姚慶強負責科研設計及文章撰寫；唐成、劉帥、徐燕負責科研實施；王黎明、徐燕負責數據統計分析。
利益沖突：所有作者聲明，在課題研究和文章撰寫過程中不存在利益沖突。
機構倫理問題：研究方案經南京醫科大學附屬南京醫院（南京市第一醫院）醫學倫理委員會批準（KY20170224-01）。
骨盆骨折多由高能量暴力所致，病死率、病殘率高，盡早恢復和重建骨盆環穩定性是治療的關鍵。外固定架固定術可有效減少盆腔容積、減輕疼痛、控制再出血，特別是經髂嵴植釘外固定架，因其創傷小、操作簡便、植釘后可直接行骨盆復位，已成為目前最常用的固定方法[1]。但傳統經髂嵴植釘存在技術難點，很難控制外固定釘在髂骨內方向，容易出現釘尖穿透髂骨內外側骨板；另外，植釘的平均深度為 3～4 cm，術后 2～3 周釘道容易出現感染或松動，極大地影響了外固定架的力學穩定性[2]。
骶髂關節周圍解剖結構復雜、定位不準確，既往有研究應用 3D 植釘導板輔助植入骶髂螺釘，取得良好的臨床治療效果[3]。提高經髂嵴外固定釘的植入精度及深度，可有效改善外固定架的力學穩定性[4]。鑒于此，本研究中我們對擬行外固定架治療的骨盆骨折患者，術前采用計算機輔助三維重建并打印骨盆骨折模型，而后依據逆向工程設計、3D 打印出個體化經髂嵴植釘導板，術中將導板與髂嵴骨性標志進行識別，驗證在導板輔助下能否精確、加深植入外固定釘。現回顧分析 2017 年 5 月—2018 年 2 月采用上述方法治療的 5 例骨盆骨折患者臨床及影像學資料，探討個體化經髂嵴植釘導板臨床應用的可行性及精確性。報告如下。
1 臨床資料
1.1 一般資料
納入標準：① 存在廣泛的疼痛癥狀，雙下肢活動或坐起明顯受限，局部存在壓痛、淤血，骨盆分離、擠壓試驗陽性；② 結合 X 線片或 CT 檢查為不穩定性骨盆骨折，按 Tile 分類為 B 型或 C 型的骨盆骨折。排除標準：① 多臟器功能性衰竭，無法耐受手術；② 髂嵴周圍軟組織條件不佳或感染。
本組男 1 例，女 4 例；年齡 29～68 歲，平均 52 歲。致傷原因：高處墜落傷 1 例，交通事故傷 4 例。均為閉合性骨盆骨折，按 Tile 分型：B 型 3 例，C 型 2 例。合并尿道損傷 1 例，四肢骨折 2 例。受傷至手術時間 6～14 d，平均 9 d。
1.2 骨盆、導板模型的設計及制備
1.2.1 術前骨盆 CT 掃描及模型制備
術前使用 64 排螺旋 CT（Philips 公司，荷蘭）掃描骨盆，掃描條件：電壓 120 kV、電流 150 mA、厚度 1 mm；將采集的 CT 數據以 DICOM 格式存儲于移動硬盤內。將所有患者骨盆 CT 數據導入計算機（Intel CORE i5，2G 內存，Windows 7 系統），通過 Mimics17.0 軟件（Materialise 公司，比利時）重建骨盆模型，該模型可以任意放大、縮小及轉動，可在同一界面顯示三維圖像、橫斷面、矢狀面及冠狀面圖像。將重建后的骨盆模型數據以 STL 格式導入 HY-500 FDM 專業級 3D 打印機（南京松尚醫學科技公司），使用聚乳酸（polylactic acid，PLA）材料（杭州旭昇新材料科技有限公司）打印出骨盆模型。
1.2.2 個體化導板模型建立
將骨盆模型數據導入 Mimics17.0 軟件后，生成三維重建的骨盆模型，在骨盆模型的冠狀面、矢狀面及橫斷面坐標內，根據 Ponsen 等[5]確定的最佳植釘路徑，通過軟件分析冠狀面、矢狀面及橫斷面釘道與周圍結構的毗鄰關系，確定釘道安全通道及安全深度。見圖 1a～c。
圖1
術前個體化導板設計
a～c. CT 冠狀面、橫斷面、矢狀面的釘道設計；d. 三維重建下的釘道設計；e. 三維重建下的個體化導板設計
Figure1. Preoperative design of the individualized guide platea-c. Design of nail path in coronal, transverse, and sagittal planes of CT; d. Design of nail path under 3D reconstruction; e. Design of individualized guide plate under 3D reconstruction
基于設計的植釘路徑，在 Mimics17.0 軟件的 MedCAD 模板中，用直徑 5 mm 的計算機輔助設計（computer aided design，CAD）圓柱體代替螺釘，分別在三維圖像、橫斷面、矢狀面及冠狀面圖像觀察 CAD 圓柱體與髂骨內外側骨板間的位置關系，確定 CAD 圓柱體與植釘路徑匹配，將模型數據以 STL 格式保存。見圖 1d。
在 Geomagic Studio12 軟件（Geomagic 公司，美國）中打開保存的數據，根據設計的 CAD 圓柱體軸心線設定導板導管內徑為 6 mm，并將導管高度設定為 30 mm，完成導板導管的設計。提取髂嵴內側骨板、髂嵴對應骨性表面解剖數據，將其作反向增厚 3 mm 處理，建立與之形態一致的反向基板，通過 file-import 命令，載入設計的導板導管數據，兩者結合重建成帶有 2 枚定位導管的經髂嵴植釘導板模型，完成兩側導板的設計。見圖 1e。
1.2.3 個體化導板制備
在 Magic12.0 軟件（Materialise 公司，比利時）中擺放導板模型，加支撐，導出模型數據，將數據以 STL 格式導入 HY-500 FDM 專業級 3D 打印機打印導板。將打印的導板放置于骨盆模型相應位置，驗證導板和髂骨內側骨板、髂嵴對應骨性表面貼合情況，完成導板制備。見圖 2。
圖2
3D 打印的個體化導板及其準確性驗證
a、b. 3D 打印的個體化導板外觀；c. 導板與骨盆模型的貼合情況
Figure2. 3D-printed individualized guide plate and its accuracy verificationa, b. Appearance of 3D-printed individualized guide plate; c. Compatibility between guide plate and pelvic model
1.2.4 術前模擬實驗
將骨盆模型與個體化經髂嵴植釘導板進行部位匹配后，使用直徑 5 mm 克氏針依據導管導向植入骨盆模型內，確定克氏針可順利植入且未穿破髂骨內外側骨板。
1.3 手術方法及術后處理
患者于全麻后取仰臥位，沿髂嵴自髂前上棘外 20 mm 作一弧形切口，長約 40 mm；逐層切開皮下組織，有限剝離骨膜，顯露髂嵴及內側骨板，將導板貼附于相應的髂嵴骨性表面，助手把持導板并維持其穩定性，克氏針臨時固定，手搖鉆依據導管導向植入外固定釘（Apex Self-drilling Half Pin，直徑 5 mm、長 200 mm；Stryker 公司，美國），初始植入深度控制在 30 mm 內；C 臂 X 線機分別在閉孔位和髂骨斜位透視，確認外固定釘位置良好后，繼續加深植釘至髖臼臼頂上方金字塔區，深度為 70～100 mm；再次透視確認外固定釘位于內外側骨板之間，無切出。見圖 3。在導管根部使用骨刀將導管鑿開，取出導板。沖洗切口，重建腹壁前外側肌群髂嵴附著點，逐層縫合切口。術后 6 周患者在助行器保護下部分負重活動，術后 8 周移除外固定釘。
圖3
術中個體化導板輔助下植入外固定釘
a. 髂嵴骨面顯露；b. 導板的識別、固定；c. 個體化導板輔助下植釘；d. 植釘后大體觀；e. 術中 X 線片示外固定釘位于內外側骨板之間
Figure3. Intraoperative implantation of pins assisted by individualized guide platea. Exposure of iliac spine surface; b. Identification and fixation of guide plate; c. Individualized guide plate assisted pin implantation; d. General view after pin implantation; e. Intraoperative X-ray film showed that the pins were located between the internal and external bone plates without penetration
1.4 術后外固定釘位置驗證
植釘后攝 X 線片并行 CT 掃描，將 CT 數據以 DICOM 格式導入 Mimics17.0 軟件，在軟件中重建外固定釘，將術前帶有規劃釘道的骨盆重建數據同時導入 Geomagic Studio 12 軟件，依據骨盆邊緣結構特征，將兩者空間位置進行校正，使其完全擬合，建立擬合后的三維重建圖像。
擬合成功后測量實際釘道和規劃釘道起始端與髂前上棘骨性凸起頂部的距離，分別在橫斷面上測量規劃釘道和實際釘道的內傾角（釘道與正中線的夾角），冠狀面上測量規劃釘道和實際釘道的尾傾角（釘道與水平線的夾角）。
1.5 統計學方法
采用 SPSS13.0 統計軟件進行分析。計量資料以均數±標準差表示，規劃釘道和實際釘道各指標比較采用配對 t 檢驗；檢驗水準取雙側 α=0.05。
2 結果
5 例患者術中均應用個體化經髂嵴植釘導板輔助植釘，共植入 20 枚外固定釘，均為單次植入，術后 X 線片和 CT 檢查顯示所有外固定釘位置良好，植入長度 70.13～100.53 mm，平均 83.16 mm，均位于髂骨內外側骨板之間。見圖 4、5。擬合后的三維重建圖像顯示所有外固定釘的進釘點、釘道方向均與術前規劃一致。見圖 6、7。和規劃釘道比較，實際釘道與髂前上棘的距離、內傾角、尾傾角差異均無統計學意義（P>0.05）。見表 1。術后隨訪 3 個月，所有外固定釘均未發生松動、斷裂；均未發生血管、神經損傷，淺表和深部組織感染，切口均Ⅰ期愈合。所有患者對治療過程滿意，髖、膝關節活動度正常，末次隨訪時疼痛視覺模擬評分（VAS）為 0～3 分，平均 0.5 分。
圖4
術后外固定釘在不同 CT 掃描層面均位于雙側髂骨內外側骨板之間
Figure4.
Postoperative pins were located between the internal and external iliac plates on different CT scanning planes
圖5
術前及術后 X 線片觀察
a. 術前正位片；b. 術后 2 d 正位片示外固定架位置良好；c～e. 術后 2 d 閉孔位片示外固定釘位于內外側骨板之間
Figure5. X-ray observation before and after operationa. Anteroposterior view before operation; b. Anteroposterior view at 2 days after operation showed that the position of external fixator was excellent; c-e. Obturator position views at 2 days after operation showed that the pins located between the internal and external bone plates
圖6
手術前后骨盆模型及釘道分布
a. 術前規劃釘道位置（灰色）；b. 術后實際釘道位置（彩色）；c～e. 擬合后三維重建圖像示實際釘道位置與規劃釘道位置基本吻合
Figure6. Pelvic model and nail path distribution before and after operationa. Preoperative nail path position (gray); b. Postoperative nail path position (colorized); c-e. The merged 3D reconstruction showed that the postoperative nail path was similar to preoperative nail path
圖7
CT 三維重建下規劃釘道（左）和實際釘道（右）比較
a. 骨盆左側前方外固定釘；b. 骨盆左側后方外固定釘；c. 骨盆右側前方外固定釘；d. 骨盆右側后方外固定釘
Figure7. Comparison of planned nail path (left) and actual nail path (right) under 3D CT reconstructiona. The trajectory of left anterior pin; b. The trajectory of left posterior pin; c. The trajectory of right anterior pin; d. The trajectory of right posterior pin
表1
規劃釘道和實際釘道的位置、方向比較（n=5，）
Table1.
Comparison of position and direction deviation between planned and actual nail paths (n=5, )
3 討論
骨盆骨折的治療目標是穩定血液循環，重建骨盆環的穩定性，控制并發癥發生。骨折塊不穩定是骨盆骨折患者早期大量失血的重要原因，因為出血難以自行停止，所以明確診斷后應盡早進行復位固定，減少骨盆容積[6-7]。Balbachevsky 等[1]統計發現 79.5% 的骨盆骨折患者會應用外固定支架固定方法，特別是經髂嵴植釘外固定支架，尤其適用于軟組織條件差、合并有其他臟器損傷的患者。但臨床隨訪結果顯示，經髂嵴植釘外固定患者出現釘道感染和無菌性松動的發生率高達 50%，大大降低了外固定架固定療效[8-9]。
學者們進行了深入研究，如 Hiesterman 等[10]通過皮下植入接骨板技術重建骨盆前環，獲得良好固定效果，術后 6 個月內 11 例患者中僅 1 例出現單個釘道感染。Noda 等[11]提出通過髂嵴雙面植釘加強固定，可有效降低釘道感染、松動的發生；Archdeacon 等[12]認為相鄰外固定釘的釘道分布影響外固定架的力學特性，釘道間的正交分布較平行分布具有更好的力學優勢。另一方面，很多學者認為髖臼上方有厚實的骨性結構，植釘更深入，研究證實經髂前下棘髖臼上方植釘具有較好固定效果[13-14]。但該植釘技術仍有諸多不足：① 髂前下棘不易觸及，且骨折斷端存在分離移位，因而在其上方植釘不易定位及控制方向[13]；② 植釘過程需要劈開縫匠肌和髂肌，毗鄰解剖結構復雜，特別是傷及股外側皮神經風險較高[14]；③ 經髂前下棘髖臼上方植釘可直至骶骨后方，植釘雖較深入，但植釘路徑多為松質骨，且固定有效區域較寬，影響該固定的力學特性；④ 髖臼上方植釘外固定架容易激惹肌肉軟組織，引起疼痛不適，不利于早期下肢主被動運動。
釘道位置與外固定支架穩定性及并發癥的發生密切相關[3]，傳統經髂嵴植釘外固定架容易出現釘道感染及松動，與經髂嵴植釘方向及深度密切相關[15]。本研究是對傳統經髂嵴植釘技術的改良，在個體化經髂嵴植釘導板輔助下，精確、深度植入外固定釘，植釘深度遠大于經髂前下棘髖臼上方植釘（50 mm）[13]，術后隨訪觀察顯示外固定釘具有理想的力學穩定性，期間均未出現釘道感染及松動現象。
本研究通過設計個體化經髂嵴植釘導板，利用 3D 打印技術制備骨盆骨折模型及經髂嵴植釘導板模型，在骨盆骨折模型上模擬植釘過程，驗證了在導板輔助下植入經髂嵴外固定釘的可行性及精確性；并進一步將個體化經髂嵴植釘導板應用于骨盆骨折患者，術中共植入 20 枚外固定釘，均為單次植入，植入長度平均為 83.16 mm，均位于髂骨內外側骨板之間。通過比較規劃釘道和實際釘道起始端與髂前上棘的距離、內傾角和尾傾角，發現規劃釘道和實際釘道的位置及內傾角、尾傾角均無統計學差異。
區別于既往研究報道[4, 16-18］，本研究中植入外固定釘的進釘點、釘道方向均與術前規劃高度一致，其原因可能包括：① 髂嵴位置淺表，表面規整，術中容易顯露、軟組織容易徹底游離，因此導板識別度和貼合度較高。② CT 檢查均采用超薄層掃描，有效減少數據轉換及三維重建中模型失真，控制數據轉化編輯過程中的誤差。③ 釘道設計是基于數字化三維測量，可任意對三維模型進行切割、旋轉等操作，從多個平面進行觀察、測量及優化植釘路徑，其精確度、可重復性高。④ 導板設計時，采用多點、多面識別骨性標志，增加導板識別度和貼合度，設計時控制導板的導向管道內徑及導向導管外部長度，以增加導向的準確性，防止手搖鉆擺動；前期預實驗發現，短導管設計容易發生規劃釘道丟失。⑤ 導板材料選用具有一定硬度、韌性的 PLA 材料，便于術前消毒及術中應用。
與傳統技術相比，本研究采用方法雖然能顯著提高外固定架的固定強度，但也存在以下不足：① 術前需要進行骨盆 CT 掃描、骨盆數據模型建立、個體化導板制備及消毒處理，整個過程需要花費數小時，因此該技術不適用于急診手術。② 術中需要充分游離髂嵴及內側骨板軟組織，有限剝離骨膜，因此該技術無法經皮操作。③ 術后康復期 90° 屈髖坐位時，肥胖患者腹壁外側軟組織存在切割，導致不適感。
綜上述，個體化經髂嵴植釘導板技術是對傳統經髂嵴植釘技術的改良，是一種精確、有效、操作簡便、微創的治療方法。該技術可顯著提高外固定釘植入精確度及有效釘道長度，使患者術后迅速獲得骨盆力學穩定性、降低釘道相關并發癥風險，并為其他部位創傷處理贏得時間、創造條件。樣本量不足是本研究局限之一，下一步需要增加樣本量研究該技術與傳統技術、經髂前下棘髖臼上方植釘技術的差異。后期還需通過骨盆有限元分析及體外生物力學測試，比較不同技術固定力學穩定性，明確該技術的力學特性。
作者貢獻：唐成、梁斌、姚慶強負責科研設計及文章撰寫；唐成、劉帥、徐燕負責科研實施；王黎明、徐燕負責數據統計分析。
利益沖突：所有作者聲明，在課題研究和文章撰寫過程中不存在利益沖突。
機構倫理問題：研究方案經南京醫科大學附屬南京醫院（南京市第一醫院）醫學倫理委員會批準（KY20170224-01）。
