引用本文： 李嘉琦, 陳華, 張偉, 齊紅哲, 朱正國, 常祖豪, 祁麟, 周烽, 劉昊揚, 唐佩福. 非透視下三維可視化技術與二維透視在不穩定型骨盆骨折復位中的應用效果比較. 中國修復重建外科雜志, 2023, 37(2): 129-135. doi: 10.7507/1002-1892.202210073 復制
骨盆骨折約占全身骨折的3%，其中不穩定型骨盆骨折通常由交通事故或高空墜落等高能量暴力導致，首選閉合復位內固定治療[1-2]。治療目標是盡可能使骨盆解剖復位并進行恰當內固定，避免嚴重并發癥發生，改善患者功能及預后，復位質量是影響功能結局的重要因素之一[3-5]。然而，由于存在骨盆形狀不規則、臨床對骨盆移位機制認知尚不充分，以及術中難以在直視下進行復位、在最終固定前維持骨折復位困難等問題，骨盆骨折準確閉合復位仍是一個棘手問題。
基于此問題，本研究團隊提出了“解鎖復位”理念（Unlocking Closed Reduction Technique），并研發了骨盆解鎖閉合復位裝置[6-9]。該裝置通過2枚長螺釘（髖臼上橫形螺釘及LC-2螺釘）將骨盆固定在骨盆微創閉合復位系統中，再通過旋轉推拉與其相連接的復位器，實現骨折復位，初步解決了骨折復位難以維持的難題[10-11]。然而，不穩定型骨盆骨折復位及螺釘植入過程仍需在傳統二維透視下反復驗證，不僅骨折復位時間長、效率低，而且對患者及醫護工作者有較大放射損傷。為此，我們提出了利用三維可視化技術，使用體素數據注冊法（圖1），將術中實際骨盆與術前CT三維重建骨盆匹配擬合，通過光學導航實現對骨折塊的精準追蹤及復位，無需傳統二維透視也可同時從多個維度實時觀察骨折塊移位和復位情況，以提高骨盆骨折復位效率，減少術中透視次數。現回顧分析2021年6月—2022年9月在3家醫學中心采用骨盆解鎖閉合復位裝置治療的不穩定型骨盆骨折患者臨床資料，通過與二維透視下骨盆骨折復位質量進行比較，明確非透視下三維可視化技術的優勢。報告如下。
圖1
體素數據注冊流程示意圖
Figure1.
Flow charts of voxel data registration method
1 臨床資料
1.1 一般資料
納入標準：① 年齡>14歲；② 骨盆骨折Tile分型為B型或C型；③ 患者知情并自愿參與研究，并簽署相關知情同意書。排除標準：① 合并嚴重心、腦、血管、肝、腎和造血系統嚴重疾病及精神病；② 嚴重骨質疏松或存在先天性骨盆發育不良、骨盆畸形。
2021年6月—2022年9月，中國人民解放軍總醫院、中國人民解放軍總醫院第四醫學中心及中國人民解放軍戰略支援部隊特色醫學中心共收治42例不穩定型骨盆骨折患者，其中40例患者符合選擇標準納入研究。其中，20例采用非透視下三維可視化技術輔助骨盆解鎖閉合復位裝置復位骨折（試驗組），20例采用二維透視下骨盆解鎖閉合復位裝置復位骨折（對照組）。兩組患者性別、年齡、損傷機制、骨折Tile分型、創傷嚴重程度（ISS）評分以及受傷至手術時間等一般資料比較，差異均無統計學意義（P>0.05）。見表1。
表1
兩組患者一般資料比較（n=20）
Table1.
Comparison of general data between the two groups (n=20)
1.2 術前準備
兩組術前準備方法一致。患者入院后如生命體征不穩定，立即予以抗休克等生命支持治療；其他系統損傷請相關科室會診協助診療，并完善相關檢查。術前均行患側股骨髁上牽引，牽引質量為患者體質量的1/10～1/8。仔細評估患者病情，結合相關醫學影像學檢查結果制訂手術計劃。
1.3 手術方法
1.3.1 試驗組
① 安裝追蹤器：骨盆內固定手術前將患者轉運至處置室，雙側髂前上棘部位消毒、鋪巾，5 mL 2%鹽酸利多卡因注射液局部浸潤麻醉下，于雙側髂前上棘近端約2 cm處分別作長1 cm切口，于髂嵴電鉆開口后置入追蹤器底座，并將雙側追蹤器分別固定于左、右側底座，旋轉追蹤器底座，使兩追蹤器均朝向頭端。取下追蹤器，電鉆沿防旋螺釘通道鉆孔，擰入直徑2.5 mm底座防旋螺釘，術畢無菌敷料覆蓋切口處。
② 術前CT掃描及三維模型構建：將患者轉移至CT檢查室，將雙側追蹤器分別安裝至底座內和骨盆一起進行CT掃描（層厚1.2 mm，層間距0.6 mm）。掃描完成后取下追蹤器，保留底座。追蹤器送往消毒，以備后期術中使用。將CT掃描文件以Dicom格式導入計算機HS3D軟件，生成骨盆和追蹤器三維模型，并將生成的三維模型導入Holosight智能監視導航系統（北京諾亦騰科技發展有限公司）。
③ 三維導航復位前準備：將患者轉運至手術室，全麻下仰臥于可透視手術床。術區消毒鋪巾后，將患側股骨髁上骨牽引克氏針固定于手術床尾牽引架，組裝骨盆解鎖閉合復位裝置，將其牢固固定于手術床，連接夾頭和連接桿，確認復位架結構穩定。將無菌追蹤器固定在底座上，系統自動識別追蹤器并完成患者現實骨盆與虛擬三維骨盆的自動注冊匹配。在導航系統“三維導航”功能模塊界面，調整骨盆角度，多維度觀察骨盆移位情況。
④ 復位用把持釘植入：進入導航系統的“三維導航”功能模塊界面，復位用把持釘植入通道為雙側LC-2通道及髖臼上橫形通道。LC-2通道起自髂前下棘止于髂后上棘，髖臼上橫形通道為臼頂上方約1 cm由外向內穿過2層骨皮質。利用髂骨斜位和骶髂關節正位入口位視圖規劃LC-2通道，利用骨盆正、側位視圖規劃髖臼上橫形通道。分別在健、患側使用套筒追蹤器對齊植釘通道后植入復位用把持釘（Schanz釘，長400 mm、直徑6 mm）。分別將健、患側的4枚Schanz釘連接于骨盆復位架。
⑤ 三維導航骨折復位：在導航系統的“三維導航”功能模塊引導、監視下，通過LC-2通道、髖臼上橫形通道的復位用把持釘以及股骨髁上骨牽引，在三維六個方向上利用解鎖復位理念，首先解除斷端絞鎖，再根據骨折移位方向逆向復位（圖2），必要時通過胸帶或助手對軀干上部固定以對抗股骨髁上牽引。完成復位后，利用骨盆解鎖閉合復位裝置維持骨盆穩定。
圖2
利用非透視下三維可視化技術多維度實時觀察骨盆骨折解鎖復位過程（箭頭方向表示解鎖復位方向）
Figure2.
Multi-dimensional real-time observation of unlocking and reduction process of pelvic fractures using three-dimensional visible technique without fluoroscopy (The direction of the arrows indicated the direction of unlocking and reduction)
⑥ 骨折固定前注冊：將雙平面定位器置于C臂X線機的接收端，攝骨盆入口位、出口位和側位片，利用導航系統記錄雙平面定位器在X線圖像下的空間位置。將圖像導入導航系統，導航系統自動識別定位點以完成注冊。
⑦ 通道螺釘的植釘導航：以骨盆后環骶髂關節植釘為例，基于導航系統的“X線”導航模塊，在骨盆入口位和出口位視圖監視下規劃骶髂螺釘通道。基于三維動作捕捉技術對螺紋針的植入進行實時追蹤，利用手持套筒追蹤器將視圖內的套筒模型對齊植釘通道。確認套筒追蹤器與靶心重合后，使用電鉆將螺紋針打入。擰入骶髂螺釘，完成骶髂關節固定。C臂X線機行骨盆正位、入口位、出口位及側位透視，確認骨盆復位及內固定滿意后，手術結束。
1.3.2 對照組
① 手術前準備：將患者轉運至手術室，全麻下仰臥于可透視手術床。術區消毒鋪巾后，將患側股骨髁上骨牽引克氏針固定于手術床尾牽引架，組裝骨盆解鎖閉合復位裝置，將其牢固固定于手術床，連接夾頭和連接桿，確認復位架結構穩定。在C臂X線機透視下于骨盆正位、入口位、出口位、側位，骶髂關節正位入口位、出口位，髂骨斜位、閉孔斜位等多視圖角度觀察骨盆移位情況。
② 復位用把持釘植入：復位用把持釘植入通道為雙側LC-2通道及髖臼上橫形通道，與試驗組一致。透視下利用髂骨斜位和骶髂關節正位入口位視圖，將Schanz釘（長400 mm，直徑6 mm）植入LC-2通道，利用骨盆正、側位視圖將Schanz釘植入髖臼上橫形通道。分別將健、患側的4枚Schanz釘連接在骨盆復位架上。
③ 透視下骨折復位：在C臂X線機透視下完成骨折復位，復位理念及方法與試驗組一致。
④ 透視下通道螺釘植釘：以骨盆后環骶髂關節植釘為例，在C臂X線機透視下，利用骨盆入口位、出口位及側位視圖反復調整螺紋針的方向及角度，確認無誤后使用電鉆將螺紋針打入，再進行入口位、出口位及側位透視確認，擰入骶髂螺釘，完成骶髂關節固定。骨盆正位、入口位、出口位及側位透視確認骨盆復位及內固定滿意后，手術結束。
1.4 療效評價指標
主要評價指標：術后即刻骨盆骨折復位質量，基于骨盆正位、出口位和入口位X線片采用Matta標準進行評價，分為優（骨折移位≤4 mm）、良及以下（>4 mm）。次要評價指標：手術時間（從切皮開始至皮膚縫合完畢結束）、術中出血量、骨折復位時間（包括骨盆解鎖閉合復位裝置組裝、復位用把持釘植入及骨折復位過程）、術中透視次數（術中復位固定及植入各枚螺釘相應透視次數總和）、系統可用性量表（SUS）評分。
1.5 統計學方法
采用SPSS26.0統計軟件進行分析。計量資料采用Kolmogorov-Smirnov法進行正態性檢驗，符合正態分布時，數據以均數±標準差表示，組間比較采用獨立樣本t檢驗；不符合正態分布時，數據以M（Q1，Q3）表示，組間比較采用Mann-Whitney U檢驗。計數資料以頻數及率表示，組間比較采用χ2檢驗。檢驗水準取雙側α=0.05。
2 結果
兩組均順利完成手術。術后即刻影像學檢查示試驗組骨折復位質量達優19例（95%）、良及以下1例（5%），對照組分別為13例（65%）、7例（35%），組間比較差異有統計學意義（χ2=3.906，P=0.048）。見圖3。兩組手術時間和術中出血量比較，差異均無統計學意義（P>0.05）；試驗組骨折復位時間、術中透視次數低于對照組，SUS評分高于對照組，差異均有統計學意義（P<0.05）。見表2。
圖3
試驗組患者，女，67歲，Tile C型骨盆骨折
a、b. 術前及術后即刻骨盆正位X線片；c、d. 術前及術后即刻骨盆CT三維重建
Figure3. A 67-year-old female patient with Tile type C pelvic fracture in trial groupa, b. Anteroposterior X-ray films of pelvis before operation and at immediate after operation, respectively; c, d. Three-dimensional CT reconstruction before operation and at immediate after operation, respectively
表2
兩組患者手術相關評價指標比較（n=20）
Table2.
Comparison of operation related indexes between the two groups (n=20)
3 討論
本研究發現，與傳統二維透視相比，非透視下三維可視化技術輔助骨盆解鎖閉合復位裝置能夠在不延長手術時間的情況下，提高不穩定型骨盆骨折的復位質量，同時減少術中復位時間和透視次數。非透視下三維可視化技術的主要優勢在于：① 通過新型體素數據注冊法聯合光學捕捉技術在術中實時追蹤骨盆骨折塊，無需傳統二維透視即可在顯示屏上從多個維度（骨盆正位、入口位、出口位、側位，骶髂關節正位入口位、出口位，髂骨斜位、閉孔斜位），直接觀察骨折塊位置，顯著減少了術中透視次數。② 能夠對骨折塊移位及復位情況進行持續可視化追蹤，從而幫助術者充分理解骨盆骨折移位機制，指導術者利用骨盆骨折解鎖閉合復位裝置對骨折塊進行逆向解鎖復位，不僅減少了骨折復位時間，還提高了骨折復位質量。
不穩定型骨盆骨折復位質量可能是影響患者臨床結局的重要因素之一[5]，術后持續疼痛、下肢不等長或殘疾等并發癥可能與術中復位不良有關[12]。多項研究表明，在傳統二維透視下治療不穩定型骨盆骨折，平均骨盆殘余位移可達5 mm以上（Matta評級為良）[13]。由于受到骨盆周圍組織影響，二維影像對于骨盆后環顯示效果不佳[14]，且術者需要在復位過程中反復透視驗證使骨折塊達到預期位置[15]。近年，多種三維計算機輔助導航技術被國內外同行用于指導不穩定型骨盆骨折的閉合復位。Hüfner等[16]將骨盆模型與CT掃描得到的虛擬骨盆相配準，首次使用導航系統（Surgigate?）實時觀察及追蹤骨盆骨折塊并模擬指導閉合復位過程，然而在進行體外精度驗證后，并無繼續應用于臨床的報道。我們考慮可能原因如下：① 作為點配對注冊基準的Ti-pin（一種鋁合金球）必須于術前放置在骨折線附近，在實際臨床環境下無法操作；② 忽略了骨盆周圍軟組織對實施導航注冊的影響等因素，導航的實際精度可能無法達到臨床標準。Han等[17]將骨盆骨折塊與骨盆的統計姿勢模型相配準，利用術前三維CT及術中二維透視相匹配進行復位指導，達到了良好復位效果，但復位時間及透視次數相較于傳統非導航手術并未得到明顯改善。針對以上問題，我們提出了一種新型體素數據注冊法，實現了虛擬骨盆與真實骨盆在實際臨床環境下的高精度配準，并使術中持續追蹤骨盆骨折塊過程擺脫了對二維影像的依賴。
目前，計算機輔助導航系統所采用的注冊方法主要有兩類：基于關鍵特征點匹配的注冊方法和基于局部點云匹配的注冊方法[18-20]。前者主要用于腦外科手術，通過獲取固定在患者身上的外置標志點（如外架）或直接選取患者自身的生理特征點（如鼻尖、眼角、乳突等）在導航系統中的空間位置進行注冊[21-22]；后者常用于關節置換手術，通過獲取患者局部表面（如髖臼）的空間點云數據，再通過優化擬合算法進行注冊[23-25]。然而，以上注冊方法的精度均難以滿足不穩定型骨盆骨折的復位需求，原因如下：① 骨盆被大量肌肉和內臟包圍，骨性關鍵特征點的空間數據不易測量；② 骨盆是人體最大的不規則骨，局部特征點云覆蓋區域較小，造成局部配準誤差偏大；③ 骨盆骨折往往伴隨各種周圍軟組織損傷，不宜采用過大、過深的開放切口，術者無法做過多的注冊測量工作，也無法保證測量點的精準度。
因此，我們嘗試了一種基于體素數據進行注冊的方案，通過同時包含光學導航特征點和X線影像特征結構的追蹤器，實現了無需人工術中介入的快速注冊。臨床過程中，術者將該追蹤器固定在骨盆上，通過CT掃描或者三維C臂/G臂等設備，結合三維數據建模及智能優化算法，生成了包含骨盆及追蹤器的高精度體素模型數據。以此為基礎，一方面系統通過雙目視覺光學導航系統，對追蹤器上光學特征點進行高精度實時定位，另一方面系統對體素模型進行基于特征點、特征線、特征體的全局最優匹配，實現全自動注冊。該方法最大化應用了各種空間特征信息，顯著提升了注冊效率，無需臨床過程中人工介入，有效避免了人工干擾誤差，與傳統主流注冊方法相比，注冊精度和效率提升，為術中骨盆骨折塊的高精度實時跟蹤和三維可視化復位導航奠定了基礎。
值得一提的是，體外定位追蹤器于術前在CT檢查室于局麻下植入患者體內，基于CT影像的虛擬骨盆與雙側定位追蹤器模型的圖像分割在患者轉運及術前準備期間即可完成，非透視下三維可視化技術在術中對虛擬骨盆和現實骨盆一鍵匹配過程僅需 1 min，并不額外增加手術時間。相較于多數計算機輔助導航系統，Holosight智能監視導航系統因一體化、操作體驗佳、流程簡便等優點，受到使用者們的廣泛好評。
然而，本研究也存在一些局限性。目前，由于體外定位追蹤器無法植入骶骨，且每枚體外定位追蹤器僅用于實時追蹤與其相連的骨折塊，對于累及骶骨或骨折塊過多的嚴重粉碎性骨盆骨折，利用三維可視化技術進行復位指導的優勢并不顯著，需在今后的研究中進一步改善。我們還發現雖然三維可視化技術減少了不穩定型骨盆骨折復位時間，但由于通道螺釘的植釘規劃需要在不同視圖中手動進行，且通道螺釘植釘過程中套筒追蹤器容易發生遮擋，需反復調整位置，從而增加了通道螺釘的規劃與植釘時間，尋找準確、省時的通道螺釘規劃與植釘方法也是目前亟待解決的問題之一。此外，本研究為本課題組利用非透視下三維可視化技術治療不穩定型骨盆骨折的初步成果展示，由于納入研究的病例樣本量較小，且參與本研究的術者均為經過嚴格訓練并能熟練掌握非透視下三維可視化技術的高年資醫生，此技術推廣至基層醫院后對于不穩定型骨盆骨折的實際復位效果可能與本研究結果存在差異。最后，本研究僅將術后即刻復位質量作為最終觀察終點，利用非透視下三維可視化技術治療不穩定型骨盆骨折是否對患者的遠期骨盆骨折復位質量和生活質量有影響，需在今后研究中進一步探究。
綜上述，非透視下三維可視化技術為不穩定型骨盆骨折提供了一種復位精準、直觀高效的手術方式，且對于減少患者及醫療工作者的醫源性放射損傷具有一定價值。
利益沖突 在課題研究和文章撰寫過程中不存在利益沖突；課題經費支持沒有影響文章觀點和對研究數據客觀結果的統計分析及其報道
倫理聲明 研究方案經中國人民解放軍總醫院倫理委員會（S2021-340-01）、中國人民解放軍總醫院第四醫學中心（2022KY092-KS001）及中國人民解放軍戰略支援部隊特色醫學中心（L2022-008-01）批準；臨床試驗注冊號：ChiCTR2200055443
作者貢獻聲明 李嘉琦：臨床數據收集、統計分析，文章撰寫及修改；陳華、劉昊揚、張偉、周烽：臨床試驗設計及具體實施指導；齊紅哲、朱正國、常祖豪：檢驗臨床數據及統計學分析方法可靠性；祁麟：臨床隨訪及數據采集；唐佩福：對文章的知識性內容作批評性審閱
骨盆骨折約占全身骨折的3%，其中不穩定型骨盆骨折通常由交通事故或高空墜落等高能量暴力導致，首選閉合復位內固定治療[1-2]。治療目標是盡可能使骨盆解剖復位并進行恰當內固定，避免嚴重并發癥發生，改善患者功能及預后，復位質量是影響功能結局的重要因素之一[3-5]。然而，由于存在骨盆形狀不規則、臨床對骨盆移位機制認知尚不充分，以及術中難以在直視下進行復位、在最終固定前維持骨折復位困難等問題，骨盆骨折準確閉合復位仍是一個棘手問題。
基于此問題，本研究團隊提出了“解鎖復位”理念（Unlocking Closed Reduction Technique），并研發了骨盆解鎖閉合復位裝置[6-9]。該裝置通過2枚長螺釘（髖臼上橫形螺釘及LC-2螺釘）將骨盆固定在骨盆微創閉合復位系統中，再通過旋轉推拉與其相連接的復位器，實現骨折復位，初步解決了骨折復位難以維持的難題[10-11]。然而，不穩定型骨盆骨折復位及螺釘植入過程仍需在傳統二維透視下反復驗證，不僅骨折復位時間長、效率低，而且對患者及醫護工作者有較大放射損傷。為此，我們提出了利用三維可視化技術，使用體素數據注冊法（圖1），將術中實際骨盆與術前CT三維重建骨盆匹配擬合，通過光學導航實現對骨折塊的精準追蹤及復位，無需傳統二維透視也可同時從多個維度實時觀察骨折塊移位和復位情況，以提高骨盆骨折復位效率，減少術中透視次數。現回顧分析2021年6月—2022年9月在3家醫學中心采用骨盆解鎖閉合復位裝置治療的不穩定型骨盆骨折患者臨床資料，通過與二維透視下骨盆骨折復位質量進行比較，明確非透視下三維可視化技術的優勢。報告如下。
圖1
體素數據注冊流程示意圖
Figure1.
Flow charts of voxel data registration method
1 臨床資料
1.1 一般資料
納入標準：① 年齡>14歲；② 骨盆骨折Tile分型為B型或C型；③ 患者知情并自愿參與研究，并簽署相關知情同意書。排除標準：① 合并嚴重心、腦、血管、肝、腎和造血系統嚴重疾病及精神病；② 嚴重骨質疏松或存在先天性骨盆發育不良、骨盆畸形。
2021年6月—2022年9月，中國人民解放軍總醫院、中國人民解放軍總醫院第四醫學中心及中國人民解放軍戰略支援部隊特色醫學中心共收治42例不穩定型骨盆骨折患者，其中40例患者符合選擇標準納入研究。其中，20例采用非透視下三維可視化技術輔助骨盆解鎖閉合復位裝置復位骨折（試驗組），20例采用二維透視下骨盆解鎖閉合復位裝置復位骨折（對照組）。兩組患者性別、年齡、損傷機制、骨折Tile分型、創傷嚴重程度（ISS）評分以及受傷至手術時間等一般資料比較，差異均無統計學意義（P>0.05）。見表1。
表1
兩組患者一般資料比較（n=20）
Table1.
Comparison of general data between the two groups (n=20)
1.2 術前準備
兩組術前準備方法一致。患者入院后如生命體征不穩定，立即予以抗休克等生命支持治療；其他系統損傷請相關科室會診協助診療，并完善相關檢查。術前均行患側股骨髁上牽引，牽引質量為患者體質量的1/10～1/8。仔細評估患者病情，結合相關醫學影像學檢查結果制訂手術計劃。
1.3 手術方法
1.3.1 試驗組
① 安裝追蹤器：骨盆內固定手術前將患者轉運至處置室，雙側髂前上棘部位消毒、鋪巾，5 mL 2%鹽酸利多卡因注射液局部浸潤麻醉下，于雙側髂前上棘近端約2 cm處分別作長1 cm切口，于髂嵴電鉆開口后置入追蹤器底座，并將雙側追蹤器分別固定于左、右側底座，旋轉追蹤器底座，使兩追蹤器均朝向頭端。取下追蹤器，電鉆沿防旋螺釘通道鉆孔，擰入直徑2.5 mm底座防旋螺釘，術畢無菌敷料覆蓋切口處。
② 術前CT掃描及三維模型構建：將患者轉移至CT檢查室，將雙側追蹤器分別安裝至底座內和骨盆一起進行CT掃描（層厚1.2 mm，層間距0.6 mm）。掃描完成后取下追蹤器，保留底座。追蹤器送往消毒，以備后期術中使用。將CT掃描文件以Dicom格式導入計算機HS3D軟件，生成骨盆和追蹤器三維模型，并將生成的三維模型導入Holosight智能監視導航系統（北京諾亦騰科技發展有限公司）。
③ 三維導航復位前準備：將患者轉運至手術室，全麻下仰臥于可透視手術床。術區消毒鋪巾后，將患側股骨髁上骨牽引克氏針固定于手術床尾牽引架，組裝骨盆解鎖閉合復位裝置，將其牢固固定于手術床，連接夾頭和連接桿，確認復位架結構穩定。將無菌追蹤器固定在底座上，系統自動識別追蹤器并完成患者現實骨盆與虛擬三維骨盆的自動注冊匹配。在導航系統“三維導航”功能模塊界面，調整骨盆角度，多維度觀察骨盆移位情況。
④ 復位用把持釘植入：進入導航系統的“三維導航”功能模塊界面，復位用把持釘植入通道為雙側LC-2通道及髖臼上橫形通道。LC-2通道起自髂前下棘止于髂后上棘，髖臼上橫形通道為臼頂上方約1 cm由外向內穿過2層骨皮質。利用髂骨斜位和骶髂關節正位入口位視圖規劃LC-2通道，利用骨盆正、側位視圖規劃髖臼上橫形通道。分別在健、患側使用套筒追蹤器對齊植釘通道后植入復位用把持釘（Schanz釘，長400 mm、直徑6 mm）。分別將健、患側的4枚Schanz釘連接于骨盆復位架。
⑤ 三維導航骨折復位：在導航系統的“三維導航”功能模塊引導、監視下，通過LC-2通道、髖臼上橫形通道的復位用把持釘以及股骨髁上骨牽引，在三維六個方向上利用解鎖復位理念，首先解除斷端絞鎖，再根據骨折移位方向逆向復位（圖2），必要時通過胸帶或助手對軀干上部固定以對抗股骨髁上牽引。完成復位后，利用骨盆解鎖閉合復位裝置維持骨盆穩定。
圖2
利用非透視下三維可視化技術多維度實時觀察骨盆骨折解鎖復位過程（箭頭方向表示解鎖復位方向）
Figure2.
Multi-dimensional real-time observation of unlocking and reduction process of pelvic fractures using three-dimensional visible technique without fluoroscopy (The direction of the arrows indicated the direction of unlocking and reduction)
⑥ 骨折固定前注冊：將雙平面定位器置于C臂X線機的接收端，攝骨盆入口位、出口位和側位片，利用導航系統記錄雙平面定位器在X線圖像下的空間位置。將圖像導入導航系統，導航系統自動識別定位點以完成注冊。
⑦ 通道螺釘的植釘導航：以骨盆后環骶髂關節植釘為例，基于導航系統的“X線”導航模塊，在骨盆入口位和出口位視圖監視下規劃骶髂螺釘通道。基于三維動作捕捉技術對螺紋針的植入進行實時追蹤，利用手持套筒追蹤器將視圖內的套筒模型對齊植釘通道。確認套筒追蹤器與靶心重合后，使用電鉆將螺紋針打入。擰入骶髂螺釘，完成骶髂關節固定。C臂X線機行骨盆正位、入口位、出口位及側位透視，確認骨盆復位及內固定滿意后，手術結束。
1.3.2 對照組
① 手術前準備：將患者轉運至手術室，全麻下仰臥于可透視手術床。術區消毒鋪巾后，將患側股骨髁上骨牽引克氏針固定于手術床尾牽引架，組裝骨盆解鎖閉合復位裝置，將其牢固固定于手術床，連接夾頭和連接桿，確認復位架結構穩定。在C臂X線機透視下于骨盆正位、入口位、出口位、側位，骶髂關節正位入口位、出口位，髂骨斜位、閉孔斜位等多視圖角度觀察骨盆移位情況。
② 復位用把持釘植入：復位用把持釘植入通道為雙側LC-2通道及髖臼上橫形通道，與試驗組一致。透視下利用髂骨斜位和骶髂關節正位入口位視圖，將Schanz釘（長400 mm，直徑6 mm）植入LC-2通道，利用骨盆正、側位視圖將Schanz釘植入髖臼上橫形通道。分別將健、患側的4枚Schanz釘連接在骨盆復位架上。
③ 透視下骨折復位：在C臂X線機透視下完成骨折復位，復位理念及方法與試驗組一致。
④ 透視下通道螺釘植釘：以骨盆后環骶髂關節植釘為例，在C臂X線機透視下，利用骨盆入口位、出口位及側位視圖反復調整螺紋針的方向及角度，確認無誤后使用電鉆將螺紋針打入，再進行入口位、出口位及側位透視確認，擰入骶髂螺釘，完成骶髂關節固定。骨盆正位、入口位、出口位及側位透視確認骨盆復位及內固定滿意后，手術結束。
1.4 療效評價指標
主要評價指標：術后即刻骨盆骨折復位質量，基于骨盆正位、出口位和入口位X線片采用Matta標準進行評價，分為優（骨折移位≤4 mm）、良及以下（>4 mm）。次要評價指標：手術時間（從切皮開始至皮膚縫合完畢結束）、術中出血量、骨折復位時間（包括骨盆解鎖閉合復位裝置組裝、復位用把持釘植入及骨折復位過程）、術中透視次數（術中復位固定及植入各枚螺釘相應透視次數總和）、系統可用性量表（SUS）評分。
1.5 統計學方法
采用SPSS26.0統計軟件進行分析。計量資料采用Kolmogorov-Smirnov法進行正態性檢驗，符合正態分布時，數據以均數±標準差表示，組間比較采用獨立樣本t檢驗；不符合正態分布時，數據以M（Q1，Q3）表示，組間比較采用Mann-Whitney U檢驗。計數資料以頻數及率表示，組間比較采用χ2檢驗。檢驗水準取雙側α=0.05。
2 結果
兩組均順利完成手術。術后即刻影像學檢查示試驗組骨折復位質量達優19例（95%）、良及以下1例（5%），對照組分別為13例（65%）、7例（35%），組間比較差異有統計學意義（χ2=3.906，P=0.048）。見圖3。兩組手術時間和術中出血量比較，差異均無統計學意義（P>0.05）；試驗組骨折復位時間、術中透視次數低于對照組，SUS評分高于對照組，差異均有統計學意義（P<0.05）。見表2。
圖3
試驗組患者，女，67歲，Tile C型骨盆骨折
a、b. 術前及術后即刻骨盆正位X線片；c、d. 術前及術后即刻骨盆CT三維重建
Figure3. A 67-year-old female patient with Tile type C pelvic fracture in trial groupa, b. Anteroposterior X-ray films of pelvis before operation and at immediate after operation, respectively; c, d. Three-dimensional CT reconstruction before operation and at immediate after operation, respectively
表2
兩組患者手術相關評價指標比較（n=20）
Table2.
Comparison of operation related indexes between the two groups (n=20)
3 討論
本研究發現，與傳統二維透視相比，非透視下三維可視化技術輔助骨盆解鎖閉合復位裝置能夠在不延長手術時間的情況下，提高不穩定型骨盆骨折的復位質量，同時減少術中復位時間和透視次數。非透視下三維可視化技術的主要優勢在于：① 通過新型體素數據注冊法聯合光學捕捉技術在術中實時追蹤骨盆骨折塊，無需傳統二維透視即可在顯示屏上從多個維度（骨盆正位、入口位、出口位、側位，骶髂關節正位入口位、出口位，髂骨斜位、閉孔斜位），直接觀察骨折塊位置，顯著減少了術中透視次數。② 能夠對骨折塊移位及復位情況進行持續可視化追蹤，從而幫助術者充分理解骨盆骨折移位機制，指導術者利用骨盆骨折解鎖閉合復位裝置對骨折塊進行逆向解鎖復位，不僅減少了骨折復位時間，還提高了骨折復位質量。
不穩定型骨盆骨折復位質量可能是影響患者臨床結局的重要因素之一[5]，術后持續疼痛、下肢不等長或殘疾等并發癥可能與術中復位不良有關[12]。多項研究表明，在傳統二維透視下治療不穩定型骨盆骨折，平均骨盆殘余位移可達5 mm以上（Matta評級為良）[13]。由于受到骨盆周圍組織影響，二維影像對于骨盆后環顯示效果不佳[14]，且術者需要在復位過程中反復透視驗證使骨折塊達到預期位置[15]。近年，多種三維計算機輔助導航技術被國內外同行用于指導不穩定型骨盆骨折的閉合復位。Hüfner等[16]將骨盆模型與CT掃描得到的虛擬骨盆相配準，首次使用導航系統（Surgigate?）實時觀察及追蹤骨盆骨折塊并模擬指導閉合復位過程，然而在進行體外精度驗證后，并無繼續應用于臨床的報道。我們考慮可能原因如下：① 作為點配對注冊基準的Ti-pin（一種鋁合金球）必須于術前放置在骨折線附近，在實際臨床環境下無法操作；② 忽略了骨盆周圍軟組織對實施導航注冊的影響等因素，導航的實際精度可能無法達到臨床標準。Han等[17]將骨盆骨折塊與骨盆的統計姿勢模型相配準，利用術前三維CT及術中二維透視相匹配進行復位指導，達到了良好復位效果，但復位時間及透視次數相較于傳統非導航手術并未得到明顯改善。針對以上問題，我們提出了一種新型體素數據注冊法，實現了虛擬骨盆與真實骨盆在實際臨床環境下的高精度配準，并使術中持續追蹤骨盆骨折塊過程擺脫了對二維影像的依賴。
目前，計算機輔助導航系統所采用的注冊方法主要有兩類：基于關鍵特征點匹配的注冊方法和基于局部點云匹配的注冊方法[18-20]。前者主要用于腦外科手術，通過獲取固定在患者身上的外置標志點（如外架）或直接選取患者自身的生理特征點（如鼻尖、眼角、乳突等）在導航系統中的空間位置進行注冊[21-22]；后者常用于關節置換手術，通過獲取患者局部表面（如髖臼）的空間點云數據，再通過優化擬合算法進行注冊[23-25]。然而，以上注冊方法的精度均難以滿足不穩定型骨盆骨折的復位需求，原因如下：① 骨盆被大量肌肉和內臟包圍，骨性關鍵特征點的空間數據不易測量；② 骨盆是人體最大的不規則骨，局部特征點云覆蓋區域較小，造成局部配準誤差偏大；③ 骨盆骨折往往伴隨各種周圍軟組織損傷，不宜采用過大、過深的開放切口，術者無法做過多的注冊測量工作，也無法保證測量點的精準度。
因此，我們嘗試了一種基于體素數據進行注冊的方案，通過同時包含光學導航特征點和X線影像特征結構的追蹤器，實現了無需人工術中介入的快速注冊。臨床過程中，術者將該追蹤器固定在骨盆上，通過CT掃描或者三維C臂/G臂等設備，結合三維數據建模及智能優化算法，生成了包含骨盆及追蹤器的高精度體素模型數據。以此為基礎，一方面系統通過雙目視覺光學導航系統，對追蹤器上光學特征點進行高精度實時定位，另一方面系統對體素模型進行基于特征點、特征線、特征體的全局最優匹配，實現全自動注冊。該方法最大化應用了各種空間特征信息，顯著提升了注冊效率，無需臨床過程中人工介入，有效避免了人工干擾誤差，與傳統主流注冊方法相比，注冊精度和效率提升，為術中骨盆骨折塊的高精度實時跟蹤和三維可視化復位導航奠定了基礎。
值得一提的是，體外定位追蹤器于術前在CT檢查室于局麻下植入患者體內，基于CT影像的虛擬骨盆與雙側定位追蹤器模型的圖像分割在患者轉運及術前準備期間即可完成，非透視下三維可視化技術在術中對虛擬骨盆和現實骨盆一鍵匹配過程僅需 1 min，并不額外增加手術時間。相較于多數計算機輔助導航系統，Holosight智能監視導航系統因一體化、操作體驗佳、流程簡便等優點，受到使用者們的廣泛好評。
然而，本研究也存在一些局限性。目前，由于體外定位追蹤器無法植入骶骨，且每枚體外定位追蹤器僅用于實時追蹤與其相連的骨折塊，對于累及骶骨或骨折塊過多的嚴重粉碎性骨盆骨折，利用三維可視化技術進行復位指導的優勢并不顯著，需在今后的研究中進一步改善。我們還發現雖然三維可視化技術減少了不穩定型骨盆骨折復位時間，但由于通道螺釘的植釘規劃需要在不同視圖中手動進行，且通道螺釘植釘過程中套筒追蹤器容易發生遮擋，需反復調整位置，從而增加了通道螺釘的規劃與植釘時間，尋找準確、省時的通道螺釘規劃與植釘方法也是目前亟待解決的問題之一。此外，本研究為本課題組利用非透視下三維可視化技術治療不穩定型骨盆骨折的初步成果展示，由于納入研究的病例樣本量較小，且參與本研究的術者均為經過嚴格訓練并能熟練掌握非透視下三維可視化技術的高年資醫生，此技術推廣至基層醫院后對于不穩定型骨盆骨折的實際復位效果可能與本研究結果存在差異。最后，本研究僅將術后即刻復位質量作為最終觀察終點，利用非透視下三維可視化技術治療不穩定型骨盆骨折是否對患者的遠期骨盆骨折復位質量和生活質量有影響，需在今后研究中進一步探究。
綜上述，非透視下三維可視化技術為不穩定型骨盆骨折提供了一種復位精準、直觀高效的手術方式，且對于減少患者及醫療工作者的醫源性放射損傷具有一定價值。
利益沖突 在課題研究和文章撰寫過程中不存在利益沖突；課題經費支持沒有影響文章觀點和對研究數據客觀結果的統計分析及其報道
倫理聲明 研究方案經中國人民解放軍總醫院倫理委員會（S2021-340-01）、中國人民解放軍總醫院第四醫學中心（2022KY092-KS001）及中國人民解放軍戰略支援部隊特色醫學中心（L2022-008-01）批準；臨床試驗注冊號：ChiCTR2200055443
作者貢獻聲明 李嘉琦：臨床數據收集、統計分析，文章撰寫及修改；陳華、劉昊揚、張偉、周烽：臨床試驗設計及具體實施指導；齊紅哲、朱正國、常祖豪：檢驗臨床數據及統計學分析方法可靠性；祁麟：臨床隨訪及數據采集；唐佩福：對文章的知識性內容作批評性審閱
