Acta Orthop Traumatol Turc：改良椎弓根螺钉固定器与单侧腰骨盆固定器治疗骶髂关节断裂的力学稳定性比较研究

骶髂关节将上肢的力量传递给下肢，其完整性是骨盆的关键部分，骶髂关节断裂是高能量创伤中的一种严重损伤，通常与高死亡率有关。这种类型的损伤通常是垂直和旋转不稳定的，非手术治疗不能获得满意的结果。近年来，外科治疗断裂的骶髂复合体被认为是首选的方法。然而，手术治疗的结果远不能令人满意，固定骶髂关节断裂的最佳方法仍然存在争议。

目前，治疗骶髂关节断裂的手术技术有多种，包括骶髂螺钉、骶髂前钢板、后锁钢板、经髂内固定器（TIFI）等。骶髂螺钉技术因创伤创伤小，已成为常用的骨盆稳定方法。然而，这种治疗需要经验丰富的外科医生，并且与其他固定方法相比，骶髂螺钉错位和神经血管损伤的发生率更高。此外，经皮骶髂螺钉不能为骶髂关节断裂提供足够的机械稳定性。TIFI是一种创新的器械，使用两侧的椎弓根螺钉结合横向棒来恢复后环的结构稳定性。在一系列不稳定后骨盆损伤的临床研究中，Hua等人证明使用TIFI内固定可以获得满意的结果。

临床治疗骶髂关节断裂时，外科医生应注意固定器械的力学稳定性。因此，我们的研究小组设计了一种基于TIFI概念的创新技术来治疗垂直旋转不稳定的后骨盆损伤。改良椎弓根螺钉固定器的关键创新点在于TIFI和腰椎椎弓根螺钉的垂直结构，模拟整体框架结构，大幅提高后环成骨后断裂的骶髂复合体对垂直力和剪切力的抵抗能力，该技术已于2022年获得中国专利（ZL202121751481.1）。

本研究旨在探讨改良椎弓根螺钉固定器的机械稳定性，并利用有限元模拟技术将其与单侧腰骨盆固定治疗骶髂关节断裂进行比较。对位移、von Mises应力和结构刚度进行了分析比较。我们验证了改良的椎弓根螺钉固定架将提供更好的机械稳定性，并可能为外科治疗中选择合适的技术提供基础。

方法：基于计算机断层扫描图像建立包含骨盆和腰椎主要韧带的正常脊柱-骨盆-股骨数字模型。建立并验证了骶髂关节断裂模型，并采用改良椎弓根螺钉固定器或单侧腰骨盆固定器固定该模型。在2种固定模型中，腰椎施加400 N跟随器载荷，分析位移和应力分布。并对结构刚度进行了计算。

模拟中使用的韧带的材料特性

（A， B）改良椎弓根螺钉固定器(A)和单侧腰骨盆固定器(B)的三维几何模型

（A， B）改良椎弓根螺钉固定器(A)和单侧腰骨盆固定器(B)固定左骶髂关节断裂的有限元模型

（A， B）改良椎弓根螺钉固定器(A)和单侧腰骨盆固定器(B)中骶骨整体位移分布（mm）

（A， B）改良椎弓根螺钉固定器内固定(A)和单侧腰骨盆内固定(B)的Von Mises应力分布（MPa）

（A， B）改良椎弓根螺钉固定架(A)和单侧腰骨盆固定架(B)中骨盆Von Mises应力分布（MPa）

结果：改良椎弓根螺钉固定器模型骶椎垂直位移、水平位移、后侧位移和整体位移峰值分别为0.70 mm、0.17 mm、0.73 mm和0.88 mm，均小于单侧腰骨盆固定模型（分别为1.17 mm、0.31 mm、2.21 mm和2.29 mm）。与单侧腰骨盆固定相比，改良椎弓根螺钉固定器的降低率分别为40.2%、45.2%、67.0%和61.6%。改良椎弓根螺钉固定器模型内固定物和骨盆的峰值应力分别为351.23 MPa和39.91 MPa，比单侧腰骨盆固定模型分别降低15.5%和70.4%。改良椎弓根螺钉固定架的结构刚度（571 N/mm）比单侧腰骨盆固定架（342 N/mm）提高67%。

结论：有限元模拟结果表明，与单侧腰骨盆固定模型相比，改良椎弓根螺钉固定器模型骶骨位移较小，内固定物和骨应力较小，构造刚度更高。因此，改良椎弓根螺钉固定器在治疗骶髂关节断裂时可能比单侧腰骨盆固定器具有生物力学上的优势。

原文来源：

Jun, Zhang;  Yan, Wei;  Baoqing, Yu;Comparison of mechanical stability of modified pedicle screw fixator and unilateral lumbopelvic fixation for treating sacroiliac joint disruption: A finite element analysis study.Acta Orthop Traumatol Turc 2024 Nov 8;58(5):274-279