一种新型喙锁韧带重建导向器及其钻孔精度评价

李鉴轶，游辅宇，孔祥雪，林荔军，张洪涛

基础研究

一种新型喙锁韧带重建导向器及其钻孔精度评价

李鉴轶，游辅宇，孔祥雪，林荔军，张洪涛

目的设计制作一种适用于开放性手术的新型喙锁韧带重建导向器并评价其钻孔精度。方法利用计算机辅助设计（CAD）、3D打印技术设计制作新型喙锁韧带重建导向器。在10个单侧肩关节标本（男6个、女4个）上使用新型导向器建立直径3 mm的骨隧道，测量喙突下表面骨隧道至喙突内外侧的最小距离，并对导向器的钻孔精确度进行评估。结果喙突下表面骨隧道出口距喙突外侧和喙突内侧的最小距离分别为（5.7± 1.3）mm和（6.1±1.3）mm，两者比较，差异无统计学意义（P=0.494，t=—7.110）。结论新型导向器钻孔准确性较高，可用于喙锁韧带重建开放性手术中骨隧道的建立。

肩锁关节；喙锁韧带；修复外科手术；图像处理，计算机辅助；3D打印；骨隧道；导向器

肩锁关节脱位是一种常见的肩部损伤，多见于运动员；普通人群总发病率为3/10 000～4/10 000［1］，在肩关节损伤中占40%～50%［2］。高分型肩锁关节脱位（RockwoodⅣ～Ⅵ型）为完全性脱位同时合并严重的软组织损伤，需手术治疗［1，3-4］。其中双Endobutton技术重建喙锁韧带手术效果好，并发症少，临床应用广泛［5-7］。该技术术中需要在锁骨及喙突上建立骨隧道［8-10］，为后续的喙锁韧带重建提供通道及固定结构，但喙突尺寸较小，骨隧道建立较为困难，易造成手术失败［9，11-15］，因此能否精确建立骨隧道成为影响手术成败及术后效果的关键因素之一。本研究旨在设计一套适用于开放性手术的新型喙锁韧带重建导向器，以辅助建立双Endobutton固定所需的骨隧道，并对其精确性进行评估。

1 材料与方法

1.1 材料

选取10个单侧肩关节标本，男性6个、女性4个，左右侧肩各5个。均无喙突与锁骨骨折及手术史。

1.2 新型喙锁韧带重建导向器

图1 新型喙锁韧带重建导向器1A示意图1B实物图1导向管2定位钩定位部分（2-1，2-2为两侧限位凸起）3滑块4支架滑轨部分5支架连接部分6定位钩连接部分7滑块导向筒P圆心导向管轴线通过圆心P，P处于定位钩定位部分中点，支架连接部分轴线通过圆心P

利用软件Solidwords（达索系统，法国）进行新型喙锁韧带重建导向器的设计。在SolidWorks中分别重建导向器各部件。利用软件中草图、拉伸及切除等模块分别建立各部件三维模型。将文件转为.STL文件导入3D打印机（上海联泰科技有限公司）打印。导向器包括一个圆弧形支架，一组不同型号、用于定位喙突下表面中点的定位钩，一个空心导向管和一个设计有导向筒的圆弧形滑块。定位钩和滑块与支架组装后，定位钩定位部分的中心始终位于支架圆弧的圆心处，滑块上导向筒轴线为支架圆弧的直径。导向管装配于导向筒内，两者同轴线。装配关系见图1。定位钩与支架之间可沿两者连接部分轴线相对旋转，滑块与支架之间可沿支架做圆弧滑动，导向管与导向筒之间可沿两者中轴线滑动。

1.3 新型导向器辅助骨隧道建立及其钻孔精度评价标本仰卧位放置，自肩锁关节至喙突近端行小弧形切口，长约5 cm，沿锁骨走行方向切开附着于锁骨肩峰端的斜方肌及三角肌，暴露肩锁关节、锁骨外侧端及喙突，清理喙突上软组织，确认喙突内外侧缘［10］；选取与喙突基底部宽度相匹配的定位钩并置于喙突基底部，以定位喙突下表面基底部中点；装配导向器，通过调节定位钩与支架之间、支架与滑块之间以及导向筒与导向管之间的转动与滑动，使导向管下端位于锁骨上表面距锁骨远端3 cm处［10］，而导向管的轴线也通过喙突基底部下表面中点，导向管方向即与理想的骨隧道方向重合；使用直径3 mm克氏针通过导向管建立骨隧道（图2）。

取下喙突，清理软组织，将喙突基底部下表面平均分为3部分，即外侧部分、中央部分和内侧部分［11］；测量骨隧道边缘距喙突内外侧缘距离（图3）。1.4统计学方法

应用SPSS 13.0统计软件进行分析，计量资料以均数±标准差（±s）表示，采用配对t检验进行比较。P＜0.05为差异有统计学意义。

2 结果

喙突下表面骨隧道出口均位于喙突下表面中央部。喙突下表面骨隧道出口距喙突外侧和喙突内侧的最小距离分别为（5.7±1.3）mm和（6.1±1.3）mm，两者比较，差异无统计学意义（P=0.494，t=—7.110），具体数据见表1。

3 讨论

双Endobutton技术临床应用广泛，具有固定可靠、手术创伤小、生物力学效果佳、可早期进行功能锻炼等优点［5-7］。经锁骨-喙突骨隧道的建立是其关键技术，但由于喙突体积较小，难以建立骨隧道，甚至可能穿破喙突侧缘，导致术后喙突骨折等并发症的发生［9，11-12］。

研究表明，喙突的最大负载量与喙突上骨隧道的位置有关，因而精准安全地建立经锁骨-喙突骨隧道至关重要［8］。既有研究描述了2套利用C型臂X线机引导骨隧道建立的导向装置（系统），两者均能精确建立锁骨-喙突骨隧道［16-17］，但术者和患者会遭受一定的X线辐射。Hoffmann等［18-19］、Theopold等［20］分别采用电磁定位系统（TrigenTMSure-ShotTM，Smith&Nephew公司，美国）和光电子系统（Trauma 2D 3.1 software，Brainlab公司，德国）精确建立锁骨-喙突骨隧道，无需受X线辐射，但需要相应的导航装置和软件系统，设备昂贵；同时在一定程度上还需要关节镜辅助检查，以确定喙突下表面中点。较之于上述导向装置［16-20］，本实验设计的导向器更适用于开放性手术，且建立的骨隧道出口100%位于喙突下表面中央部分，具有更高的准确性。

图2 新型导向器辅助建立骨隧道红色箭头、蓝色箭头、蓝色虚线箭头分别代表定位钩、小肌肌腱、肱二头肌短头肌腱2A定位钩从喙突内侧置入喙突下表面2B装置装配固定后建立锁骨-喙突骨隧道

图3 新型喙锁韧带重建导向器钻孔精确度测量3A钻孔位置a，b分别为喙突下表面骨隧道出口距喙突外侧和内侧的距离3B喙突表面分区（L：外侧部分；C：中央部分；M：内侧部分）

表1 新型喙锁韧带重建导向器钻孔精确度测量结果（mm）

Ferreira等［11］以喙肩韧带附着处为界，将喙突分为前后两部分，再将后部从内侧至外侧平均分为3部分（内侧部分、中央部分和外侧部分），喙突表面亦分为3区（图3B）。研究表明，当喙突上骨隧道出口位于中央部分、同时入口位于中央部分或内侧部分时，喙突能够承受较大负载［11，21］。然而在实际手术过程中，为使锁骨和喙突上骨隧道在同一直线上，成为一个整体，并减少手术切口，多采用经喙突-锁骨骨隧道一次成形；而通过锁骨上距肩锁关节3 cm处中点与喙突基底部中点确定的骨隧道具有良好的安全性，同时也可承受较大的负载。但喙突基底部下表面中点难以确定，常导致骨隧道建立失败。本研究中锁骨部分为直视下钻孔，术中可保证钻孔位于锁骨中央，操作者于术中虽无法看到喙突部分的结构，但凭借本研究开发的导向器，可保证骨隧道出口均位于喙突下表面中央部分。经测量，骨隧道至喙突内、外侧缘的距离并无统计学差异，也证实了本装置在辅助骨隧道建立导向过程中的精准性。

另外，本研究应用3D打印技术设计制作新型导向器。3D打印属于快速成型技术，是一种以数字模型文件为基础的增材制造技术。相较于数字控制机床等传统工业制造技术，它具有廉价、灵活、快速，可打印多种外形、多种材料的优点［22］，目前已广泛用于医学领域［22-24］。本研究利用3D打印技术迅速制作出实体导向器并运用于预实验，可直观发现导向器设计的不足，为导向器设计的完善和改良提供了基础条件。

本研究也存在一定局限性：①肩关节标本均为离体标本，锁骨解剖位置稳定性较差，可能会影响骨隧道方向；实验过程中手术视野暴露及软组织清理效果亦较差，使得定位钩的选择及置入可能产生一定的偏差。②喙突定位钩的准确定位对术中喙突下表面软组织的清理有较高要求，因而增加了损伤喙突下血管神经的危险性。下一步将继续完善导向器设计，进一步提高导向器应用的实用性及安全性，并收集新鲜在体样本，以更好地评估导向器的精确性及实用性。

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A novel guide device for coracoclavicular ligament reconstruction:design and tunnel drilling accuracy assessment

LI Jianyi*，YOU Fuyu，KONG Xiangxue，LIN Lijun，ZHANG Hongtao.*Department of Human Anatomy，School of Basic Medicine，Southern Medical University，Guangzhou，Guangdong 510515，China

ZHANG Hongtao，E-mail:879483392@qq.com

Objective To develop a novel guide device which is used for open surgery to reconstruct coracoclavicular ligament，and to evaluate its tunnel drilling accuracy.Methods The guide device was made by using computer assisted design（CAD）and 3D printing technique，and then bone tunnels with 3 mm diameter were drilled out on 10 unilateral shoulder joints（harvested from 6 male and 4 female）under the assist of guide device.The minimum distances from the edge of tunnel to medial and lateral edge of coracoid on the inferior surface were measured，so as to evaluate the tunnel drilling accuracy of the device.Results The mean remaining lateral and medial wall thicknesses before cortical breach was（5.7±1.3）mm and（6.1±1.3）mm，respectively，and the difference had no statistical significance（P=0.494，t=-7.110）.Conclusion The device can be used to drill bone tunnel for coracoclavicular ligament reconstruction in open operation with high accuracy.

Acromioclavicular Joint；Coracoclavicular ligament；Reconstructive surgical procedures；Image processing，computer-assisted；3D printing；Bone tunnel；Guide device

R687.2，R684.71

A

1674-666X（2015）05-285-05

2015-06-13；

2015-08-21）

（本文编辑：白朝晖）

10.3969/j.issn.1674-666X.2015.05.005

广东省科技计划项目（2014A020212200，2015A040404022）

510515广州，南方医科大学基础医学院人体解剖教研室（李鉴轶、孔祥雪），第一临床医学院（游辅宇）；510282广州，珠江医院骨科（林荔军）；528429广东，中山市黄圃人民医院（张洪涛）

张洪涛，E-mail：879483392@qq.com