骨外固定技术的研究及临床应用

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骨外固定技术的研究及临床应用
  
北京骨外固定技术研究所夏和桃彭爱民  
  
    近年来，骨外固定器已在创伤骨科得到广泛应用，应用技术也有显著提高，并发症已大幅度下降。针孔感染已不再是影响骨外固定开展的关键因素。而由于临床医生对骨外固定的基本原理还缺少了解，影响应用技术的进一步提高，有一些不应发生的并发症高居不下，已严重影响该技术的进一步发挥和开展。为进一步提高应用技术，使骨外固定技术健康发展，作者根据1984年以来应用组合式、半环槽式、Hoffmann、Ilizarov 和Bastiani等骨外固定器治疗新鲜骨折和骨不连等疑难病1020例（其中多数为开放或复杂骨折，骨折疑难病多数是伴有感染、骨缺损或伴肢体短缩的久治不愈的病例。骨折愈合率为99.8％）的临床经验和实验研究，以及国内外其他学者的观点，就骨外固定在创伤骨科应用的价值，影响骨外固定疗效的因素和并发症等有关问题进行讨论，以使我国骨外固定技术健康、快速发展。

　一、骨外固定在创伤骨科应用的价值

　　在现代创伤骨科中由高能、高速和高空致伤的病例渐增，且伤势严重而复杂。特别是伴有严重软组织伤或伤口污染严重的开放性骨折或已有感染的骨折、多发伤骨折、多发性骨折、复杂的闭合性骨折等。即使完善的现代内固定技术，也难以达到非常满意的效果，勉强使用时，更易发生皮肤坏死、局部感染、骨髓炎、骨不连、骨缺损等严重并发症，甚至有的久治不愈而最终截肢。并发症多的主要原因是传统方法难以同时解决多种组织重建与骨折固定治疗时的矛盾，如骨折固定与血供，以及伤口处理和感染的防止，复杂骨折的稳定与关节功能等，治疗中往往顾此失彼。正是在这种情况下，骨外固定又重新得到重视和突飞猛进的发展。
　　 本组病例严重开放骨折和复杂骨折占多数，还有一部分骨不连等疑难病。但骨折愈合率仍达99.8％以上，且使一些濒临截肢的肢体得以保留。对骨不连、感染性骨折、感染性骨与皮肤缺损等严重骨折并发症的治疗也全部获得成功，而且使一些久治不愈的伤残肢体恢复了功能。这些意想不到的临床效果，主要得益于骨外固定的以下优点。

　　㈠ 提供多种方式的力学作用：可根据不同骨折类型实施加压固定，牢稳固定和后期的弹性固定，以及进行骨段或肢体延长。治疗中对固定刚度可以进行调整。

　　㈡ 最大限度保护血运：远离骨折处穿针的空间固定方式，即不破坏骨髓内、外血运，很少干扰骨愈合的生物学环境，利于实现生物学固定。

　　㈢ 对全身干扰小：手术创伤小，麻醉简单，不用输血。即使在复杂伤情下对骨折进行治疗，也不干扰生命指征和影响其它脏器伤的治疗。 ㈣ 固定的范围灵活：既可进行骨折局部固定，又能进行长跨度的固定或多部位的联合固定，以及跨关节的固定。

　　㈤ 便于相关伤的处理：不但减少感染机会，而且利于开放性或感染性伤口的处理，使软组织伤的治疗变得简单有效。肢体后方可架空，便于护理和康复。

　　㈥ 术后还可进行必要的调整，以矫正残余的轴线偏差。

　　㈦ 有利于关节活动：骨干部和近关节端的固定基本不影响关节活动。允许关节活动的，治疗关节骨折的骨外固定器也已有临床应用。

　　㈧ 利于降低医疗成本：因设备简单，操作简便，无须二次手术和器材可重复使用等因素，可使医疗费大幅度降低，便于基层医院推广应用。

　　正是骨外固定技术的上述优点，能够从生物力学、生物学、伤口处理和功能康复等诸方面入手，为解决同期治疗多种组织损伤与功能重建的矛盾创造了多种有利条件，使恰当的治疗原则得到有效的贯彻，使很多棘手的问题的处理显得简单有效，尽早恢复伤肢功能的治疗原则得到有力的保障。因此，伊里扎偌夫认为“骨外固定治疗骨折，是骨折治疗方法的一次***”，正确应用骨外固定器治疗骨折，不但能取得更高的疗效，而且治疗时间可缩短33～80％ [2][3]。因此，骨外固定技术不仅是骨科标准治疗方法之一，而且在某些方面还占有主导地位，已成为治疗复杂骨折最有把握的方法。从此，确定了它在现代创伤骨科中的应用价值。 但必须强调骨外固定技术使用的合理性和先进性，选择适应证要从伤情和治疗原则，技术和设备，骨外固定的优势等具体情况，进行认真分析后再做决定。这样，其治疗效果才有把握。初次使用骨外固定器时，选择适应证应从严从易，熟练后再逐步拓宽。

二、影响骨外固定疗效的因素

　　影响骨外固定疗效的因素有器械性能和应用技术两方面问题。骨外固定和其它技术一样有优点，也有缺点。方法本身可引起某些并发症，但应用不当则可能增加并发症的发生。注意提高应用技术可克服某些不足，使并发症降低到最低限度，获得优良的效果。因此，目前的关键是如何进一步提高应用技术的问题，因为很多医生把它误认为是一种简单技术，由此引起一系列误解、偏见和并发症等问题。只有对骨外固定基本原理有了足够认识，才能使其它问题迎刃而解。 ㈠ 提高认识，重视基本原理：骨外固定器是通过穿插在骨内的钢针和体外的机械装置，为骨重建提供合理的生物力学环境，以达到不同的治疗目的。公认骨折治疗的生物力学环境是早期的牢稳固定与中后期的弹性固定。谓之以生物学固定的力学条件。即提供的固定刚度要与骨折再生所需的力学环境相适应。骨外固定器的灵活性和可调控特点，为生物学固定的实施提供了技术保证。因此，临床医生有一个知识更新的问题，更多的医生需要经过必要的培训才能了解原理，掌握操作技能。只有这样才能充分发挥骨外固定技术的优势，获得良好的临床效果。

　　现代骨外固定器可以根据治疗要求提供以下力学作用方式：

　　1、牢稳固定：骨折的牢稳固定是指骨外固定器与骨折远、近段必须构成几何不变体――即静定结构和超静定结构，以防止骨折的位移，成角和扭转畸形的发生。在功能活动时对骨断端的正常愈合应力分布干扰较小。 2、弹性固定：是指骨外固定在维持骨折牢稳固定的同时，允许折端通过骨外固定器的持续弹性加载和间断性的功能锻炼，每个骨间隙有1mm左右的轴向微动，以产生应力**，促进骨再生。根据对骨外固定器力学作用方式的分析和积累的临床经验，作者将弹性固定分为加压弹性固定、张力弹性固定和平衡弹性固定，在轴向拉伸和加压载荷下有微小活动。

　　⑴加压弹性固定：维持骨折线位稳定的同时，器械再给予折端一定的持续性压应力。当骨折端受到新的载荷时压应力亦随之增加。受到张应力时，骨折端仍能保持紧密的接触，张应力消除后骨断端又恢复到原有的力学状态。加压弹性固定主要适用于稳定骨折，骨不连和关节切除融合术的固定。 侧方加压，是在骨折段或大骨块的适当部位穿针，应用顶压或杠杆原理防止骨折成角、位移，以及矫正线位偏差，以增加骨折固定的稳定性。

　　⑵ 张力弹性固定：骨外固定器有足够的支撑力，对骨折端实施一定的张应力，以防止短缩趋势的发生。在稳定骨折的同时，又能维持骨缺损的肢体长度和/或关节端粉碎性骨折的固定。适用于关节端粉碎性骨折及骨缺损的早期固定。

　　⑶ 平衡弹性固定：骨外固定器以维持骨的长度和骨折的对线、对位为目的，对骨折端不施加压力或张应力。当受到载荷时骨外固定器发生弹性变形，骨折端产生压应力，载荷消除后骨断端又恢复到原来的力学状态。适用于骨干粉碎性骨折和截骨延长的中后期的固定。

　　3、平衡固定：骨外固定器要有较强的抗剪切能力，以维持骨折的对线、对位为目的。适用于已结合螺钉内固定的斜形、螺旋骨折的固定。

　　4、缓慢牵伸延长：指骨外固定器对截骨端给予持续、**的张应力，以使骨或肢体长度增加或逐步矫正骨与关节畸形的目的。如截骨延长逐步矫正膝关节内、外翻畸形或缓慢牵伸矫治膝关节屈曲挛缩等。

　　5、动态固定：是指骨折在相对平衡固定的状态，骨折端随着一定的外力作用而出现的轴向滑动。如骨外固定器放松轴向锁定装置后在功能锻炼时沿骨外固定器连接杆方向的滑动，以及通过手动装置使骨折端产生的轴向微动等。 6、多种作用力的联合应用：如在一长骨同时进行截骨延长与骨缺损端的加压固定，以及骨不连伴有肢体短缩的治疗等。

　　㈡ 骨外固定器构型的问题：骨外固定器的构型是指其几何形状。骨外固定器的几何形状、钢针直径、数量、钢针种类（全针或半针）以及穿针平面等因素是评价骨外固定器力学性能的主要依据。构型是为满足不同部位和力学环境的需要，以及优化结构而设计或组合的。常见的有单边式、双边式、半环式等构型。这说明临床需要有多种多样的　构型才能满足治疗的需要。近年来在临床应用的骨外固定器构型达数百种之多，因为创伤骨科中情况非常复杂，使用的构型也最为复杂。如股骨中段粉碎骨折，从部位上说单侧构型为宜，但不尽符合其生物力学特点，全环式的力学性能虽好，但又有诸多不便。若为股骨近端或远端骨折，却各有所用之处。如果不分情况勉强使用某种单一的构型，必然会有遗憾之时。因此，正确选择骨外固定器构型也是用好骨外固定技术的关键，而且是进一步减少并发症的重要因素。对此希望能引起更多使用者的注意。 术者首先在对骨外固定器力学性能了解的基础上，根据骨折部位、骨折类型、年龄、使用期限、以及是否便于功能锻炼和方便操作等因素来确定构型。大部分简单的长骨干稳定骨折或已结合内固定的不稳定骨折，可选用单侧构型。而复杂（粉碎、多段）长骨干骨折要选用力学性能好，能随意加穿钢针的半环式构型。治疗开放性骨折和感染性骨折时的构型要更具灵活性，以便兼顾相关伤的处理。估计需长时间使用时，要选用细直径钢针的环式构型，以减少针孔感染的发生。用于创伤骨科的骨外固定器，既要符合力学要求，又要考虑灵活性和结构优化的问题。所以，最好能符合以下条件： 1、有良好的通用性和灵巧性，能根据不同部位及伤情的治疗需要，组成相应的构型，而且方便整复骨折和术后做适当的再调整。

　　2、随意选择穿针位置，以最大限度避开主要神经、血管及病灶区穿针，不影响局部皮瓣或交腿皮瓣的应用。

　　3、骨外固定器的刚度具有可调性，要满足骨折早期坚强固定和中后期弹性固定的要求。

　　4、骨外固定器与肢体之间的距离可调，便于肢体肿胀严重时留有足够空间；在肿胀消退后，减小骨外固定器与肢体的距离，以增加固定的牢稳性和利于功能锻炼。

　　5、装卸灵活、方便操作，各部件有相对的***性，便于随时增减某些部件以及必要时将肢体架空，又可随时拆除多余部件。

　　6、骨外固定器的材料具有质轻、坚固、耐腐蚀等特点，最好能透Ｘ线。

　　㈢　规范手术操作：骨外固定的手术除要严格遵循基本外科技术，骨折复位与固定及骨外固定器基本操作技术外，还要注意以下问题。

　　1、先复位后穿针的操作原则：治疗骨折时必需先使骨折大致复位，然后再行穿针与固定。因为复位与固定是两个不同的力学系统，骨外固定器不可能既是固定器又是复位机，它的主要功能就是固定。其调节性能主要是为便于矫正残余线位偏差和调控固定刚度而设计，而不是为骨折整复。但骨折复位时可以利用其结构特点辅助整复，而不能完全依赖。

　　在特殊情况下，如骨折移位不严重、急诊和野外操作时，可先行穿针，然后再行复位与固定。

　　2、骨折复位的原则：①复位基本方法：以手法为主，辅以器械和牵引等方法。闭合复位有困难时可行小切口直视下复位。②复位要求；简单的骨干骨折和关节骨折要解剖复位。复杂骨折要达到良好的线位要求（没有必要强求解剖复位）。③部分骨缺损时要行松质骨植骨。④骨段缺损时可考虑采用截骨延长与加压固定技术，修复骨缺损和保持肢体长度。

　　3、灵活应用的原则；实践中一方面要充分应用骨外固定技术优势，另一方面也要有机地结合相关技术，使治疗方法更具合理性和先进性，结果更加完美。

　　⑴　结合应用，即同时应用多种方法（复位和固定）和技术（骨折治疗原理、伤口处理与闭合等各种相关技术）。

　　⑵　分别使用，有时两种方法因此以克服单一方法的不足。

　　⑶　阶段应用，在治疗过程的某一阶段，应用骨外固定器可能是最佳适应证，而在另一阶段用其它方法更为适宜，骨外固定器除了全程使用外，也可与其它方法分阶段应用。

　　4、其它问题：治疗复杂骨折、骨不连、骨缺损或伴有感染、肢体短缩等骨折疑难病时，要针对病理特点认真分析、研究影响疗效的因素，争取同期治愈各种并发症。治疗中要注意解决好同时应用多种技术之间的矛盾。

　　 ㈣　认真的术后管理：要克服重手术，轻管理的倾向。完成骨外固定手术，仅仅是骨外固定治疗的开始，而更重要的治疗是术后的系统管理。术后管理的主要内容是：

　　1、常规治疗：①骨科术后治疗②针孔护理③骨外固定器的其它问题，及时发现，正确处理。

　　2、力学环境的调控：根据不同治疗阶段和骨愈合（骨再生）情况，及时调整固定刚度（施力方式）。

　　3、准确判断骨折愈合和拆除骨外固定器。

　　4、功能康复：包括治疗期和拆除骨外固定器的功能恢复期。如及时消除不利于关节活动的因素，将跨关节的固定改为局部固定。根据部位、伤情和固定方法确定关节的活动范围，以及采用适宜的方法进行功能锻炼。 三、并发症问题

　　目前，针孔感染已不再是影响骨外固定开展的主要因素，而是因技术和器械原因发生的骨不连和迟延愈合等并发症。对此，Sisk TD和很多学者认为，只要重视基本原理，合理技术的正确应用和深入探讨技术细节，就能充分发挥骨外固定优点，最大限度减少并发症发生。目前，与并发症有关的因素主要有以下三个方面；

　　（一）应用技术不当：

　　1、骨折、伤口处理不当：如骨折复位不良，骨缺损处理不当以及伤口感染等，是造成骨不连或迟延愈合的常见原因。

　　2、提供的力学环境不符合骨再生的需要，导致骨不连或迟延愈合。此类问题往往发生在使用组合式类器械，由于术者对其技术原理缺少了解而使用了不恰当的构型或根本没有形成静定结构（应确保骨折段和外固定架共同形成的结构符合桁架静定性原则）和操作不熟练所致。

　　3、近关节骨折时选择不便于关节活动的构型，以及长期跨关节的固定，有可能导致关节功能障碍。

　　4、未能根据治疗目的、部位及疗程长短选用相应的构型和钢针直径，以及穿针技术不规范，是增加针孔感染率的技术因素。

　　5、对局部解剖缺少了解和粗暴操作是损伤神经血管的关键因素。

　　(二)　器械结构或质量问题：目前国内使用的单侧构型容易出现此类问题。希望引起注意。

　　1、固定不稳：可因结构、材质和加工工艺问题（单侧构型的球型接头与锁紧装置松动，在长时间的动态载荷下容易松动）使固定失效而导致骨折再移位。钢针布局不合理，也是固定不稳的常见因素。也是骨不连或迟延愈合的主要原因之一。

　　2、应力遮挡及偏心受力：单侧构型的受力为偏心受力，为克服变形设计了较大轴向刚度，因此有不合理的应力遮挡。没有弹性装置的也难以实施弹性固定，这些问题都是骨不连或迟延愈合的因素。

　　3、粗直径钢针也是一个针孔感染率高的因素。

　　4、钢针螺纹设计不合理或不能计量的钢针拉张，造成应力集中易发生钢针断裂。

　　(三)　骨外固定的固有缺点：针孔感染是骨外固定难以避免的并发症，特别是粗直径钢针在松质骨的穿针和肢体延长时。但针孔感染率还是可以控制在人们能够接受的程度。本组病例严重针孔感染率(需要外科换药的)仅为1％。经临床观察，粗直径比细直径钢针的感染率高，半针感染的严重程度比全针大，关节部位特别是髋关节部位的针孔感染率要比其它部位高。

　　总之，骨外固定已成为治疗骨折的标准方法之一。而且在某些方面具有很大的优势，使一些久治不愈的骨折疑难病的治疗显得简单有效。正确选择适应证，熟悉骨外固定基本原理，掌握基本规律，规范操作，认真细心的术后管理，对减少严重骨折并发症的发生，提高骨折整体治疗水平有重要意义。因此，骨外固定在现代创伤骨科有很高的应用价值。

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