外固定支架參數(shù)監(jiān)測及其與骨折愈合的關(guān)系

方 斌 燕好軍 楊海韻 梁偉春

1.上海楊浦區(qū)中醫(yī)院，上海 200090； 2.廣東佛山中醫(yī)院，廣東 佛山 528000

骨折局部的力環(huán)境變化對骨折愈合有著重要的作用[1]。在骨折固定過程中，應力引起固定器械力學變化，同時應力引起骨折端適度的微動可以刺激骨痂生長，促進骨折修復，但不當?shù)牧W刺激會影響固定器械的穩(wěn)定，影響骨折端骨痂的形成[2]。通過觀察骨折愈合不同時期應力所產(chǎn)生的骨折端微動，認識到骨橋形成后適當?shù)奈佑欣诖龠M骨折愈合并加速骨的塑形，但是早期不當?shù)膽Υ碳ひ鸸钦鄱说幕顒硬焕谟稀Ｒ沧⒁獾竭^早負重引起的不良應力變化會影響固定器械的穩(wěn)定性，影響骨折的愈合，因為不良的應變會引起骨折塊明顯移位或引起硬骨痂的再骨折[3]。

本研究基于以往的基礎(chǔ)研究上，結(jié)合臨床，采用壓力傳感器和電子信息技術(shù)，通過監(jiān)測外固定支架肌肉動力- 彎矩線性關(guān)系的斜率，探討應力環(huán)境下，骨折愈合不同時期，外固定支架力學變化與骨折愈合關(guān)系，避免骨折愈合和固定不良情況的發(fā)生，提高骨折修復率，甚至實現(xiàn)從生物力學角度觀測骨折愈合情況。

1 資料與方法

1.1 一般資料

全組15例，男性11例，女性4例；年齡18～65(46.5±12.3)歲。全部為脛骨開放性骨折，交通事故傷6例，自行跌倒9例；其中脛骨上段骨折3例，中段骨折8例，下段骨折4例；按骨折線分類：橫形3例，短斜形7例，粉碎性骨折5例。Gustilo和Anderson分型為Ⅰ型和Ⅱ型。

1.2 材料與方法

采用夏和桃式小腿單側(cè)不銹鋼普通外固定支架(由北京骨外固定技術(shù)研究所研發(fā)生產(chǎn))固定(如圖1所示)。手術(shù)方法：在助手拔身牽引，遠端內(nèi)外旋轉(zhuǎn)下，利用骨折遠端對近端原則，避免成角及旋轉(zhuǎn)移位，最大程度恢復骨折對位對線。維持骨折對位對線，于骨折近、遠端平行各鉆2孔，皮質(zhì)骨處擰入直徑4.5 mm螺紋釘，松質(zhì)骨處擰入4.5 mm的骨圓針，然后上連接桿裝架固定，調(diào)整殘留移位。術(shù)后抬高患肢，行抗炎、消腫和活血化瘀等治療，支架全部裝在脛骨內(nèi)前方。術(shù)后1天開始進行踝關(guān)節(jié)屈伸和股四頭肌收縮鍛煉，待傷肢消腫后，可適當增加膝關(guān)節(jié)屈伸鍛煉。

圖1 外固定支架示意圖

1.3 監(jiān)測方法

壓力傳感器(如圖2所示)安裝于外固定支架縱行連接桿中點處，肌肉活動時，傳感器傳出的信號放大后由計算機相連接的接收器接收，并通過波形表現(xiàn)出來，肌肉動力與彎矩同步采集，以X- Y函數(shù)記錄表示，并計算出其斜率。壓力傳感器由中國中醫(yī)研究院骨傷科研究所提供，肌力傳感器專利號：ZL92 Z 04390.6，卡式骨圓針變形傳感器專利號：ZL00201477.7。

圖2 壓力傳感器實物圖

1.4 統(tǒng)計學方法

2 結(jié) 果

15例患者均獲隨訪，每周末測量1次，隨訪時間1.5～2個月。

2.1 術(shù)后1～7周肌肉動力

術(shù)后1～3周，隨著患肢腫脹消減，疼痛減輕，肌肉動力逐漸加大；3周后，肌肉動力基本恢復正常，肌肉動力逐漸平穩(wěn)。術(shù)后1～7周肌肉動力分別為(2.71±0.45)，(5.92±0.77)，(13.50±1.13)，(13.56±1.08)，(13.12±0.87)，(13.10±0.66)，(13.17±0.51) kg。

2.2 術(shù)后1～7周支架彎矩

術(shù)后早期隨著肌肉動力的加強，于此同時，血腫尚未機化，原始骨痂尚未形成，支架彎矩變化逐漸增大，3周時彎矩變化最大；4周后隨著血腫機化，原始骨痂的形成，骨折端逐漸穩(wěn)定，在相同的肌肉動力下，支架彎矩逐漸減少，直至穩(wěn)定。1～7周支架彎矩分別為(0.24±0.05)，(0.77±0.17)，(2.65±1.16)，(1.05±0.41)，(0.46±0.11)，(0.20±0.03)，(0.14±0.02) n·m。

2.3 術(shù)后1～7周肌肉動力- 彎矩線性關(guān)系的斜率變化

術(shù)后前3周，隨著時間的延長，肌肉動力的增強，支架形變增大，斜率顯著增大，與前1周比較，差異具有統(tǒng)計學意義；術(shù)后4～5周，骨折端微動逐漸減小，支架形變開始變小，斜率開始逐漸減小，與前1周比較，差異具有統(tǒng)計學意義；術(shù)后6～7周，骨折端逐漸偏于穩(wěn)定，支架形變微小，與前1周比較，差異無統(tǒng)計學意義。具體見表1。

表1 術(shù)后1～7周肌肉動力- 彎矩線性關(guān)系的斜率變化

注：t值、P值均為與前1周比較。

3 討 論

骨折修復過程中遵循的生物力學原理是：充分利用功能活動下的力學狀態(tài)去促進骨修復，避免去干擾甚至破壞骨應承受的力學狀態(tài)[4]。彈性固定時，應力作用于骨折端，斷端產(chǎn)生位移，骨折固定物也發(fā)生一定的力學變化，將這一觀點應用在臨床，尤其是應用于外固定架治療骨折時，可使外固定架成為可控制骨折處運動幅度和力量的固定器械[5]。

通過對固定后骨折斷端應力變化分析可以監(jiān)測骨折的愈合程度，因為在骨折愈合之前固定物需承受較大應力[6]，隨著骨折愈合的進展，骨痂強度增強，分擔越來越大的應力，內(nèi)植固定物或外固定器承受的應力逐漸減小，形變也隨之減少[7]。骨科界一直期望對應力狀態(tài)下骨折固定物的力學變化作出定性或定量的描述。我們嘗試通過力學傳感器和計算機電子系統(tǒng)，監(jiān)測骨折愈合過程中外固定系統(tǒng)受力學影響相關(guān)指標的變化，探討外固定支架力學變化與骨折愈合的關(guān)系。

本研究我們觀察到：術(shù)后1周，由于局部軟組織受損及手術(shù)創(chuàng)傷刺激，局部處于創(chuàng)傷性炎癥反應期，傷肢腫脹疼痛，功能鍛煉及肌肉活動少，骨折端的應力刺激小，相應斷端位移小，支架應力較小，肌肉動力- 彎矩線性關(guān)系的斜率為0.41±0.06。術(shù)后2周，隨著炎癥反應期消退，疼痛隨之減輕，肢體活動度增大，而血腫尚未完全機化，骨折端位移也隨之增大，外固定支架形變增大，斜率為0.86±0.12，與第1周相比，差異有統(tǒng)計學意義(P<0.01)。術(shù)后3周，血腫機化，纖維性骨痂生長，骨折端部分連接，但尚未形成骨性骨痂，骨折端穩(wěn)定性仍不牢固，而同時肌肉活動能力明顯增強，肌肉活動力量大部分通過支架傳導，外固定支架應變明顯增大，斜率達到2.84±0.30，顯著大于第2周(P<0.01)。術(shù)后4周，骨折愈合進入軟骨痂期，外骨痂形成明顯，而肌肉活動力量大致與第3周相當，肌肉活動力量的傳導由骨折端連接骨痂和外固定支架共同完成，支架的形變明顯減小，斜率為1.44±0.21，較第3周明顯減小(P<0.01)。術(shù)后5周，隨著骨性骨痂和內(nèi)骨痂的生長，骨折端的連接更加牢固，穩(wěn)定性進一步增強，肌肉活動時力量的傳導很大一部分轉(zhuǎn)移至骨折端，大致相同肌肉力量活動下外固定支架上的應力傳導明顯減少，支架形變更小，支架穩(wěn)定，斜率降至0.11±0.01。術(shù)后第6、7周，斜率為0.10±0.02和0.09±0.02，斜率基本不再變化，與第5周相比，差異無統(tǒng)計學意義(P>0.05)。

綜上所述，功能活動狀態(tài)下，應力通過骨折端和外固定的傳導，骨折端產(chǎn)生微動，并使外固定發(fā)生彈性形變，大約4周內(nèi)，骨折端尚不穩(wěn)定，外固定器械受力明顯，功能活動要適當，應力刺激不宜過大，避免骨折端過多的活動和外固定器械過度的變形，從而影響骨折愈合和固定的可靠性。4周以后，骨折端骨痂形成明顯增多和增強，力的傳導逐步由支架的傳導過渡到支架和骨痂共同傳導，功能活動可適當增大，刺激骨折端應力產(chǎn)生微動，促進骨痂形成，但仍需兼顧外固定的穩(wěn)定性，避免引起骨折固定失敗。7周以后，骨性骨痂力學強度的進一步增強，支架上力的傳導基本已轉(zhuǎn)移至骨上，支架穩(wěn)定。此時可加大功能鍛煉的范圍，避免應力遮擋，應力刺激更有利用于骨折的愈合和肢體功能的恢復。這與強調(diào)生物力學固定的BO觀點一致，且普遍為大家所認可，這種觀點不是一味追求解剖復位及堅強固定，而是提倡骨折的彈性固定方式[8]；且很多臨床研究也認為，骨折早期需要靜力固定，但骨折愈合到一定程度后，可改為動力固定，具有一定的生物學特性[9]。

因此，我們認為觀察骨折愈合不同時期固定物的力學變化，有助于科學的指導術(shù)后的康復訓練，既能保證骨折端有一定的力學傳導，促進骨折愈合，又可維護固定器械的生物力學穩(wěn)定性，避免產(chǎn)生不利于骨折愈合和固定物穩(wěn)定性的過量活動，甚至有望從生物力學角度實現(xiàn)對骨折愈合程度的監(jiān)測。