骨外固定架在臨床應(yīng)用中的前世今生

蘇 歡,王德偉,高川渤

1.遵義醫(yī)科大學(xué)第五附屬(珠海)醫(yī)院骨二科,廣東 珠海 519100; 2.哈爾濱市第五醫(yī)院骨科,哈爾濱 150040

外固定支架的發(fā)明是人類對(duì)骨折外固定的有效探索,在經(jīng)過(guò)漫長(zhǎng)的發(fā)展與創(chuàng)新后,與現(xiàn)代高新技術(shù)深度結(jié)合,儼然已成為骨科治療技術(shù)的核心內(nèi)容之一。近年來(lái),骨外固定技術(shù)已被廣泛用于開(kāi)放性骨折、骨缺損、肢體延長(zhǎng)及畸形矯正等治療,并取得較滿意的療效。采用外固定架對(duì)骨折進(jìn)行固定具有操作簡(jiǎn)單、快捷、易調(diào)整及損傷小等優(yōu)點(diǎn),但其體積龐大不利于護(hù)理、易釘?shù)栏腥?、架體易松動(dòng)等問(wèn)題也同樣困擾著臨床醫(yī)師。本文從外固定架的發(fā)展歷程來(lái)了解在臨床應(yīng)用中各種類型的外固定架及其適應(yīng)證、優(yōu)缺點(diǎn)等,展望外固架的未來(lái)發(fā)展。

1 外固定支架的前世

骨外固定屬于一種微創(chuàng)技術(shù),是采用骨外固定支架對(duì)骨折端起到加壓、牽拉等作用從而達(dá)到骨折復(fù)位和固定、骨骼重建及矯形的目的。2 500年前西方醫(yī)學(xué)之父-希波克拉底(Hippocrates)的著作中展示了古代希臘醫(yī)師治療骨折和脫位的精湛技巧,他曾經(jīng)發(fā)明過(guò)一個(gè)治療骨折的外固定裝置-最原始“外固定器”(圖1),將長(zhǎng)短不同的3～4套山茱萸樹(shù)枝繃彎以后,放置在骨折肢體的四周,以起到穩(wěn)定患肢、骨折端牽開(kāi)的效果。盡管其材質(zhì)并非金屬,但其設(shè)計(jì)理念卻是絕對(duì)超前的。

圖1 希波克拉底及其設(shè)計(jì)的骨折外固定裝置-最原始“外固定器”

1840年法國(guó)醫(yī)師馬耳蓋尼(Malgaigne)率先設(shè)計(jì)一個(gè)帶口的裝置用來(lái)治療小腿骨折(圖2),是人類歷史上的第一個(gè)外固定架。他第一步首先嘗試在骨上擰入釘子,然后將金屬帶與外露的釘尾連接固定,通過(guò)調(diào)節(jié)皮帶長(zhǎng)度改變骨折斷端的位移從而達(dá)到固定骨折的效果,這是最早應(yīng)用外固定治療骨折的原理[1]。

圖2 馬耳蓋尼及其設(shè)計(jì)的治療小腿骨折裝置

1897年美國(guó)帕克希爾(Parkhill)嘗試使用第一個(gè)組合式外固定架治療骨折,推動(dòng)了外固定架在臨床中的應(yīng)用。

1902年比利時(shí)的蘭博特(Lambotte)提出了外固定器的概念,自行研制出一種簡(jiǎn)單的單邊外固定裝置(圖3)。他在臨床治療中發(fā)現(xiàn)金屬針可以穿透患者的骨骼及皮膚,外露于皮膚之外的金屬針可以用一夾鉗連接,即可將骨折端很好地固定,并且患者可以充分耐受。隨著他這種設(shè)計(jì)理念的普及和外固定器的發(fā)展,外固定器在骨折端加壓和牽引技術(shù)得到了完善與發(fā)展,極大地促進(jìn)了日后外固定架的發(fā)展。這項(xiàng)技術(shù)推動(dòng)了骨外固定裝置在臨床的實(shí)用化,因其對(duì)骨科外固定的貢獻(xiàn),被譽(yù)為“骨折治療外科之父”[1]。

再后來(lái),隨著外固定架的理論及器械的發(fā)展,在外固定架應(yīng)用的道路上出現(xiàn)了以下里程碑性質(zhì)的偉大進(jìn)步:1934年美國(guó)安德森(Anderson)設(shè)計(jì)了一個(gè)可以貫穿整個(gè)肢體的全針外固定器。1938年瑞典霍夫曼(Hoffman)設(shè)計(jì)了一種具有萬(wàn)向結(jié)和強(qiáng)力把持力夾鉗的外固定架。1939—1945年在第二次世界大戰(zhàn)中,美國(guó)薩爾(Shaar)和克魯茲(Kreuz)應(yīng)用Stader外固定器作為骨折治療工具。1951年蘇聯(lián)伊里扎洛夫(Ilizarov )在提出“張力-應(yīng)力法則”后又提出了“牽張成骨”的概念,由他自主研制的多孔性全環(huán)式 Ilizarov 外固定裝置具有多方向、多平面穿針等優(yōu)點(diǎn)。

2 外固定支架的今生

目前外固定架種類繁雜,其基本框架分為單邊、環(huán)狀以及混合結(jié)構(gòu)。

2.1單邊式外固定支架 以Bastiani式外固定支架為例(圖4),意大利巴斯蒂亞尼(Bastiani)在20世紀(jì)70年代提出“動(dòng)態(tài)加壓”概念,并研制出新型單臂外固定器。該裝置可以在骨折兩端分別穿刺2～3枚骨針,對(duì)骨折端復(fù)位后將外固定臂連接起來(lái)對(duì)骨折端進(jìn)行固定。采用直徑為6mm的釘固定牢靠且不易損傷對(duì)側(cè)神經(jīng)血管,這是該外固定支架獨(dú)特之處。該裝置構(gòu)型輕盈,患者可佩戴早期進(jìn)行下床活動(dòng),常使用此類外固定對(duì)急性創(chuàng)傷性骨折、小兒畸形矯正等進(jìn)行外固定治療。但必須平行或接近平行的情況下進(jìn)針才可以正常使用,否則容易出現(xiàn)外固定架安裝困難等問(wèn)題,而且還需要使用專門(mén)的配套器械。但單邊結(jié)構(gòu)易造成骨斷端呈偏心受力,從而導(dǎo)致穩(wěn)定性不足。

圖3 蘭博特及其設(shè)計(jì)的單邊外固定器

圖4 Bastiani單臂外固定器

2.2混合外固定裝置 以Hybrid式外固定裝置為例(圖5a)。Hybrid 外固定支架是由1個(gè)2/3環(huán)、1個(gè)單臂外固定架及2 根螺桿構(gòu)成的三角形穩(wěn)定空間結(jié)構(gòu),使應(yīng)力均勻地分布在骨面上并增加其軸向穩(wěn)定性?？梢赃x擇比普通克氏針更細(xì)的橄欖針將環(huán)形構(gòu)架固定在骨折端以減少針道感染率,進(jìn)針平面的交叉角度應(yīng)盡可能大以獲得更高的穩(wěn)定性。因單臂外固定萬(wàn)向軸及伸縮加壓器的存在,Hybrid 外固定架安裝完畢后可以根據(jù)骨折端的復(fù)位情況進(jìn)行二次調(diào)整,避免復(fù)位丟失。Hybrid外固定支架適用于開(kāi)放性骨折、伴有嚴(yán)重軟組織損傷的骨折,Schatzker分型Ⅴ、Ⅵ型脛骨平臺(tái)骨折等。Hybrid 外固定支架具有損傷小、固定牢靠及早期功能鍛煉等優(yōu)點(diǎn)。但長(zhǎng)期佩戴笨重外固定架容易造成患者心理負(fù)擔(dān)及生活不方便等缺點(diǎn)[2]。

2.3全環(huán)式外固定架 以Ilizarov外固定器為代表。俄國(guó)伊里扎洛夫(Ilizarov)于20世紀(jì)50年代設(shè)計(jì)研制出了環(huán)式延長(zhǎng)外固定架并提出牽張成骨的理論,自此 Ilizarov 技術(shù)誕生[1]。Ilizarov技術(shù)可以從多角度進(jìn)行骨針穿刺交叉固定,并連接于環(huán)形固定器上,再用3～4個(gè)螺絲桿組構(gòu)成多個(gè)平面呈環(huán)狀包圍患肢,可以使骨折端獲得良好的生物力學(xué)穩(wěn)定性。Ilizarov 技術(shù)在開(kāi)放性骨折、骨缺損、畸形矯正及肢體延長(zhǎng)等的治療中發(fā)揮了不可或缺的作用。但該裝置具有安裝復(fù)雜、穿刺的骨針數(shù)目較多等缺點(diǎn)。此外,患者還需要忍受克氏針持續(xù)慢性疼痛的刺激及長(zhǎng)期佩戴的痛苦。隨后在lizarov技術(shù)的基礎(chǔ)上,與現(xiàn)代科技結(jié)合進(jìn)而發(fā)明了Taylor三維空間支架(Taylor spatial frame,TSF),TSF通常由2個(gè)固定環(huán)與6個(gè)伸縮桿構(gòu)成(圖5b)。使用時(shí)需要在配套的計(jì)算機(jī)輸入精準(zhǔn)的參數(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)支撐桿的調(diào)節(jié),能夠從多個(gè)平面矯正肢體的錯(cuò)位及分離畸形等情況且固定牢靠,因而TSF被廣泛用于臨床。TSF用于四肢矯形、開(kāi)放性骨折、肢體延長(zhǎng)及骨搬移等精確的治療[3]。但應(yīng)用TSF時(shí)需要精確地測(cè)量出軟件所需要的各項(xiàng)參數(shù),否則會(huì)影響復(fù)位效果,同時(shí)臨床使用價(jià)格昂貴。

2.4LCP(locking compress plates)外固定 LCP是通過(guò)鋼板和螺釘之間的穩(wěn)定性及螺釘和骨質(zhì)之間的把持力來(lái)維持對(duì)骨折的固定。據(jù)相關(guān)文獻(xiàn)報(bào)道[4],LCP外固定作為一種新型外固定器治療嚴(yán)重開(kāi)放性骨折、骨不連及感染性骨折等,特別是小腿骨折(圖5c),在臨床中取得了較滿意的療效,且通過(guò)生物力學(xué)實(shí)驗(yàn)證實(shí)其具有良好的生物力學(xué)穩(wěn)定性。相比于內(nèi)固定裝置,LCP 外固定明顯降低了術(shù)后炎癥感染的發(fā)生率。LCP外固定具有損傷小、低輪廓、早期關(guān)節(jié)功能鍛煉等優(yōu)點(diǎn)。但LCP是為內(nèi)固定設(shè)計(jì)的,適應(yīng)證有限;采用該固定方式進(jìn)行固定,骨折的解剖復(fù)位要求較高,同時(shí)也具有釘?shù)栏腥?、畸形愈合等風(fēng)險(xiǎn)。隨著臨床醫(yī)師的不斷探索及臨床經(jīng)驗(yàn)的積累,筆者相信LCP外固定將具有明確的適應(yīng)證及規(guī)范操作的方法。

3 展望

骨外固定架經(jīng)過(guò)一個(gè)多世紀(jì)的發(fā)展及完善,早已今非昔比,如今骨外固定成為骨科領(lǐng)域不可或缺的一項(xiàng)治療技術(shù),但外固定架存在釘?shù)栏腥尽⒓荏w易松動(dòng)及體積笨重等,仍是臨床醫(yī)師及研究者亟需解決的問(wèn)題?，F(xiàn)代科技的創(chuàng)新與發(fā)展為外固定架的發(fā)展注入源源不斷的動(dòng)力,將外固定架的研究與臨床應(yīng)用推向一個(gè)新的紀(jì)元。盡管當(dāng)前的外固定器已經(jīng)日漸成熟且完善,但其創(chuàng)新發(fā)展空間仍舊巨大,特別是針對(duì)其結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化創(chuàng)新。將固定器與新型科技材料以及高新信息技術(shù)深度結(jié)合,研制出構(gòu)型簡(jiǎn)單、易于操作及固定牢靠的外固定支架以便更好地服務(wù)于臨床外固定治療,成為臨床醫(yī)師和研究者在現(xiàn)在及未來(lái)共同的追求目標(biāo)。

圖5 三種外固定支架外固定脛骨骨折的模型。a.混合式外固定架;b.泰勒三維空間支架;c.LCP外固定脛骨下段骨折

作者貢獻(xiàn)聲明：蘇歡、高川渤:查閱及整理相關(guān)文獻(xiàn)、論文撰寫(xiě);王德偉:論文審閱及修改