一种桡骨远端骨折电子智能夹板的设计及临床研究

邓强，李盛华，赵道洲，姚树国

甘肃省中医院，甘肃，兰州，730050

桡骨远端是手和前臂之间力量传递的必经途径，46%的轴向负荷经腕骨至桡骨下端的月骨凹，43%至舟骨凹，11%至三角纤维软骨[1]。桡骨远端是骨结构以截面为四边形的桡骨远端和三角形的桡骨干发生形态变化的区域，骨皮质较薄，骨皮质内为承受压力较小的松质骨。桡骨下关节面为向掌倾和尺倾的关节，在手撑地受伤后，桡骨下关节面的掌背侧和尺桡侧的受力并不均匀，因而在桡骨远端传递力量的大小不均匀，受力比较集中的一侧易造成骨折[2]。

桡骨远端骨折系指发生于旋前方肌近侧缘以远部位的骨折(指距桡骨远端关节面3 cm以内的骨折)，常以60～69岁妇女患者多见。常导致神经受损、骨折的畸形愈合、桡腕及桡尺骨性关节炎、前臂旋转功能受限和顽固性腕关节疼痛等并发症。按骨折类型和骨质疏松情况，可选择手法复位石膏固定、单纯外固定架固定、T型支持钢板内固定和锁定钢板内固定等治疗方法[3]。

小夹板外固定治疗桡骨远端骨折是我国传统医学的重要手段，但常因医生对患者交待不足或患者重视不够，使夹板松动，导致骨折错位，腕关节功能障碍，给患者造成不必要的痛苦，且往往需要再次行手术治疗。电子智能夹板能自动监测夹板的松紧度，以便患者随时调整夹板，从而避免骨折移位，2009年10月～2012年3月我院骨科门诊采用该智能夹板治疗桡骨远端骨折患者180例，效果良好，现就电子智能夹板的设计和临床应用作一论述如下。

1 材料与制作

1.1 夹板组成

小夹板四块，其中一块为压力传感夹板，其上有压力传感器。传感器是整个测试工作的首要环节，只有通过传感器，才能对各种原始参数进行精确可靠的测量。

1.2 监测仪

骨折夹板压力监控仪用于连续压力测量，对所测量压力进行实时显示。当测量压力超过压力传感器的测量压力范围(过大或过小)时，报警指示灯(红灯)会闪烁。

本设计用单片机作为控制核心（涉及到可编程逻辑器件：CPLD、FPGA来实现），实现压力测量、显示等基本功能。该测量系统的硬件部分包括最小系统板、数据采集和人机交互界面三大部分。最小系统部分主要是内置了数据存储器，数据采集部分由压力传感器、信号的前级处理、A/D转换和DSP涉及算法等部分组成。采用快速高精度的△－∑模数转换技术和先进的软件处理技术，适用于压力测试（1 Kg以内）的静态测量系统。人机界面部分为按键输入、LCD液晶显示和LED超量程报警指示。仪器采用段码液晶显示屏显示。

传感器与测试仪主机通过USB接口连接，采用3 V纽扣电池供电。

软件部分采用单片机编程，实现本设计的全部控制功能，包括基本的压力或重力的测试功能，还可方便的扩展其应用，以及根据需要进行升级改造。

1.3 工作原理

压力传感器受到一定压力时，自身发生形变，并产生相应的形变信号，经过前级放大、滤波、信号处理和AD转换，再经CPU对采集到的数字进行快速处理。采用高速DSP的数字滤波算法，有效抑制干扰信号，并对信号快速转换得到精确可靠的稳定数据，通过LCD显示出来。整机硬件的原理框图如图1所示。

图1 智能电子夹板的原理框图

传感器弹性矩形环由铝合金制成，宽4 mm，厚1 mm，边长各为16 mm、11 mm。其受力可以看成一矩形钢架对边受集中载荷。于弹性方环两长边中点各钻直径1 mm 的孔，穿上一段毛尼绳再接布带，在环长边和相邻两边贴4枚应变片，组成全桥电路。传感器具有较高的灵敏度和精度，线性、重复性和滞后误差均在2%范围内，可满足临床测试要求。

2 使用方法

2.1 骨折复位

在局部血肿内麻醉或臂丛神经阻滞麻醉下，患者取坐位或平卧位，用持续对抗牵引、左右摇摆、成角反折和提按等手法整复，先恢复桡骨的高度，其次为掌倾角，后为尺偏角。骨折手法复位后，根据骨折类型采用不同的固定体位。Colles骨折固定于掌屈5o～15o及适度尺偏位；Smith骨折固定于前臂旋后和腕关节背伸位。以三角巾前臂屈曲90o中立位吊于胸前。术后摄X片复查，确认骨折达到复位标准。

2.2 夹板固定

常规前臂小夹板3块，其中包括带压力传感器夹板1块，采用医用纱布做成压力垫。所有夹板近端达前臂上1/3，远端掌侧达掌骨头，背侧达近排腕骨，桡侧至第1掌骨基底，尺侧至尺骨茎突。掌侧夹板远端固定5 cm×3 cm的绷带卷制作成锤状板。测量骨折的远近端，取医用纱块剪切成平垫置于桡侧板的远端及尺侧板的近端，掌侧板近端及背侧板远端分别置梯形垫。背侧放置传感器压力夹板，监测布带约束力强度值，调整固定松紧程度，显示器显示参数在600 g-800 g之间。

3 临床研究

3.1 资料及方法

病例来源于2009年10月～2012年3月在甘肃省中医院门诊及住院部，纳入观察的患者均符合以下标准。

3.1.1 纳入标准 年龄19岁以上，新闭合性骨折或骨折移位者，符合桡骨远端骨折诊断标准，严格遵照医嘱，按时复诊，直至骨折愈合。

3.1.2 排除标准 18岁以下的桡骨远端骨骺分离、开放性骨折、不完全骨折、骨折无移位、陈旧性骨折、未按时复诊或自行解除小夹板者，不符合入选标准。

3.2 一般资料

本观察纳入病例共180例，男82例，女98例；年龄20～72岁。右侧骨折102例，左侧骨折78例。平地跌伤或滑倒146例，高处跌伤27例，骑自行车跌伤7例。全部病例均为闭合性骨折。受伤至就诊时间1h～5 d不等。按骨折AO分型[1]，A2型44例，A3型29例，B1型17例，B2型21例，B3型6例，C1型32例，C2型26例，C3型5例。

3.3 治疗方法

采用统一的闭合复位手法。小夹板采用电子智能夹板，不超肘关节。压垫放置根据骨折远端和骨碎块的移位方向而定，向背侧移位放在背侧，向掌侧移位放在掌侧，向桡侧移位加放1块在桡侧。C3型骨折需要掌背侧均放置压垫。

3.4 观察指标

全部病例跟踪观察肿胀消退时间、自觉疼痛完全缓解时间、对位情况、骨折愈合时间、骨折愈合后腕关节和手的功能恢复情况。采用Sarmiento改良GW评分系统进行功能评估。

3.5 统计学方法

采用SPSS 18.0统计软件进行数据的统计分析，配对t检验，检验水平α=0.05。

3.6 治疗结果

疼痛缓解时间、肿胀消退时间、骨折愈合时间和GW评分180例患者由专人跟踪观察（2～12）个月。手背肿胀消退时间（5～11）d，平均(5.8±1.8)d；局部自觉疼痛缓解时间（2～12）d，平均(5.1±1.3) d；骨折愈合时间（30～60）d，平均(36.4±7.1) d。按Sarmieno改良GW评分，平均分为(3.5±2.3)分，其中优78例，良102例，总有效率100%。

4 讨论

桡骨远端骨折是临床上常见的骨折类型，其发生率较高，约占急诊骨折患者的17%。其中对于涉及关节面的不稳定型骨折，采取非手术治疗或因其他原因导致的治疗迁延，容易发生关节面对合不准和骨折复位后再移位，继而导致骨折畸形愈合，并伴有较高的创伤性关节炎，常引起腕部疼痛、功能障碍等并发症，严重影响预后[4]。

对于桡骨远端骨折手法复位的夹板目前在各个医院使用的有：柳木夹板、杉树皮夹板、塑料夹板、树脂夹板、可塑夹板和石膏夹板等。它们都有相同的缺点，即无法自动显示调整夹板的松紧度，可导致骨折错位，产生不良并发症。

本设计是在传统小夹板技术的基础上，利用现代生物力学及电子技术，自制电子智能夹板，用现代电子技术进行监测。通过临床应用研究，探讨电子智能夹板在监测复位后夹板固定松紧度，以及有效预防并发症方面的准确性、时效性、可行性，为夹板固定技术提供量化标准，推动夹板技术发展。我们对180例患者进行了追踪观察,临床结果表明，电子智能夹板使用方便，效果好。

本设置虽然采用现代电子技术，但因目前仍有许多技术因素、价格因素及患者经济承受能力的原因，使电子智能夹板测试器不能内置，携带不便。还由于压力传感器上的部分电子元件由金属组成，不能使X光穿透，对观察骨折复位及移位有一定的影响。这是下一步需要解决的问题。

[1]Linscheid R L.Kin ematic considerations of the wrist [ J].Clin Orthop Relat Res, 1986, 202: 27-39.

[2]许宝满, 张爱国.桡骨远端骨折治疗进展[J].中国中医骨伤科杂志,2011, 13(3): 70-72.

[3]窦海龙, 孙传祥.老年桡骨远端骨折128例治疗方法及疗效分析[J],中国社区医师, 2011, 13(4): 40.

[4]刘宁, 赵承斌.陈旧性桡骨远端骨折的治疗进展[J], 中国矫形外科杂志, 2011, 19(4): 299-301.