磁性矫正器治疗槌状指畸形的实验研究

容 可， 王永帅， 买买提吐逊·依明， 张云龙， 董 鑫， 代 俊， 夏庆泉， 殷潇凡， 陈 炯， 张懿鸣， 余月明， 王明海， 吴旭华*， 冯 亮,*

1. 新疆喀什地区泽普县人民医院骨科，喀什 844800 2. 复旦大学附属上海市第五人民医院骨科，上海 200240 3. 复旦大学附属闵行医院(上海市闵行区中心医院)骨科，上海 201100

槌状指是由于指伸肌腱在Ⅰ区的断裂、自骨面止点处撕脱或末节指骨基底撕脱骨折，导致远端指间(distal interphalangeal, DIP)关节无法伸直，从而呈现屈曲畸形[1]，为手外科常见的损伤。目前治疗方式包括保守治疗和手术治疗[2-4]。保守治疗适用于伸肌腱部分损伤的患者，对于大多数伸肌腱完全断裂的患者，支具固定治疗的效果往往不理想；手术治疗包括掌长肌腱腱片移植、骨锚植入肌腱止点重建术、肌腱断端瘢痕切除重新缝合、指间关节融合等。2种方式各有优缺点，效果也报道不一。临床上，有部分患者因伸肌腱无法修复或反复修复失败遗留畸形。随着时间推移，DIP不仅会出现畸形加重，甚至可导致关节炎、慢性疼痛以及屈指功能障碍。因此，本研究设计了一种新型的槌状指畸形矫正器，在手指DIP关节掌侧行微创手术，植入同极永磁铁钉治疗槌状指畸形，本文初步探讨此方法治疗槌状指畸形的可行性，为后续应用于临床奠定基础。

1 材料与方法

1.1 实验器材 永磁铁植入钉(永磁，无锡)、克氏针(津东希翼，天津)、标本固定台(美耐特，上海)、拉力测试平台(一鼎仪器，温州)、磁场强度测试仪器(亨通光电，上海)、数显游标卡尺(德清盛泰芯，湖州)。

1.2 研究材料 新鲜成人尸体手标本20指，要求手指结构完整，无手部外伤以及瘢痕，无外骨骼肌肉和肌腱相关疾病。尸体标本由新疆喀什地区泽普县人民医院提供，均经复旦大学附属上海市第五人民医院医学伦理委员会批准[(2019)伦审第(115)号]，并符合国家相关规定。

1.3 磁性矫正器作用原理 治疗槌状指的关键是让患者重新获得伸展DIP关节的力量，重建手指屈伸力量平衡。本研究设计了一种磁性矫正器，其原理为利用磁性植入物的排斥力(图1A)，重新平衡DIP关节并矫正畸形。当放松指深屈肌(flexor digitorum profundus, FDP)时，在磁性植入物的作用下，排斥力将使DIP关节伸展(图1B)，当FDP处于紧张状态且力量超过排斥力时，DIP关节将会屈曲。如果实验证明有效，随着未来材料学的进展，这种磁性矫正器可能会成为治疗槌状指的新方法。

1.4 操作工具的设计和准备 (1)由第一磁体和第二磁体构成，均具有作用端和植入端，两作用端的磁性相同(图1A)；(2)第一磁体和第二磁体均为永磁体，作用端的端面上具有卡口(图1C)；(3)植入端具有螺旋圆锥体结构(图1C)；(4)作用端为圆柱体结构。两磁体的φ=3 mm，h=5 mm，螺旋圆锥体结构的长度占第一磁体或第二磁体高度的50%；(5)卡口等距分布在所述作用端的端面边缘，所述卡口的形状为半圆形或者三角形(图1C)；(6)包括手柄，连接在手柄前方的直杆和套设在直杆上且能在直杆上滑动的套筒。直杆采用非导磁性材料制作，套筒采用导磁材料制作，直杆的端头具有能够与所述第一磁体和第二磁体的作用端端面配合接触的端面，且具有与其卡口适配的卡头(图1D)。

图1 操作工具的设计和准备

A: 同极永磁铁原理图;B:植入同极永磁铁钉模拟图;C:植入指骨内的永磁铁钉模型;D:植入永磁铁钉的专用操作手柄

1.5 实验流程

1.5.1 不保留皮肤等软组织的术式 (1)获取手指标本，平面包括完整的指间关节；(2)测量远节指间关节周长，切断伸肌腱止点；(3)切除皮肤、筋膜等软组织，仅保留指骨、关节囊、韧带、指深屈肌腱及滑车，尽量保持生理状态。0.6克氏针做导针，3.0 mm磨钻开5 mm深骨槽，40°角于远端指骨基底部及中节指骨远端关节面处植入2枚同极永磁铁钉，钉尾部距离控制2 mm，C臂机透视永磁铁钉位置；(4)直视下远节指间关节主动屈曲活动以及在植入指骨的同极永磁铁钉的排斥力作用下的被动伸指活动。纪录拉力运动时间曲线。

1.5.2 保留所有组织的术式 (1)获取手指标本，平面包括完整的指间关节；(2)测量远节指间关节周长，切断伸肌腱止点；(3)手术过程：手指末节掌指关节掌侧指横纹0.5 cm切口，0.6克氏针做导针，3.0 mm磨钻开5 mm深骨槽，40°角于远端指骨基底部及中节指骨远端关节面处植入2枚同极永磁铁钉，钉尾部距离控制2 mm，C臂机透视永磁铁钉位置；(4)直视及透视下远节指间关节主动屈曲活动以及在植入指骨的同极永磁铁钉排斥力作用下的被动伸指活动。纪录拉力运动时间曲线。

1.6 评定方法 临床上常应用Dargan功能评定法[5]对患指主动活动范围进行评定。但是由于实验在尸体手指标本上进行研究，不能完全按标准评估，因此修改了部分内容，以反映磁性矫正器治疗的有效性。设立标准：优，伸指0°；良，伸指欠伸≤15°；可，伸指欠伸16°～45°；差，伸指欠伸>45°。优良率=(优+良)/总例数×100%。

2 结 果

2.1 槌状指畸形矫正器在手指标本模型中的作用 进行操作前，对DIP关节的2个标准投影进行普通X线检查，以初步确定植入的永磁铁钉的规格是否适合，如果植入处的长度L1和L2不足5 mm，则换用其他符合植入标准的标本(图2A)。切除皮肤、筋膜等软组织，仅保留指骨、关节囊、韧带、指深屈肌腱及滑车，尽量保持生理状态。进行手术前，应检查DIP关节的指深屈肌是否处于伸展位置，以确保放松FDP时磁性植入物的排斥力能克服该张力。按手术流程进行永磁铁钉的植入，X线透视显示永磁铁钉位置满意(图2B)。

切断伸肌腱的手指在植入指骨的同极永磁铁钉的排斥力作用下主动屈指活动显示良好(图3A、3B)，撤去拉力后，被动伸指活动显示手指可自动恢复伸直状态(图3C)，拉力运动时间曲线说明此平衡系统可以持续稳定运作(图3D)。所有手术指术后的屈指活动范围与术前无区别。5例手术标本中有3例患指欠伸为0°，1例欠伸5°，1例欠伸20°，即优3例，良1例，可1例，差0例，优良率为80%。

图2 术前评估以及永磁铁钉植入后X线透视图

图3 永磁铁钉植入后术指的功能评估

2.2 体外手术模拟磁性矫正器植入治疗槌状指畸形 尽量保留手指标本的整体组织，切断伸肌腱止点，采用微切口的手指远节指横纹掌侧入路，克氏针做导针，X线透视图显示导针植入顺利(图4A)，进行置钉，远节指骨、中节指骨内植入同极永磁铁钉，术后X线透视图显示永磁铁钉位置满意(图4B)。

通过配套操作工具进行永磁铁钉的植入，手术中可见永磁铁钉植入顺利(图5A、5B)。在植入的同极永磁铁钉作用下，手术指屈指活动良好，被动伸指活动显示手指可自动恢复伸直状态(图5C)，拉力运动时间曲线说明此平衡系统可以持续稳定运作(图5D)。所有手术指术后的屈指活动范围与术前无区别。15例保留所有组织的手术指术后欠伸情况：10例伸指为0°，4例欠伸小于等于15°，1例欠伸50°，也就是优10例，良4例，差1例，评分优良率为93.3%。

图4 导针置入顺利以及永磁铁钉植入后X线透视图

图5 永磁铁钉植入后术指的功能评估

3 讨 论

临床中，槌状指畸形很常见，如不及时治疗或治疗不当，不仅影响美观，还可能引起创伤性关节炎、鹅颈指畸形、慢性疼痛等并发症，造成末节屈伸活动障碍，给患者的日常生活造成诸多不便[6]。槌状指有2种，腱性槌状指和骨性槌状指。腱性槌状指是Ⅰ区的伸肌腱断裂的结果，而骨性槌状指是手指末节肌腱止点处的撕脱骨折，根据撕脱骨块的大小，可合并远侧指间关节的脱位或半脱位[7]。槌状指的治疗包括保守治疗和手术治疗，保守治疗是最常见的初始治疗，通常将DIP用夹板固定，固定或不固定近侧指间关节(proximal interphalangeal, PIP)，持续6～8周[8-10]。尽管在大多数情况下保守治疗都有效[11]，但由于连续佩戴夹板的不适感以及夹板的应用和拆卸过程较复杂，许多患者的依从性不佳，容易遗留部分畸形，甚至畸形复发，因此保守治疗的效果不理想[12-14]。

保守治疗失败后，应考虑手术治疗[15]。临床治疗槌状指畸形的手术方法较多，但疗效不一[16-18]。在腱性槌状指的手术治疗中，患者的并发症发生率较高[19]，主要包括背部皮肤感染坏死、固定不牢固、肌腱黏连、慢性疼痛、指甲畸形、线结反应和功能改善欠佳等。稳定牢固地固定没有骨碎片的伸肌腱末端并不容易，临床工作中经常发现固定松动的手术病例。研究[20]表明，末端伸肌腱延长仅1 mm就会导致DIP关节25°的伸展滞后，而缩短1 mm会严重限制DIP关节的屈曲活动。如何精确地把握末端伸肌腱的长度还需要更精确的手术技术。即使在手术后，也需要长期固定以防止肌腱再次断裂，而长久的固定可能导致关节僵硬和疼痛[21-23]。因此，在临床上不乏伸肌腱无法修复或者反复修复失败的槌状指遗留畸形患者，而随着时间的推移，DIP不仅会出现畸形加重，影响外观，甚至还可能引起功能障碍。为了克服现有技术存在的不足，本研究利用磁铁同性相斥原理，专门设计槌状指畸形矫正器及其专用操作工具(专利号ZL201510069808.X)，旨在为槌状指畸形患者的治疗提供新的思路。

本研究中，采用掌侧入路植入相应大小的永磁铁钉治疗槌状指畸形是全新的理念。在不保留其他组织的5例手指模型标本中，3例患指欠伸为0°，1例欠伸5°，1例欠伸20°，优良率可达80%，表明可为槌状指提供较好的恢复效果。其中1例欠伸度数不理想，考虑原因为植入位置不佳，导致磁性同极的排斥力没有发挥最大作用，因此在手术时尽量保证2枚永磁铁钉连线与患指长轴同一方向是关键。在保留所有组织的15例患指模型上运用掌侧入路植入永磁铁钉时，患者关节活动情况评价为：优10例，良4例，差1例，评分优良率为93.3%，说明采用掌侧入路植入永磁铁钉治疗槌状指畸形是可行的。其中出现患指伸指活动欠佳，可能为以下原因：(1)本实验采用的磁性矫正器为统一规格，不可避免对较大的患指可能会出现排斥力偏小的情况，导致患指伸指活动不理想；(2)置入位置不佳，导致磁性同极的排斥力没有发挥最大作用。

本研究治疗方法的优势在于：(1)与背侧相比，DIP关节的掌侧软组织较多，血液供应更好，所以掌侧切口引起的皮肤坏死和感染率更低，且仅1 cm的切口就足以暴露远端指骨的底部和中间指骨的远端关节表面，更微创，术后恢复瘢痕更小，更美观；(2)有效恢复美观，操作方便；(3)患者无需任何固定就可以进行患指的早期活动，可以更好地防止DIP关节黏连和挛缩[24-25]；(4)矫正器是通过掌侧微创入路，纵向劈开部分指深屈肌腱进行植入，没有破坏肌腱的连续性，保留关节活动性，不影响屈指功能。

尽管槌状指磁性矫正器有很多优点，但仍有不足和有待改进之处。首先，它有一定的适应症。适用于伸肌腱无法修复、修复失败或者对手指外观有较高要求的槌状指患者。但是对有屈肌腱黏连、挛缩的患者是禁忌。再者，植入物在人体内的排异反应也需要着重考虑，永磁铁植入物需要和临床上内植物一样无排异反应，具有良好的生物安全性且耐腐蚀，才能稳定地发挥作用。永磁体的磁性是否会影响患者日常生活和工作，如MRI检查、手指接触金属元件的工作等，也需要考虑。

本研究目前只使用统一规格的永磁铁钉进行操作，初步确定该方法治疗槌状指畸形的可行性。根据患指的大小和其他参数，个性化设计永磁体的规格，制作出最适合患指的畸形矫正器，是未来的研究方向。随着材料学的发展，完全有理由相信矫正器的材料可以达到临床应用的要求，有效且安全。