弹簧式铰链Ilizarov外固定器治疗创伤性膝关节僵直

刘锋卫 任飞 马琨 赵园园 尚利杰 张红星 曲安龙 李煜 冯峰*

（1.河南省洛阳正骨医院河南省骨科医院肢体功能重建科，河南洛阳 471002；2.洛阳市中医院骨科，河南洛阳 471000；3.开封市第二中医院骨伤科，河南开封 475000）

膝关节周围骨及软组损伤需要进行必要固定，患者在解除固定后因疼痛、恐惧等原因丧失膝康复时机，容易发生膝关节僵直。创伤性膝关节僵直在临床上治疗难度大、周期长、治疗效果一般。传统切开松解手术对髌韧带以及股四头肌进行彻底松解，术后经过屈膝锻炼可达到一定的膝功能康复效果，但组织瘢痕挛缩及粘连常造成膝屈曲功能的严重丢失，远期治疗效果较差。常用的Ilizarov外固定器屈膝牵伸普通铰链装置不能有效模仿膝屈曲轨迹，屈膝牵伸过程中容易损伤膝关节周围骨和韧带，甚至造成膝关节脱位、韧带断裂等并发症。本研究应用弹簧式铰链Ilizarov外固定器对膝僵直进行牵伸，重建膝关节屈伸功能。

1 资料与方法

1.1 一般资料

纳入标准：①膝关节周围骨折、外伤致膝关节僵直；②＜60岁；③至少一次手术松解，效果欠佳；④接受和配合Ilizarov 外固定器治疗。排除标准：①膝关节强直或关节骨性融合患者；②膝僵直合并膝关节感染者；③不接受外固定器治疗的患者。

回顾性分析2017年2月至2019年9月收治的27例创伤性膝关节僵直患者的临床资料，根据上述纳入与排除标准，本研究共纳入12 例，男7 例，女5 例；年龄21～48 岁，平均（30.1±8.7）岁；病程17～40 个月，平均（22.9±6.3）个月。僵直状态：伸直位2例，轻度屈膝位7 例，半屈膝位2 例，外翻位1 例；膝关节活动度0～10°2 例，10°～15°3 例，15°～20°1 例，20°～25°5例，25°～30°1例。

本研究经医院伦理委员会批准通过，所有纳入患者均签署相关知情同意书。

1.2 手术方法

预先安装Ilizarov外固定器及弹簧。患者采用连硬外麻醉，取仰卧体位。

手术步骤：①安装外固定器牵伸装置：套于患肢，以膝关节间隙为中心，要求弹簧的中段对应膝关节内外两侧间隙的中心位置。两组外固定环平面分别与股骨干和胫骨干垂直，关节处环内周缘与皮肤距离应大于4 cm。②正侧位透视确定膝关节间隙与弹簧的位置：调整两组外固定环与膝关节的位置及穿针位置，避开血管、神经，分别在每个环上打入1枚2.5 mm 全针，再在每个环相应位置打入1 枚4.0 mm半针。每个环上至少1 枚全针+1 枚半针，两针交叉60°～80°。两组4 个环打入4 枚全针+4 枚半针共计8枚牵引针，用环夹固定在相应的两组环上。再次透视确认环与膝关节牵引位置，将每枚全针进行牵张固定，两组环之间安装牵伸装置。③髌骨牵伸与进针：根据髌骨粘连程度，用2 枚半针或半针加全针固定髌骨，用半环加连接器立体固定髌骨，用2根丝杆将牵伸髌骨装置连接于远端一组环上。④透视确认膝关节屈膝牵伸方向合适：调整弹簧式铰链Ilizarov外固定器，患膝达到最大屈曲角度时透视确认方向与位置合适后，回调牵伸装置至初始状态。⑤注意事项：剪去针头及尾端多余部分，并给予折弯，钢针尾端穿戴防护帽；无菌辅料覆盖包扎，针眼用1～2块无菌辅料缠绕包扎，并用医用胶带给予适当固定。

1.3 术后处理

1.3.1 用药：术后常规抗生素应用1次，抗凝药物应用7～10 d。

1.3.2 外固定器护理：检查外固定器螺丝松紧情况，保持针眼干燥。用碘酒消毒针眼，每日1 次，出现针道感染时及时对症处理，必要时用药。

1.3.3 外固定器调整与屈膝牵伸要求：术后第3 日开始调整屈膝牵伸装置向外牵伸，每6～8 h 自行调架1次；每次3 丝（约3 mm），每日2～3 次。出现膝局部疼痛明显时停止调架1～2 d。屈膝牵伸过程中及应时调整牵伸速度。每牵伸屈膝20°～30°，需拍摄X 线片监控膝关节对应关系。一般要求屈膝达到130°后锁定装置。停止牵伸屈膝3周后，缓慢调整牵伸装置将膝关节伸直。同样方法，再次调整屈膝牵伸，达到第1次屈膝角度后再次锁定牵伸装置。牵伸过程来回2～3次后拆除外固定器。

1.3.4 屈膝功能锻炼：拆除外固定器后由康复医师指导，应用CPM 机锻炼膝关节屈曲角度达到牵伸治疗时最大角度。2 周后根据情况患者出院自行康复膝关节，第1 个月指导患者坐姿膝屈伸锻炼，每日屈伸膝关节不低于300个，分10～15次完成；第2个月在坚持坐姿锻炼情况下增加下蹲位膝关节功能锻炼，每日坚持200 个，分8～10 次。锻炼要求将膝关节屈伸到屈膝牵伸达到位置，不能独立完成锻炼者由康复师指导锻炼。

1.4 随访计划

第一阶段，调整弹簧式铰链Ilizarov外固定器：完成2～3次屈膝牵伸治疗，每3～5 d由专业医师进行电话随访，由患者家属拍摄膝关节外形图像传给主管医师，认真观察屈膝变化，若出现问题及时解决，必要时来院处理；每3周门诊复查一次，拍摄膝关节侧位X线片，监测膝关节对应情况，测量记录膝关节屈曲角度。第二个阶段，拆除外固定器：每月进行门诊随访，共计6～8次，记录患膝屈曲角度及功能活动情况。

2 结果

随访时间6～18个月，平均（10.4±7.5）个月。12例患者顺利完成至少2次屈膝牵伸治疗。拆除外固定器后，7例自行膝关节屈伸锻炼，5例由康复师指导膝功能锻炼。6例患者膝屈伸活动度接近70°；4例患者膝屈伸活动度接近90°；2例膝屈伸活动度超过100°（表1）。典型病例详见图1、2。

图1 患者（编号1），男，21岁，左髌骨粉碎性骨折术后22个月并膝关节僵直，采用加装弹簧的Ilizarov外固定器屈膝牵伸手术治疗

表1 患者一般情况和治疗前后膝关节活动度

3 讨论

髌骨、胫骨平台[1]、股骨髁间骨折[2]，交叉韧带断裂等膝部创伤可以直接损伤膝关节周围韧带，破坏膝关节周围骨结构，术后长期固定容易出现膝关节僵直。创伤性膝关节僵直的治疗[3-5]需要多次手术治疗及康复才能到达一定治疗效果[5-8]，对于手术治疗及康复未能解决的膝关节僵直患者，有学者建议行膝关节置换手术增加膝关节活动度[9]，一些肌腱的切除手术也能达到一定效果[10,11]。

3.1 弹簧式铰链Ilizarov外固定器的设计

图2 患者（编号12），女，30岁，右侧髌骨骨折合并膝关节后脱位，膝关节僵直近20个月，采用加装弹簧的Ilizarov外固定器屈膝牵伸手术治疗

设计拉力弹簧做为铰链，材质为不锈钢：组成弹簧的钢丝直径0.8～1.2 mm，长度是正常膝关节间隙的5～8 倍，4～5 cm；弹簧钢丝圈直径为1.5 cm，钢丝间距0.02 mm。该拉力弹簧钢丝的间距很小，直立压缩不能产生弹性作用，而弯曲时产生回缩力。利用弹簧弯曲过程中持续产生的回缩力作用作为膝关节屈伸治疗过程中所需要的牵伸力。弹簧式铰链的最大弯曲角度接近165°，弹簧要维持其原来的状态，因此弯曲角度越大，牵伸力越大。弹簧两端有固定装置，有螺丝孔锁定结构，与普通铰链装置安装原理一样。在预先设计好的两组环之间用螺丝将弹簧的一端固定于远端一组环上，另一端用做牵伸延长丝杆，用螺母固定于近端一组环上；同样方向，在环直径对应的另一端安装另一弹簧。两个弹簧组成一组，将两环组合成一套外固定器牵伸装置。屈膝牵伸治疗过程中，弹簧式铰链通过安装的Ilizarov 外固定器作用于僵直患膝，在屈膝过程中对膝关节远近端产生牵伸力，根据“牵伸组织再生”原理，膝关节周围组织有效再生并自行松解，达到治疗目的。

膝关节的屈曲活动是股骨滑车在胫骨平台上的滑动加滚动过程，膝中心运动轨迹实际上是一个“弧线”，设计一定长度的弹簧，使其弯曲形成弧线接近正常膝关节运动轨迹，有效模仿膝关节屈曲过程中膝中心轴产生的运动轨迹。因此，弹簧式铰链Ilizarov外固定器主要目的是模仿膝关节正常运动轨迹，并能有效维持屈膝牵伸力量，在屈膝治疗过程中保护膝免受损伤。与常规切开松解手术不同，Ilizarov外固定器牵伸松解膝关节不需要切开膝关节周围软组织进行手术松解，只需安装外固定器对患膝持续牵伸，同时屈曲膝关节，即可达到一定的治疗目的。膝关节的屈曲活动是股骨滑车在胫骨平台上的滑动加滚动过程，膝关节的活动中心实际上是一个“弧线”的运动轨迹，而常用的铰链装置无法满足屈膝牵伸的“弧”线运动需要，屈膝牵伸过程中容易对膝关节周围骨与软组织造成损伤，而一定直径、合适长度与弹力的弹簧的屈曲“弧”线，某种程度上与膝关节中心的弧形运动轨迹吻合。

外固定技术所依据的张力应力法则为屈膝牵伸松解提供了理论基础，为膝关节僵直治疗提供了新的思路与方法。利用Ilizarov外固定器对膝关节僵直进行牵伸治疗的临床效果满意[12-14]。由于膝屈伸活动是滚动加滑动的“弧线运动”特点，经过反复研究，并结合机械、材料、力学等相关专家意见，将Ilizarov外固定器加装弹簧，模仿正常人体的膝关节屈膝运动，进而有效康复膝屈曲功能。

3.2 弹簧式铰链Ilizarov外固定器的治疗特点

术中不进行膝关节周围软组织松解，只进行Ilizarov 外固定器的安装与调试。因此，术后患膝屈曲角度与术前基本一致，不会有明显屈膝角度变化。术后第5 日开始，每天按时调整加装弹簧的Ilizarov外固定器行屈膝牵伸。本研究中12例均采用弹簧式铰链Ilizarov 外固定器进行屈膝牵伸，并未行传统切开松解手术，膝屈曲功能恢复可。

在屈膝牵伸过程中，很容易出现膝部组织肿胀、疼痛，甚至缺血等问题。屈膝到一定角度后，每日观察患肢的皮肤颜色及感觉至少4 次。出现膝关节或整个患肢的红、胀、热、痛等反应时，应放慢、暂停牵伸或回放牵伸力，待疼痛等反应减轻后继续进行。治疗过程中需要与患者进行充分沟通，把可能出现的问题提前告知患者，使其主动配合治疗。患膝锻炼坚持按时、有序、渐进的原则。本研究中12例未发生感染，均完成至少2次屈膝牵伸治疗。拆除外固定器后，要求患者进行标准的坐姿、蹲姿功能康复[15,16]，其中5例膝关节功能恢复满意。

本研究所纳入病例相对较少，且未设置对照组，尚需多中心、大样本的随机对照研究和长期随访结果。综上，利用外固定器屈膝牵伸是治疗膝关节僵直的一种微创手术方法，建立在Ilizarov技术基础之上，遵循张力应力法则[17-19]。应用弹簧式铰链Ilizarov外固定器能模仿正常膝关节运动轨迹，进而有效康复膝屈伸功能，降低膝关节脱位、韧带断裂等并发症发生率。