骨外固定架在临床应用中的前世今生

苏 欢,王德伟,高川渤

1.遵义医科大学第五附属(珠海)医院骨二科,广东 珠海 519100; 2.哈尔滨市第五医院骨科,哈尔滨 150040

外固定支架的发明是人类对骨折外固定的有效探索,在经过漫长的发展与创新后,与现代高新技术深度结合,俨然已成为骨科治疗技术的核心内容之一。近年来,骨外固定技术已被广泛用于开放性骨折、骨缺损、肢体延长及畸形矫正等治疗,并取得较满意的疗效。采用外固定架对骨折进行固定具有操作简单、快捷、易调整及损伤小等优点,但其体积庞大不利于护理、易钉道感染、架体易松动等问题也同样困扰着临床医师。本文从外固定架的发展历程来了解在临床应用中各种类型的外固定架及其适应证、优缺点等,展望外固架的未来发展。

1 外固定支架的前世

骨外固定属于一种微创技术,是采用骨外固定支架对骨折端起到加压、牵拉等作用从而达到骨折复位和固定、骨骼重建及矫形的目的。2 500年前西方医学之父-希波克拉底(Hippocrates)的著作中展示了古代希腊医师治疗骨折和脱位的精湛技巧,他曾经发明过一个治疗骨折的外固定装置-最原始“外固定器”(图1),将长短不同的3～4套山茱萸树枝绷弯以后,放置在骨折肢体的四周,以起到稳定患肢、骨折端牵开的效果。尽管其材质并非金属,但其设计理念却是绝对超前的。

图1 希波克拉底及其设计的骨折外固定装置-最原始“外固定器”

1840年法国医师马耳盖尼(Malgaigne)率先设计一个带口的装置用来治疗小腿骨折(图2),是人类历史上的第一个外固定架。他第一步首先尝试在骨上拧入钉子,然后将金属带与外露的钉尾连接固定,通过调节皮带长度改变骨折断端的位移从而达到固定骨折的效果,这是最早应用外固定治疗骨折的原理[1]。

图2 马耳盖尼及其设计的治疗小腿骨折装置

1897年美国帕克希尔(Parkhill)尝试使用第一个组合式外固定架治疗骨折,推动了外固定架在临床中的应用。

1902年比利时的兰博特(Lambotte)提出了外固定器的概念,自行研制出一种简单的单边外固定装置(图3)。他在临床治疗中发现金属针可以穿透患者的骨骼及皮肤,外露于皮肤之外的金属针可以用一夹钳连接,即可将骨折端很好地固定,并且患者可以充分耐受。随着他这种设计理念的普及和外固定器的发展,外固定器在骨折端加压和牵引技术得到了完善与发展,极大地促进了日后外固定架的发展。这项技术推动了骨外固定装置在临床的实用化,因其对骨科外固定的贡献,被誉为“骨折治疗外科之父”[1]。

再后来,随着外固定架的理论及器械的发展,在外固定架应用的道路上出现了以下里程碑性质的伟大进步:1934年美国安德森(Anderson)设计了一个可以贯穿整个肢体的全针外固定器。1938年瑞典霍夫曼(Hoffman)设计了一种具有万向结和强力把持力夹钳的外固定架。1939—1945年在第二次世界大战中,美国萨尔(Shaar)和克鲁兹(Kreuz)应用Stader外固定器作为骨折治疗工具。1951年苏联伊里扎洛夫(Ilizarov )在提出“张力-应力法则”后又提出了“牵张成骨”的概念,由他自主研制的多孔性全环式 Ilizarov 外固定装置具有多方向、多平面穿针等优点。

2 外固定支架的今生

目前外固定架种类繁杂,其基本框架分为单边、环状以及混合结构。

2.1单边式外固定支架 以Bastiani式外固定支架为例(图4),意大利巴斯蒂亚尼(Bastiani)在20世纪70年代提出“动态加压”概念,并研制出新型单臂外固定器。该装置可以在骨折两端分别穿刺2～3枚骨针,对骨折端复位后将外固定臂连接起来对骨折端进行固定。采用直径为6mm的钉固定牢靠且不易损伤对侧神经血管,这是该外固定支架独特之处。该装置构型轻盈,患者可佩戴早期进行下床活动,常使用此类外固定对急性创伤性骨折、小儿畸形矫正等进行外固定治疗。但必须平行或接近平行的情况下进针才可以正常使用,否则容易出现外固定架安装困难等问题,而且还需要使用专门的配套器械。但单边结构易造成骨断端呈偏心受力,从而导致稳定性不足。

图3 兰博特及其设计的单边外固定器

图4 Bastiani单臂外固定器

2.2混合外固定装置 以Hybrid式外固定装置为例(图5a)。Hybrid 外固定支架是由1个2/3环、1个单臂外固定架及2 根螺杆构成的三角形稳定空间结构,使应力均匀地分布在骨面上并增加其轴向稳定性。可以选择比普通克氏针更细的橄榄针将环形构架固定在骨折端以减少针道感染率,进针平面的交叉角度应尽可能大以获得更高的稳定性。因单臂外固定万向轴及伸缩加压器的存在,Hybrid 外固定架安装完毕后可以根据骨折端的复位情况进行二次调整,避免复位丢失。Hybrid外固定支架适用于开放性骨折、伴有严重软组织损伤的骨折,Schatzker分型Ⅴ、Ⅵ型胫骨平台骨折等。Hybrid 外固定支架具有损伤小、固定牢靠及早期功能锻炼等优点。但长期佩戴笨重外固定架容易造成患者心理负担及生活不方便等缺点[2]。

2.3全环式外固定架 以Ilizarov外固定器为代表。俄国伊里扎洛夫(Ilizarov)于20世纪50年代设计研制出了环式延长外固定架并提出牵张成骨的理论,自此 Ilizarov 技术诞生[1]。Ilizarov技术可以从多角度进行骨针穿刺交叉固定,并连接于环形固定器上,再用3～4个螺丝杆组构成多个平面呈环状包围患肢,可以使骨折端获得良好的生物力学稳定性。Ilizarov 技术在开放性骨折、骨缺损、畸形矫正及肢体延长等的治疗中发挥了不可或缺的作用。但该装置具有安装复杂、穿刺的骨针数目较多等缺点。此外,患者还需要忍受克氏针持续慢性疼痛的刺激及长期佩戴的痛苦。随后在lizarov技术的基础上,与现代科技结合进而发明了Taylor三维空间支架(Taylor spatial frame,TSF),TSF通常由2个固定环与6个伸缩杆构成(图5b)。使用时需要在配套的计算机输入精准的参数来实现支撑杆的调节,能够从多个平面矫正肢体的错位及分离畸形等情况且固定牢靠,因而TSF被广泛用于临床。TSF用于四肢矫形、开放性骨折、肢体延长及骨搬移等精确的治疗[3]。但应用TSF时需要精确地测量出软件所需要的各项参数,否则会影响复位效果,同时临床使用价格昂贵。

2.4LCP(locking compress plates)外固定 LCP是通过钢板和螺钉之间的稳定性及螺钉和骨质之间的把持力来维持对骨折的固定。据相关文献报道[4],LCP外固定作为一种新型外固定器治疗严重开放性骨折、骨不连及感染性骨折等,特别是小腿骨折(图5c),在临床中取得了较满意的疗效,且通过生物力学实验证实其具有良好的生物力学稳定性。相比于内固定装置,LCP 外固定明显降低了术后炎症感染的发生率。LCP外固定具有损伤小、低轮廓、早期关节功能锻炼等优点。但LCP是为内固定设计的,适应证有限;采用该固定方式进行固定,骨折的解剖复位要求较高,同时也具有钉道感染、畸形愈合等风险。随着临床医师的不断探索及临床经验的积累,笔者相信LCP外固定将具有明确的适应证及规范操作的方法。

3 展望

骨外固定架经过一个多世纪的发展及完善,早已今非昔比,如今骨外固定成为骨科领域不可或缺的一项治疗技术,但外固定架存在钉道感染、架体易松动及体积笨重等,仍是临床医师及研究者亟需解决的问题。现代科技的创新与发展为外固定架的发展注入源源不断的动力,将外固定架的研究与临床应用推向一个新的纪元。尽管当前的外固定器已经日渐成熟且完善,但其创新发展空间仍旧巨大,特别是针对其结构进行优化创新。将固定器与新型科技材料以及高新信息技术深度结合,研制出构型简单、易于操作及固定牢靠的外固定支架以便更好地服务于临床外固定治疗,成为临床医师和研究者在现在及未来共同的追求目标。

图5 三种外固定支架外固定胫骨骨折的模型。a.混合式外固定架;b.泰勒三维空间支架;c.LCP外固定胫骨下段骨折

作者贡献声明：苏欢、高川渤:查阅及整理相关文献、论文撰写;王德伟:论文审阅及修改