【作 者】蔣奎婁，申倩，袁毅，陳貴全

1 西南醫(yī)科大學(xué) 體育學(xué)院，瀘州市，646000

2 武警陜西總隊醫(yī)院 門診部，西安市，710000

3 西南醫(yī)科大學(xué)附屬中醫(yī)醫(yī)院 骨傷科，瀘州市，646000

4 西南醫(yī)科大學(xué)附屬中醫(yī)醫(yī)院 針灸推拿康復(fù)科，瀘州市，646000

0 引言

隨著社會老齡化的發(fā)展，股骨近端骨折（proximal femoral fracture，PFF）發(fā)病率逐漸上升，一項研究提出預(yù)計到2050年，全球髖部骨折人數(shù)將達(dá)到450萬，導(dǎo)致的并發(fā)癥問題將耗費(fèi)大量醫(yī)療資源[1]。除了降低跌倒風(fēng)險，手術(shù)治療已成為骨折之后首選治療方式，目前主要有四種手術(shù)治療方式：髖關(guān)節(jié)置換術(shù)、髓內(nèi)固定、髓外固定及外固定架固定[2-3]，前三種治療方式均有不同程度骨、軟組織破壞，對于麻醉不耐受、身體綜合情況差及深靜脈血栓等患者存在較高手術(shù)風(fēng)險，并易引發(fā)多項術(shù)后并發(fā)癥，延長患者康復(fù)周期。外固定支架在術(shù)中出血量少、骨折愈合時間更短，可進(jìn)行早期肢體活動，術(shù)后D-二聚體水平及凝血功能不受影響[4-5]，具有較好的康復(fù)效果。不過，傳統(tǒng)的外固定架固定仍有一些不足之處，如透視時間較長，內(nèi)植物松動、穩(wěn)定性欠佳及安裝煩瑣。因此，通過研制內(nèi)固定鎖定鋼板形態(tài)的外固架解決上述問題具有重要意義。

1 三維構(gòu)建外固定架

1.1 實驗思路與方法

構(gòu)建外固定架三維模型之前，使用標(biāo)本進(jìn)行實驗，探尋內(nèi)固定形態(tài)外固定架制作思路。首先將鎖定鋼板置于皮膚表面（股骨粗隆外2 cm），使用導(dǎo)針固定鋼板兩端，按照127°頸干角及10°前傾角在鋼板近端通過套管植入三枚3.0導(dǎo)針，將三枚鎖定空心螺釘擰入鎖定孔，隨后將鋼板遠(yuǎn)端三個鎖定孔用同樣的辦法擰入螺釘。因鋼板近端三個螺紋孔具有頸干角和前傾角，此時鋼板已與股骨牢固固定，不能外移。股骨近端鎖定鋼板外移呈外支架的模擬實驗操作，如圖1所示。

圖1 股骨標(biāo)本實驗Fig.1 Femur specimen test

外移鋼板成支架可采用兩種方法：一是將鋼板分為上下兩個部分，將上下兩塊鋼板分別固定在皮膚外5 cm，以連接桿使二者相連（見圖2）。二是將內(nèi)固定鎖定鋼板改為具有10°前傾角的彎曲型鋼板，該鋼板分為近端、遠(yuǎn)端兩個部分，但不需要連接桿連接。第一種方法實際操作較為煩瑣，且使用連接桿固定會導(dǎo)致穩(wěn)定性受到一定影響。第二種方法相對簡易，但因鋼板近端鎖定孔存在頸干角的影響，鋼板在外移過程中，鋼板同時需要向遠(yuǎn)端移動，然而鋼板遠(yuǎn)端具有三枚螺釘固定不能向外移動，于是進(jìn)一步提出鋼板遠(yuǎn)端鎖定孔帶有直徑2.0 mm導(dǎo)針可滑動的凹槽設(shè)計，并設(shè)計固定器進(jìn)行臨時固定導(dǎo)針（見圖3）。綜上所述，外固定架設(shè)計的思路及模型（見圖3、圖4）：①鋼板近、遠(yuǎn)端各有一個供固定針打入的固定孔，近端另有三個供螺釘擰入的平行鎖定孔，三孔呈“▽”形狀并有127°頸干角，遠(yuǎn)端也另有三個平行鎖定孔，三孔呈“丨”形排列，螺釘擰入方向與股骨干垂直（見圖5B）；②鋼板形態(tài)與股骨解剖形態(tài)相吻合；③鋼板中段形成10°夾角，整體厚6 mm；④鋼板遠(yuǎn)端固定孔與鎖定孔通過凹槽相連，帶螺紋的組合克氏針可在其中滑行，可用六邊形固定器隨時固定，實現(xiàn)鋼板靈活移動和臨時固定。

圖2 可外移的內(nèi)固定鋼板Fig.2 Mobile internal fixation plate

圖3 槽型設(shè)計及臨時固定器Fig.3 Linear groove design and temporary fixator

圖4 外固定架3D視圖及參數(shù)Fig.4 3D views and parameters of external fixator

圖5 解剖形狀外固定架Fig.5 Anatomically shaped external fixator

1.2 形態(tài)與參數(shù)

1.2.1 股骨模型參數(shù)

使用軟件UG NX 10.0對上述實驗存在問題及預(yù)形成的鋼板形態(tài)、參數(shù)進(jìn)行三維模型展現(xiàn)。設(shè)計股骨三維模型，模型參數(shù)選取國內(nèi)學(xué)者汪軼平等[6]使用自主研發(fā)的Femeter軟件對30例股骨標(biāo)本的測量值范圍：股骨頸長度為47 mm、頸干角為127o、前傾角為10o、偏心距為40 mm、股骨頭半徑為24 mm、大轉(zhuǎn)子與小轉(zhuǎn)子的距離為59 mm、股骨總長為428 mm[7-8]，如圖6所示。

圖6 外固定架3D視圖Fig.6 3D views of external fixator

1.2.2 外固定架3D模型及參數(shù)

（1）外固定架近端保留股骨近端解剖型鋼板的弧形C，以貼合大轉(zhuǎn)子解剖結(jié)構(gòu)（見圖5A）。

（2）鋼板總長19.0 cm，寬3.3 cm，厚6.0 mm，近、遠(yuǎn)端分別長9.5 cm并成10o夾角（前傾角）。

（3）鋼板近端設(shè)計有一個固定孔和三個鎖定孔，四孔直徑6.5 mm，螺紋均設(shè)計有127o頸干角，四孔可擰入直徑6.5 mm全螺紋空心鎖定螺釘。固定孔位于近端上面，中心距鋼板頂端1.0 cm，其下方1.65 cm處為三個鎖定孔，呈倒“品”字排列，三孔中心之間的距離為1.5 cm、1.5 cm、2.1 cm。

（4） 鋼板遠(yuǎn)端同樣有一個固定孔和三個鎖定孔，孔直徑5.0 mm，四孔可擰入直徑5.0 mm全螺紋空心鎖定螺釘，螺釘與鋼板垂直角度擰入。固定孔位于遠(yuǎn)端下面，孔中心距離鋼板底端1.0 cm，其上方1.5 cm處有三個鎖定孔，呈縱行排列，三孔之間孔心距1.5 cm，固定孔與三個鎖定孔有鏤空的凹型槽連接，其寬2.0 mm，長5.0 cm。

（5）設(shè)計帶有半螺紋的直徑2.0～3.0 mm組合克氏針作為鋼板遠(yuǎn)端定位使用（見圖6B），同時設(shè)計帶螺紋的直徑7.0 mm六邊形空心螺釘，中空直徑2.0 mm。

3 外固定架實際操作思路與流程

（1）術(shù)前準(zhǔn)備，患者仰臥位，患側(cè)腰臀部置入15～20 cm軟墊，暴露患側(cè)髖外側(cè)。

（2）閉合復(fù)位骨折斷端，確保骨折斷端對位對線。

（3）使用內(nèi)固定鋼板的解剖形態(tài)進(jìn)行定位，將鋼板近端固定孔A置于股骨粗隆下7.5 mm處，把直徑5.0 mm套管擰入鋼板近端固定孔A中，將直徑3.0 mm導(dǎo)針內(nèi)套管插入直徑5.0 mm套管內(nèi)，把直徑3.0 mm克氏針a經(jīng)3.0 mm內(nèi)套管鉆入股骨粗隆下以完成鋼板近端固定，使用另一枚直徑2.0 mm 克氏針b以同樣方法經(jīng)鋼板遠(yuǎn)端固定孔B鉆入股骨干，完成鋼板遠(yuǎn)端固定，X線透視，判斷定位是否準(zhǔn)確。因鋼板遠(yuǎn)端固定孔具有凹槽與固定器設(shè)計（見圖6），所以當(dāng)上述方向未平行可將鋼板近端克氏針取出后，將鋼板向近端移動合適距離，再以同樣方法將近端克氏針鉆入股骨粗隆下，經(jīng)過透視，骨折復(fù)位良好且克氏針方向與股骨頸方向基本平行，即可進(jìn)行下一步操作。

（4）將直徑5.0 mm套管擰入鋼板定位孔下方的鎖定孔中，把直徑3.0 mm導(dǎo)針內(nèi)套管插入直徑5.0 mm套管內(nèi)。

（5）再將3.0 mm導(dǎo)針經(jīng)3.0 mm內(nèi)套管鉆入股骨，進(jìn)行透視觀察骨折復(fù)位及導(dǎo)針方向無誤后，測量3.0 mm導(dǎo)針鉆入股骨內(nèi)長度。

（6）根據(jù)3.0 mm導(dǎo)針鉆入深度，用鉆頭限位器調(diào)節(jié)5.0 mm限位中空鉆頭的深度，套于3.0 mm導(dǎo)針進(jìn)行鉆孔至限位器深度，取出鉆頭。

（7）剩余兩個鎖定孔按同樣的方法進(jìn)行鉆孔，待鋼板近端三個鎖定孔鉆孔完畢，取出3.0 mm內(nèi)套管，根據(jù)三枚導(dǎo)針分別鉆入的深度選擇合適長度的直徑6.5 mm全螺紋空心鎖定螺釘，將螺釘均擰入鋼板鎖定孔內(nèi)至導(dǎo)針鉆入深度。

（8）此時可將鋼板向股骨外側(cè)及遠(yuǎn)端移動，直到鋼板距離皮膚表層5 cm距離左右（同時固定鋼板遠(yuǎn)端的克氏針會沿卡槽近端移動），擰緊以上三枚螺釘至與鎖定鋼板結(jié)合。

（9）在鋼板遠(yuǎn)端固定孔B重新打入一枚直徑2.0～3.0 mm組合克氏針c（一端直徑2.0 mm，另一端直徑3.0 mm）進(jìn)行固定并將之前向近端移動的克氏針b取出。

（10）按照以上三枚螺釘?shù)闹踩敕椒?，將鋼板遠(yuǎn)端中直徑5.0 mm的全螺紋空心鎖定螺釘擰緊加壓（見圖5B）。

（11）將所有導(dǎo)針取出，對空心螺釘進(jìn)行封孔，消毒。

4 討論

4.1 股骨近端骨折空心螺釘?shù)呐帕蟹绞脚c生物力學(xué)

股骨頭壞死是股骨近端骨折非常棘手的問題，股骨頸骨折后固定方式的選擇對股骨頭血液循環(huán)影響很大，章猛奇等[9]認(rèn)為高質(zhì)量的骨折復(fù)位及固定措施能保護(hù)股骨頭血供，可有效防止應(yīng)力性壞死。目前股骨近端骨折的空心螺釘固定方式以2枚、3枚、4枚空心螺釘?shù)热N類型為主。在2枚、3枚螺釘固定研究上，有研究者認(rèn)為2枚螺釘對股骨頸的破壞更小，操作更方便，因此更具有優(yōu)勢，也有研究者認(rèn)為當(dāng)Pauwels角度小于等于50°時，兩種螺釘固定股骨頸骨折無明顯差異[10]，但在Pauwels角度較大時使用3顆釘固定更具有抗壓力[11-12]。在3枚、4枚螺釘固定方面的研究，殷浩等[13]用有限元分析3枚正三角排列的空心螺釘固定Pauwels Ⅲ型股骨頸骨折同4枚空心螺釘固定進(jìn)行對比，有限元模型應(yīng)力分別為436.6 MPa及227.2 MPa，3枚螺釘固定應(yīng)力更為分散。程培焱使用不同數(shù)量及不同排列的螺釘固定不同Pauwels分型的股骨頸骨折，力學(xué)分析發(fā)現(xiàn)不同 Pauwels 分型中，4枚螺釘在壓力作用下發(fā)生的骨折斷端移位較3枚螺釘小[14]，但4枚螺釘對股骨頸的血供破壞較大，一定程度增加了股骨頭壞死。AUGAT等[15]認(rèn)為4枚螺釘并不能提供較好致的生物力學(xué)性能，這可能是由于螺釘插入孔削弱了外側(cè)壁導(dǎo)致的?？偟膩碇v，2枚螺釘固定雖然破壞小、手術(shù)時間縮短，但是固定的牢固性還有較多局限，而4枚螺釘雖有較好的穩(wěn)定性，但骨質(zhì)破壞較多，易減少斷端血供，而采用三枚螺釘可保證固定牢固的同時，減少組織損傷。

三枚空心螺釘排列方式頗具爭議，大致分為正三角和倒三角排列兩種。有研究認(rèn)為倒三角形更能分散壓力，王雪飛等[16]使用不同結(jié)構(gòu)排列的三枚空心螺釘固定股骨標(biāo)本，發(fā)現(xiàn)等腰倒三角形排列的螺釘抗壓及最大垂直載荷能力都大于等腰正三角形。還有研究發(fā)現(xiàn)，在分散壓力方面3枚倒三角螺釘強(qiáng)于正三角形[14]。YANG等[17]研究發(fā)現(xiàn)使用倒三角形和正三角形的螺釘固定股骨頸囊內(nèi)骨折，結(jié)果使用倒三角結(jié)構(gòu)的螺釘增加了斷端聯(lián)合率。大多數(shù)研究認(rèn)為倒三角的螺釘排列更能抵抗剪切力，而在正三角排列方面，盡管《骨科手術(shù)學(xué)》與《坎貝爾骨科手術(shù)學(xué)》都提倡使用正三角排列的方法，但股骨頸骨折斷端上方承受的更多為張應(yīng)力，斷端下方更多為壓應(yīng)力，骨折固定應(yīng)當(dāng)把張應(yīng)力盡可能轉(zhuǎn)換為壓應(yīng)力，因此采用2枚螺釘?shù)挚股戏礁蟮膹垜?yīng)力，用1枚螺釘在下方抵抗壓應(yīng)力，更能實現(xiàn)斷端的壓力平衡。基于以上原理，本研究的股骨近端骨折外固定架采用三枚空心螺釘設(shè)計，既增加斷端穩(wěn)定性，又減少血供破壞。

4.2 內(nèi)固定形態(tài)外固定架的適用性及優(yōu)勢

內(nèi)固定形態(tài)外固定架是股骨近端鎖定鋼板與傳統(tǒng)外固定架結(jié)合的骨折治療器械模型，是使用內(nèi)固定鎖定鋼板優(yōu)良的穩(wěn)定性與解剖定位，又將內(nèi)固定鋼板置于體外的一種嘗試。有研究表明，以股骨形態(tài)設(shè)計的解剖型鋼板對老年人轉(zhuǎn)子間骨折的治療效果不差于動力髖螺釘治療，有良好的穩(wěn)定性和安全性[18]。本支架模型適用于高齡、骨質(zhì)疏松、體質(zhì)差、身體合并內(nèi)科疾病較多及不耐受手術(shù)等患者。

本外固定架模型具備的優(yōu)勢：①解剖型鋼板可以利用其與股骨大轉(zhuǎn)子解剖形態(tài)的吻合實現(xiàn)快速定位；②相比髓內(nèi)固定減少透視及手術(shù)時間長[19]，本外固定架不同于內(nèi)固定解剖鋼板之處：前者貼合于皮膚表面，進(jìn)行經(jīng)皮轉(zhuǎn)孔，后者是在骨表面進(jìn)行貼合，不切開組織，可大大減少透視次數(shù)和時長，減少患者身體損傷及出血，有利于早期功能康復(fù)；③外固定架具有兩個固定孔，遠(yuǎn)端固定孔具有固定用克氏針可滑行設(shè)計及臨時固定細(xì)小螺釘，既可定位鋼板位置，又可根據(jù)操作需求做位置靈活調(diào)整，方便空心螺釘植入；④外固定“架”不用傳統(tǒng)的連接桿進(jìn)行固定，而是使用一整塊鎖定鋼板將螺釘與鋼板合為一體，有良好的力學(xué)穩(wěn)定性，可較好地防止螺釘松動、脫出，為骨折愈合創(chuàng)造有利條件；⑤鋼板近端鎖定孔螺紋與鋼板呈127o，此外鋼板彎曲呈10°夾角，在股骨頸前傾角的范圍內(nèi)，解決股骨頸近端三顆空心螺釘在植入骨內(nèi)之后，仍可以向外滑行至皮膚表面5 cm，實現(xiàn)三顆螺釘與鋼板進(jìn)行螺紋鎖定；⑥螺釘使用自攻、全螺紋、直徑6.5 mm的空心螺釘，對于骨質(zhì)疏松患者仍有較好的固定效果；⑦降低并發(fā)癥發(fā)生率、提高安全性及縮短康復(fù)周期。

5 結(jié)論

綜上所述，本研究根據(jù)股骨近端內(nèi)固定鎖定鋼板形態(tài)，創(chuàng)新性地提出將內(nèi)固定鋼板外移成為外固定架，對形態(tài)參數(shù)進(jìn)行設(shè)計、制定具體操作流程，進(jìn)行力學(xué)性能分析，具有微創(chuàng)、透視少、出血量低、手術(shù)操作簡便等優(yōu)點(diǎn)，對于身體合并內(nèi)科疾病較多、體質(zhì)差及不耐受手術(shù)等患者有較大使用價值，有望成為股骨近端骨折治療的新方法。