骨科外固定支架是干什么的,骨科外固定支架和石膏的区别

来源：中国老年保健协会骨关节保护与健康分会外固定与矫形学组

作者：乔锋，石博文

外固定是创伤骨科和矫形外科一项必不可少的工具。早些年，外固定主要用骨折的治疗。自G.A.Ilizarov教授创立的经典的环形外固定架及牵拉-成骨法则以来，外固定在创伤骨折、骨缺损修复及肢体矫形方面的应用越来越广泛。本文将从创伤骨折、骨缺损、畸形矫正、六轴外架四个方面回顾近一年外固定应用方面的最新进展。

虽然骨折内固定治疗是临床骨科医生的首先选择，但外固定在高能量损伤、开放性骨折的治疗中仍发挥着不可替代的作用。Gianluca等[1]采用早期跨关节外固定、延期内固定（平均6天）的方法治疗24例高能量损伤的胫骨平台骨折，其中C3型占58.3%，Schatzker V-VI占79.1%，最后没有1例出现深部感染，他们推荐这种治疗模式。一项系统性研究[2]比较牵拉成骨技术和诱导膜技术治疗因Gustilo-AndersonⅢ型开放骨折导致的骨缺损，结果显示牵拉成骨技术骨愈合率更好、感染发生率更低，但作者认为仍需纳入更多高等级的证据来评价两种治疗方法。Giannoudis等人[3]采用环形外固定治疗169例胫骨远端骨折，其中28%为开放性骨折，63%为关节内骨折，165例（98%）获得骨性愈合，拆除外固定后6个月按照Paley评价标准，踝关节评价优良率为62%，作者认为环形外固定治疗胫骨远端骨折愈合率高、严重并发症发生率低，是一种安全、有效的治疗方法。

Liu等[4]采用临时性六轴支架治疗23例胫骨干骨折单边支架术后力线不佳的病例，所有病例均在2周内更换六轴支架，力线矫正满意后再更换为单边支架作为终末治疗，结果显示平均矫正时间为4天，最终均获得良好的骨折对位。Patel等[5]回顾性分析75例胫骨严重开放性骨折的病例资料，其中26例为Gustilo-Anderson 3A，47例为3B，2例为3C；9例采用髓内钉内固定，61例采用泰勒空间支架固定，5例采用Masquelet技术（髓内钉、二期植骨），结果显示感染率为6.7%，不愈合率4%，再骨折率2.7%，整体保肢率98.7%，作者认为1-3A型开放性骨折可以使用髓内钉内固定治疗，3B/C最佳治疗是环形外固定。Liu等[6]采用六轴支架治疗25例高能量胫骨干骨折，通过3D重建和Mimics软件模拟骨折复位和畸形矫正，通过电子处方复位骨折，均获得良好的骨折对位和功能恢复，作者认为此治疗方法适用于严重软组织损伤无法内固定治疗的复杂病例。

乔锋等[7-9]利用自主研发的3D打印骨科外固定架（QF）和数字六轴外架（QSF）治疗胫骨骨折，获得良好的临床疗效。3D打印骨科外固定架具有自动复位骨折功能，4根螺纹连接杆与骨的轴线平行，通过旋拧调节螺母，调节两个固定环之间的距离，实现对骨折断端轴向应力的调节和固定方式的转换，早期坚强固定，中期加压固定，后期弹性固定。复位过程无需透视，不依赖医生经验，手术时间短，可以不用麻醉，术后即可完全负重下地行走，复位精确，固定合理，操作简便。数字六轴外架QSF配套软件基于CT数据，与国际同类产品比较，复位精确，固定牢靠，操作简便，学习曲线短。

图1：QF治疗胫腓骨骨折

图2：QSF治疗胫腓骨骨折

Glatt等[10]在山羊骨折动物模型上发现反向动力化可以加速骨愈合的速度和强度。所谓反向动力化即使用外固定固定骨折初期不牢固固定，允许骨折断端出现微动，术后3周后再牢固固定支架来保护初期新生的血管。这一创新性研究挑战了传统支架动力化的理念。Lobst等[11]设计了一种改良肩部动力化螺栓，通过生物力学试验验证了这种动力化装置可以增加轴向的微动，而不会增加剪切方向的活动。

Rosteius等[12]采用髓内钢缆搬运系统进行骨搬移治疗42例胫骨骨缺损，平均骨缺损7.7cm，作者认为采用髓内钢缆搬运系统和Ilizarov环形支架进行骨搬移的方法治疗胫骨骨缺损合并复杂感染或软组织疾患是切实可行的，但在治疗过程应考虑可能发生并发症和再手术翻修。

Solomin等[13]比较Ilizarov骨搬移和髓内钉插入下骨搬移治疗全膝关节置换术后感染导致的严重膝关节周围骨缺损，作者认为髓内钉插入下骨搬移可以显著减少外固定支架的时间、降低外固定支架和更大的几率获得正常的机械力线。

Yalikun等[14]回顾性分析采用Ilizarov骨搬移技术治疗149例胫骨创伤后骨髓炎的病例资料，结果显示既往手术次数（大于3次）、骨暴露、绿脓杆菌感染都是术后感染复发的风险因素。

Xu等[15]报道通过两平面骨搬移治疗31例大范围骨缺损合并软组织缺损的病例，软组织的缺损通过牵拉骨断端软组织而缓慢的修复。作者认为这种方法是实施皮瓣覆盖的替代方法，但骨的断端必须有软组织覆盖。Kinik等[16]回顾性分析采用彻底清创骨段切除、环形支架骨搬移技术治疗30例胫骨感染性骨不连的病例资料，平均随访32.5个月，平均牵拉成骨9.5cm，外固定指数1.49月/cm，作者认为骨搬移是根除感染、获得骨愈合的一种安全的方法。本组患者的外固定指数、外固定时间、并发症及骨、功能评价与小节段缺损的文献报道没有区别。

Park等[17]比较插入髓内钉下骨搬移（bone transport over a nail, BTON）和插入钢板下骨搬移（bone transport over a plate, BTOP）治疗节段性胫骨骨缺损的疗效。共36例平均骨缺损大于4cm的胫骨骨缺损患者纳入研究，结果显示两组均可以显著的缩短外固定时间，而最终的治疗结果两组相似。但BTOP组外固定时间、外固定指数均较BTON组更小。

一项系统性回顾和meta分析纳入11项共210例感染性骨缺损病例资料（平均骨缺损大于8cm），评估Ilizarov技术结合抗生素骨水泥治疗感染性不愈合的疗效。Deng等[18]报道感染复发率为6.99%，他们认为Ilizarov骨搬移结合抗生素骨水泥占位器的方法是有效的。Liu等[19]回顾性分析10年间采用骨搬移技术修复骨缺损的282例患者的病例资料，共发生189个问题（problems），166个阻碍（obstachles）和406个并发症（257小并发症和149个大并发症）。作者认为骨搬移是重建骨缺损的可靠方法，意识到可预见的并发症有助于预防或早期发现可预测的并发症，从而改善风险和效益平衡。

在G.A.Ilizarov教授诞辰100周年之际，Zhu等[20]回顾了外固定技术在中国近50年的发展历程，尤其是近31年Ilizarov技术在中国发展迅速。中国学者在治疗上百万病人的过程中总结了很多独特的经验，也做出了值得分享给全世界的技术改进。一项多中心研究采用外固定结合弹性髓内钉治疗先天肢体短缩，共纳入70例患者，其中19例股骨单平面延长，35例胫骨单平面延长，16例胫骨双平面延长。结果显示钛合金和羟基磷灰石涂层的弹性髓内钉均可以获得良好的治疗效果，并且减少外固定时间，两者之间没有明显区别，弹性髓内钉直径/髓腔最窄直径的比率小于0.15时，支架拆除后骨延长部位发生骨折的风险增高[21]。

涉及足踝畸形的Charcot骨关节病是一种处理非常棘手的疾病，传统的手术治疗包括广泛的手术暴露、骨切除、即刻矫治和内固定，但不适用于存在活动性溃疡、感染和骨质量差的病人。Lahoti等[22]应用Taylor Spatial Frame治疗10例伴有溃疡、畸形的Charcot骨关节病患者，长期随访7-10年。作者认为TSF为复杂高风险的Charcot神经关节病变的足踝部畸形的治疗提供了一种可替代传统手术的方法。Zeng等[23]采用改良的Ilizarov方法治疗77例脊柱裂导致的伴有溃疡的足踝部畸形患者，一期手术包括软组织手术、截骨、Ilizarov技术，未行清创、皮瓣覆盖、细菌培养等特殊治疗。所有患者均获得稳定的足，同时足踝部畸形均获得矫正，作者认为此方法是治疗脊柱裂导致的伴有溃疡的足踝部畸形的有效方法，治疗时间短、并发症少。Matsushita等[24]采用非限制Ilizarov支架治疗9例马蹄足畸形患者，马蹄足畸形平均40°，此支架很少使用铰链，术前影像学证实踝关节对应关系正常没有固定性骨性畸形，平均随访76个月，作者认为此方法可以安全、缓慢的矫正马蹄足畸形而避免发生距骨脱位，但在某些病例可能需要踝关节融合等额外的手术。

Messner等[25]比较Taylor Spatial Frame和Orthex六轴外架在儿童畸形矫正方面的疗效，结果显示两种外固定系统均可以获得可靠、准确的畸形矫正，但Orthex系统骨再生质量更优且能够显著降低针道感染。Johnson等[26]使用六轴外固定治疗6例膝关节反张畸形，平均矫正11.4°膝关节反张。作者认为六轴支架是可以安全、精准的矫正膝关节反张畸形，并且并发症发生率低。

王学等[27]利用国内自主研发的数字六轴外架（QSF）治疗膝关节复杂畸形，钟豪良等[28]利用QSF治疗成人Blount 病，均取得良好疗效。该数字六轴外架配套软件基于CT数据，亦是目前国际上唯一的基于CT数据的配套软件，所以复位精度更高，而且其复位精度不受外固定架的安装位置、X线放大率、拍摄角度等的影响。所以与国际上的其它六轴外架产品比较，具有复位精度高，操作简便、学习曲线短等优点。临床使用时，医生不需要测量骨折或畸形的6个移位参数，以及环的4个安装参数，后台工程师根据CT数据计算6根连接杆的调节数据，医生根据该数据，将各连接杆的长度调节到位即可。优点是复位精度高，对外固定架的安装无特殊要求，操作更简便，降低医生的学习曲线，同时大大简化了临床医生的繁琐工作，也不需要医生学习掌握软件操作。但由于不是医生自己测量和软件运算，所以不能实时获得处方。

图3：QSF结合内固定治疗双侧Blount病 a：术前双下肢力线；b：畸形分析：股骨外翻，胫骨内翻、内旋、短缩；c、右侧股骨远端闭合截骨即时矫正内固定、六轴外架缓慢矫正胫骨畸形；d：左侧股骨远端内侧闭合截骨即时矫正内固定、六轴外架缓慢矫正胫骨畸形；e：双侧矫形术后，力线恢复良好，内旋纠正，双下肢等长。

六轴空间支架在使用过程中必须测量支架的参数，并将其输入配套的电脑软件才能出具相应的电子处方。参数测量的准确性直接决定了矫形的精准度。石博文等[29]比较术中透视与术后CT两种方法测量泰勒空间支架安装参数的精准度，透视法和CT扫描法均可以获得TSF的安装参数。但CT法测量安装参数更精准，手术时间更短及电子处方数量更少。Gessmann等[30]比较三种测量泰勒空间支架安装参数的方法，即方法A组为在PACS系统上直接测量获得参数，B组为放置标志球消除放大率后在PACS系统上测量获得参数，C组为放置标志球消除放大率后在C型臂透视影像上测量获得参数。结果显示A组测量误差较大，作者认为使用标志球和放大率校准软件可以减小误差和改善矫正治疗。

以色列的OrthoSpin公司研发出可以完全自动调节的六轴空间支架，2020年11月已使用第一代支架成功治疗30例患者，2020年12月成功使用第2代产品完成2例临床试验，2021年1月美国FDA已批准第2代产品上市[31]。此产品的最大特点是患者不用调节支架，完全由软件控制的自动化螺纹调节支架，并且可以将每日的调节量分解为2-20次完成，减少调节过程中患者的疼痛。

图4：以色列OrthoSpin公司研发的可以自动调节的六轴空间支架

乔锋

主任医师，西安市红会医院中西医结合骨科主任。擅长髋、膝关节置换、四肢骨折、肢体畸形矫正等，尤其擅长“微创保膝”，利用单髁置换术、胫骨高位截骨术、数字六轴外固定架技术等治疗中晚期膝关节炎以及下肢复杂畸形。自主设计的截骨导向器，被同行称为“截骨神器”；设计截骨术前测量方法，术中无需透视力线即可获得良好的力线矫正；自主设计数字六轴外固定架QSF，无论复位精度、固定效果、操作便捷与学习曲线等方面，均明显优于国际上同类产品；自主设计3D打印骨科外固定架，具有自动复位骨折功能，而且可以精确控制骨折处的力学环境和固定方式，手术时间不到1.5分钟，术中无需透视，操作简单，术后即可下地行走，居世界领先地位。

学术兼职：中国医师协会骨科医师分会创新与转化学组副组长，中国中西医结合学会骨伤科分会保膝专委会副主任委员及外固定学组常委，中国中医药研究促进会骨科分会保膝学组副组长，中国老年保健协会骨关节保护与健康分会委员会常委及外固定与矫形学组组长，中国医学救援协会运动伤害分会关节运动伤害学组副组长，中国医师协会骨科医师分会保膝学组委员，中国研究型医院学会关节保护与肢体矫形学组委员，中华医学会骨科学分会中西医结合学组委员，中国医师协会骨科医师分会外固定与肢体重建学组委员，陕西省骨与关节学会中西医结合分会副会长，西安市中西医结合学会骨伤科专业委员会主任委员。AO膝关节炎讲师团讲师，Oxford单髁讲师团讲师，SLED单髁讲师团讲师，ASAMI中国部第一届外固定与肢体重建讲师团专家，国际矫形与创伤外科学（SICOT）基础组委员。

获国家发明专利授权2项、实用新型专利授权14项，获2016西安市科技进步二等奖（主持）， 2016 COA Most Valuable Design Top10一等奖。

石博文

天津市天津医院肢体矫形二病区主治医师。研究方向：肢体延长与功能重建， 2017年-2018年在英国利物浦皇家医院进修学习。

学术兼职：国际ASAMI中国部第一届外固定与肢体重建讲师团讲师、中国老年保健协会骨关节保护与健康分会委员、中国残疾人康复协会肢体残疾康复专业委员会脊柱裂学组青年委员兼秘书、天津市中西医结合学会骨伤科专业委员会青年委员、天津市生物医学工程学会生物力学专业委员会青年工作委员会委员、天津市抗衰老学会骨科专业委员会创伤学组组员。

[1] Canton G, Santolini F, Stella M, et al. Strategies to minimize soft tissues and septic complications in staged management of high-energy proximal tibia fractures[J]. Eur J Orthop Surg Traumatol, 2020, 30(4): 671-680.

[2] Benulic C, Canton G, Gril I, et al. Management of acute bone loss following high grade open tibia fractures[J]. Acta Biomed, 2020, 91(14-s): e2020012.

[3] Giannoudis VP, Ewins E, Taylor DM, et al. Clinical and Functional Outcomes in Patients with Distal Tibial Fracture Treated by Circular External Fixation: A Retrospective Cohort Study[J]. Strategies Trauma Limb Reconstr, 2021, 16(2): 86-95.

[4] Liu Y, Liu J, Zhang X, et al. Correction outcomes of the postoperative malalignment salvaged by the temporary application of the hexapod external fixator in tibial diaphyseal fractures treated by monolateral external fixation[J]. Injury, 2021, 52(11): 3478-3482.

[5] Patel KH, Logan K, Krkovic M. Strategies and outcomes in severe open tibial shaft fractures at a major trauma center: A large retrospective case-series[J]. World J Orthop, 2021, 12(7): 495-504.

[6] Liu Y, Li H, Liu J, et al. Long bone fracture reduction and deformity correction using the hexapod external fixator with a new method: a feasible study and preliminary results[J]. BMC Musculoskelet Disord, 2021, 22(1): 221.

[7] Qiao F, Li D, Jin Z, et al. A novel combination of computer-assisted reduction technique and three dimensional

printed patient-specific external fixator for treatment of tibial fractures. Int Orthop. 2016, 40(4):835-841.

[8] Qiao F, Li D, Jin Z, et al. Application of 3D printed customized external fixator in fracture reduction. Injury. 2015,

46(6):1150-1155.

[9] 乔锋,李涤尘,靳忠民, 等. 3D打印外固定架治疗胫骨骨折的临床应用[J].中华骨科杂志,2019,39(1):23-29.

[10] Glatt V, Samchukov M, Cherkashin A, et al. Reverse Dynamization Accelerates Bone-Healing in a Large-Animal Osteotomy Model[J]. J Bone Joint Surg Am, 2021, 103(3): 257-263.

[11] Iobst CA, Milne E, Khoury A, et al. A novel way to dynamize a spatial frame and optimize fracture healing[J]. Injury, 2021, 52(1): 106-108.

[12] Rosteius T, Pätzholz S, Rausch V, et al. Ilizarov bone transport using an intramedullary cable transportation system in the treatment of tibial bone defects[J]. Injury, 2021, 52(6): 1606-1613.

[13] Solomin LN, Shchepkina EA, Korchagin KL, et al. Knee Joint Bone Defects: Reconstruction with Bone Transport and Arthrodesis[J]. The Journal of Arthroplasty, 2021.

[14] Yalikun A, Yushan M, Li W, et al. Risk factors associated with infection recurrence of posttraumatic osteomyelitis treated with Ilizarov bone transport technique-a retrospective study of 149 cases[J]. BMC Musculoskelet Disord, 2021, 22(1): 573.

[15] Xu YQ, Fan XY, He XQ, et al. Reconstruction of massive tibial bone and soft tissue defects by trifocal bone transport combined with soft tissue distraction: experience from 31 cases[J]. BMC Musculoskelet Disord, 2021, 22(1): 34.

[16] Kinik H, Kalem M. Ilizarov segmental bone transport of infected tibial nonunions requiring extensive debridement with an average distraction length of 9,5 centimetres. Is it safe?[J]. Injury, 2021, 52(8): 2425-2433.

[17] Park KH, Oh CW, Kim JW, et al. Matched Comparison of Bone Transport Using External Fixator Over a Nail Versus External Fixator Over a Plate for Segmental Tibial Bone Defects[J]. J Orthop Trauma, 2021, 35(11): e397-e404.

[18] Deng Z, Mu Y, Sun X, et al. A Systematic Review and Meta-Analysis of Combined Antibiotic Spacer with Ilizarov Methods in the Treatment of Infected Nonunion of Tibia[J]. Biomed Res Int, 2021, 2021: 6668617.

[19] Liu Y, Yushan M, Liu Z, et al. Complications of bone transport technique using the Ilizarov method in the lower extremity: a retrospective analysis of 282 consecutive cases over 10 years[J]. BMC Musculoskelet Disord, 2020, 21(1): 354.

[20] Zhu YL, Guo BF, Zang JC, et al. Ilizarov technology in China: a historic review of thirty-one years[J]. Int Orthop, 2021.

[21] Popkov A, Pietrzak S, Antonov A, et al. Limb Lengthening for Congenital Deficiencies Using External Fixation Combined With Flexible Intramedullary Nailing: A Multicenter Study[J]. J Pediatr Orthop, 2021, 41(6): e439-e447.

[22] Lahoti O, Abhishetty N, Shetty S. Correction of Foot Deformities from Charcot Arthropathy with the Taylor Spatial Frame: A 7-14-year Follow-up[J]. Strategies Trauma Limb Reconstr, 2021, 16(2): 96-101.

[23] Zang J, Sudnitsyn AS, Mo Z, et al. Improved Ilizarov method for management of deformity and ulceration on foot and ankle of spina bifida[J]. J Orthop Translat, 2021, 28: 140-147.

[24] Matsushita T, Watanabe Y, Takenaka N, et al. Correction of equinus deformity by means of a new unconstrained ilizarov frame system[J]. Injury, 2021, 52(7): 2006-2009.

[25] Messner J, Chhina H, Davidson S, et al. Clinical outcomes in pediatric tibial lengthening and deformity correction: a comparison of the Taylor Spatial Frame with the Orthex Hexapod System[J]. J Child Orthop, 2021, 15(2): 114-121.

[26] Johnson L, McCammon J, Cooper A. Correction of Genu Recurvatum Deformity Using a Hexapod Frame: A Case Series and Review of the Literature[J]. Strategies Trauma Limb Reconstr, 2021, 16(2): 116-119.

[27] 王学，乔锋，刘曙光. 基于CT数据六轴数字化骨科外固定架在膝关节复杂畸形中的临床应用[J]. 实用骨科杂志, 2020, 26(12)：1118-1122.

[28] 钟豪良, 路玉峰, 乔锋,等. 基于CT 数据六轴外固定架在成人Blount 病治疗中的应用[J].实用骨科杂志, 2021, 27(5):52-55.

[29] 石博文, 王晓亮, 张克刚, 等. 术中透视与术后CT测量泰勒空间支架安装参数的精准度比较研究[J]. 中华骨科杂志, 2020, 40(5): 9.

[30] Gessmann J, Frieler S, Königshausen M, et al. Accuracy of radiographic measurement techniques for the Taylor spatial frame mounting parameters[J]. BMC Musculoskelet Disord, 2021, 22(1): 284.

[31] OrthoSpin. 2022-1-19. https://www.orthospin.com/

声明：此文内容及图片由供稿单位提供，仅供学习交流，不代表骨科在线观点。