一种新型骨折外固定装置的研制

・２４・　Ｓｔｕｄｙ　Ｒｅｐｏｒｔ　ｌ研制报告　一种新型骨折外固定装置的研制　郑轶　－－，尹庆水　，袁衡新　，王智运　（１．南方医科大学，广州５１０５１５；２．广州军区广州总医院骨科医院，广州５１００１０；　３．中山大学中山医学院，广州５１００８０）　【摘要】　目的：研制一种用于开放性骨折的快速外固定系统。方法：通过对传统外固定架螺钉的改良和连接杆的设计　改进，研制手拧自攻螺钉的外固定架装置。结果：外固定装置应用方便，操作简单，可用于战伤或者地震等突发事件过　程中的临时固定。结论：该新型外固定装置的设计理念符合野战和突发状态下伤员救治中的下肢开放性损伤的临时　固定要求，能提高保肢率．减少由于骨折移位而引起的二次损伤的发生。　【关键词】外固定架；骨折；战伤；简易　［中国图书资料分类号］Ｒ３１８．６；ＴＨ７８１［文献标志码］Ａ【文章编号］１００３－８８６８（２０１３）０４—２４—０２　ＤＯＩ：１０．７６８７／Ｊ．ＩＳＳＮ１００３—８８６８．２０１３．０４．０２４　Ｄｅｖｅｌｏｏｍｅｎｔ　ｏｆ　Ｎｅｗ　Ｅｘｔｅｒｎａｌ　Ｆｉｘａｔｉｏｎ　Ｄｅｖｉｃｅ　ｆｏｒ　Ｆｒａｃｔｕｒｅ　ＺＨＥＮＧ　Ｙｉ　一，ＹＩＮ　Ｑｉｎｇ—ｓｈｕｉ　，ＹＵＡＮ　Ｈｅｎｇ—ｘｉｎ　，ＷＡＮＧ　Ｚｈｉ—ｙｕｎ　（１．Ｓｏｕｔｈｅｒｎ　Ｍｅｄｉｃａｌ　Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｇｕａｎｇｚｈｏｕ　５１０５１５，Ｃｈｉｎａ；２．Ｏｒｔｈｏｐｅｄｉｃｓ　Ｈｏｓｐｉｔａｌ，　Ｇｕａｎｇｚｈｏｕ　Ｇｅｎｅｒａｌ　Ｈｏｓｐｉｔａｌ　ｏｆ　Ｇｕａｎｇｚｈｏｕ　Ｍｉｌｉｔａｒｙ　Ａｒｅａ　Ｃｏｍｍａｎｄ，Ｇｕａｎｇｚｈｏｕ　５　１００１０，Ｃｈｉｎａ；　３．Ｚｈｏｎｇｓｈａｎ　Ｓｃｈｏｏｌ　ｏｆ　Ｍｅｄｉｃｉｎｅ，Ｓｕｎ　Ｙａｔ—ｓｅｎ　Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｇｕａｎｇｚｈｏｕ　５１００８０，Ｃｈｉｎａ１　Ａｂｓｔｒａｃｔ　Ｏｂｊｅｃｔｉｖｅ　Ｔｏ　ｄｅｓｉｇｎ　ａ　ｒａｐｉｄ　ｅｘｔｅｒｎａｌ　ｉｆｘａｔｉｏｎ　ｄｅｖｉｃｅ　ｆｏｒ　ｏｐｅｎ　ｆｒａｃｔｕｒｅ．ＭｅｔＩｍｄ８　Ｔｈｅ　ｅｘｔｅｒｎａｌ　ｉｆｘａｔｉｏｎ　ｄｅｖｉｃｅ　ｗｉｔｈ　ｍａｎｕａｌ　ｓｃｒｅｗｓ　ｗａｓ　ｄｅｖｅｌｏｐｅｄ　ｗｉｔｈ　ｔｈｅ　ｉｍｐｒｏｖｅｍｅｎｔｓ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｔｒａｄｉｔｉｏｎａｌ　ｓｃｒｅｗｓ　ａｎｄ　ｃｏｎｎｅｃｔｏｒ　ｒｏｄ．１ｌ＿ｔ￣ｍｌｌｌ　Ｔｈｅ　ｄｅｖｅｌｏｐｅｄ　ｄｅｖｉｃｅ　ｃｏｕｌｄ　ｂｅ　ｕｓｅｄ　ｆｏｒ　ｔｈｅ　ｔｅｍｐｏｒａｒｙ　ｆｉｘａｔｉｏｎ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｗｏｕｎｄｅｄ　ｄｕｅ　ｔｏ　ｂａｔｔｌｅ　ｏｒ　ｄｉｓａｓｔｅｒｓ　ｓｕｃｈ　ａｓ　ｔｈｅ　ｅａｒｔｈｑｕａｋｅ．Ｃ，ａａｄｍ　Ｔｈｅ　ｎｅｗ　ｉｆｘａｔｉｏｎ　ｄｅｖｉｃｅ　ｉｓ　ｆｉｔ　ｆｏｒ　ｔｈｅ　ｔｅｍｐｏｒａｒｙ　ｉｆｘａｔｉｏｎ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｏｐｅｎ　ｉ．ｊｕｒｙ　ｉｎ　ｔｈｅ　ｌｏｗｅｒ　１ｉｍｂｓ　ｗｉｔｈ　ｔｈｅ　ｈｉｇｈ　ｒａｔｅ　ｏｆ　ｒｅｍａｉｎｅｄ　ｌｉｍｂｓ　ｉｎｃｒｅａｓｅｄ　ａｎｄ　ｔｈｅ　ｓｅｃｏｎｄａｒｙ　ｉ￣ｕｒｙ　ｄｕｅ　ｔｏ　ｄｉｓｐｌａｃｅｍｅｎｔ　ｆｒａｃｔｕｒｅ　ｄｅｃｒｅａｓｅｄ．［Ｃｈｉｎｅｓｅ　Ｍｅｄｉｃａｌ　Ｅｑｕｉｐｍｅｎｔ　Ｊｏｕｒｎａｌ，　２０１３，３４（４）：２４－２５】　Ｋｅｙ　ｗｏｒｄｓ　ｅｘｔｅｒｎａｌ　ｉｆｘａｔｏｒ；ｆｒａｃｔｕｒｅ；ｂａｔｔｌｅ　ｉｎｊｕｒｙ；ｓｉｍｐｌｉｃｉｔｙ　０　引言　外固定架的应用已经有１００多年的历史，越来越广泛地被　应用于临床以及野战．主要用于双下肢的开放性骨折ｍ。但是目　１．３特殊的设计　１．３．１螺钉的设计　螺钉的设计突破传统自攻螺钉头的模式，通过增加细化　初级自攻螺钉头及双侧弧形开槽的模式形成２次自攻的效　果，从而增大置钉时的扭矩，真正做到无需电钻辅助，手拧自　攻螺钉的效果（如图１（ｂ）所示）。　１．３－２套筒的设计　套筒的设计形状前端为圆锥形．可以有效地分离软组织，　建立置钉的工作通道，方便置钉的操作（如图１（Ｃ）所示）。　１．３．３连接杆的设计　前应用于野战条件下的外固定架体积庞大、笨重，单人无法独　立完成，在战争或者地震等突发状况下难以满足要求。因此，研　制出体积小、质轻、价廉的外固定器成为当务之急，使基层医务　人员经过简单培训便可掌握外固定架的应用方法，以便在突发　状况下发挥良好的作用。　１　装置设计　１．１　设计理念　此装置主要应用于战伤或者地震等突发状况下的下肢临　时外固定．防止在转运过程中的由于断段移位引起的二次损　伤，便于伤ＶＩ的观察及护理，无需电钻，单人即可完成外固定　目前，市面上常用的连接杆为二维固定，无法根据定位针　的位置实现三维六自由度的连接。本新型外固定装置的连接　杆采用球窝设计，可通过调整旋钮的方向实现三维固定（如图　１（ｄ）所示）。　架的操作，也可协同其他固定材料联合应用。　１＿２结构组成　２使用方法　２．１　伤肢清创　新型外固定架主要由新型自攻螺钉（４枚）、钳夹工具（２　个）、三维六自由度可调式连接杆等组成，配套工具为螺钉的　万向套筒及连续手拧单向螺丝刀。该装置采用单杆设计固定，　使用钛合金作为螺钉的制作材料；连接杆由轻质的铝合金制　作而成，质轻，质硬（如图１（ａ）所示）。　基金项目：广东省科技计划项目（２０１２Ｂ０３１５０００１４）　作者简介：郑轶（１９８３一），男，博士研究生，主要从事生物医学工程与材　料方面的研究工作；尹庆水（１９５６一），男，教授，主要从事颈椎疾患与损伤　的诊断和治疗方面的研究工作。　通讯作者：尹庆水，Ｅ～ｍａｉｌ：ｇｚ—ｙｑｓ＠１２６．ｃｏｍ　在战场或者地震灾害中．用快速清创包对伤肢进行简单　的清创，为骨折的临时固定、转运至后方医院创造条件。　２．２螺钉的置入　对于胫骨或者股骨的开放性骨折，根据骨折的位置，在套　筒的辅助下分别在骨折的远端和近端手拧自攻置入２枚螺钉。　２．３钳夹固定及连接杆的连接　置钉结束后，用钳夹固定钉尾，套人连接杆，应用可调式　球窝状连接杆固定骨折端于理想的位置。　．医疗卫生装备．２０１３年４月第３４卷第４期Ｃｈｉｎｅｓｅ　Ｍｅｄｉｃａｌ　Ｅｑｕｉｐｍｅｎｔ　Ｊｏｕｒｎａｌ・Ｖｏ１．３４・Ｎｏ．４・Ａｐｒｉｌ・２０１３　研制报告Ｉ　Ｓｔｕｄｙ　Ｒｅｐｏｒｔ　・２５・　的不足之处而设计的。通过对自攻螺钉及连接杆的改进（包括　材料学的改进）．简化了操作程序，基本实现了单人操作，同时　降低了费用，通过连接杆的球窝关节实现了三维的固定。　本研究已经设计出了螺钉和连接杆的三维图像．初步设　（ａ）简易外固定架组装图　计出了外固定装置实物（如图２所示），需要尽快对外固定架　实物进行有限元分析及标本的生物力学方面的研究。　ｄ）三维可调式球　（ｂ）外固定架自攻螺钉　（ｃ）套筒　窝状连接杆　丽　黼　蕊《　图１　由Ｓｏｌｉｄｗｏｋ软件设计的骨折外固定装置图　３优点　—囊—　目前，常用的外固定架螺钉的置入通常为由电钻开路后　（ａ）外固定装置零件实物图　（ｂ）外固定装置实物装配图　拧人自攻螺钉，在野战或者地震等自然灾害中，电钻的使用一　图２简易外固定装置实物图　方面加大救援人员的负重，另一方面电池的使用寿命有限，影　响了简易外固定器的普及应用。本外固定装置的最大优点在　［参考文献】　于：通过对螺钉自攻头的改进和辅助器械的设计，实现了手拧　［１］ＢｌｕｍａｎＥＭ，Ｆｉｃｋｅ　ＪＲ，ＣｏｖｅｙＤ　Ｃ．Ｗａｒｗｏｕｎｄｓ　ｏｆｔｈｅｆｏｏｔ　ａｎｄ　ａｎ—　自攻螺钉的操作：同时连接杆的球窝关节设计允许置钉时存　ｋｌｅ：ｃａｕｓｅｓ，ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓ，ａｎｄ　ｉｎｉｔｉａｌ　ｍａｎａｇｅｍｅｎｔ［Ｊ］．Ｆｏｏｔ　Ａｎｋｌｅ　在一些误差并实现了三维固定。　Ｃｌｉｎ，２０１０，１５（１）：１－２１．　４结语　ｆ２１　ＣｌｅｍｅｎｓＭＷ，ＰａｆｉｋｈＰ，ＨａｌｌＭＭ，ｅｔ　ｎ｛．Ｅｘｔｅｒｎａｌｆｉｘａｔｏｒｓ　ａｓ　ａｎ　ａｄ．　ｊｕｎｃｔｔｏｗｏｕｎｄｈｅａｌｉｎｇ［Ｊ］．ＦｏｏｔＡｎｋｌｅＣｌｉｎ，２００８，１３（１）：１４５—１５６．　在传统治疗方法中，由于感染、血管损伤等导致血供不　［３］Ｐａｒｒｅｔｔ　Ｂ　Ｍ，Ｍａｔｒｏｓ　Ｅ，Ｐｒｉｂａｚ　Ｊ　Ｊ，ｅｔ　ｏ１．Ｌｏｗｅｒ　ｅｘｔｒｅｍｉｔｙ　ｔｒａｕｍａ：　足，下肢战伤骨折和广泛软组织缺损的最直接治疗方法就是　ｔｒｅｎｄｓ　ｉｎ　ｔｈｅ　ｍａｎａｇｅｍｅｎｔ　ｏｆ　ｓｏｆｔ——ｔｉｓｓｕｅ　ｒｅｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ　ｏｆ　ｏｐｅｎ　ｔｉｂｉａ——　截肢术　。但是，随着战伤骨科技术的发展，截肢术和显微外　ｉｆｂｕｌａ　ｆｒａｃｔｕｒｅｓ［Ｊ］．Ｐｌａｓｔ　Ｒｅｃｏｎｓｔｒ　Ｓｕｒｇ，２００６，１　１７（４）：１　３１５－１　３２２．　科技术等手术方式逐步减少，而日渐趋向于比较简易的技术　［４］Ｓｃｈｅｌｌ　Ｈ，Ｅｐａｒｉ　Ｄ　Ｒ，Ｋａｓｓｉ　Ｊ　Ｐ，ｅｔ　ｏ１．Ｔｈｅ　ｃｏｕｉｓｅ　ｏｆ　ｂｏｎｅ　ｈｅａｌｉｎｇ　ｉｓ　（如外固定器）［３１。外固定器在战伤骨折中被认为是最佳的折　ｉｎｆｌｕｅｎｃｅｄ　ｂｙ　ｔｈｅ　ｉｎｉｔｉａｌ　ｓｈｅａｒ　ｆｉｘａｔｉｏｎ　ｓｔａｂｉｌｉｔｙ［Ｊ］．Ｊ　Ｏｒｔｈｏｐ　Ｒｅｓ．　中方案　，它可以早期临时固定，防止由于转运过程中骨折移　２００５，２３（５）：１　０２２—１　０２８．　位引起的二次损伤　。　【５］Ｋｌｏｂｕｃａｒ　Ｈ，Ｄｅｌｉｎａｒ　Ｄ，Ｋｏｒｚｉｎｅｋ　Ｍ，ｅｔ　ｏ１．ＣＭＣ　ｅｘｔｅｒｎａｌ　ｆｉｘａｔｏｒ［Ｊ］．　目前．常用的野战外固定装置种类繁多，国外主要有克罗　Ａｃｔａ　Ｃｈｉｒ　Ｏｒｔｈｏｐ　Ｔｒａｕｍａｔｏｌ　Ｃｅｃｈ，２００１，６８（１）：５５－５８．　地亚的ＣＭＣ系统［５１、美国的Ｈｏｆｆｍａｎ系列　、钳夹外固定架等，　［６　Ｌａｂｅｅｕ　Ｆ，ＰａｓｕｃｈＭ，６］ＴｏｕｓｓａｉｎｔＰ，ｅｔ　ｏ１．Ｅｘｔｅｒｎａｌｆｉｘａｔｉｏｎｉｎｗａｒｔｒａｕ—　ｍａｔｏｌｏｇｙ：ｒｅｐｏｒｔ　ｆｒｏｍ　ｔｈｅ　Ｒｗａｎｄｅｓｅ　ｗａｒ（Ｏｃｔｏｂｅｒ　１，１９９０　ｔｏ　Ａｕｇｕｓｔ　国内主要有单边外固定系统　，这些外固定系统经过几十年的　１，１９９３）【Ｊ】．Ｊ　Ｔｒａｕｍａ，１９９６，４０（３　Ｓｕｐｐ１）：￥２２３一￥２２７．　发展，已经应用于克罗地亚战争、海湾战争等战伤救治中，取　［７］龚灏，刘好源，周文光．一种用于骨折治疗的快速外固定系统的　得了良好的应用效果　。但这些外固定系统也存在着一些不　研制［Ｊ］．医疗卫生装备，２０１０，３１（６）：５３—５４．　足之处：（１）需借助电钻置人外固定架螺钉；（２）连接杆无法实　［８］Ｋｏｒｚｉｎｅｋ　Ｋ，Ｄｅｌｉｍａｒ　Ｄ，Ｔｒｉｐｋｏｖｉｃ　Ｂ．Ｅｘｔｅｒｎａｌ　ｆｉｘａｔｏｒ　ｆｏｒ　ｗａｒ　ｐｕｒｐｏｓ－　现三维六自由度的连接；（３）造价昂贵。　ｅｓ：ｔｈｅ　ＣＭＣｆｉｘａｔｏｒ［Ｊ１．ＭｉｌＭｅｄ，１９９９，１６４（５）：３５８—３６０．　本研究中的外固定架正是基于克服以上各种外固定系统　（收稿：２０１２—０８—１０修回：２０１２—０９—０５）　”——　一－＋－＋一－－＋一”—－－　－＋－＋一—　一＊——　”＋－＋一＋－—－－　（●．．上接第１１页．＿●）　５结论　出版社，２００３．　通过仿真实验分析，模糊ＰＩＤ控制改进了传统的ＰＩＤ控　【６］Ｈｅ　Ｓ　Ｚ，Ｔａｎ　Ｓ，Ｗａｎｇ　Ｐ　Ｚ．Ｆｕｚｚｙ—ｔｕｒｎｉｎｇ　ＰＩＤ　ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒｓ［Ｊ］．Ｆｕｚｚｙ　制，基于模糊ＰＩＤ履带式机器人运动控制，其运动平稳、速度　Ｓｅｔｓ＆Ｓｙｓｔ，１９９３，５６（１）：３７—４６．　响应快，论证了设计的控制器的有效性。采用模糊ＰＩＤ控制　【７］邹治军，张晓江．基于ＭＡＴＬＡＢ的ＰＩＤ控制器设计算法及其实　比传统的ＰＩＤ在系统的稳定性、超调、调节时间上具有显著　现『Ｊ１＿仪器仪表用户，２００５，３（５）：８１—８３．　优势。该控制方法对于其他实际工程应用，也具有一定的参　［８】陆磊．模糊ＰＩＤ控制在轮式机器人上的应用【Ｊ】．微型电脑应用，　考实用价值。　２０１０，２６（１２）：３１—３３．　『９］张德丰．ＭＡＴＬＡＢ／Ｓｉｍｕｌｉｎｋ建模与仿真实例精讲【Ｍ］．北京：机械　『参考文献］　工业出版社，２００９．　［１］李磊，叶涛，谭民，等．移动机器人技术研究现状与未来［Ｊ】．机器　［１Ｏ］李琳，曾盂雄．模糊ＰＩＤ在运动控制中的应用［Ｊ］．机械与电子，　人，２００２，２４（５）：４７５—４８０．　２００６，２５（２）：６５—６７．　（２］陶永华．新型ＰＩＤ控制及应用　］．北京：机械工业出版社，２００２．　［１１］李东亮，毋玉芝．模糊自适应控制器在足球机器人中的应用［Ｊ】．　［３］刘祚时，郝先验，吴翠琴．基于模糊ＰＩＤ的足球机器人运动控制　微计算机信息，２００８，２４（２３）：２８２—２８３．　研究　工程设计学报，２００６，１３（４）：２２４—２２７．　［１２】韦魏．智能控制技术［Ｍ】．北京：机械工业出版社，２００１．　［４］徐德，邹伟．室内移动式服务机器人的感知、定位与控制［Ｍ］．北　【１３】田琦，李琪，姚鹏，等．基于模糊ＰＩＤ的全方位移动机器人的运　京：科学出版社，２００８．　动控制叨．电子科技，２０１１，９（１５）：１３１—１３３．　［５］李国勇，谢克明．控制系统数字仿真与ＣＡＤ［Ｍ］．北京：电子工业　（收稿：２０１２—１０—２９修回：２０１２—１２—２８）　・医疗卫生装备・２０１３年４月第３４卷第４期　Ｃｈｉｎｅｓｅ　Ｍｅｄｉｃａ１　Ｅｑｕｉｐｍｅｎｔ　Ｊｏｕｒｎａｌ・Ｖｏ１．３４・Ｎｏ．４・Ａｐｒｉｌ・２０１３