外固定的发展及在骨科中的应用
骨外固定器可以固定骨折，也可以矫正某些骨畸形，是骨科的一种重要器具。
骨外固定的概念起始于1840年的法国医生Malgaigne，他用1枚钉子经皮穿入胫骨骨折的一端，皮外钉尾固定于金属带上，金属带再连接于可调整周径的皮带上调整骨折移位。真正推动骨外固定器临床实用化的是美国的Parkhin 和比利时的被称为骨折治疗外科之父的Lambotte，他们分别独立设计了各自的骨外固定器，并积极宣传和推广，认为具有容易掌握，固定牢稳，便于伤口换药，组织内不留异物，治疗期间伤肢可以活动以及无需再手术等优点。但也逐渐发现存在许多明显的缺憾，如针道感染，固定的稳定性仍差，调整困难，使骨外固定一度受到责难而难以推广应用，使骨外固定器治疗骨折成为一种公认的标准方法当属前苏联著名学者Ilizarov，他发明的多孔性全环式外固定器，使用直径较细钢针(1.5mm)张应力下固定，使得骨外固定稳定性和针道感染两个最主要问题得到了较满意的的解决。目前国内使用的外固定器种类很多，用的较多的骨外固定器有李氏半环槽式和仿De Bastiani 的单边式外固定器和潍坊三维可调式外固定器。
设计要求：
任何骨外固定器都包括固定针（pins）,固定针握持夹(clamps)和体外连接杆(connectors)三种基本部件。目前的骨外固定器，都存在某些不足，设计新型外固定器时应考虑以下因素。
1 ．最关键的和最基本的要求是固定的稳定性，要在能保证早期功能锻炼的条件下达到牢稳固定。固定的稳定性主要是由固定针和连接杆所构成的空间几何形状所决定的，因此，结构设计时最好兼顾到可供多向性穿针的需要，与此同时能根据骨愈合进程对其稳定
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性进行适时调整。
2 ．机械结构易于拆卸和组装。最好能兼顾到整复与固定两种功能，可调性大，能在术后对骨断端的位置做适当调整。
3．易于多方向穿针，单边和双边外固定器虽然比较容易装卸，多需平行穿针，因其方向限制较多，且力学结构上对骨折端固定的牢稳性较差，常需增加钢针直径来提高固定刚度，这增加了针道感染的机会，众所周知，多平面穿针对骨折的固定更牢稳，理想的外固定器就需要具有多方向的穿针设计。
4．钢针的良好生物相容性与高刚度，同时能进行张力调整以适应骨折愈合不同阶段对固定刚度的不同要求。
5．固定后要留有足够的空间，便于术后换药或术后二次清创、二期修复处理。
6．材料选择，要求材料坚固，重量轻，能透过X线。
7．适应不同部位的治疗需要，其构件要尽可能具有通用性、可根据治疗部位和要求组装多种构型。
分类
通常按功能、构型与力学结构分类。
1 ．功能分类法，分四类：
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（1）单纯固定的外固定器，如单平面单侧Hoffmann 外固定器，固定前先要整复骨折，骨折整复对位后再安装外固定器。
（2）兼备整复和固定的外固定器，如李起鸿的半环槽式外固定器，固定后能进行复位和必要的再调整，以纠正偏差，但是，这这种外固定器的缺点是灵巧性较差。
（3）骨延长外固定器，这种外固定器具有较灵活的外固定杆，可以在轴线上延长或者缩短骨质。
（4）预防、矫正畸形的外固定器，体外连接杆可以超/不超关节固定，而且在关节处可以活动，用于关节处瘢痕挛缩的松解，或有效的防治需长时间外固定肢体的关节僵硬或挛缩畸形。
2．构型分类法，分六类：
（1）单边式（亦称半针或钳夹式）：这是最简单的构型，如标准和Hoffmann、Judet与Wagner外固定器类型，其特点是螺钉仅穿出对侧骨皮质，在肢体一侧用连接杆将裸露于皮外的钉端连接固定。
（2）双边式（亦称全针或框架式）：如Charnley、Anderson外固定器，钉贯穿骨与对侧软组织及皮肤，在肢体两侧各用1 根连接固定。
（3）三角式（亦称三边式）：AO 三角式管道系统为其代表，可供2或3个方向穿针，多采用全针与半针相结合的形式实现多向性固定。
（4）四边式（亦称四边型框架式）：外固定器复杂的组合，其特点是肢体两侧各有两
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根伸缩滑动的连接杆，每侧的两杆直接按也有连接结构，必要时再用横杆连接两侧的连接杆，如vidal -Adrey 外固定器为其代表。这种外固定器的稳定性最坚牢，但体积庞大，调整的灵活性也最差。
（5）半环式：以Fisher外固定器、国内李起鸿的半环槽式外固定器为其代表，现代的半环式外固定器特点是可供多向性穿针；半环上安放钢针固定夹，但Fisher外固定器的钢针夹主要是安装在螺杆上。这类外固定器有牢稳可靠的稳定性，特别适用于严重开放性骨折和各种骨不连及肢体延长。
（6）全环式：这种类型外固定器呈全环套放于肢体，可实施多向性穿针固定，但不及半环式简便。美国用可透过X 线的高强度尼龙代替金属环，固定的稳定性和使用的钉与连接杆数目有关。
3．力学结构分类法
骨外固定器的几何构型是其力学性能的主要因素，基本反映了固定的牢固程度，即固定刚度。但就其力学结构的稳定性而言，目前使用的各种外固定器，可简要地分为以下三类：
（1）单平面半针固定型：这类外固定器是依靠半针的钳夹式把持力保持骨断端的固定，骨断端的受力为不对称性（偏心受力），抗旋转与前后向弯屈力最差，钢针可发生变形或断裂。用于不稳定型骨折时，骨折端易发生再错位。但这种单平面单侧外固定器有结构简单，使用方便，固定小腿骨折不穿越肌肉等优点。为加强固定的稳定性，骨折上下骨段至少需要各穿放5-6mm 螺纹钉2或3根，以增加对骨的把持力。
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（2）单平面全针固定型：这类外固定器是钢针穿过骨与对侧软组织，肢体两侧有连接杆激昂两针固定，骨断端的受力呈对称性，和单平面单侧固定比较，固定的稳定性有所加强，但抗前后弯屈力与扭力的能力仍差，而且钢针穿过肌肉影响邻近关节的活动，灵活性也不及单平面单侧固定。
（3）三维组合外固定型
（4）联动超关节外固定型
（5）多平面固定型：可提供多向穿针固定，具有良好的骨外固定性，多针固定时，每对针相互交叉成固定的角度，即构成多平面固定型，缺点是外观复杂，面积庞大，较笨重，使用时患者易产生恐惧感。
优点：
1．能为骨折提供良好的固定而无需手术:经皮穿针外固定创伤小，失血极少，可迅速而容易将骨折固定，这在有紧急的颅脑、胸、腹部脏器损伤时尤为重要。
2．便于处理伤口创面而不干扰骨折复位固定。
3．可提供牢靠固定，取决于固定器的几何构型、材料类型以及钢针和体外连接杆的数目。
4．可根据需要对骨折断端间施加积压力、牵伸力和中和力，尚可固定后进行必要的复位调整。
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5．允许早期活动骨折上下关节，无痛性早期活动有助于改善血循环，减轻肌肉肿胀及改善局部微循环，有促进骨折愈合和伤肢功能恢复的作用。
6．适用于治疗感染性骨折与感染性骨折不连接，局部软组织菲薄或瘢痕广泛的骨折不连接。
7．便于抬高肢体以利血液循环。
8．易于卸除，无需再次手术摘除固定物。
骨外固定作为一种治疗方法，也有缺点：
1．和石膏与小夹板相比，甩外固定器治疗需要经皮穿放钢针或钉，而穿针或钉不仅要求技术，也要求对皮肤与针道护理；针孔处将遗留难看的瘫痕。
2．占有一定的空间和可能笨重，不便穿脱衣裤，病人可能因美学原因不接受骨外固定这种治疗。某些病人，甚至对骨外固定有恐惧感。
3．针道需经越肌肉时，这将影响肌肉收缩，使钢针平面下的关节活动受到一定程度限制。
4．不像金属内固定能长期放在骨上，钢针松动与一针道感染有一定的发生率，针道一旦发生感染，则难以及时采用切开复位和内固定。
适应证：
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1．公认的适应证：
（1）伴有严重软组织的四肢开放性骨折，特别是有广泛软组织开放伤的小腿骨折。AO 学派规定Ⅲ度开放性骨折和伤后超过6-8h 的Ⅱ度开放性骨折，均是骨外固定的适应证。
（2）骨折伴有严重烧伤，采用外固定器治疗，既可为骨折提供牢稳固定，也便于创面处理，防止肢体后侧植皮区受压迫。
（3）有广泛软组织挫压伤，肢体高度肿胀的闭合性骨折。
（4）治疗骨折同时需用交腿皮瓣、游离带血管蒂皮瓣等修复性手术。
（5）骨折需用牵伸固定保持肢体长度者。
（6）多发性创伤或多发骨折，骨外固定能为受伤的肢体提供迅速保护，便于复苏和处理威胁生命的脏器伤。
（7）需多次搬动（输送）和分期处理的战伤骨折，便于严密观察伤口。
（8）感染性骨折与骨不连，病灶区外穿针固定，有助于控制感染和促进骨愈合冶
（9）肘、膝、踝关节加压融合术。
2．可用的适应证：
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（1）某些骨盆骨折与脱位，骨外固定可给予较好的复位与固定，能控制出血，减轻疼痛与便于翻身。由于穿、针较简便，抢救不稳定骨盆环骨折时多用作快速复位固定止血，对稳定血流动力学有积极作用。
（2）骨与关节畸形的截骨矫形。
（3）肿瘤根治切除后的骨节段转位术（简称SBTL）。
（4）断肢再植术。
（5）骨关节端粉碎性骨折（韧带整复固定术），例如胫骨上、下端粉碎骨折与挠骨下端粉碎骨折，骨外固定结合少量内固定的疗效多优于单纯内固定治疗
（6）髌骨与尺骨鹰嘴骨折。
（7）多发性闭合骨折。
（8）合并脑外伤的骨折。
（9）作为非坚强内固定术的补充。
（10）股骨粗隆间骨折。
3．扩张应用适应症：
（1）带蒂交叉皮瓣移位固定。
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（2）肢体延长。
（3）畸形矫形，如足下垂。
（4）骨缺损、骨运输、骨迁徙。
并发症：
骨外固定的应用也可能带来某些并发症，主要是针道感染、骨折迟缓愈合和可能损伤神经或血管等问题。但如严格执行穿针技术，注意术后护理，掌握骨外固定条件下的骨愈合的生物学与生物力学，以及适时配合其他治疗该可使并发症降至最低限度。本节重点介绍针道感染和骨愈合迟缓或骨不连等常见并发症的防治。
1． 与钢针有关的并发症最多，其中包括针的松动、针道感染、钢针折断与穿针部位骨折。
（1）针道感染：针道感染的主要原因是钢针松动，针-骨界面和针-皮肤界面不稳，针道周围组织受肢体活动所产生的周期性应力刺激而产生炎性反应，以及术后针道反应处理不当等均可造成感染。单平面骨外固定和骨断端间存在间隙，针-骨界面所受的周期性动态应力大于多平面骨外固定和骨断端间加压外固定，前者钢针松动和针道感染发生率明显高于后者。
观察业已证明，钢针-皮面无张力和针道能保持稳定不变者，针道感染几乎可以完全避免。充分切开钢针进出口有张力的皮肤，采用低速钻和避免针在组织内移动、保持针孔处皮肤清洁干燥，对预防感染意义。针道出现感染的征象，是针孔分泌物针孔皮肤发红，局
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部疼痛或肿胀。此时应练习关节活动，拾高患肢休息，全身或局部应用抗生素，及时清除分泌物和保持针孔局部清洁与干燥。如针孔部皮肤有张力，则应切开减张，感染严重者须切开引流。钢针感染而需继续固定时，宜拔除钢针，另选一适和部位穿针固定，但后者应距原针道位置至少3cm。单平面半针或全针外固定，针-骨界面发生松动后针易在组织内滑动，同时也影响固定的牢固性，易并发感染。骨断端间加压固定侧钢针向内成20度穿放（Evans）可加强单平面半针固定的稳定性，螺纹钉可增强针在骨把持力，有助于减少固定针的松动。
（2）断针：断针是金属疲劳所致，最易金属疲劳的地方是针与连接杆的接合部。骨折端存有间隙时，钢针承受100%的外加载荷，其应力再由钢针传递到连接杆，针与连接杆结合部因应力集中而易发生金属疲劳乃至骨折断端有良好接触时针的应力将减少97% ，用外固定器固定时，须对骨断端进行轴向加压，使骨断端紧密接触，由骨断端吸收压应力，这不仅可避免或减少断针，也有利于促进愈合，一次旋紧固定钢针的螺钉或固定夹面上加人非金属垫圈，以及钢针一次性使用，可减少断针。
（3）针松动：
（4）皮肤压迫坏死，肢体肿胀时注意皮肤与体外连接杆的距离，太近了就会压迫皮肤。
2．骨折迟缓愈合与骨不连
原因：
（1）与外固定器本身有关，
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（2）与损伤程度有关
（3）外固定器使用技术差。
防止方法：
（1）准确复位，
（2）如果骨折断端之间有间隙，可采取早期自体松质骨移植术，
（3）随骨折愈合进程的发胀，可逐渐降低骨外固定刚度，
（4）理疗。
3．神经与血管损伤
这类并发症少见，术者要有良好的局部解部知识，这类并发症是完全可以避免的。钉或针直接对着神经或血管时虽常是将其推到侧方，但直接贯穿神经或血管也是有可能的，如钉或针紧贴神经或血管，尚可因慢性蚀损而造成神经或血管损害。因此，预防方法是注意避开血管神经，另外在针道可能经过神经血管处，穿针方向要准确缓慢，避免使用高速电钻。
其他的并发症如关节功能障碍、骨筋膜综合征或穿针部骨折等。但这些并发症可通过严格执行操作规程与细心护理来避免。
术后护理与功能康复
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1．定期更换敷料：保持皮肤针孔部清洁干燥，注意保持外固定器清洁。根据病情需要，可在术后使用抗生素数日。
2．适当抬高患肢：以减少肿胀。必要时，可通过外固定器将伤肢悬吊。
3．用适合的支架或托板：防止踝或腕关节下垂，托板可连接于外侧固定器上。
4．尽早开始穿针部位上下的关节活动：如全身情况允许和固定有足够的稳定性，则应鼓励病人早日扶拐下地练习伤肢部分负重行走。功能锻炼的强度不应引起疼痛，关节活动幅度要大，但频率要小。全针固定时快速伸屈关节易拉伤肌肉，浆液沿针道溢出易招致感染。
5．钢针-皮肤界面应无张力，否则应予切开减张。
6．如采用加压外固定，固定后1-2 周须再适当加压1次，以使断端紧密接触。
7．骨断端初步愈合后可通过减少钢针与连接杆的数目降低固定刚度，以促进骨愈合和骨改建。
8．外固定器留置时间取决于治疗需要，骨折病人因年龄、部位和损伤严重程度不同，留置时间是不同的。一般在成人10-14周，儿童平均6-8周。但在拆除外固定器前，必须摄X 线片，骨折已临床愈合和X 线片显示有明确的骨痴连接，如仍不能确定，可先拆除部分外固定器，降低固定刚度观察1-2 周后经X无异常改变后方可拆除外固定器。其后须用小夹板或石膏夹板保护2-4周，以待骨折牢固愈合。
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