一种新型骨折外固定装置的研制

一种新型骨折外固定装置的研制

罗健

哈尔滨思哲睿智能医疗设备有限公司 150000

摘要：目的：研制开放性骨折快速外固定系统。方法：对传统的外部固定框架螺钉的改进以及连接杆设计的改进，促进了手拧紧螺钉和自攻螺钉的外部固定框架设备的发展。结果：外固定架易于安装和操作，可用于紧急情况下的临时固定，例如战争伤亡和地震。结论：这种新型的外部固定装置设计概念可满足在紧急情况下临时开放性下肢受伤的固定要求，提高下肢保肢率，以免再次损伤。

关键词：外固定架；骨折；战伤

引言

外固定架的使用已有100多年的历史，并且正在越来越广泛地用于下肢开放性骨折的临床和野战手术中。但是，目前在该领域中使用的外部固定框架笨重、不能由一个人完成，并且难以满足诸如战争和地震等紧急情况的要求。因此，迫切需要开发一种紧凑，轻便，价廉的外固定器，基础医务人员可以通过简单的培训学习掌握如何使用外固定器，使其在紧急情况下发挥有效的作用。关于外固定架的缺点，我们试图通过将内固定板布置成用于骨折固定的外固定装置使框架紧凑并且便于术后移动，但内固定板相对较薄，会在固定后发生不稳定的问题。实验研究表明，将内部固定板和骨表面之间的距离增加到5mm会大大提升固定板的稳定性。

考虑到上述问题，设计一种可以克服外固定器的体积大，笨重等结构缺陷，又满足骨折愈合力学要求的外固定装置，已成为研究的热点之一。因此，我们设计了一种新型的骨折外固定装置，并通过有限元方法对其进行了模拟分析，验证了装置设计的合理性。之后，我们对山羊进行了活体动物实验，表明我们可以达到修复胫骨骨折的临床骨折愈合标准，并验证了该装置的可行性。该报告如下：

1装置设计

新型的无创外固定装置类似于人体内裤外加开裆的形状。这主要是前后联接装置，它由一个臀部装置和一个腹部装置组成，臀部装置由硬质塑料制成，两侧通过加厚弹性绷带连接，前端中央有肛周可粘贴间隙，在两侧缺口的会阴部有加厚弹性绷带，并将连接带的另一端连接到腹部装置，在连接带的两侧均配有侧固定带；髂骨部分的中央部分分别设有手柄带，臀部底板侧面有两条平行的弹性紧固带。腹部装置包括位于腹侧的软塑料固定板和厚棉垫，其中，设备中包含的所有材料均为非金属材料。

1.1设计理念

该设备主要用于在战伤和地震等紧急情况下临时固定下肢，防止运输途中各段移位造成继发性伤害，便于伤口观察和护理。可以自己完成外部固定框架的操作，而无需电钻，也可以与其他固定材料结合使用。

1.2结构构造

新的外部固定框架主要由新的自攻螺钉（4个），钳夹工具（2个）和三维六自由度可调连杆组成。支持工具是通用的螺钉套筒和连续手动拧紧的单向螺钉刀，连杆采用钛合金作为螺钉的制作材料，并由轻质的铝合金制成。

1.3特殊设计

1.3.1螺钉设计

螺钉设计打破了传统的自攻螺钉头模式。通过增加细化初级自攻螺钉头和双面弧形开槽模式，可以形成两种自攻效果，无需使用电钻用手敲击自攻螺钉即可。

1.3.2套筒设计

套筒的设计形状是圆锥形的，可以有效地分离软组织，建立置钉的工作通道，并方便置钉的操作。

1.3.3连杆设计

当前，市售的连接杆为二维固定，并且根据钉的位置可能实现三维六自由度的连接。新型外固定装置的连接杆采用球窝设计，通过调节旋钮的方向可以进行三维固定。

2工作原理

该装置主要用于固定上下肢（如胫骨和肱骨）的骨折固定。以胫骨骨折为例，它由不锈钢制成的矩形框架和螺钉组成。矩形框架的长度和宽度与内部固定钢板相同，但厚度明显增加，从而增加了框架的强度。同时，暴露部分的高度明显低于外部固定框架的高度，并且由于其更靠近皮肤，因此框架的体积减小并且整体稳定性得到改善。框架的具体结构。里面有6个全螺纹钉孔，螺钉和螺纹主要集中在边缘上，螺钉的末端拧入框架中，以用于固定。它具有非常稳定的结构，框架主体上最外面的钉孔向外倾斜一定角度。当螺钉拧入骨中时，改善了框架主体的整体稳定性并改善了抗拔出性。框架内部的四个钉孔的底部在突起处增加，并且应集中从钉孔传递到突起的外根，从而提高了整体强度。同时，皮肤与框架的分离防止了长时间的皮肤压迫和坏死，这对于观察伤口的状况和在手术后治疗伤口是非常有益的。

3使用方法

3.1受伤肢体的清创

在战场和地震灾害中，可以使用快速清创套件轻松清创受伤的肢体，从而为临时固定骨折并将其运送到后院创造条件。

3.2插入螺钉

对于胫骨或股骨的开放性骨折，根据骨折的位置，使用套管的辅助在远端和近端螺钉。

3.3钳夹固定和连接杆的连接

钉子到位后，夹住钉子尾部，套入连接杆，使用可调节的窝状连接杆将骨折端固定在理想位置。

4优点

目前，常用的外部固定架螺钉的置入由电钻开路后拧入自攻螺钉中，在野战和地震等自然灾害中，使用电钻会增加救援人员的负重。由于使用寿命有限，它正在影响简单外固定器的广泛使用和应用，这种外部固定装置的最大优点是，改进螺钉自攻头和辅助装置的设计，实现了手拧自攻螺钉的操作，而连接杆的窝状连接使钉子能够钉牢，新型无创外固定架具有使用简便，实用性强，设计新颖等特点。（1）优异的固定效果。在臀部两侧有一个由硬塑料板和棉垫组成的整个支撑板，在腹侧有一个由软塑料板和棉垫组成的固定板，会阴和臀部的两侧都有弹性绷带。通过固定延伸到臀部底板背面的上下两个平行的弹性固定带，可以实现全方位，合理，舒适的固定。（2）非金属设计，可透过射线，不会影响检查。（3）配有便于携带的把手带。（4）新型无创外固定器的前部和后部由厚的棉垫和弹性绷带组成，它们可以起到缓冲作用。对会阴部经过特殊处理（类似于开口），并且不会对局部皮肤，肌肉，软组织或会阴部造成压伤。（5）通过全向骨盆骨折外固定，硬度高，间接压迫软组织，产生止血作用。（6）全向外固定后，可有效减少骨折端引起的疼痛，并减少继发性骨折损伤的可能性（骨折端，神经，血管，尿道，膀胱，肠等的移位）。（7）新型无创外固定器的会阴部设计为开裆设计，臀部周围有粘性间隙（不影响患者的排便或擦洗）。无论固定时间长短，无需解除该装置。

结束语

在传统治疗中，对于由于感染，血管损伤，下肢战争骨折以及广泛的软组织缺损而导致的血液供应短缺，切割是最直接的治疗方法。但是，随着战伤矫形技术的发展，截肢和显微外科手术等方法逐渐减少，而（例如外固定器）变得越来越简单。外固定器被认为是战伤和骨折的最佳折中方案，它可用于早期临时固定，以防止运输过程中因骨折移位而引起的继发性损伤。但是，这些外部固定系统也具有一些缺点。（1）必须使用电钻插入外部固定框架的螺钉。（2）连杆无法实现3维6自由度连接。（3）成本高。本研究中的外固定架旨在克服上述各种外固定系统的缺点。改进的自攻螺钉和连接杆（包括材料科学方面的改进）简化了操作程序，基本上实现了单人操作，并降低了成本，实现了三维固定。在这项研究中，我们设计了螺钉和连接杆的三维图像，并预先设计了物理外部固定装置。是进行物理外固定架的有限元分析，并研究生物力学。

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