Ilizarov牵拉架外固定治疗胫骨骨缺损的钢环参数选择

doi:10.3969/j.issn.2095-4344.2014.04.015

摘要/Abstract

摘要：

背景：既往尚无有效的方法彻底治疗胫骨骨缺损合并软组织缺损。Ilizarov技术的应用能在一定程度上解决短缩畸形、软组织损伤及关节挛缩等相关问题。

目的：探讨Ilizarov牵拉架外固定治疗胫骨骨缺损的效果及钢环的参数选择情况。

方法：回顾性分析2007年3月至2012年1月收治且获得完整随访的胫骨骨缺损67例患者的临床资料，所有患者均为既往有胫骨骨折并一期行手术治疗，治疗后有胫骨骨髓炎合并骨与软组织损伤，在患肢上安放Ilizarov环形架外固定。比较外固定后1，3，6个月及末次随访时胫骨缺损长度和软组织缺损面积，观察外固定前后踝关节Kofoed评分和膝关节ROM评分有无差异，末次随访时根据Johner-Wruhs胫骨干骨折诊疗评价标准评定功能恢复情况。

结果与结论：67例均得到随访，时间6-35个月。67例骨缺损得以重建，骨折愈合，但其中5例效果较差；44例软组织缺损病例中，40例创面闭合，4例创面未愈合。外固定后1，3，6个月及末次随访胫骨缺损长度和软组织缺损面积均较外固定前改善(P < 0.05)；外固定后踝关节Kofoed评分及膝关节ROM均较外固定前改善(P < 0.05)；末次随访时各种治疗方案疗效评价优良率为85%。对于合并皮肤缺损的胫骨骨髓炎性骨缺损，应用Ilizarov技术治疗胫骨骨缺损创伤小，能够避免多次复杂手术，缩短治疗时间和节省治疗费用，但也有一定的缺点和局限性。选用Ilizarov环形外固定架钢环的大小和材质对外固定效果和固定后调整均有一定影响。

中国组织工程研究杂志出版内容重点：人工关节；骨植入物；脊柱；骨折；内固定；数字化骨科；组织工程

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Abstract:

BACKGROUND: There was no effective method to thoroughly treat tibial bone defect and soft tissue defect. The application of Ilizarov technique solved shortening deformity, soft tissue injury and joint contracture to some degrees.

OBJECTIVE: To discuss the effects of Ilizarov external fixation on treatment of tibial bone defect and the parameter selection of Ilizarov steel ring.

METHODS: We retrospectively analyzed the clinical data of 67 patients with tibial bone defects, who were treated and followed up from March 2007 to January 2012. All patients had fracture of tibia and received one- stage operation. After treatment, postoperative limb suffered from tibia osteomyelitis and soft tissue injury. Ilizarov external fixation was placed in the limb. The length of defected tibia and area of defected soft tissues were compared at 1, 3 and 6 months after external fixation and final follow-up. The ankle joint Kofoed score and knee joint ROM score were observed before and after external fixation. In final follow-up, functional recovery was evaluated in accordance with diagnosis and treatment criteria of Johner-Wruhs fracture of shaft of tibia.

RESULTS AND CONCLUSION: A total of 67 patients were followed up for 6 to 35 months. Bone defects in 67 cases were rebuilt and the fracture was healed, but five cases had poor healing. Among 44 cases of soft tissue injury, wound had healed in 40 cases, and wound had not healed in 4 cases. The length of tibia defect and the area of soft tissue defects were improved at 1, 3, and 6 months after the operation (P < 0.05). After operation, the ankle joint Kofoed score and knee joint ROM were significantly better than those before operation (P < 0.05). During final follow-up, the excellent and good rate of each therapeutic plan was 85%. For the tibial osteomyelitis bone defect with the merged skin defect, the trauma was small using Ilizarov technique, which can avoid several complicated operations, shorten the time and reduce the expenses of treatment, but there were some weaknesses and limitations. The size and material of Ilizarov external fixation affect the efficiency of the fixation and postfixation adjustment.

中国组织工程研究杂志出版内容重点：人工关节；骨植入物；脊柱；骨折；内固定；数字化骨科；组织工程

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Key words:

植入物, 骨植入物, 胫骨骨缺损, 软组织损伤, 外固定, Ilizarov技术, 钢环, 参数

中图分类号:

R318

余凯，杨晶，杨广忠，艾合买提江，陈柯屹，赵弟庆，袁春晓. Ilizarov牵拉架外固定治疗胫骨骨缺损的钢环参数选择[J]. 中国组织工程研究, 2014, 18(4): 577-582.

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图/表（结果） 3

2.1 参与者数量分析 纳入胫骨骨髓炎合并骨与软组织缺损患者67例，全部进入结果分析，无脱落。

2.2 随访结果 67例均得到随访，时间6-35个月。外固定时间平均16个月(6-22个月)，外固定指数平均为1.7 cm/月(0.7-4.3 cm/月)，影像学愈合指数平均为1.4 cm/月(0.7-2.1 cm/月)。影像学愈合指数和外固定指数之间的差异反映了新生骨承重所需要的时间。骨运输百分比为25%(6%-50%)。

67例患者骨缺损均得以重建，患肢肢体长度与健侧之差<2 cm，骨折愈合，创面均闭合。其中50例骨缺损Ⅰ期治愈；9例在骨对接端仍有分泌物存在，清创后炎症治愈后骨愈合；8例搬运骨残端再次修整加压后愈合。40例软组织缺损患者中34例皮肤缺损Ⅰ期愈合，4例通过游离皮片植皮成活，2例通过局部旋转皮瓣修复覆盖创面，4例未能愈合。治疗前足下垂11例经治疗末次随访功能改善8例，治疗前膝关节强直5例功能恢复均欠佳，治疗前14例合并其他部位损伤的患者损伤都得以控制及改善。平均手术次数1.8次，平均去除外固定架时间1.2-2.6年，骨感染治愈，骨与皮肤缺损修复。

2.3 治疗结果 治疗后1，3，6个月及末次随访胫骨缺损长度和软组织缺损面积均较治疗前显著改善，差异有显著性意义(P < 0.05)(表1)。治疗后患者踝关节Kofoed评分及膝关节活动度均较治疗前有所降低，差异有显著性意义 (P < 0.05)(表2)。

末次随访时根据Johner-Wruhs胫骨干骨折诊疗评价标准评定功能恢复情况：优45例，良12例，中5例，差5例，优良率为85%(表3)。

2.4 典型病例 男性患者，43岁，入院诊断为胫腓骨开放性骨折术后骨缺损合并软组织缺损，采用Ilizarov外固定架治疗，随访13个月，修复效果优，不良事件为患肢软组织瘢痕(图1)。
2.5 不良事件 随访期间患者均未发生移植物-宿主反应，4例通过游离皮片植皮成活，2例通过局部旋转皮瓣修复覆盖创面，4例未能愈合；治疗前足下垂11例经治疗末次随访功能改善8例；治疗前膝关节强直5例功能恢复均欠佳；治疗前14例合并其他部位损伤的患者损伤都得以控制及改善。

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引言

材料方法

设计：回顾性病例分析。

时间及地点：于2007年3月至2012年1月在新疆医科大学第一附属医院显微修复外科完成。

对象：胫骨骨髓炎合并骨与软组织缺损67例患者，男41例，女26例；年龄15-58岁，平均(35.3±2.4)岁。67例均为胫骨骨髓炎后胫骨缺损，其中44例合并有软组织缺损，从受伤至接受Ilizarov技术治疗前平均接受手术次数≥1次。骨缺损部位：胫骨上段10例，中段16例，下段41例；胫骨骨缺损3-13 cm，平均(6.2±3.4) cm；44例患者有软组织缺损中小腿胫骨前内侧软组织缺损面积1 cm×1 cm至 6 cm×10 cm，平均(12±1.8) cm²。合并足下垂11例，合并膝关节强直5例，14例合并其他部位损伤。

诊断标准：骨缺损是指损伤和骨折后至少9个月，并且没有进一步愈合倾向，已有3个月骨折仍没有愈合，断端仍有异常活动，X射线片显示骨折断端互相分离，骨痂稀少，两断端萎缩光滑，骨髓腔封闭，骨端硬化者且肢体骨质缺损。临床上常由于骨折端夹有较多的软组织，或开放性骨折清创中过多地去除碎骨片，造成骨缺损，多次的手术整复破坏了骨折部位的血液循环，对造成骨折迟缓愈合的因素没有及时去除，发展下去也可造成骨缺损。

纳入标准：①依据病史明确诊断为新鲜胫腓骨骨折患者。②依据病史、专科检查、辅助检查等了解和判断患者具体情况后有做保肢手术适应证的患者。③对治疗及试验均知情同意，且得到医院伦理委员会批准者。

排除标准：①闭合性胫腓骨骨折、无保肢适应证的Gustilo Ⅲ型患者。②胫骨平台骨折、胫腓骨陈旧性骨折、膝关节脱位的患者；内外踝骨折、肾功能不全、糖尿病、无手术指征的其他系统严重疾病患者。③Pilon骨折、踝关节脱位、病理性骨折、孕产妇女及严重心理疾病病的患者。④无保肢条件者小腿毁损伤、烧伤或火器伤者等复合伤患者。⑤病历等资料或随访资料不全，未定期复查等影响结果判断者。

材料：采用北京易安立方医学技术开发有限公司的Ilizarov环形外固定架系统。包括全环、C型环、半环、组合半环，规格直径分为90，110，130，150，170，200 cm；还有半针连接环、Ω环、外六角螺母、内四方螺母、U型环、悬吊连接板、轴移连接板、弧型连接板、内螺纹连接柱、外螺纹连接柱、单向铰链、长铰链、万向铰链、偏心槽垫片半针固定座、延长杆、中心孔螺丝、偏心空螺丝、外六角螺钉、垫片等。外固定架、锁螺钉材质均为钛合金，刚性好，耐力持久，生物相容性良好。

方法：

外固定前准备：外固定前系统抗炎治疗，有窦道或创面的行细菌培养加药敏试验，选择敏感抗生素联合应用．全面检查并仔细记录患者全身体征，认真观察软组织缺损情况和外露胫骨的血运，特别要留意胫骨截骨部位的皮肤情况。准确测量患肢最大周径、内踝至胫骨结节长度，根据X射线片测量欲清除病灶范围和截骨的大致长度，组装Ilizarov牵拉架，所选钢环的大小应以环内缘距肢体皮肤表面2.0-3.0 cm为宜。根据钢环位置选择患肢小腿上、下端的进、出针点，并标记。拍摄健、患肢全长正、侧位X射线片及正位长度测量片，以辅助判断术前、术后胫骨骨缺损、肢体短缩的长度。

外固定方法：术中沿胫骨原手术瘢痕切开，彻底清除感染组织以及摘除坏死骨组织(有内固定的取出内固定物)，使两断端骨面达到正常骨质，用双氧水、生理盐水反复冲洗，对患者在远离胫骨开放伤口的部位截除比缺损胫骨略长的腓骨。截骨部位最远处不应低于踝关节水平以上 6 cm。术毕缝合截骨伤口，在患侧肢体上安放Ilizarov外固定架。将外固定架套入小腿相应位置，在小腿上段胫骨干骺部使用2个相互平行钢环，在钢环上或下向胫骨各交叉穿入2枚直径2 mm克氏针，同一钢环的克氏针交角为30°-50°，使用拉紧器拉紧克氏针使之保持一定张力，并将其用螺柱固定于钢环上；采用相同操作将外固定架下端的2个钢环固定在距内踝>2 cm处的胫骨下端干骺部。短缩肢体和创面处理：对25例胫骨骨缺损≤6 cm者行病灶清创、急性骨短缩截骨延长术，即先将肢体缩短固定，然后在骨缺损部位的近端或远端行截骨延长治疗，恢复肢体长度。对27例胫骨骨缺损6- 9 cm者行清创、骨节段截骨传送延长术。对15例胫骨骨缺损≥9 cm者行骨髓炎病灶清除腓骨骨搬移结合Ilizarov治疗。

外固定后处理：保持针道及其周围皮肤清洁，局部用乙醇纱条进行消毒，密切观察接受骨短缩、延长术者的患肢末端血运、感觉及活动情况。截骨术后10-14 d开始以每日1 mm，4次/d，每次1/4圈(1/4 mm)的速度延长，达到预计的长度后停止。在牵开期间每2-4周给患肢摄一次正、侧位X射线片。长度可以通过直接测量肢体和(或)在X射线片上测量来确定。在牵拉过程中要辅以理疗，主、被动屈伸膝、踝及趾间关节，以避免关节挛缩并减轻疼痛。鼓励佩戴支具预防马蹄内翻足和屈趾畸形。骨延长超过 4 cm后，让患者每周休息一两天。骨运输或骨延长过程中若患者主诉疼痛明显，可停止牵拉1周。两断端接触后，如果两断端接触面积很小，就应积极行植骨治疗。如果两断端接触面积很大，可以观察3个月，之后若骨折端无明显骨痂生长就应该行植骨治疗。如果两断端间有皮肤嵌压，应及时行软组织松解。当X射线片示新生骨痂骨坚实化良好、骨折愈合后，使患肢完全负重，取出外固定架。

主要观察指标：疗效主要通过Fischgrund等^[11]提出的牵张间隙影像学愈合标准来衡量，包括影像学愈合指数(X射线片上每月骨再生的长度)，运输百分比(骨再生长度占总体胫骨的长度百分比)和外固定指数(牵拉期骨再生 1 cm需要的外固定时间)。比较外固定后1，3，6个月及末次随访时胫骨缺损长度和软组织缺损面积，外固定前后踝关节Kofoed评分和膝关节活动度有无差异，末次随访时根据Johner-Wruhs胫骨干骨折诊疗评价标准评定功能恢复情况。

踝关节评分采用Kofoed评分法。

胫骨干骨折诊疗评价采用Johner-Wruhs标准。

统计学分析：由第一作者和统计教研室老师共同完成，采用SPSS 19.0统计软件进行分析。计量资料以x(_)±s表示，不同时间段组间比较采用重复测量数据方差分析，两两比较采用配对t 检验。检验水准取α=0.05。

中国组织工程研究杂志出版内容重点：人工关节；骨植入物；脊柱；骨折；内固定；数字化骨科；组织工程

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讨论

高能量创伤引起的胫腓骨开放性骨折，治疗过程中常合并骨髓炎、骨缺损及软组织损伤，病情复杂、处理较为棘手^[12-15]。骨的解剖形态伴随其所受应力大小的改变而改变，应力能改变骨细胞的电生理化学环境，激发间质细胞潜在的成骨特性，使骨的沉积-吸收活动维持动态平衡而保持骨的基本形态结构稳定，坚强的刚性内固定其早期产生的应力遮挡作用可以很好的保护骨折断新生的血管和骨痂，依据Wolff定律，骨折愈合中后期需要稳定的应力改变，内固定物破坏了骨折愈合所需的压应力改变，导致骨折延迟愈合或不愈合。这是因为成骨活性的细胞未能获得有效的应力刺激而处于功能性休眠状态所导致的^[16-18]。可动力化的调整，既能视病情缩短对骨折端加压，又可牵引延长。通过模块转换动力化的调整环形外固定架，以使骨折由钢性固定转变为弹性固定，优化骨折愈合环境。Ilizarov环形外固定架较强的对抗垂直于胫骨的弯曲动力和剪切应力，通过三维空间固定和不同时间调整相结合，缓慢对患肢行四维畸形矫正和功能重建，在骨折愈合中后期则由高强度的刚性固定向弹性固定的转变，实现模块转化，使Ilizarov环形外固定架动力化，通过动力化调整优化了骨折愈合环境,不但可对固定结构行骨性重建、塑性和延长，还能对神经、血管和软组织进行重建和塑性，对胫骨骨髓炎合并骨缺损有显著的疗效^[19-23]。因此选用Ilizarov环形外固定架钢环的大小和材质对外固定效果和固定后调整均有一定影响。
3.1 Ilizarov技术修复胫骨大段缺损合并软组织损伤 很多学者临床评价了应用Ilizarov技术治疗胫骨缺损的方法的优缺点^[24-29]，比较了Ilizarov技术与其他方案的特点^[30-32]，通过对Ilizarov技术的结果和并发症进行回顾性研究表明该方法治疗胫骨骨缺损是很有效的。本文中治疗后1，3，6个月及末次随访胫骨缺损长度较术前显著改善，其中50例骨折端Ⅰ期愈合，骨缺损得以重建。Green^[33]报道了9例应用Ilizarov技术治疗胫骨缺陷，平均缺损6.3 cm。4例患者术前有感染，术后所有9例骨折均愈合无感染残留并且肢体不等长<1 cm，外固定指数为1.8 cm/月。其中Ilizarov组在手术时间、住院天数、下地行走时间、输血和辅助外科手术平均时间少，从而节省成本。Brunner^[34]和Cierny等^[30]对植骨和Ilizarov骨运输方法进行了比较，结果表明应用Ilizarov治疗骨缺损修复更快，更安全，更便宜。但基于治疗时间较长和患者心理创伤方面的考虑，Cierny建议对于骨缺损<6 cm时行一处截骨骨传输，骨缺损> 6 cm时行二处截骨骨传输治疗时间更短。目前采用胫骨干骺端截骨延长多采用一处截骨，骨延长时间较长，韩立仁等报道采用胫骨上下干骺端两处截骨延长治疗胫骨缺损临床效果较好。

本文中较大的骨缺陷，除1例患者效果较差其余均效果均较好。因而认为缺损的大小并不是首要问题，而是用合理的治疗方法以减少环形外固定架使用时间。2处截骨传输相比于一处截骨骨传输可以显著降低治疗时间。采用胫骨上下干骺端截骨延长术，对患者创伤小，不需要吻合血管的大型皮瓣转移，必要时植皮或局部皮瓣转移，采用半环形或环形外固定支架固定患肢，在健存的干骺端截骨，在延长部分的骨质被不断拉长的同时，骨缺损两端骨块被搬移而合拢直至愈合。2处截骨Ilizarov牵引架的钢环使用数目增加，需要根据手术部位不同，选择合适的钢环类型，通常考虑到关节部位的活动度的问题，本文在膝关节部位一般选择C型环，以防使用外固定架后足下垂在踝关节部位通常选用U型环固定足掌部。早期植骨，逐渐延长，髓内钉运输也是一些减少治疗时间的方法。对于软组织缺损的修复在本文中发现由组织皮瓣转移来覆盖创面对创面愈合效果更好，结合本文运用Ilizarov技术治疗后1，3，6个月及末次随访软组织缺损面积均较治疗前显著改善，转移皮瓣覆盖下的骨传输骨愈合速度比在闭合的瘢痕软组织骨缺损愈合更快，所以早期的组织皮瓣覆盖可能有助于骨折端的愈合。

3.2 Ilizarov技术治疗胫骨缺损的并发症与优缺点 骨折延迟愈合、软组织内陷和关节挛缩是骨传输过程中最常见的并发症。本组中骨折延迟愈合发生率约39%，通过二期植骨可以解决。软组织内陷在本文中发生7例(约16%)，主要由克氏针被牵拉引起，大多数可以行手术松解解决。Ilizarov等认为，通过加强对骨折端的固定，进行低能量截骨，适当的速度牵引都可以在一定程度上缓解软组织内陷^[35-36]。本文发现Ilizarov技术的缺陷主要表现为膝关节功能降低和踝关节畸形，治疗后踝关节Kofoed评分及膝关节ROM评分均较治疗前有所改善，关节挛缩及关节功能降低在术后1年内较为明显，常见于较大骨缺损的从近端向远端传输，可能是由于胫骨后肌及趾长屈肌萎缩造成，但拆除外固定架后功能均有一定恢复。目前国内外均认可在缺损>4 cm的从近端向远端骨传输中应该预防性外固定装置固定足部。根据末次随访时Johner-Wruhs胫骨干骨折诊疗评价标准评定功能恢复情况来看Ilizarov 的优点还是很显著的：相对于其他治疗方案减少了感染的风险，减少了住院时间；使再生的新骨在正确的力线上生长；纠正了畸形、骨延长填充缺损、一定程度上防止关节挛缩并且保护软组织损伤；骨折端在张力-应力刺激下及骨折间隙弹性微动的刺激下避免了骨延长部分无承重能力。它的主要不足是治疗时间较长和对患者的心理创伤，包括疼痛和长期残疾产生的心理压力，治疗时间较长不但影响了患者还影响了患者家属和朋友的正常生活、休闲和体育活动。Gillooly等^[37]报道称Ilizarov外固定架可成功用于治疗胫骨高位截骨所致骨不连，这是年轻或者暂时不考虑膝关节置换的膝关节内侧骨性关节炎患者行胫骨高位截骨失败后一个很好的补救措施。Mccoy等^[38]报道成功应用Ilizarov 外固定架重建骨肿瘤所致肢体骨缺损，尽管固定时间较长但是仍然是重建骨肿瘤患者肢体功能和结构行之有效的办法。

3.3 Ilizarov技术在治疗骨缺损方面的发展 近年来逐渐出现了内外固定架结合技术、全植入式延长固定器、机械动力式以及体外控制遥控式等多种新器械。髓内钉胫骨延长结合传统Ilizarov外固定及骨延长加钢板固定在治疗骨缺损可一定程度预防拆除延长器后新骨畸形、再骨折等并发症。髓内动力骨延长器(ISKD)及Fitbone体外遥控骨延长髓内钉在治疗肢体不等长及畸形矫正方面都有一定的效果。本组中有几例骨缺损长度较大，骨质破换较严重的患者采用了内外固定架结合技术及骨延长加钢板固定，在治疗效果方面的体会是可以预防新生骨质的弯曲变形，一定程度上缩短了治疗时间，但涉及病例数少还需要更多更明确相关的研究。

虽然Ilizarov外固定治疗骨缺损治疗时间较长并发症较多，但该方法通过微创的方法解决了矫形外科和创伤外科过去不能解决或很难解决的难题：①尽早组织皮瓣覆盖有助于骨折端的愈合。②早期在大的骨缺损部位行骨移植可以加速骨折端愈合。③两处截骨双向骨传输比单向传输能在更短时间内使骨缺损延长愈合。④通过足部固定装置可一定程度预防关节挛缩，不失为一种有效的治疗方法。

中国组织工程研究杂志出版内容重点：人工关节；骨植入物；脊柱；骨折；内固定；数字化骨科；组织工程
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