数字化六轴外架辅助单臂外固定架治疗胫骨干骨折：实现解剖复位和稳定固定

doi:10.12307/2026.424

中国组织工程研究 ›› 2026, Vol. 30 ›› Issue (27): 7082-7087.doi: 10.12307/2026.424

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数字化六轴外架辅助单臂外固定架治疗胫骨干骨折：实现解剖复位和稳定固定

张吉1，乔锋2，路玉峰1

1北京航天总医院骨科，北京市 100076；2西安市红会医院中西医结合骨科，陕西省西安市 710054

收稿日期:2025-09-10 接受日期:2026-01-12 出版日期:2026-09-28 发布日期:2026-05-14
通讯作者: 路玉峰，博士，副主任医师，北京航天总医院骨科，北京市 100076
作者简介:张吉，男，1975年生，陕西省渭南市人，汉族，2001年西安交通大学毕业，副主任医师，主要从事创伤骨科、脊柱外科方面的研究。
基金资助:
陕西省重点研发计划(2023-YBSF-675)，项目参与人：路玉峰

Digital six-axis external frame assisted unilateral external fixator for treatment of tibial shaft fractures: achieving anatomical reduction and stabilization

Zhang Ji1, Qiao Feng2, Lu Yufeng1

1Department of Orthopedics, Beijing Aerospace General Hospital, Beijing 100076, China; 2Department of Integrated Traditional Chinese and Western Medicine Orthopedics, Xi’an Honghui Hospital, Xi’an 710054, Shaanxi Province, China

Received:2025-09-10 Accepted:2026-01-12 Online:2026-09-28 Published:2026-05-14
Contact: Lu Yufeng, MD, Associate chief physician, Department of Orthopedics, Beijing Aerospace General Hospital, Beijing 100076, China
About author:Zhang Ji, Associate chief physician, Department of Orthopedics, Beijing Aerospace General Hospital, Beijing 100076, China
Supported by:
Shaanxi Provincial Key Research and Development Program, No. 2023-YBSF-675 (to LYF)

摘要/Abstract

摘要：

文题释义：

乔氏架：为西安市红会医院乔锋教授模拟泰勒氏空间支架设计的数字化六轴外架技术，与泰勒氏基于X射线数据不同，乔氏架以CT数据为基础，可以精准复位骨折，并应用于下肢骨折和矫形治疗，称之为乔氏架技术。

摘要
背景：外固定架发展的趋势是智能化和小型化，西安市红会医院乔锋教授设计的数字化六轴外架技术，以CT数据为基础，可以精准复位骨折，并应用于下肢骨折和矫形治疗，称之为乔氏架技术。考虑到数字化六轴外架体积较大，乔锋教授又研发了数字化六轴外架辅助复位、单臂外固定架技术治疗胫骨干骨折，所研发的单臂外固定架体积小，可以与六轴外架相耦合，费用相对同类外架Taylor架低。
目的：探讨数字化六轴外架(乔氏架)辅助复位、单臂外固定架固定治疗胫骨干骨折的有效性和可靠性。
方法：回顾性分析西安市红会医院中西医结合骨科2018年1月至2022年12月使用乔氏架治疗的胫骨干骨折患者103例，根据固定方案分为2组：乔氏架组51例，乔氏架+单臂外固定架组(乔氏架辅助复位、单臂外固定架固定)52例。复位后4周在X射线片上测量骨折的移位距离和成角。使用独立样本t检验和卡方检验对比骨折的移位、骨折愈合时间、下肢功能评分及针道并发症发生率。
结果与结论：①乔氏架组与乔氏架+单臂外固定架组复位后4周的骨折移位相比差异无显著性意义(P > 0.05)；②两组患者的骨折愈合时间、下肢功能评分、针道感染率相比差异均无显著性意义(P > 0.05)；③与乔氏架组相比，乔氏架+单臂外固定架组针道牵拉痛发生例数显著减少(15例 vs. 2例)，差异有显著性意义(P < 0.05)；④提示乔氏架辅助单臂外固定架固定技术通过耦合数字化六轴外架与单臂结构，在实现解剖复位和稳定固定的同时，显著降低了传统环形外固定架的体积，且针道并发症发生率更低，为闭合性及开放性胫骨干骨折提供了一种微创有效的治疗选择。

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

关键词: 胫骨干骨折, 外固定架, 数字化, 复位, 固定

Abstract: BACKGROUND: The trend in external fixator development is towards intelligence and miniaturization. Professor Qiao Feng of Xi'an Honghui Hospital designed a digital six-axis external fixator technology, based on CT data, which can accurately reduce fractures and is applied to lower limb fracture and orthopedic treatment, known as the Qiao’s spatial frame technology. Considering the large size of the digital six-axis external fixator, Professor Qiao Feng further developed a digital six-axis external fixator-assisted reduction and unilateral external fixator technology for the treatment of tibial shaft fractures. The developed unilateral external fixator is small in size, can be coupled with the six-axis external fixator, and is relatively less expensive than similar external fixators such as the Taylor spatial frame.
OBJECTIVE: To explore the effectiveness and reliability of digital six-axis external frame (Qiao’s spatial frame) assisted reduction and unilateral external fixator fixation for the treatment of tibial shaft fractures.
METHODS: A retrospective analysis was conducted on 103 patients with tibial shaft fractures treated with digital external fixators in the Department of Integrated Traditional Chinese and Western Medicine Orthopedics of Xi'an Honghui Hospital from January 2018 to December 2022. The cases were divided into a Qiao’s spatial frame group (n=51) and a Qiao’s spatial frame assisted reduction and unilateral external fixator fixation group (n=52). The displacement distance and angle of the fracture were measured on X-rays 4 weeks after reduction. Independent sample t test and chi-square test were used to compare fracture displacement, fracture healing time, lower extremity functional score and the incidence of pin tract complications.
RESULTS AND CONCLUSION: (1) There was no significant statistical difference in the displacement of the fracture 4 weeks after reduction between the Qiao’s spatial frame group and the Qiao’s spatial frame assisted reduction and unilateral external fixator fixation group (P > 0.05). (2) There was no significant statistical difference in the fracture healing time, lower extremity functional score and pin tract infection rate between the two groups (P > 0.05). (3) The pin tract traction pain in the Qiao’s spatial frame assisted reduction and unilateral external fixator fixation group was significantly reduced compared with the Qiao’s spatial frame group, with significant differences (15 cases versus 2 cases, P < 0.05). (4) It is indicated that Qiao’s spatial frame assisted reduction and unilateral external fixator fixation technology achieves anatomical reduction and stable fixation by coupling a Qiao’s spatial frame with a unilateral external fixator structure, significantly reducing the volume of traditional circular external fixators and reducing the incidence of needle tract complications, providing a minimally invasive and effective treatment option for closed and open tibial shaft fractures.

Key words: tibial shaft fracture, external fixator, digitalization, reduction, fixation

中图分类号:

张吉, 乔锋, 路玉峰. 数字化六轴外架辅助单臂外固定架治疗胫骨干骨折：实现解剖复位和稳定固定[J]. 中国组织工程研究, 2026, 30(27): 7082-7087.

Zhang Ji, Qiao Feng, Lu Yufeng. Digital six-axis external frame assisted unilateral external fixator for treatment of tibial shaft fractures: achieving anatomical reduction and stabilization[J]. Chinese Journal of Tissue Engineering Research, 2026, 30(27): 7082-7087.

图/表（结果） 5

2.1 参与者数量分析 纳入胫骨干骨折患者103例，其中乔氏架组51例，乔氏架+单臂外固定架组52例，所有病例均进入结果分析，无脱落。
2.2 试验流程图 见图1。

2.3 基线资料比较 两组患者基线资料比较，差异无显著性意义(P > 0.05)，具有可比性，见表2。乔氏架+单臂外固定架为新技术，相对乔氏架随访时间较短。

2.4 X射线片测量值的一致性分析 所有X射线片测量值组内相关系数显示，观察者间和观察者内测量值可靠性均为优，见表3。
2.5 术后影像学和临床结果对比 如表4，5所示，术后4周两组患者胫骨正位、侧位移位和成角及轴向移位均无统计学差异
(P > 0.05)；两组患者胫骨干骨折的愈合时间比较也无统计学差异(P > 0.05)。两组下肢功能评分也无统计学差异(表2)。

2.6 不良事件 乔氏架组有15例出现针道牵拉痛，乔氏架+单臂外固定架组仅有2例针道牵拉痛，差异有显著性意义(P < 0.001)。乔氏架组有11例患者出现针道感染，乔氏架+单臂外固定架组有7例针道感染，差异无显著性意义(P=0.279)。所有针道感染经过短期口服抗生素及局部换药得到有效治疗。乔氏架+单臂外固定架组有1例患者术后第5周下楼梯摔伤至骨折再次移位，外固定失用，由于半针未松动，重新安装原乔氏架，再次CT检查，使用CT数据制定电子处方复位，单臂外固定架固定，二次复位后18周骨折愈合。
2.7 植入物与宿主的生物相容性 所有置入的螺纹针生物相容性佳，植入物周围未出现过敏反应、免疫反应及排斥反应等问题。
2.8 典型病例 见图2，3。

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引言

材料方法

1.1 设计 回顾性病例分析。
1.2 时间及地点 病例来源于2018年1月至2022年12月西安市红会医院中西医结合骨科。

1.3 材料 植入物介绍见表1。

1.4 对象 回顾性分析了2018年1月至2022年12月西安市红会医院中西医结合骨科使用乔氏架及乔氏架辅助复位+单臂外固定架治疗的胫骨干骨折的病历资料。
纳入标准：①闭合性骨折(AO/OTA分型) 42-A、42-B、42-C
型；②开放性骨折(Gustilo Ⅰ-Ⅲ型，AO/OTA分型42-A、42-B、42-C型)；③使用乔氏架复位；④使用乔氏架固定或新型单臂外固定架固定；⑤X射线片测量骨折术前侧方成角> 5°，或(和)前后成角> 10°，或(和)轴位短缩大于1 cm，或(和)骨折移位大于骨折部位直径的50%；⑥随访时间≥12个月。
排除标准：①年龄< 14岁；②多发骨折累及膝关节、踝关节和髋关节；③陈旧性骨折，骨不连；④病理性骨折；⑤骨折无明显移位；⑥资料不全。
最后纳入103例符合条件的胫骨干骨折患者，男性70例、女性33例，年龄(40.2±14.6)岁，随访时间(38.0±18.2)个月。根据固定方案分为2组，乔氏架组51例，乔氏架+单臂外固定架组(乔氏架辅助复位+单臂外固定架固定组)52例。此次研究经西安市红会医院伦理委员会批准(批号：202312001)，所有患者均签署知情同意书。
1.5 方法
1.5.1 乔氏架技术
安装乔氏架：根据患者胫骨长度、骨折线长度及位置，选择适当长度的环、连接杆(横形骨折可选用短杆；斜形或螺旋形骨折，若骨折线跨度较长，可选用长杆)。安装外固定架。患者小腿套入2个环，使患肢与环垂直并位于环中央，皮肤与环的距离约3 cm，如有分段性骨折，可并联使用另外1个环。近远端各三四枚φ5.0 mm螺纹针垂直打入骨折近远端，与四方立柱连接固定。在透视下确定螺纹针的位置。松开连接杆螺母，牵引胫骨，纠正较严重的移位。然后拧紧各连接杆螺母，用顶部螺钉锁紧连接杆，使骨折初步复位固定。
骨折复位固定：术后立即行胫骨全长CT扫描，通过配套软件模拟骨折复位，计算电子处方，回病房根据电子处方调整连接杆长度进行骨折复位，并拍摄X射线片观察胫骨干骨折复位情况，若骨折复位不满意，则重新计算电子处方，再次进行骨折复位，直至骨折位置满意。
1.5.2 乔氏架辅助单臂外固定架技术根据骨折部位设计2个四方立柱复合体，骨折每一端至少留3个孔，在透视辅助下分别将三四个φ5.0 mm螺纹针打入骨折近端和远端，通过2个不同大小的翼型连接装置将四方立柱与乔氏架连接，对骨折进行暂时复位固定。术后立即进行胫骨全长CT扫描，使用支撑软件模拟骨折复位并计算电子处方。根据电子处方在病房内调整各连接杆长度，然后拍摄X射线片观察胫骨干骨折复位情况。复位满意后，用两三根碳纤维棒将近端和远端四方立柱牢固连接，拆除乔氏架及翼型连接装置。若骨折复位不满意，重新安装乔氏架计算电子处方，再次复位，直至骨折位置满意。
1.5.3 术后处理术后即刻患者可进行膝、踝关节屈伸功能锻炼。术后第2天开始患肢在耐受范围内负重，逐渐达到完全负重。术后每4周复查X射线片。患者胫骨前后位及侧位X射线片出现≥3个皮质骨折线模糊，视为骨折愈合，可拆除外固定架。
1.6 主要观察指标
1.6.1 X射线片测量所有测量均在影像存档和通信系统(PACS)(Synapse，Fujifilm Inc.，日本东京)上进行。复位后4周在胫骨干正位和侧位X射线片上测量骨折对位情况。以近端和远端骨折块的轴线为基准测量正位和侧位移位角度(正位成角和侧位成角)；以参考骨折块轴线为基准测量正位和侧位骨折移位距离(正位移位和侧位移位)；以垂直于参考骨折块轴线的线为基准测量骨折短缩距离(轴向移位)。由于最终复位后未进行CT检查，仅凭X射线片无法确定骨折的轴向旋转位移，因此未测量骨折的旋转移位。
所有测量均由2名医师完成。3 周后，再由其中一名医师再次进行测量。采用组内相关系数(interclass correlation coefficient，ICC)确定测量的可靠性。ICC值的评估标准：< 0.40为一致性较差，0.40-0.75为一致性一般至良好，> 0.75为一致性极好[12]。
1.6.2 临床评估在最终随访中使用下肢功能评分量表(lower extremity functional scale，LEFS) 评估临床结果[13]。下肢功能评分量表为一份问卷，包含20个问题，评估患者执行日常任务的能力。该量表分为4类，共20个项目，每个项目0-4分，满分为80分，表明下肢功能达到最佳。

1.7 统计学分析 统计学分析采用SPSS 27.0(SPSS Inc.)。所有计量资料经Kolmogorov-Smirnov检验是否符合正态分布，符合正态分布的计量资料均以x±s表示，两组间比较采用独立样本t检验；不符合正态分布的计量资料以M(P25，P75)表示，组间比较采用秩和检验。计数资料以相对数表示，组间采用χ2检验。P < 0.05 表示差异有显著性意义。统计学方法已经由北京航天总医院生物统计学专家审核。

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

讨论

胫骨干骨折手术治疗中最重要的环节是复位固定，术中复位及复位维持往往是手术治疗的重点和难点，占据手术时间的大部分。术中复位时间长意味着增加了术中出血量、X射线透视次数、感染率等，因此减少复位固定时间具有重要的临床意义。目前常用的复位方法有手法牵引、钳夹复位、穿针牵引、临时外固定架牵引技术、克氏针或单皮质螺钉临时固定技术等。近年来，随着科技的发展，数字化技术辅助骨折的复位得到越来越多的应用[14-15]，数字化六轴外架治疗胫骨骨折已取得较好的疗效[16-19]。与传统复位技术比较，数字化六轴外架在胫骨骨折治疗方面有无可比拟的优势。LIU等[20]使用数字化六轴外架治疗了25例胫骨干骨折患者，术前冠状位移位、成角及矢状位移位、成角分别为(6.1±4.9) mm，(5.2±3.2)°，(4.2±3.5) mm及(4.0±
2.5)°；复位后冠状位移位、成角及矢状位移位、成角分别为(1.0±
1.1) mm，(0.8±1.2)°，(0.8±1.0) mm及(0.3±0.8)°，术后均达到精准解剖复位，这与此次研究结果相似。贾斌等[10]使用乔氏架治疗了43例胫骨干骨折患者，使用乔氏架数字化技术复位骨折，复位时间平均为7 min(5-11 min)，术后正位X射线片显示侧方移位2.3 mm(0.3-7.3 mm)，侧位X射线片显示前后移位2.1 mm(0.3-5.7 mm)，前后成角2.5°(0-5°)，内外成角2.1°(0-4°)。葛启航等[21]观察了30例应用Taylor架治疗胫骨骨折的患者，其中15例术中切开复位，15例采用数字化技术辅助闭合复位。切开复位组手术时间为(91.87±17.23) min，骨折愈合时间为(245.27±13.26) d；数字化技术辅助闭合复位组手术时间为(48.67±9.39) min，骨折愈合时间为(166.53±20.16) d。ZHAO等[17]使用Taylor架治疗阶段性胫骨骨折，与Ilizarov外架对比，获得了更佳的下肢力线。
此外，数字化六轴外架有着良好的生物力学特性，对胫骨干骨折有良好的疗效。HENDERSON等[22]研究认为，Taylor架在弯曲和扭转载荷下比 Ilizarov 架刚度更高，轴向刚度可通过半针固定优化至相似水平，其半针 Taylor架结合了精准复位、抗剪切优势和适当轴向微动，可能促进骨折愈合，同时减少传统 Ilizarov 架的体积和复杂性。TAN等[23]研究指出，标准Taylor架配置(6 根斜撑)在轴向刚度上与传统 Ilizarov 架相当，扭转刚度显著更优，理论上更利于抑制骨折端旋转和剪切应变，促进愈合。FRIHAGEN等[24]进行了一项前瞻性随机对照研究，比较了
Taylor架与髓内钉治疗胫骨干闭合性骨折的效果，31 例患者采用Taylor架治疗，34 例患者采用髓内钉治疗，以目测类比评分和SF-36评分作为临床评价指标，结果显示Taylor架和髓内钉临床效果无明显差异，Taylor架组患者第1年膝关节疼痛明显轻于髓内钉组。MENAKAYA 等[25]回顾性研究了112例高能量损伤的胫骨骨折病例，其中37例采用Taylor架治疗，85例采用Ilizarov
外架治疗；对于胫骨干骨折，Ilizarov组平均愈合时间为175 d，Taylor架组平均愈合时间为156 d。NAUDE 等[26]使用两种不同的数字化六轴外架(Taylor架和 TrueLok-Hex)治疗复杂胫骨干骨折，80%的患者获得了良好和优秀的临床结果。
此次研究采用的乔氏架主体结构与Taylor架相似，由2个圆环和6根毫米级可调的可伸缩连接撑杆组成，在6根连接杆长度不变的情况下，外固定架整体具有非常好的稳定性。通过调节连接杆的长度，在6个自由度上改变相对空间位置，从而带动骨碎片进行骨折复位和畸形矫正。与Taylor架不同的是，乔氏架的电子处方是基于CT数据的，通过将CT数据输入计算机软件模拟复位并计算连接杆的长度来生成电子处方。Taylor架是基于网络的软件引导调整框架来改善骨折对位，从而达到操作骨折及矫正畸形的目的，它需要术者提供4个环安装参数和6个骨畸形参数，参数的测量受环的位置、X射线片拍摄角度、放大倍数等影响，很难保证测量的准确性，且各参数的测量误差都会影响最终的复位效果。乔氏架在置入半针时不需要严格垂直于胫骨骨折块，也不需要测量安装参数和畸形参数。因此，乔氏架使用起来比Taylor架更方便、更快捷，理论上乔氏架比Taylor架更精确。
但是，乔氏架体积庞大，治疗过程中会给患者带来生活上的不便。因此，作者研发了一种新型的能与乔氏架相偶联的单臂外固定架。该单臂外固定架通过对乔氏架环的四方立柱的改进，使四方立柱可以固定多根半针，同时不影响其与乔氏架环的连接。骨折的近远端各使用1个四方立柱与半针固定结构，再使用一种特殊的翼状结构连接四方立柱与环。在骨折两端形成了2个紧密连接的骨-四方立柱-环固定结构，确保了复位过程中骨折的稳定。骨折复位满意后，使用两三个碳纤维杆紧密连接2个四方立柱与半针固定结构，去除乔氏架环，则转变为单臂外固定架结构。该单臂外固定架体积小，外形美观，对患者小腿外观影响小，此次研究证明该外固定架固定牢固，与六轴环架结构临床结果无统计学差异，下一步工作将对两种外架进行生物力学研究验证。
此次研究首次提出将数字化六轴外架与单臂外固定架耦合，在保证复位精度的同时显著降低外固定系统体积。这种创新性技术为解决外固定系统在复杂骨折中体积大、功能受限的问题提供了新的思路。通过数字化六轴外架的高精度定位和单臂外固定架的模块化设计，可以在保持复位效果的基础上实现外固定系统的体积缩减，这对于提高手术效率和患者恢复速度具有重要意义。未来研究可以进一步验证这种技术在长期随访中的稳定性和可靠性，并探索其在更多骨折类型中的应用潜力。
此次研究发现，乔氏架辅助单臂外固定架组针道并发症(针道牵拉痛)发生率显著低于传统环形外架组。原因可能为单臂外固定架针道位于胫骨的前内侧面，胫骨的前内侧面深部无肌肉和及肌腱组织。乔氏架固定由于多针不在一个平面，部分针道位于肌肉肌腱丰富的胫骨前外侧，因此患者下肢活动时存在骨圆针和肌肉肌腱的摩擦致局部疼痛。而针道感染乔氏架多于单臂外固定架的原因可能为：乔氏架体积大，结构复杂，针道护理复杂；而单臂外固定架针道护理方便。单臂外固定架相对于乔氏架的优势具有较重要的临床价值：针道并发症不仅增加了患者的痛苦，还可能导致抗生素使用延长、住院时间增加及医疗成本上升，还可能引发患者对治疗的依从性下降。此次研究中所有感染均通过保守治疗控制，但并发症的减少仍直接提升了患者生活质量，尤其对于需长期携带外固定架的开放性骨折患者，更轻便的单臂结构可降低日常活动限制，减少心理负担。此外，从卫生经济学角度，并发症减少可能降低整体医疗支出，这对医疗资源优化具有现实意义。
与 LIU 等[20]使用传统六轴外架的研究相比，此次研究提出的乔氏架+单臂外固定架技术在保持复位精度的同时，通过结构创新实现了外固定系统的体积缩减。单臂外固定架的轻量化设计可能降低护理复杂度，如更便于患者移动、清洁针道，从而缩短住院时间，降低住院费用。针道并发症的减少可能间接降低因感染等原因导致的二次干预风险。因此，乔氏架-单臂外固定架技术有望在临床效益多维度(如手术时间、医疗成本、患者体验)中展现综合优势，值得进一步研究验证。
此次研究存在一定局限性。首先，作为回顾性单中心研究，存在选择偏倚可能，且样本量有限，需进一步行多中心研究验证结果的普适性；其次，未采用随机分组设计，尽管基线资料显示两组均衡性良好，但非随机对照可能影响疗效评估的严谨性；此外，未纳入患者主观体验评估，如外固定架佩戴期间的舒适度、外观满意度等，这些指标对术后生活质量评价至关重要。未来研究可设计前瞻性随机对照试验，扩大样本量并纳入多中心数据，同时补充患者报告结局评估，以更全面地验证技术价值。
总之，数字化六轴外架辅助复位+单臂外固定架固定技术通过耦合数字化六轴外架与单臂结构，在实现解剖复位和稳定固定的同时，显著降低了传统环形外固定架的体积，且针道并发症发生率更低，为闭合性及开放性胫骨干骨折提供了一种微创有效的治疗选择。

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

数字化六轴外架辅助单臂外固定架治疗胫骨干骨折：实现解剖复位和稳定固定

Digital six-axis external frame assisted unilateral external fixator for treatment of tibial shaft fractures: achieving anatomical reduction and stabilization

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