反馈法与经验法促进胫腓骨骨折愈合的临床研究

反馈法与经验法促进胫腓骨骨折愈合的临床研究
毕宏政;杨茂清;张峻玮;侯金永;孙磊;于满秋;李嘉
【摘要】目的比较微动测控系统与患者自主控制相结合的反馈控制法及经验法控制胫腓骨干骨折断端微动促进骨折愈合的临床疗效.方法选取10对外固定支架固定的胫腓骨干骨折患者,分成实验组与对照组,实验组采用微动测控系统与患者自主控制相结合的反馈方法控制患者负重行走,对照组采用医生指导患者踩踏体重计获得适宜踩踏力值的感觉后自主控制负重力度行走.对两组12周内达临床愈合的病例数及因治疗失败再次手术治疗的病例数进行比较分析.结果实验组12周内达临床愈合病例8例,占80％,无再次手术病例;对照组12周内达临床愈合病例4例,占40％,再次手术治疗病例2例,占20％.两组患者12周内达临床愈合率的差异有统计学意义(P＜0.05),再次手术率的差异无统计学意义(P＞0.05).结论在促进胫腓骨干骨折早期愈合方面,微动测控系统与患者自主控制相结合的反馈法优于经验法.【期刊名称】《实用骨科杂志》
【年(卷),期】2015(021)002
【总页数】4页(P126-129)
【关键词】反馈式控制;骨折愈合;微动;临床研究
【作者】毕宏政;杨茂清;张峻玮;侯金永;孙磊;于满秋;李嘉
【作者单位】山东省文登整骨医院,山东文登264400;山东省文登整骨医院,山东文登264400;山东省文登整骨医院,山东文登264400;山东省文登整骨医院,山东文登264400;山东省文登整骨医院,山东文登264400;山东省文登整骨医院,山东文登264400;山东省文登整骨医院,山东文登264400
【正文语种】中文
【中图分类】R683.42
骨折断端生理运动状态下微动的测量与控制一直是力学因素对骨折愈合影响研究领域的难点所在，目前的研究仍停留在动物实验水平，对于人类骨折端微动影响骨折愈合的研究只能参考动物实验的数据。

目前在骨伤临床中关于骨折端微动影响骨折愈合的力学参数尚未建立，尚不能设计出适用于测量骨折端微动的方法或设备，其困难尤其表现在通过肢体主动式负重来诱发微动方面，医生只能依靠影像学检查及自身临床经验进行估计与控制。

为此，笔者研制了用于骨折断端微动测量与控制的微动测控系统[1]，并在临床中进行了测试，现将结果总结报告如下。

1.1 一般资料选取采用外固定支架固定的不稳定型成年人胫腓骨干骨折病例，所有病例均为闭合性骨折，胫骨均采用螺钉或钢针固定，对粉碎骨折块保留骨块血运以免影响愈合。

按骨折类型(按AO分型分为A、B、C型)、性别、年龄进行分组配对，配对患者骨折分型参照Janssen等的方法[2]，有些错开1～2个亚型，共有10对患者入选，分为两组。

实验组采用微动测控系统与患者自主控制相结合的反馈式控制负重行走，对照组根据医生临床经验结合X线片表现指导负重行走，两组患者资料见表1，实验组与对照组患者平均年龄分别为(39.60±13.360) 岁、(39.40±13.277) 岁，两组间差异无统计学意义。

1.2 微动测控系统的准备
1.2.1 微动测控系统基本原理采用自主研发的微动测控系统(软件登记号：
2014SR002394)[1]，当胫腓骨干骨折采用外固定支架固定后，患者在负重行走时骨折端产生微小活动，带动外固定支架产生形变，此时，粘贴于外固定支架固定螺钉杆上的位移传感器产生信号，信号通过放大处理后传至系统的CPU，经过计算与分析后将结果输出，发出报警信号并传至SD卡存储。

1.2.2 参数设定由于外固定支架固定螺钉产生非电量形变和位移传感器产生的电量调理信号之间是线性关系，二者的关系可用公式表示，其中标定系数k、b为设定的系数，每一例测试均需进行预先标定。

先将系统的系数标定为k=1，b=0，此
时系统测得值为电压值。

将四个以全桥方式连接的位移传感器分别粘贴在外固定支架固定于骨折远近端的螺钉杆上，再与测试系统相连接，将数字显示千分表连接在远近端2枚螺钉之间。

嘱患者将患足接近地面并保持小腿垂直于地面，打开测试
系统及数显千分表的电源开关，分别设置两者的零点，打开测试系统的开关，嘱患者将患肢负重踩踏地面，力度以自身可耐受为度，每次踩踏后读取数显千分表显示的最大位移值，共测试6次，测试完成后自测试系统的SD卡中分别读取6次踩
踏显示的最大位移值(见表2)。

采用配对资料的t检验对60对数据进行对比，得出t=0.034，P=0.974，可以认
为千分表测得值与测控系统所测得值相比较其差异无统计学意义，即测控系统所测得的值即可认为骨折端微小位移的数值。

将每组数据分别带入公式中，即数显千
分表数值为l形变，系统测得值为v电压，每相邻的两组数据可组成一方程组，可分别计算出各组k、b值，将得出的3组系数计算平均值，作为该病例的测试系数。

1.3 治疗方法
1.3.1 负重行走控制方法实验组采用微动测控系统与患者自主控制相结合的反馈法控制患者负重行走。

术后第8天患肢肿胀明显消退、疼痛明显减轻或消失时开始
测试。

安装测试系统传感器并设定该病例的参数，将设定的参数输入系统内，将系统内微动范围的上限设定为1.5 mm，嘱患者以健肢站立，患侧小腿垂直于地面，打开测试系统的开关，嘱患者扶双拐负重踩踏地面，力度以自身可耐受为度，并逐步加大力度，行走频率为0.5 Hz，直至系统发出报警音时停止，如此将设备报警
与患者反馈控制相结合，使患者可自行控制行走力度，并能耐受负重所带来的不适，行走结束则关闭电源开关即可。

通过反复训练，患者可自主掌握负重力度，系统发
出警报音频率不超过总步数的5%，自术后第8天开始将系统报警阈值每周进行重新设置，即术后8～14 d 1.5 mm，术后15～21 d 1.1 mm，术后22～28 d 0.8 mm，术后29 d 后0.5 mm。

在实验组患者每周确定踩踏最大力度时，用体重计测量患肢的踩踏力度，并以此力值作为对照组负重的标准，指导患者反复踩踏体重计训练自主负重力度，经过训练后，患者以训练过程中体会的踩踏感觉控制负重力度进行负重训练。

两组患者每天下床行走3～4次，每次行走时间由开始的5～10 min，逐步根据患者承受能力延长至30 min左右。

每周对患者行走数据进行采集，实验组通过系统中SD卡记录数据采集，对照组由患者自行记录后上报给医生，数据包括行走时间、步数、实验组骨折端微动范围及对照组负重力度范围等，同时对设备参数进行重新测试与设定，对负重力度控制方法进行观察及指导，同时检查外固定支架以防松动失效。

1.3.2 观察内容所有病例均于手术后6周开始每2周检查骨折愈合情况，进行X
线检查，并按下肢骨折临床愈合标准进行评价：a)骨折局部无压痛及纵向叩击痛；
b)局部无反常活动；c)X线片显示骨折线模糊，有连续的骨痂通过骨折线。

d)外固定解除后，下肢不扶拐能在平地步行3 min。

e)连续观察2周骨折不变形。

从观察开始之日推算到最后一次复位的日期，为临床愈合所需时间。

骨折达临床愈合后，检查外固定支架无松动，逐步增大负重力度，直至完全负重行走，外固定支架一直保持至骨折骨性愈合或接近骨性愈合。

1.4 统计学处理实验得到的数据运用t检验对每对数据的差异进行比较分析，
P<0.05认为差异有统计学意义。

1.5 典型病例 35 岁男性患者，因车祸撞伤左小腿3 h入院。

X线片显示为左胫腓
骨骨折，胫骨AO分型为B3型，于伤后第7天行切开复位腓骨钢板固定，胫骨螺钉固定并外固定支架固定。

手术前后影像学资料见图1～3。

20 例患者均得到了随访，实验组24周内均达临床愈合，其中8周达临床愈合3 例，10周达临床愈合4 例，12周达临床愈合2 例，16周达临床愈合1 例，12
周内达临床愈合病例占90.0%。

对照组28周内达临床愈合8 例，占80.0%，12
周内达临床愈合3 例占30%，其中8周达临床愈合1 例，10周达临床愈合1 例，12周达临床愈合1 例。

14周达临床愈合1 例，18周达临床愈合2 例，24周达
临床愈合1 例。

1 例于28周达临床愈合。

1 例于10周发生骨折明显再移位，经
调整外固定支架无效于14周后行再次手术治疗。

1 例于42周后诊断为延迟愈合，并最终于50周后因骨折不愈合行再次手术治疗，再次手术治疗病例占20.0%。

两组患者12周内达骨折临床愈合率相比较差异有显著统计学意义(P=0.020)，两组
患者再次手术率的差异无统计学意义(P=0.474)。

骨折端微动影响骨折愈合的研究是近年来国内外关于力学因素影响骨折愈合方面的研究重点，在动物实验研究中已证明早期骨折端的力学刺激能有效启动初始骨痂反应，并且发现初始骨痂反应的成骨放大作用及累积效应是骨折端骨痂持续增长达到良好愈合的主要原因[3-4]。

但如何测量与控制骨折端适宜的力学刺激是国内外学
者一直研究的难点，目前尚没有学者在该方面提供可行的方法或设备。

我们对外固定支架固定的不稳定型胫腓骨干骨折负重过程中骨折端的微动特点及外固定支架受力的变化特点进行了深入的研究，通过研究发现：当胫腓骨干骨折患者利用患肢负重行走时，固定于胫骨的外固定支架随骨折端的微小活动而发生形变，而形变的大小与骨折端活动范围的大小呈线性关系。

因此，我们设计出了骨折端微动测控系统，利用高灵敏度的传感器测量外固定支架固定螺钉的形变量，并通过高度集成的微电脑对采集到的信号进行分析处理，计算出患肢在承受外力作用时骨折端活动的范围，再将计算获得的数值与系统内预设的阈值进行比对，如果超出设定的阈值，则按设置要求发出报警音，患者听到报警音提示后，会及时调整负重行走力度，从而达到自主控制骨折端微动大小的目的。

这种可自主控制的微动可有效刺
激骨折端启动初始骨痂反应，形成不断重复和累积的初始骨痂反应效应，避免了过度活动导致的骨折端骨痂严重破坏或过度静止导致的骨折端骨痂形成不足。

随着骨折愈合的进程发展，逐步缩小骨折端允许的微动范围，既能保持对骨折端的有效刺激，又能避免过度活动对逐步坚强的骨痂造成严重损伤而影响骨折愈合，更大程度的发挥了初始骨痂形成的放大作用及累积效应，从而达到促进骨折愈合的目的[5]。

通过两组病例的对比观察发现，利用微动测控系统对外固定支架固定的胫腓骨干骨折进行手术后负重力度准确控制，可有效提高骨折早期愈合率，降低延迟愈合或不愈合率，为动态微动控制影响骨折愈合的研究开辟了一条新的途径。

本研究选择了不同类型的胫腓骨骨折病例，对粉碎性骨折块均采取了保护血运的手术操作，均不合并严重的局部软组织损伤，对骨折的早期愈合影响不明显，但对于骨折达到牢固愈合是有影响的，这方面有待于进一步深入研究。

【相关文献】
[1]毕宏政，杨茂清.骨折端微动数字化测控系统的研制与测试[J].中国卫生产业，2013，10(9)：
176-177.
[2]Janssen KW，Biert J，van Kampen A.Treatment of distal tibial fractures：plate versus nail.A retrospective outcome analysis of matched pairs of patients[J].Int Orthop，2007，
31(6)：709-714.
[3]郑凯，郭征，郝玉琳，等.低弹性模量外固定系统对股骨干骨折模型的生物力学研究[J].中华创伤
骨科杂志，2010，12(1)：61-65.
[4]Claes L，Augat P，Schorlemmer S，et al.Temporary distraction and compression of a diaphyseal osteotomy accelerates bone healing[J].J Orhtop Ares，2008，26(7)：772-777. [5]刘振东，马梦然.骨折愈合理论研究现状[J].中国矫形外科杂.2010，18(16)：1403-1404.。