反饋法與經驗法促進脛腓骨骨折愈合的臨床研究

畢宏政，楊茂清，張峻瑋，侯金永，孫磊，于滿秋，李嘉

(山東省文登整骨醫院，山東 文登 264400)

臨床研究

反饋法與經驗法促進脛腓骨骨折愈合的臨床研究

畢宏政，楊茂清，張峻瑋，侯金永，孫磊，于滿秋，李嘉

(山東省文登整骨醫院，山東 文登 264400)

目的 比較微動測控系統與患者自主控制相結合的反饋控制法及經驗法控制脛腓骨干骨折斷端微動促進骨折愈合的臨床療效。方法 選取10對外固定支架固定的脛腓骨干骨折患者，分成實驗組與對照組，實驗組采用微動測控系統與患者自主控制相結合的反饋方法控制患者負重行走，對照組采用醫生指導患者踩踏體重計獲得適宜踩踏力值的感覺后自主控制負重力度行走。對兩組12周內達臨床愈合的病例數及因治療失敗再次手術治療的病例數進行比較分析。結果 實驗組12周內達臨床愈合病例8 例，占80%，無再次手術病例；對照組12周內達臨床愈合病例4 例，占40%，再次手術治療病例2 例，占20%。兩組患者12周內達臨床愈合率的差異有統計學意義(P<0.05)，再次手術率的差異無統計學意義(P>0.05)。結論 在促進脛腓骨干骨折早期愈合方面，微動測控系統與患者自主控制相結合的反饋法優于經驗法。

反饋式控制；骨折愈合；微動；臨床研究

骨折斷端生理運動狀態下微動的測量與控制一直是力學因素對骨折愈合影響研究領域的難點所在，目前的研究仍停留在動物實驗水平，對于人類骨折端微動影響骨折愈合的研究只能參考動物實驗的數據。目前在骨傷臨床中關于骨折端微動影響骨折愈合的力學參數尚未建立，尚不能設計出適用于測量骨折端微動的方法或設備，其困難尤其表現在通過肢體主動式負重來誘發微動方面，醫生只能依靠影像學檢查及自身臨床經驗進行估計與控制。為此，筆者研制了用于骨折斷端微動測量與控制的微動測控系統[1]，并在臨床中進行了測試，現將結果總結報告如下。

1 資料與方法

1.1 一般資料 選取采用外固定支架固定的不穩定型成年人脛腓骨干骨折病例，所有病例均為閉合性骨折，脛骨均采用螺釘或鋼針固定，對粉碎骨折塊保留骨塊血運以免影響愈合。按骨折類型(按AO分型分為A、B、C型)、性別、年齡進行分組配對，配對患者骨折分型參照Janssen等的方法[2]，有些錯開1～2個亞型，共有10對患者入選，分為兩組。實驗組采用微動測控系統與患者自主控制相結合的反饋式控制負重行走，對照組根據醫生臨床經驗結合X線片表現指導負重行走，兩組患者資料見表1，實驗組與對照組患者平均年齡分別為(39.60±13.360) 歲、(39.40±13.277) 歲，兩組間差異無統計學意義。

表1 實驗組與對照組患者的年齡與骨折分型比較

1.2 微動測控系統的準備

1.2.1 微動測控系統基本原理 采用自主研發的微動測控系統(軟件登記號：2014SR002394)[1]，當脛腓骨干骨折采用外固定支架固定后，患者在負重行走時骨折端產生微小活動，帶動外固定支架產生形變，此時，粘貼于外固定支架固定螺釘桿上的位移傳感器產生信號，信號通過放大處理后傳至系統的CPU，經過計算與分析后將結果輸出，發出報警信號并傳至SD卡存儲。

1.2.2 參數設定 由于外固定支架固定螺釘產生非電量形變和位移傳感器產生的電量調理信號之間是線性關系，二者的關系可用公式 表示，其中標定系數k、b為設定的系數，每一例測試均需進行預先標定。先將系統的系數標定為k=1，b=0，此時系統測得值為電壓值。將四個以全橋方式連接的位移傳感器分別粘貼在外固定支架固定于骨折遠近端的螺釘桿上，再與測試系統相連接，將數字顯示千分表連接在遠近端2枚螺釘之間。囑患者將患足接近地面并保持小腿垂直于地面，打開測試系統及數顯千分表的電源開關，分別設置兩者的零點，打開測試系統的開關，囑患者將患肢負重踩踏地面，力度以自身可耐受為度，每次踩踏后讀取數顯千分表顯示的最大位移值，共測試6次，測試完成后自測試系統的SD卡中分別讀取6次踩踏顯示的最大位移值(見表2)。

表2 數顯千分表、微動測控系統測量比較(mm)

采用配對資料的t檢驗對60對數據進行對比，得出t=0.034，P=0.974，可以認為千分表測得值與測控系統所測得值相比較其差異無統計學意義，即測控系統所測得的值即可認為骨折端微小位移的數值。將每組數據分別帶入公式 中，即數顯千分表數值為l形變，系統測得值為v電壓，每相鄰的兩組數據可組成一方程組，可分別計算出各組k、b值，將得出的3組系數計算平均值，作為該病例的測試系數。

1.3 治療方法

1.3.1 負重行走控制方法 實驗組采用微動測控系統與患者自主控制相結合的反饋法控制患者負重行走。術后第8天患肢腫脹明顯消退、疼痛明顯減輕或消失時開始測試。安裝測試系統傳感器并設定該病例的參數，將設定的參數輸入系統內，將系統內微動范圍的上限設定為1.5 mm，囑患者以健肢站立，患側小腿垂直于地面，打開測試系統的開關，囑患者扶雙拐負重踩踏地面，力度以自身可耐受為度，并逐步加大力度，行走頻率為0.5 Hz，直至系統發出報警音時停止，如此將設備報警與患者反饋控制相結合，使患者可自行控制行走力度，并能耐受負重所帶來的不適，行走結束則關閉電源開關即可。通過反復訓練，患者可自主掌握負重力度，系統發出警報音頻率不超過總步數的5%，自術后第8天開始將系統報警閾值每周進行重新設置，即術后8～14 d 1.5 mm，術后15～21 d 1.1 mm，術后22～28 d 0.8 mm，術后29 d 后0.5 mm。

在實驗組患者每周確定踩踏最大力度時，用體重計測量患肢的踩踏力度，并以此力值作為對照組負重的標準，指導患者反復踩踏體重計訓練自主負重力度，經過訓練后，患者以訓練過程中體會的踩踏感覺控制負重力度進行負重訓練。

兩組患者每天下床行走3～4次，每次行走時間由開始的5～10 min，逐步根據患者承受能力延長至30 min左右。每周對患者行走數據進行采集，實驗組通過系統中SD卡記錄數據采集，對照組由患者自行記錄后上報給醫生，數據包括行走時間、步數、實驗組骨折端微動范圍及對照組負重力度范圍等，同時對設備參數進行重新測試與設定，對負重力度控制方法進行觀察及指導，同時檢查外固定支架以防松動失效。

1.3.2 觀察內容 所有病例均于手術后6周開始每2周檢查骨折愈合情況，進行X線檢查，并按下肢骨折臨床愈合標準進行評價：a)骨折局部無壓痛及縱向叩擊痛；b)局部無反常活動；c)X線片顯示骨折線模糊，有連續的骨痂通過骨折線。d)外固定解除后，下肢不扶拐能在平地步行3 min。e)連續觀察2周骨折不變形。從觀察開始之日推算到最后一次復位的日期，為臨床愈合所需時間。骨折達臨床愈合后，檢查外固定支架無松動，逐步增大負重力度，直至完全負重行走，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 統計學處理 實驗得到的數據運用t檢驗對每對數據的差異進行比較分析，P<0.05認為差異有統計學意義。

1.5 典型病例 35 歲男性患者，因車禍撞傷左小腿3 h入院。X線片顯示為左脛腓骨骨折，脛骨AO分型為B3型，于傷后第7天行切開復位腓骨鋼板固定，脛骨螺釘固定并外固定支架固定。手術前后影像學資料見圖1～3。

圖1 術前正側位X線片顯示脛腓骨下段粉碎性骨折

2 結 果

20 例患者均得到了隨訪，實驗組24周內均達臨床愈合，其中8周達臨床愈合3 例，10周達臨床愈合4 例，12周達臨床愈合2 例，16周達臨床愈合1 例，12周內達臨床愈合病例占90.0%。對照組28周內達臨床愈合8 例，占80.0%，12周內達臨床愈合3 例占30%，其中8周達臨床愈合1 例，10周達臨床愈合1 例，12周達臨床愈合1 例。14周達臨床愈合1 例，18周達臨床愈合2 例，24周達臨床愈合1 例。1 例于28周達臨床愈合。1 例于10周發生骨折明顯再移位，經調整外固定支架無效于14周后行再次手術治療。1 例于42周后診斷為延遲愈合，并最終于50周后因骨折不愈合行再次手術治療，再次手術治療病例占20.0%。兩組患者12周內達骨折臨床愈合率相比較差異有顯著統計學意義(P=0.020)，兩組患者再次手術率的差異無統計學意義(P=0.474)。

圖2 術后正側位X線片示骨折對位對線好

圖3 術后10周正側位X線片顯示脛腓骨骨折線模糊，臨床愈合

3 討 論

骨折端微動影響骨折愈合的研究是近年來國內外關于力學因素影響骨折愈合方面的研究重點，在動物實驗研究中已證明早期骨折端的力學刺激能有效啟動初始骨痂反應，并且發現初始骨痂反應的成骨放大作用及累積效應是骨折端骨痂持續增長達到良好愈合的主要原因[3-4]。但如何測量與控制骨折端適宜的力學刺激是國內外學者一直研究的難點，目前尚沒有學者在該方面提供可行的方法或設備。

我們對外固定支架固定的不穩定型脛腓骨干骨折負重過程中骨折端的微動特點及外固定支架受力的變化特點進行了深入的研究，通過研究發現：當脛腓骨干骨折患者利用患肢負重行走時，固定于脛骨的外固定支架隨骨折端的微小活動而發生形變，而形變的大小與骨折端活動范圍的大小呈線性關系。因此，我們設計出了骨折端微動測控系統，利用高靈敏度的傳感器測量外固定支架固定螺釘的形變量，并通過高度集成的微電腦對采集到的信號進行分析處理，計算出患肢在承受外力作用時骨折端活動的范圍，再將計算獲得的數值與系統內預設的閾值進行比對，如果超出設定的閾值，則按設置要求發出報警音，患者聽到報警音提示后，會及時調整負重行走力度，從而達到自主控制骨折端微動大小的目的。這種可自主控制的微動可有效刺激骨折端啟動初始骨痂反應，形成不斷重復和累積的初始骨痂反應效應，避免了過度活動導致的骨折端骨痂嚴重破壞或過度靜止導致的骨折端骨痂形成不足。隨著骨折愈合的進程發展，逐步縮小骨折端允許的微動范圍，既能保持對骨折端的有效刺激，又能避免過度活動對逐步堅強的骨痂造成嚴重損傷而影響骨折愈合，更大程度的發揮了初始骨痂形成的放大作用及累積效應，從而達到促進骨折愈合的目的[5]。

通過兩組病例的對比觀察發現，利用微動測控系統對外固定支架固定的脛腓骨干骨折進行手術后負重力度準確控制，可有效提高骨折早期愈合率，降低延遲愈合或不愈合率，為動態微動控制影響骨折愈合的研究開辟了一條新的途徑。

本研究選擇了不同類型的脛腓骨骨折病例，對粉碎性骨折塊均采取了保護血運的手術操作，均不合并嚴重的局部軟組織損傷，對骨折的早期愈合影響不明顯，但對于骨折達到牢固愈合是有影響的，這方面有待于進一步深入研究。

[1]畢宏政，楊茂清.骨折端微動數字化測控系統的研制與測試[J].中國衛生產業，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]鄭凱，郭征，郝玉琳，等.低彈性模量外固定系統對股骨干骨折模型的生物力學研究[J].中華創傷骨科雜志，2010，12(1)：61-65.

[4]Claes L，Augat P，Schorlemmer S，etal.Temporary distraction and compression of a diaphyseal osteotomy accelerates bone healing[J].J Orhtop Ares，2008，26(7)：772-777.

[5]劉振東，馬夢然.骨折愈合理論研究現狀[J].中國矯形外科雜.2010，18(16)：1403-1404.

The Clinical Research of Feedback Method and Experience Method to Promote the Healing of Tibiofibula Fractures

Bi Hongzheng，Yang Maoqing，Zhang Junwei，etal

(Wendeng Osteopathic Hospital in Shandong Province，Wendeng 264400，China)

Objective To explore the effect of fracture end micro-movement controlled by feedback method or empirical method on the healing of tibiofibula fractures.Methods 10 pairs of tibiofibula fracture patients with the fracture fixed by external fixation，were divided into experimental group and control group.Experimental group used loading feedback method to control patient′s weight-bearing walking.In the control group，patients independently controlled load strength to walk after getting the feeling of appropriate stamp on strength by stamping on the scales.The number of cases，who got clinical healing in 12 weeks and suffered surgery again because of treatment failure，were compared and analyzed.ResultsIn experimental group，8 cases got clinical healing.Among them there were 80% in 12 weeks，no cases of reoperation.In control group，there were 4 cases of clinical healing，accounted for 40% in 12 weeks，2 cases of reoperation；accounted for 20%.In 12 weeks，there were statistical differences in two groups of patients about clinical healing rate (P<0.05)，there were no statistically significant differences about the number of cases of reoperation(P>0.05).Conclusion According to tibiofibula fractures′ early healing，feedback method combined by micro measurement and control system and patient autonomous control is superior to empirical method.

feedback control；fracture healing micro-movement；clinical research

1008-5572(2015)02-0126-04

R683.42

B

2014-08-25

畢宏政(1971- )，男，主任醫師，山東省文登整骨醫院，264400。