动态轴向载荷分担比(D-LS)的体内测量：外固定架中骨痂愈合的客观生物力学指标

编辑推荐：针对外固定架拆除时机判断缺乏客观标准的问题，本研究创新性开发了集成六足模块(hexapod)和鞋垫模块(insole)的D-LS测量系统，通过同步监测固定架受力(FF)与地面反作用力(GRF)，首次提出动态轴向载荷分担比ηa≈15.6%作为安全拆除阈值，为临床决策提供了量化依据。

　　

骨折愈合评估一直是骨科临床的难点，传统依赖医生主观经验的放射学检查无法反映骨痂的生物力学特性。当患者使用外固定架治疗时，过早拆除可能导致再骨折（文献报道发生率3-9.4%），而延迟拆除又会增加患者痛苦。现有评估方法如静态轴向载荷分担比(LS)存在测量误差大、无法反映动态负荷等缺陷，亟需开发新型评估手段。

针对这一临床痛点，天津医院联合天津大学的研究团队在《BMC Musculoskeletal Disorders》发表创新性研究，开发了集成六足模块和鞋垫模块的D-LS测量系统。该系统通过实时同步监测固定架受力(F_F)与地面反作用力(GRF)，结合反向动力学计算的肌肉力(F_M)，首次提出动态轴向载荷分担比(D-LS)作为骨痂愈合的量化指标。研究纳入36例胫骨干骨折患者，结果显示当平均D-LS值降至15.58±2.77%时拆除外固定架，随访16.5个月无一例再骨折，为临床决策提供了客观依据。

关键技术方法包括：1）基于Gough-Stewart机构的六足模块，通过替换原固定架连杆实现三维力测量（最大误差<3.72N）；2）嵌入8个力敏电阻的鞋垫模块，结合反向传播神经网络(BPNN)模型推算GRF（误差0.113±0.042BW）；3）建立骨-固定架复合结构(BFCS)力学模型，定义D-LS=∫F_Fdt/∫(G+F_M)dt；4）前瞻性队列研究设计，纳入2022-2024年36例Taylor空间支架治疗患者。

研究结果部分：
"Development of D-LS measurement system"：系统由六足模块（测量精度x/y/z轴分别3.72N/3.31N/2.68N）、鞋垫模块（8通道力敏电阻）和数据处理软件组成，安装时间15.42±4.88分钟。

"Principles of D-LS measurement"：建立BFCS力学模型，推导出F_F=k_FΔ/(k_F+k_C)，BPNN模型预测GRF的均方根误差0.113BW，证实动态测量可行性。

"D-LS measurement process"：临床验证显示患者平均D-LS值15.58±2.77%（范围9.60-20.52%），行走时复合载荷(CSF)峰值达3.8倍体重，肌肉力贡献占比显著。

"Discussion"：相比传统静态LS（8-10%阈值），D-LS通过时间积分降低步态差异影响；与Aarnes设计相比，六足模块适配各类外固定架且安装时间缩短81%。

结论与意义：
本研究首次实现骨折愈合期的动态生物力学评估，突破性地将神经网络技术与并联机构力学结合。提出的D-LS指标η_a≈15.6%作为拆除阈值，较传统方法具有三大优势：1）反映实际负重状态下的骨痂刚度；2）通过积分运算提高测量稳定性；3）量化标准降低主观依赖性。未来通过无线化改进和扩大样本验证，该系统有望成为骨折愈合评估的新标准。