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这篇综述聚焦动态骨折固定板,通过系统回顾相关技术的历史与现状,对比不同设计的特点及发展水平,探讨其临床应用受限的原因。动态固定板有望解决长骨骨折标准锁定板固定导致的骨不连问题,为后续研究提供参考。
动态骨折固定板的发展背景
骨折治疗中,标准锁定板(standard locked plates)虽广泛应用,但存在一定局限性。它在固定骨折部位时,会抑制对继发性骨愈合(secondary bone healing)有益的骨折块间运动(interfragmentary motion)。骨愈合是一个复杂的生理过程,骨折块间适当的微动能刺激骨痂形成,促进骨折愈合。而标准锁定板过于稳定的固定方式,阻碍了这一过程,可能导致骨不连(non-union)等并发症,影响治疗效果。
为解决上述问题,动态骨折固定板(dynamic fracture fixation plates)应运而生。这类固定板旨在维持骨折部位的弯曲和扭转刚度(bending and torsional rigidity)的同时,提供可控的轴向微动(axial micromotion)。轴向微动模拟了生理状态下骨折部位所受的应力刺激,有利于骨组织的再生和修复,理论上能提高骨折愈合的成功率,减少骨不连的发生风险。
研究方法
作者依据 PRISMA(Preferred Reporting Items for Systematic Reviews and Meta-Analyses)综述指南,在三个文献和专利数据库中进行检索,最终筛选出 59 条记录,其中包含 51 篇文章和 8 项专利。这些记录详细描述了 26 种独特的动态固定板装置,为后续的分析和总结提供了丰富的数据来源。
动态固定板的设计分类
根据设计原理的不同,这些动态固定板的概念可分为 9 个工程方法类别。
- 滑动机制类:部分固定板设计了特殊的滑动结构,允许骨折块在一定范围内产生轴向移动。这种滑动机制使得骨折部位在愈合过程中能适应生理应力变化,为骨折块间提供适当的微动,促进骨痂生长。
- 弹性插入物类:通过在固定板中添加弹性插入物(elastic inserts),利用其弹性特性,在保证一定固定强度的同时,提供轴向的弹性变形空间,实现骨折块间的微动调节。弹性插入物的材料和结构设计是影响其性能的关键因素,不同的弹性材料和形状会产生不同的微动效果。
- 晶格结构类:采用晶格结构(lattice structures)的固定板,利用其独特的多孔结构特点。晶格结构不仅能减轻固定板的重量,还具有良好的力学性能,可在维持固定稳定性的基础上,为骨折部位提供一定程度的微动。其多孔结构还为骨组织的长入提供了空间,有利于骨折愈合过程中的组织重建。
- 机械柔性弯曲类:机械柔性弯曲(mechanically compliant flexures)设计的固定板,通过特殊的柔性结构,使固定板在受力时能够产生一定的弯曲变形,从而为骨折块间创造微动条件。这种设计对材料的力学性能和结构的合理性要求较高,需要在保证足够强度的前提下,实现良好的柔性和微动调节能力。
除上述几类外,还有其他一些设计方法,如基于形状记忆合金的设计、具有特殊连接结构的固定板等,每种设计都有其独特的优势和适用场景。
不同装置的性能对比
对这些动态固定板装置的技术特性、轴向运动范围、刚度以及发展水平进行了对比分析。
- 技术特性:不同设计的固定板在结构、材料选择和工作原理上存在差异。滑动机制类固定板的滑动精度和可靠性,弹性插入物类固定板的弹性模量匹配度,晶格结构类固定板的孔隙率和结构稳定性等,都是衡量其技术特性的重要指标。
- 轴向运动范围:轴向运动范围是评估动态固定板性能的关键参数之一。不同装置的轴向运动范围有所不同,这取决于其设计结构和材料特性。合理的轴向运动范围能为骨折愈合提供最佳的力学刺激,但过大或过小的运动范围都可能影响骨折愈合效果。
- 刚度:固定板的刚度直接关系到骨折部位的固定稳定性。动态固定板需要在保证一定弯曲和扭转刚度的基础上,实现轴向的微动调节。因此,如何平衡刚度与微动之间的关系,是动态固定板设计中的一个重要问题。不同设计的固定板在刚度方面表现各异,需要根据具体的临床需求进行选择。
- 发展水平:这些动态固定板装置处于不同的发展阶段。部分装置仅处于实验室研究阶段,通过体外实验和动物实验验证其可行性和有效性;而一些装置已经进入临床试验阶段,积累了一定的临床数据,但距离广泛的临床应用仍有一段距离。
临床应用现状及原因分析
尽管许多动态固定板技术在实验和临床研究中都展现出良好的骨折愈合效果,但目前尚未在临床上广泛应用。主要原因包括:
- 生产成本高:部分动态固定板的设计较为复杂,涉及到特殊的材料和制造工艺,导致生产成本大幅增加。高昂的成本使得这些固定板在市场上缺乏竞争力,限制了其临床推广应用。
- 固定方式共存的影响:当前刚性固定(rigid fixation)和柔性固定(flexible fixation)两种方式同时存在,临床医生在选择固定方式时,需要综合考虑多种因素。由于动态固定板属于较新的技术,医生对其了解和熟悉程度相对较低,在选择固定方案时,更倾向于传统的固定方式,这也在一定程度上阻碍了动态固定板的临床应用。
总结与展望
动态骨折固定板作为骨折固定领域的创新方向,为解决长骨骨折标准锁定板固定导致的骨不连问题提供了新的思路和方法。虽然目前在临床应用方面还面临一些挑战,但随着材料科学、制造工艺和生物力学等多学科的不断发展,动态固定板有望在未来取得突破。未来的研究可以进一步优化设计,降低生产成本,提高装置的可靠性和稳定性,加强临床研究,积累更多的临床证据,促进动态骨折固定板在临床上的广泛应用,为骨折患者带来更好的治疗效果。