目的本课题拟通过自行设计组合式外架并进行生物力学测试,探讨不同构型的组合式外架固定A2型胫骨干骨折的力学性能差异,通过临床治疗验证其骨折固定效果及疗效,为合理、规范、有效地组建组合式外架,指导临床诊疗提供一定的理论依据。方法采用组合式外架基本构件中的钢针、连接杆等进行外架设计,共设计完成10种外架构型,分别为构型1到构型10,每种构型分别固定胫骨A2型骨折标本(包括近段和中段)。根据外架对骨断端进行固定位置的不同,将其分为胫骨干中段骨折外架模型组(A组)和胫骨干近端骨折外架模型组(B组)。根据外架连杆数量的不同,分为4杆组、5杆组和6杆组。于天津市骨科研究所生物力学研究室万能力学试验机(Bose Electro Force?3510测试系统)进行生物力学测试,包括轴向压缩测试、扭转测试以及三点弯曲测试,测试后记录结果,计算位移(角度)及刚度并进行统计学分析。选取2014年4月-2016年6月期间在我院接受组合式外架治疗小腿骨折的患者,满足研究条件者纳入研究,采用自行研究的组合式外架进行骨折外固定,术后定期随访,待骨断端满足骨性愈合的条件后予以去除外架。随访期间对骨折愈合情况,下肢外形以及关节活动度等方面进行评价。采用JohnerWruhs疗效分析法评定术后疗效。结果1)生物力学研究:(1)不同构型外架抗压缩、旋转能力比较:A组中构型5轴向刚度[232.37±4.676)N/mm,(221.26±2.267)N/mm]和扭转刚度[(2.12±0.057)N/Deg,(1.99±0.024)N/Deg]最大,抗压缩、旋转能力最强,其次为构型2-4、构型1轴向刚度[(104.77±0.547)N/mm,(109.77±0.551)N/mm]和扭转刚度[(1.38±0.018)N/Deg,(1.37±0.008)N/Deg]最小,抗压缩、旋转能力最弱,构型5到构型1抗轴向压缩、旋转能力呈递减趋势(P<0.05)。B组中构型10轴向刚度[(255.95±3.194)N/mm,(242.08±3.536)N/mm]和扭转刚度[(2.33±0.064)N/Deg,(2.14±0.024)N/Deg]最大,抗压缩、旋转能力最强,其次为构型7-9、构型6轴向刚度[(117.10±0.869)N/mm,(119.62±0.576)N/mm]和扭转刚度[(1.55±0.026)N/Deg,(1.43±0.009)N/Deg]最小,抗压缩、旋转能力最弱,构型10到构型6抗轴向压缩、旋转能力呈递减趋势(P<0.05)。同一载荷下,4杆组与5杆组间发生的位移(角度)差值明显大于5杆与6杆组间位移(角度)差值,且随着载荷的增加,前者呈明显增大趋势,后者改变不明显,提示5杆与6杆组间具有相似的抗轴向压缩及抗旋转旋转能力。(2)A组各构型外架抗侧方弯能力对比:本实验仅于A组外架模型进行,同一载荷下,构型5抗侧方弯曲能力最强,其次为构2-4、构1抗侧方弯曲能力最弱,构型5到构型1抗侧方弯曲能力呈递减趋势(P<0.05)。2)临床研究:本研究选入患者共20例,其中男12例,女8例,平均年龄为(32.3±5.6)岁。导致骨折的原因包括:发生交通事故导致损伤者11例,意外被重物砸伤者4例,干活时不慎被机器挤压者2例,其他原因导致损伤者3例。均采用本课题自行设计的外架构型对骨折断端进行固定。术后骨折端对合良好,外架固定牢固,未发生严重感染等并发症,住院期间1例发生针道渗液,1例出现伤口边缘的部分变黑坏死,通过定期规范换药后逐渐好转。患者术后均获随访9个月到24个月。所有患者均获得临床愈合,其中一期获得愈合者共16人(80%);发生延迟愈合者共3人(15%),不愈合者1人(5%),经二期处理后均获骨性愈合。去除外架后下肢外观满意,经康复练习后关节功能恢复良好。末次随访Johner-Wruhs疗效分析法评定结果显示:优15例,良3例,中2例,优良率高达90%。结论1)本课题设计的组合式外固定架中以采用6杆构型(构型5和构型10)稳定性最佳,4杆构型(构型1和构型6)稳定性最差,增加连杆数量能够显著增强外架稳定性;2)采用5杆构型(构型2-4和构型7-9)的外架随着连杆排列方式不同其力学性能存在一定的差异,以构型4与构型9稳定性最佳;3)临床病例研究证实本课题设计的5杆组外架具有较强的稳定性,能够更好的满足临床对骨折治疗的需求,且相对经济、高效、便捷,骨折固定效果佳,愈合率高,具备较高的临床应用价值。