兒童肘內翻支具的設計與應用

邱小夏，周建軍

1.蘭州交通大學，甘肅 蘭州 730070；2.蘭州供電有限公司 醫務所，甘肅

蘭州 730070

兒童肘內翻支具的設計與應用

邱小夏1，周建軍2

1.蘭州交通大學，甘肅 蘭州 730070；2.蘭州供電有限公司 醫務所，甘肅

蘭州 730070

兒童肱骨髁上骨折是兒童骨科最常見的骨折類型之一[1]。肘內翻畸形是兒童常見的遠期并發癥，發病率很高，可達50%～60%[2]。肱骨髁上骨折系指肱骨遠端內外骨髁上方1～2 cm處的骨折，而肘內翻是肱骨髁上骨折最常見的并發癥之一，其發生率平均達30%[3]。長期以來，很多保守和手術療法難以降低肘內翻的發生率，肘內翻發生率居高不下，成為亟待解決的醫學難題。

1 肘內翻發生機制

2012年在甘肅省中醫院獲得30例肱骨髁上骨折并發肘內翻患者的臨床數據。其中，男19例，女11例，左臂13例，右臂17例。年齡4～11歲，平均8歲。30位患者中有21例屬尺偏型肘內翻，5例骨折遠端旋轉移位未獲得糾正，4例復位基本良好。分析數據后得出如下結論：兒童肱骨髁上骨折并發肘內翻的主要原因是尺偏型骨折，骨折遠端旋轉移位次之。但是肘內翻形成的原因和機理，至今尚未獲得完全一致的意見。臨床經驗和大多數學者實驗總結得出的肘內翻發生機制主要有：① 遠折端尺偏移位向內傾斜[4]；② 遠折端旋轉；③ 前臂的重力和剪力的力矩作用；④ 骨折斷端間持續存在的內傾和內旋相對運動；⑤ 骨骺損傷，內側骨骺受到擠壓和刺戳，使外髁生長速度增加而產生肘內翻。

2 常見治療方法的優缺點

兒童肱骨髁上骨折的治療應著重預防肘內翻畸形、肘關節功能障礙等并發癥。目前骨折治療方法很多。

（1）石膏固定法[5]：首先通過手法復位，再加石膏外固定，石膏綁帶能夠根據肢體的形狀而塑形，固定作用可靠、無創傷。缺點是無彈性，不能隨時調整松緊度，固定范圍大且關節在骨折固定期無法進行活動鍛煉，可產生關節僵硬等后遺癥。肘內翻發生率平均＞50%。

（2）小夾板固定[6]：利用有彈性的杉樹皮或塑料板加上固定墊綁在骨折肢體上，能有效地防止骨折端再發生旋轉和側方移位，固定范圍不包括骨折的上下關節，便于及時鍛煉，防止關節僵硬。優點是固定可靠、治療費用低、并發癥少且病人痛苦輕等。缺點是不易塑形，綁扎太松會失去固定作用或綁扎太緊而產生壓迫性潰爛等，肘內翻的發生率較高。

（3）閉合復位加針固定：肱骨髁上骨折最常用的手術方式。選用2～3 mm的克式針2～3根分別向內外上髁交叉固定遠端并穿至對側骨皮質[7]。此方法會產生放射性損害并有手術創傷，固定時間長、易感染、疼痛。治療肘內翻效果好，平均發生率≤10%。

3 尼龍66材質的肘內翻支具的設計

3.1 設計目的

支具是現代外科的一項先進技術，應用范圍廣，如肢體外創傷、關節、脊柱等。兒童肱骨髁上骨折的多發性與后期并發癥較多見，對于可應用于兒童肱骨髁上骨折并發肘內翻的預防矯形器具的設計，國內外少有相關報道。上述骨折治療方法均存在一定的缺陷，本研究研制的尼龍66材質的支具用作復位后固定，可透過X光線，患者固定2周后可進行功能鍛煉并可有效地預防骨折后期肘內翻的發生。

3.2 設計原理及思路分析

3.2.1 支具外傾角設計

上述已提到肘內翻的發生原因，即骨折的尺傾、旋轉移位及后期固定方法不當等。根據甘肅省中醫院多年的病例實驗觀察，所設計的支具在能夠有效固定手臂并保證手臂能夠進行有限活動的基礎上，其肘外傾角在8～15°間；手臂處伸直位時的提攜角，即支具前臂軸線相對上臂軸線外翻角平均值在15°左右，以滿足人體手臂提攜角的平均角度（支具自身的外翻角度可調整，避免產生肘內翻）。

設計分析：將兩夾板的旋轉中心平面設計為傾斜面，形成肘外翻傾角，角度的確定需通過抽樣調查獲取平均值。作者通過對某小學1～5年級學生的抽樣調查得出：前臂支撐件的旋轉軸相對上臂支撐件轉軸成8°，前臂支撐件自然外傾的角度為7°。用solidworks三維制圖軟件繪制出的三維圖，見圖1～2。

圖1 右臂支具軸心位置外側夾板的零件工程圖

圖2 右臂支具軸心位置內側夾板的零件

3.2.2 支具材料選擇

金屬支撐件可阻擋X光對骨骼的透視觀察，需選用非金屬材料，并保證支撐件有足夠的強度以對抗變形，且能夠牢固固定骨折部位，本研究選用尼龍66（聚乙二酰乙二胺）材料（工業簡稱PA66）做支撐件。尼龍66具有以下優點：① 為非金屬材料，可通過X光透視；② 具有優良的力學性能，機械強度高、韌性好，可用于數控加工或機加工；③ 質量輕、無毒無味，米白色外觀，適合做為支具材料；④ 自潤性、耐摩擦性好，使用壽命長。

支具軸心部分的2套配合夾板采用尼龍材料，緊固螺釘和定位螺釘采用有機玻璃材料。有機玻璃化學名稱為聚甲基丙烯酸甲酯，相對尼龍材料強度和密度較大，缺點是質理較脆。

3.2.3 支具骨折端有效的加壓固定

骨折遠端尺側傾斜或移位是肘內翻的主要原因，可用兩個相向的力穩定骨折斷端，受力點設置在肱骨斷端內外側上下1 cm左右的位置，且加壓點力度大小應可調，以充分調整人體受力時的舒適度并有效的改善尺傾。思路分析：在夾板上合適位置開螺紋孔，螺釘加壓示意圖，見圖3。在髁上骨骼斷端夾有上臂尼龍板，兩側螺釘通過在上臂尼龍板螺紋孔內旋進旋出動作，可進行有效的力度調節且不影響透視效果。使用的兩個可調加壓螺釘由有機玻璃材料制成，長為50 mm和45 mm、直徑為8 mm，螺釘頭分別在骨折斷端上下1 cm位置壓緊?？烧{加壓螺釘三維圖，見圖4。

圖3 螺釘加壓示意圖

圖4 可調加壓螺釘三維圖

3.2.4 支具上臂和前臂的相對運動

在復位后前2周支具可鎖定，以維持肘關節屈曲90°和屈曲120°前臂旋前位兩個位置。2周后，支具可以做0～120°的屈伸活動。思路分析：在支具肘關節的2個配合尼龍板上加工角度為120°、寬度為2 mm的旋轉槽和擋塊，就可實現120°度范圍的相對運動。手臂屈肘60°、90°和120°位置時在傾斜板面上加工3個直徑為7 mm的通孔，外側尼龍夾板相同位置加工一個6 mm的螺紋孔，擰緊螺釘到通孔中可實現定位。旋轉槽及擋塊示意圖，見圖5～6。

圖5 上臂支撐板的旋轉槽示意圖

圖6 外側尼龍夾板的擋塊示意圖

3.2.5 支具適用范圍

該支具適用于3～14歲兒童，可以根據兒童上臂和前臂周徑和長度進行調節，有效固定骨折并能順應人體骨骼自然的生理運動。思路分析：采用鋁合金7050材料調節固定螺釘，進行長度和寬度方向的調整。

3.3 SolidWorks三維軟件設計

根據支具的設計思路及原理，用三維機械設計軟件SolidWorks繪制三維圖。SolidWorks是一個基于造型的三維機械設計軟件，設計基本思路是：實體造型-虛擬裝配-二維、三維圖紙。由該軟件繪制出的三維實體裝配工程圖，見圖7。

圖7 右肢支具的裝配體工程圖

4 應用效果

4.1 支具使用方法

在甘肅省某醫院選擇了3名小兒肱骨髁上骨折病例佩戴本支具。開始使用的2周內，使肘關節在屈肘90°位置，用銷釘旋入固定支具于90°位置。2周以后可松開銷釘，讓肘關節在0～120°度范圍內稍作活動，4周左右就可隨意屈伸手臂活動直至骨折愈合。佩戴時間一般＞2個月，≤4個月。

4.2 近期應用效果

一例患者佩戴本支具右臂屈肘90°正位X片，見圖8。

圖8 右臂屈肘90°正位X片

透過尼龍主板可清晰看到患者骨骼斷端，支具與手臂結合緊密，患者無干涉和不適感。骨折斷端的上下加壓固定位置合適。佩戴3個月左右觀察X線片，患者骨折斷端愈合且塑形良好。去除支具，3個佩戴支具的病例中未發現有繼發肘內翻的情況，表明該支具的療效明顯。后期需對3個病例進行1年以上的隨訪，進一步觀察效果。

[1] 吉士俊,潘少川,王繼孟．小兒骨科學[M]．濟南:山東科學技術出版社,1999．

[2] 李偉強,盧鳳珊,王志遠,等．動力型彈性肘關節支具的設計思路探討[J]．臨床醫學工程,2012,19(9):1431-1432．

[3] 許瑞明．手法整復治療兒童肱骨髁上骨折168例臨床分析[J]．臨床報道,2005,13(2):52-53．

[4] 姜士超,倪慶賓．兒童肱骨髁上骨折并發肘內翻的研究進展[J]．

臨床小兒外科雜志,2010,9(2):142-143．

[5] 祝乾清,時光達．肱骨髁上骨折300例報告[J]．中國中醫骨傷科雜志,1999,5(3):22-23．

[6] 王拴武,張長虹,秦曉崗,等．一種新型骨折固定夾板在災害醫學領域的應用[J]．中國醫療設備,2008,23(9):89-90,46．

[7] Skaggs DL,Tolo VT．Master techniques in orthopaedic surgery:pediatrics[M]．PhiladelPhia:Lippineott Williams and Wilkins,2008:15-22．

Design and Application of Elbow Brace for Children Cubitus Varus

QIU Xiao-xia1, ZHOU Jian-jun2

1.Lanzhou Jiaotong University, Lanzhou Gansu 730070, China; 2.Infirmary, Lanzhou Power Co., Ltd., Lanzhou Gansu 730070, China

目的 研制一種旋轉中心為尼龍66材質且可透過X線的兒童肘內翻支具，用于兒童肱骨髁上骨折并發肘內翻的預防性治療。方法 根據肘內翻發生機制并結合兒童的發病機理，對支具的外傾角、骨折端加壓固方法、上臂和前臂的相對范圍等關鍵點進行創新設計，并用solidworks三維軟件制作三維圖、工程圖。結果 該支具與患者手臂結合緊密，透過其尼龍主板可清晰看到骨骼斷端，且患者無不適感，有效地對抗了肘內翻的發生。結論 該支具的療效明顯，值得臨床推廣。

肘內翻支具；X線透視；兒童肱骨髁上骨折；尼龍66材料

Objective To design a kind of elbow brace whose rolling center was made from nylon 66 material for children cubitus varus. The elbow brace which can be be penetrated by X-ray was suitable for the prophylactic treatment of children humerus fracture complicated with cubitus varus. Methods According to the occurrence mechanism of cubitus varus and children’s pathogenesis, key points including the camber angle, the fracture end pressure method and relative scope between the upper arm and cubitus of the elbow brace were designed innovatively. Then 3D drawing and engineering drawing of the elbow brace were made through solidworks 3D software. Results The broken ends of fractured bones can be observed clearly through the nylon mainboard of the elbow brace which can be closely combined with patients’ arms without discomfort. Thus the cubitus varus can be prevented with the elbow brace. Conclusion The elbow brace with significant treatment effcacy is worth to be promoted.

elbow brace for cubitus varus; X-ray imaging; children humerus fracture; nylon 66 material

TH781

A

10.3969/j.issn.1674-1633.2014.05.009

1674-1633(2014)05-0030-03

2013-12-18

2014-01-23

本文作者：邱小夏，在讀碩士研究生。

作者郵箱：xiaxiaoq．but@foxmail．com