儿童肘内翻支具的设计与应用

邱小夏，周建军

1.兰州交通大学，甘肃 兰州 730070；2.兰州供电有限公司 医务所，甘肃

兰州 730070

儿童肘内翻支具的设计与应用

邱小夏1，周建军2

1.兰州交通大学，甘肃 兰州 730070；2.兰州供电有限公司 医务所，甘肃

兰州 730070

儿童肱骨髁上骨折是儿童骨科最常见的骨折类型之一[1]。肘内翻畸形是儿童常见的远期并发症，发病率很高，可达50%～60%[2]。肱骨髁上骨折系指肱骨远端内外骨髁上方1～2 cm处的骨折，而肘内翻是肱骨髁上骨折最常见的并发症之一，其发生率平均达30%[3]。长期以来，很多保守和手术疗法难以降低肘内翻的发生率，肘内翻发生率居高不下，成为亟待解决的医学难题。

1 肘内翻发生机制

2012年在甘肃省中医院获得30例肱骨髁上骨折并发肘内翻患者的临床数据。其中，男19例，女11例，左臂13例，右臂17例。年龄4～11岁，平均8岁。30位患者中有21例属尺偏型肘内翻，5例骨折远端旋转移位未获得纠正，4例复位基本良好。分析数据后得出如下结论：儿童肱骨髁上骨折并发肘内翻的主要原因是尺偏型骨折，骨折远端旋转移位次之。但是肘内翻形成的原因和机理，至今尚未获得完全一致的意见。临床经验和大多数学者实验总结得出的肘内翻发生机制主要有：① 远折端尺偏移位向内倾斜[4]；② 远折端旋转；③ 前臂的重力和剪力的力矩作用；④ 骨折断端间持续存在的内倾和内旋相对运动；⑤ 骨骺损伤，内侧骨骺受到挤压和刺戳，使外髁生长速度增加而产生肘内翻。

2 常见治疗方法的优缺点

儿童肱骨髁上骨折的治疗应着重预防肘内翻畸形、肘关节功能障碍等并发症。目前骨折治疗方法很多。

（1）石膏固定法[5]：首先通过手法复位，再加石膏外固定，石膏绑带能够根据肢体的形状而塑形，固定作用可靠、无创伤。缺点是无弹性，不能随时调整松紧度，固定范围大且关节在骨折固定期无法进行活动锻炼，可产生关节僵硬等后遗症。肘内翻发生率平均＞50%。

（2）小夹板固定[6]：利用有弹性的杉树皮或塑料板加上固定垫绑在骨折肢体上，能有效地防止骨折端再发生旋转和侧方移位，固定范围不包括骨折的上下关节，便于及时锻炼，防止关节僵硬。优点是固定可靠、治疗费用低、并发症少且病人痛苦轻等。缺点是不易塑形，绑扎太松会失去固定作用或绑扎太紧而产生压迫性溃烂等，肘内翻的发生率较高。

（3）闭合复位加针固定：肱骨髁上骨折最常用的手术方式。选用2～3 mm的克式针2～3根分别向内外上髁交叉固定远端并穿至对侧骨皮质[7]。此方法会产生放射性损害并有手术创伤，固定时间长、易感染、疼痛。治疗肘内翻效果好，平均发生率≤10%。

3 尼龙66材质的肘内翻支具的设计

3.1 设计目的

支具是现代外科的一项先进技术，应用范围广，如肢体外创伤、关节、脊柱等。儿童肱骨髁上骨折的多发性与后期并发症较多见，对于可应用于儿童肱骨髁上骨折并发肘内翻的预防矫形器具的设计，国内外少有相关报道。上述骨折治疗方法均存在一定的缺陷，本研究研制的尼龙66材质的支具用作复位后固定，可透过X光线，患者固定2周后可进行功能锻炼并可有效地预防骨折后期肘内翻的发生。

3.2 设计原理及思路分析

3.2.1 支具外倾角设计

上述已提到肘内翻的发生原因，即骨折的尺倾、旋转移位及后期固定方法不当等。根据甘肃省中医院多年的病例实验观察，所设计的支具在能够有效固定手臂并保证手臂能够进行有限活动的基础上，其肘外倾角在8～15°间；手臂处伸直位时的提携角，即支具前臂轴线相对上臂轴线外翻角平均值在15°左右，以满足人体手臂提携角的平均角度（支具自身的外翻角度可调整，避免产生肘内翻）。

设计分析：将两夹板的旋转中心平面设计为倾斜面，形成肘外翻倾角，角度的确定需通过抽样调查获取平均值。作者通过对某小学1～5年级学生的抽样调查得出：前臂支撑件的旋转轴相对上臂支撑件转轴成8°，前臂支撑件自然外倾的角度为7°。用solidworks三维制图软件绘制出的三维图，见图1～2。

图1 右臂支具轴心位置外侧夹板的零件工程图

图2 右臂支具轴心位置内侧夹板的零件

3.2.2 支具材料选择

金属支撑件可阻挡X光对骨骼的透视观察，需选用非金属材料，并保证支撑件有足够的强度以对抗变形，且能够牢固固定骨折部位，本研究选用尼龙66（聚乙二酰乙二胺）材料（工业简称PA66）做支撑件。尼龙66具有以下优点：① 为非金属材料，可通过X光透视；② 具有优良的力学性能，机械强度高、韧性好，可用于数控加工或机加工；③ 质量轻、无毒无味，米白色外观，适合做为支具材料；④ 自润性、耐摩擦性好，使用寿命长。

支具轴心部分的2套配合夹板采用尼龙材料，紧固螺钉和定位螺钉采用有机玻璃材料。有机玻璃化学名称为聚甲基丙烯酸甲酯，相对尼龙材料强度和密度较大，缺点是质理较脆。

3.2.3 支具骨折端有效的加压固定

骨折远端尺侧倾斜或移位是肘内翻的主要原因，可用两个相向的力稳定骨折断端，受力点设置在肱骨断端内外侧上下1 cm左右的位置，且加压点力度大小应可调，以充分调整人体受力时的舒适度并有效的改善尺倾。思路分析：在夹板上合适位置开螺纹孔，螺钉加压示意图，见图3。在髁上骨骼断端夹有上臂尼龙板，两侧螺钉通过在上臂尼龙板螺纹孔内旋进旋出动作，可进行有效的力度调节且不影响透视效果。使用的两个可调加压螺钉由有机玻璃材料制成，长为50 mm和45 mm、直径为8 mm，螺钉头分别在骨折断端上下1 cm位置压紧。可调加压螺钉三维图，见图4。

图3 螺钉加压示意图

图4 可调加压螺钉三维图

3.2.4 支具上臂和前臂的相对运动

在复位后前2周支具可锁定，以维持肘关节屈曲90°和屈曲120°前臂旋前位两个位置。2周后，支具可以做0～120°的屈伸活动。思路分析：在支具肘关节的2个配合尼龙板上加工角度为120°、宽度为2 mm的旋转槽和挡块，就可实现120°度范围的相对运动。手臂屈肘60°、90°和120°位置时在倾斜板面上加工3个直径为7 mm的通孔，外侧尼龙夹板相同位置加工一个6 mm的螺纹孔，拧紧螺钉到通孔中可实现定位。旋转槽及挡块示意图，见图5～6。

图5 上臂支撑板的旋转槽示意图

图6 外侧尼龙夹板的挡块示意图

3.2.5 支具适用范围

该支具适用于3～14岁儿童，可以根据儿童上臂和前臂周径和长度进行调节，有效固定骨折并能顺应人体骨骼自然的生理运动。思路分析：采用铝合金7050材料调节固定螺钉，进行长度和宽度方向的调整。

3.3 SolidWorks三维软件设计

根据支具的设计思路及原理，用三维机械设计软件SolidWorks绘制三维图。SolidWorks是一个基于造型的三维机械设计软件，设计基本思路是：实体造型-虚拟装配-二维、三维图纸。由该软件绘制出的三维实体装配工程图，见图7。

图7 右肢支具的装配体工程图

4 应用效果

4.1 支具使用方法

在甘肃省某医院选择了3名小儿肱骨髁上骨折病例佩戴本支具。开始使用的2周内，使肘关节在屈肘90°位置，用销钉旋入固定支具于90°位置。2周以后可松开销钉，让肘关节在0～120°度范围内稍作活动，4周左右就可随意屈伸手臂活动直至骨折愈合。佩戴时间一般＞2个月，≤4个月。

4.2 近期应用效果

一例患者佩戴本支具右臂屈肘90°正位X片，见图8。

图8 右臂屈肘90°正位X片

透过尼龙主板可清晰看到患者骨骼断端，支具与手臂结合紧密，患者无干涉和不适感。骨折断端的上下加压固定位置合适。佩戴3个月左右观察X线片，患者骨折断端愈合且塑形良好。去除支具，3个佩戴支具的病例中未发现有继发肘内翻的情况，表明该支具的疗效明显。后期需对3个病例进行1年以上的随访，进一步观察效果。

[1] 吉士俊,潘少川,王继孟．小儿骨科学[M]．济南:山东科学技术出版社,1999．

[2] 李伟强,卢凤珊,王志远,等．动力型弹性肘关节支具的设计思路探讨[J]．临床医学工程,2012,19(9):1431-1432．

[3] 许瑞明．手法整复治疗儿童肱骨髁上骨折168例临床分析[J]．临床报道,2005,13(2):52-53．

[4] 姜士超,倪庆宾．儿童肱骨髁上骨折并发肘内翻的研究进展[J]．

临床小儿外科杂志,2010,9(2):142-143．

[5] 祝乾清,时光达．肱骨髁上骨折300例报告[J]．中国中医骨伤科杂志,1999,5(3):22-23．

[6] 王拴武,张长虹,秦晓岗,等．一种新型骨折固定夹板在灾害医学领域的应用[J]．中国医疗设备,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 研制一种旋转中心为尼龙66材质且可透过X线的儿童肘内翻支具，用于儿童肱骨髁上骨折并发肘内翻的预防性治疗。方法 根据肘内翻发生机制并结合儿童的发病机理，对支具的外倾角、骨折端加压固方法、上臂和前臂的相对范围等关键点进行创新设计，并用solidworks三维软件制作三维图、工程图。结果 该支具与患者手臂结合紧密，透过其尼龙主板可清晰看到骨骼断端，且患者无不适感，有效地对抗了肘内翻的发生。结论 该支具的疗效明显，值得临床推广。

肘内翻支具；X线透视；儿童肱骨髁上骨折；尼龙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，在读硕士研究生。

作者邮箱：xiaxiaoq．but@foxmail．com