泰勒空间外固定支架简介

第一节 泰勒空间外固定支架的原理

Memphis.J.Charles和Harold S.Taylor于1994年依据Stewart平台和Charles定理运用于骨外固定领域，改良了Ilizarov外固定系统，形成了泰勒空间外固定支架（Taylor Spatial Frame TSF）（图1、2）。Stewart平台由Beggs于1966年发明最早应用于飞行模拟器，其具有6个可调节长度的支撑杆，通过调节支撑杆平台可以在任何方向上运动，所需支撑杆的数目恰好同矫正轴的数目相同，这不是偶然的巧合，假如只使用5根杆，系统就会不稳；同样如果使用7根杆，系统就要受到限制。Charles定理提示任何物体可以在六个轴上完成复杂的再定位（3次移位加上3次旋转），使用一条直线轴能够完成3个平面的成角，以及2个平面的移位。

同样，泰勒空间外固定支架具有6个可伸缩的支撑杆，两端连接于固定环上，在连接处可以自由旋转。只要调节其中的任一个支撑杆的长度，一个环就会相对于另一个环改变空间位置。无论是简单还是复杂的畸形，均可采用相同的框架治疗。结合特殊设计的计算机程序，只需将骨骼的畸形参数、以及框架的参数告诉计算机，根据计算机给定的支撑杆长度调节支撑杆，就能够同时处理多个成角和移位畸形。泰勒空间外固定支架不仅能可靠地矫正6轴畸形，该外固定器也非常坚固，带角度的6根支撑杆结构使得每根支撑杆都承受轴向的载荷，即使倾斜的支撑杆也不承受弯曲的压力。观察整个框架的任何结构，均与钻石晶体结构的形态类似，这是一个非常坚固的构型。与Ilizarov外固定器相比，该空间框架的轴向强度为1.1倍，弯曲强度为2.0倍，扭力强度为2.3倍。应用计算机程序的计算精度为1/1,000,000英寸和1/10000°；手工调节支撑杆，即使矫正6轴畸形，其误差小于0.7°和2mm。 使用该空间框架治疗特定畸形时，需要确定如下参数：框架参数，包括近端环和远端环的直径，以及中立位支撑杆的长度或框架高度（两环间的距离）；畸形参数，其涉及3种旋转和3种移位的临床及放射学测量，通过相对于参考骨段上设定的起始点以及对应骨段上相应的对应点来描述，通常选择CORA作为起始点。畸形参数包括前后位成角、侧位成角、轴向成角（旋转）、前后移位、侧方移位和轴向移位（分离或短缩）；安装参数，以起始点为参照框架的偏移，决定4个安装参数，包括起始点到参照环中心的距离，以及前后、侧方、轴向和旋转方向上框架的偏移。

第二节 泰勒空间外固定支架简介

Ilizarov系统是利用铰链和根据病例情况特殊设计移动装置来完成复杂畸形的矫正，需要系列化地或分步骤调整框架结构，更换铰链和不同的移动装置。

泰勒空间外固定支架由两个全环或部分环，应用6根可伸缩的支撑杆，通过特别的通用关节联接组装而成。仅仅通过调节支撑杆的长度，一个环相对另一个环就能被重新地定位。无论简单还是复杂的畸形，其治疗都可以应用同样的框架。一个特定的成角和移位复合畸形，仅仅通过调整支撑杆的长度就可以获得矫正。泰勒空间外固定支架能够矫正六轴畸形。

Fig1.

图1. 泰勒空间外固定支架由两个全环或部分环，应用6根可伸缩的支撑杆，通过特别的通用接头联接组装而成。

图2．通用接头是活动的不需要夹紧，支撑杆的长度可以通过调节旋钮改变，每个杆的长度能够直接读取，根据需要可以将支撑杆从中立位伸长或缩短。

第三节 一些空间定义

一、畸形参数

畸形参数包括以描述骨段与骨段定位的3个成角和3个移位，移位是指沿着参照环的坐标轴测量从起始点到对应点间的距离。如果参照环与参照骨段垂直交叉，移位畸形也可以沿着参照骨段的坐标轴测量。

如果参照骨段不与参照环垂直交叉，像对股骨的安装或残留畸形在骨折固定后，移位的测量要沿着参照环的坐标轴。

6个畸形参数是：

正位移位：在正位片上测量，内侧或外侧移位，从起始点到对应点。

侧位移位：在侧位片上测量，前或后移位，从起始点到对应点。

轴向移位：能在正位或侧位片上测量，远或近移位，从起始点到对应点。

正位成角：正位片上测量两骨段中线的夹角（或关节线的垂直等分线）。

侧位成角：侧位上两骨段中线的夹角（或关节线的垂直等分线）。

轴向成角：临床测量参照骨段与移动骨段矢状面上的夹角。 二、框架参数

指各环的直径和静止下杆的长度

近端环的直径

远端环的直径

中立位杆的长度：位于中立位杆的长度。

中立位框架高度：当所有支撑杆在中立位长度时从一个环的中心到另一个环的中心的高度。中立位框架高度可用来替代中立位杆的长度。中立位框架高度必须要输入软件合适的输入框。

三、安装参数

4个预测的或测量的参数将限定参照环相对于起始点的定位，这些参数是沿着参照环的坐标轴测量。

4个安装参数是：

正位框架偏移：参照环中心相对于起始点的内侧或外侧移位。

侧位框架偏移：参照环中心相对于起始点的前方或后方移位。

轴向框架偏移：参照环中心相对于起始点的近侧或远侧移位。

旋转框架偏移：参照环相对于参照骨段矢状面的旋转移位。

四、移动骨段

设定的畸形骨段，安装移动环。

五、起始点

从中立位到畸形位框架的旋转中心。对骨折和陈旧外伤后畸形通常为参照骨段的内部末端。对先天畸形通常为截骨平面参照骨端的中心或生理上的成角旋转中心。起始点是由外科医生选择的。

六、首要方位

计算机程序认定通过通用接头连接于近端环上的杆1和杆2位于参照骨段的正前方。不同的旋转规划，特别是应用于股骨和肱骨近端时，可以通过改变旋转框架偏移来实现。框架安装可以旋转首要方位选择2/3环，以此避免了与对侧大腿或躯干的接触。

七、参照骨段

设定的骨段在畸形矫正期间以保持相对的静止，可是两个骨段中的任意一个，最好的选择通常是骨段更短、断端更靠近关节面的一侧。其解剖平面应与正侧位X片相匹配，这些针对参照骨段的X片必须包括参照环的打算安装与实际安装的水平。

八、存在风险的结构

畸形矫正期间重要的生物结构将会经历最大和最严格的伸长，这些结构可能是神经、血管、骨、肌肉及皮肤。畸形矫正期间为了决定组织结构总的伸长计划，要将相对于起始点的风险结构的矩形坐标输入计算机程序。

九、指示点

对骨折或骨折不愈合及畸形愈合，在矫正的中间阶段，如果有一个明显的骨突能被利用作为对合复位，在骨断端重新对合前，要将骨端间隙适当的延长并消除成角。如果该畸形的全部畸形参数是[θ,φ,δ,X,Y,Z]，那么长度和成角完全恢复的指示点畸形参数就是[0,0,0,X,Y,0]

第四节 泰勒空间外固定支架与Ilizarov支架的比较

一、框架结构

Ilizarov通常由两端2个环或4个环中间连接4根螺纹直杆串联组成，如果用于矫正成角畸形，可将中间的螺纹杆加装铰链。实际应用过程中需根据肢体畸形的部位及形态，设计不同的构型，并加装辅助配件。因此，是一个个体化较强的空间框架，需要大量的临床经验，才能完成复杂畸形的构型设计及矫正过程。同时，在矫正过程中，需要根据可能的情况及畸形状态，进行框架结构的调整，才能顺利、圆满地完成畸形的矫正。

Taylor空间外固定支架由两端2个环中间连接6根可伸缩的支撑杆组成，杆与环之间非垂直状态，成一定的角度并可变换。通过调整支撑杆的长度，一个环可以相对另一个环进行重新的空间定位，从而改变其空间构型。因此，无论多么复杂的畸形均可应用同一个框架组装，来达到完美的矫正，临床应用方便。

二、框架的安装

Ilizarov支架需要个体化的安装，多选用橄榄针及细的克氏针（φ3.0以下）作为固定针，并需要考虑钢针的数量、进针方向角度，以及钢针的跨度和肢体的情况，才能达到可靠地固定。安装过程较复杂，需要合适的调整及变换构型、添加附件，才能顺利完成复杂畸形的框架安装；Taylor空间外固定支架应用同一个构型，仅需适当改变空间定位就可顺利完成复杂畸形的框架安装，固定针以较粗的半针（φ5.0~6.0），在近关节部位适当结合橄榄针及细的克氏针，就能达到可靠地固定。

三、适应症选择

严格意义上两类支架的适应症并无太大区别，均可用于骨折及肢体畸形的矫治。均可用于：骨折的复位固定、肢体延长、骨缺损的加压及骨段滑移、骨畸形的矫正、足踝畸形的矫治。但，Ilizarov支架具有更广的适应症，如：骨的横向滑移、关节挛缩的治疗、足踝复杂畸形的矫治，等。

四、优缺点比较

Ilizarov支架具有更广的适应症，在单方向畸形矫正方面，尤其是骨延长或骨端加压，比Taylor空间外固定支架使用更方便，同样能达到理性的效果；其空间构型简单，不需要使用计算机程序而进行参数的测量；4根杆的伸缩要比6根杆的伸缩跟方便；使用较细的钢针固定，更适宜的弹性固定，理论上更有利于成骨。Taylor空间外固定支架构型单一、易于操作，学习曲线较短、易于掌握；附件以计算机程序使骨折复位及畸形矫正更精确完美；实施的六轴矫正，可以同时矫正四维畸形（成角、错位、旋转及短缩或分离）；矫正过程不需变换框架，固定更可靠；但其价格较高，需要参数的测量及计算机程序的支持，限制了其广泛的使用。