下肢自攻式平侧牵引固定器的生物力学测试

　　作者结合临床实际,根据生物力学原理和下肢的解剖特点,研制出一种自攻式平侧牵引固定器,用于下肢骨折的短时牵引,经生物力学测试和临床应用,验证其可行性,现报道如下。

　　1　牵引固定器的设计与测试方法

　　1.1　牵引固定器的结构　见图1。

　　1.1.1　固定装置:基本结构是一等腰三角形固定架,三角形腰为2个长220mm、直径15mm的钢管,底边横杠为长310 mm、直径20 mm的钢管,三管与螺母之间首尾相连。横杠的正中为一内径22 mm的丝孔,两端分别与2个鞋式固定器的插销构成套筒装置,使之可沿横杠左右滑动。鞋形固定器可左右旋转,用来调节患肢的旋转畸形。

　　1.1.2　撑开牵引装置:由顶托、三角导向螺杆与手轮组成。顶托由撑杆和耻骨支撑器连接组成。撑杆为一长250 mm、直径20 mm的钢管,足端为40 mm长的管状接口,能够套在螺杆的耻骨端。耻骨支撑器为具有分叉的两个弧形托,弧形托外包有海绵套。三角导向螺杆为一长550 mm、直径22 mm的不锈钢丝杠,耻骨端为约40 mm长的光滑接头,丝杠表面制成粗螺纹,螺杆从横杠和加压螺母的丝孔中经过。手轮与螺杆足端固定,使之能随手轮的转动而转动。

　　1.1.3　牵引固定器的整机性能:螺杆轴向行程190mm,支架全长800mm,加上套管可达1 100mm。左右移动最大长度均为100 mm,上下可自由伸长缩短,左右可以自由伸长缩短和360°转动。顺时针转动手轮可使螺杆前进,逆时针转动可使螺杆后退,前进时使加压螺母与顶耻架之间的距离变长,加大两支撑点间的撑开距离,达到牵引固定的目的。平卧操作或侧身操作均可。

　　1.2　生物力学测试

　　1.2.1　牵引固定器的应变测量:将牵引固定器安装在WE2100万能材料试验机的夹具中,对准加载中心,牢固固定夹具;将应变片各导线分别接入ED21应变式数字显示测力传感器中。固定妥后,转动试验机手轮,以100 N为分级载荷,加载0~500 N,加载类型为轴向加载。为保证在生理载荷下重复试验,分别在5 d内对牵引固定器做了5次应变测量。将三角架的斜杆称为杆件AB,横杠称为杆件AC,螺杆和顶耻架撑杆称为杆件CD。采集杆件AB、AC、CD在5次测量中不同载荷下的应变值。

　　1.2.2　牵引固定器牵引时肌肉的收缩力测定:选择健康中青年5人, 20~52岁, 4男1女,分别采用下肢牵引固定器固定。测试者平卧位,两下肢伸展。展开牵引固定器,将双足踝固定在鞋型固定器内,外展角度均一致。将螺杆与撑杆连接,调到适当长度,撑开杆的耻骨端的支撑器顶牢耻骨结节,旋转鞋型固定器使双下肢保持中立位。体位固定妥后,在顶耻架近端连接应变筒式测力传感器,并在支架钢管上粘贴三枚电阻片,以测定作用在螺杆上的轴向压力。然后用弓形应变针组成的桥式电路,附着在绷带上包裹下肢皮肤。先作小腿的肌肉收缩力测量,旋转手轮加载,由三角架导向螺杆产生牵引力,实行分级加载0~500 N,每100 N为一分级载荷。通过肌肉传感器测定肌肉收缩力,而后用标正矫正传感器进行矫正以确定精度。记录不同载荷下小腿应变和肌肉收缩力数据。按同样的方法作大腿的肌肉收缩力测量。测试在上海大学生物力学实验室进行。