一般来说，单平面单侧外固定器的稳定性低于单平面双侧外固定器。前者在轴向加载时，由于单侧非对称性承载，固定针和固定杆可发生变形。单平面双侧外固定器在轴向加载时，虽然固定针可变形，但由于固定杆上的应力呈对称性分布故其变形较小。无论是单平面单侧或双侧固定器，当安装在冠状平面时，其对抗矢状平面即前后方向移位的能力很差，且几乎没有抗扭转能力。在单平面外固定器的另一平面上增加固定针和固定杆，就形成双平面外固定器。双平面外固定器的弯曲和扭转刚度均明显高于单平面外固定器，其稳定性，特别是前后方向的稳定性得到很大程度的提高。
（外固定器的四种类型：A、单平面单侧，B、单平面双侧，C、双平面单侧，D双平面双侧；图源：《骨外固定原理与临床应用》）目前外固定器的材料，一般采用不锈钢或钛合金。通过对由不锈钢固定针与固定杆、钛合金固定针与固定杆、不锈钢固定针与钛合金固定杆三众组合的Hofmann-Vidal外固定器分别进行有限元分析，结果证实第三种组合的外固定器刚度较为适宜。这是因为固定针对维持外固定器刚度具有比较重要的作用，特别是轴向压缩和扭转负载时更为重要。而采用钛合金固定杆能明显减轻外固定器的重量，对外固定器的总体刚度却影响很小。外固定器与骨骼连接后，即形成外固定器-骨复合系统。该系统的总体刚度，除取决于固定器本身外，还取决于骨断端间的力学稳定性。
如骨断端间不相接触，则外固定器-骨复合系统的稳定性主要取决于外固定器本身的刚度。单平面单侧外固定器在这种情况下承受轴向压缩载荷，将发生明显变形，骨断端间发生成角移位。而单平面双侧外固定器在同样载荷下虽可发生变形，但不发生成角移位。骨断端间不相接触时，应力几乎全部经固定针传递，可导致固定针变形，甚至断裂，这种情况特别是在采用单平面单侧固定时容易发生。
骨断端间相接触时使用外固定器，应力大部分由骨骼传递，其余由外固定器承担。在轴向压缩应力作用下，骨断端吸收压应力，外固定器变形不明显（图1）。但在承担轴向拉伸应力时，单平面双侧外固定器可发生变形，骨断端间可出现分离移位，单平面单侧外固定器可发生明显变形，骨断端间出现分离和成角移位（图2）。
（图2：外固定器发生分离或成角移位；图源：中国知网）使用外固定器对骨断端间施加压力时，外固定器与骨骼形成一预应力复合系统：骨骼传递压应力，而金属外固定器传递拉应力。在轴向负载下，全部压应力由骨吸收。当外固定器承受轴向拉力时，只要拉应力不超过预应力，外固定器不发生变形，骨断端间也不发生移位。
外固定器与骨相接触的唯一部分是固定针。当在已连接的骨断端或在完整骨上施加压力时，固定针-骨界面产生静态应力。而当骨断端间由于固定不良而存在间隙时，固定针-骨界面可随肢体的运动或负重而产生周期性动态应力，后者可导致外固定器-骨复合系统总体刚度下降和固定针松动。不同几何形状外固定器在相同载荷下，其固定针-骨界面应力互不相同。双平面外固定中固定针-骨界面应力明显下降，这是因为双平面外固定器的固定针较多，在相同载荷下，每一根固定针分担的应力较小。固定针应力与载荷大小成正比，也与载荷形成有关。轴向载荷下各固定针的应力几乎相同，此时如骨断端有良好接触，针的应力可减少97%。某些载荷状态，可使固定针承受极大的应力，甚至超过材料屈服强度，而使固定针永久变形。
（针的数量、性质和布局与其稳定性有密切关系，a、b不够稳定，c、d比较稳定；图源：《实用创伤骨科学》）固定针数量从2根增加到8根时，能明显增加外固定器-骨复合系统在各种负载形式下的钢度，同时也相应地减低固定针-骨界面应力。但固定针数量超过8根时，外固定器-骨复合系统刚度不再明显增加。固定针直径增大，能明显增加外固定器-骨复合系统的刚度。固定针弯曲刚度，与其截面惯性矩成正比。当固定针的直径从4mm增加到6mm时，外固定器-骨复合系统刚度增加约4倍；固定针直径从1mm增加到2mm，弯曲刚度增加3倍以上。固定针越远离骨断端，外固定器-骨复合系统越不稳定（图3）。同侧骨段固定针之间距离越大，外固定器-骨复合系统越稳定（图4）。
增加固定杆数量能增加外固定器-骨复合系统的总体刚度，特别能增加前后方向弯曲刚度和扭转刚度。减少固定杆与骨之间的距离，即减少固定针的力臂长度，能明显增加外固定器-骨复合系统的刚度。对骨断端间施加压力,可增加外固定器-骨复合系统的弯曲和扭转刚度。在单平面外固定器的另一平面上增加固定针和固定杆而形成的双平面骨外固定器能有效地提高外固定器-骨复合系统的稳定性，特别是能明显增加前后方向的弯曲刚度。由于外固定器的刚度对骨端愈合有显著影响。因此，对外固定器结构刚度进行定量评价和选择合适刚度的外固定器在临床上具有重要的指导意义。外固定器的结构刚度，可在万能机械测试机上测定，以获得外固定器在承受轴向压缩，轴向拉伸、前后弯曲、侧向弯曲、扭曲5种载荷下的载荷-变形弯曲。而载荷-变形曲线在弹性范围内的斜率，即代表外固定器在该种负载形式下的刚度。
参考文献
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[1]罗富礽,黄国福.外固定架治疗创伤骨科患者的临床研究进展[J].临床医药文献电子杂志,2019,6(36):194-195.
[2]尚红涛,王泉,刘斌,刘伟.外固定支架修复胫骨平台骨折的生物力学特点[J].中国组织工程研究,2016,20(31):4651-4657.
[3]Gong Wen Yi,Pan Fan,Cheng Chen,Fan Kun. Selective nerve blocks in pedicled groin flap dissection for hand combined with ulnar-ilium external fixator removal[J]. Journal of Clinical Anesthesia,2021,68.
[4]Sun Dong Dong,Lv Dan,Zhou Kun,Chen Jian,Gao Li Lan,Sun Ming Lin. External fixator combined with three different fixation methods of fibula for treatment of extra-articular open fractures of distal tibia and fibula: a retrospective study[J]. BMC Musculoskeletal Disorders,2021,22(1).
[5]Jianfeng Li,Guotong Li,Mingjie Dong,Ying Chen,Shiping Zuo. Comparison of three different correction trajectories for foot and ankle deformity treated by supramalleolar osteotomy using a novel external fixator[J]. International Journal for Numerical Methods in Biomedical Engineering,2020,36(12).
[6]刘俊,廖苏平.克氏钉和外固定架修复Bennett骨折的三维有限元分析[J].中国组织工程研究,2017,21(03):390-395.
[7]Gaiarsa Guilherme Pelosini,Dos Reis Paulo Roberto,Kojima Kodi Edson,Targa Walter Hamilton de Castro,Fragomen Austin T. A novel translation system for circular external fixation to correct translational bony deformities.[J]. Injury,2020.
[8]刘克春,刘鹏.骨外固定器在骨科治疗中的应用进展[J].中国医疗器械信息,2017,23(15):26-27.
[9]马利军,孙官文.Ilizarov外固定架在骨科中的应用进展[J].医学综述,2020,26(02):311-315.
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