Ilizarov技术是国际公认的肢体矫形临床治疗方法，但外固定相关的并发症较多。随着时代的发展和进步，在Ilizarov技术基础上形成了第2代肢体矫形技术——体外控制全植入性髓内延长钉。自20世纪80年代首个体外控制全植入性髓内延长钉出现，经过40余年的发展，目前已有超过3种延长机制的体外控制全植入性髓内延长钉，而且通过大量实验研究及临床应用，已经形成了成熟稳定的临床治疗模式，如德国Peter H. Thaller教授提出的End-Point-First（EPF）方案。与Ilizarov技术相比，体外控制全植入性髓内延长钉在便利性、舒适度、感染风险、软组织损伤、术后疼痛感以及肢体延长可控性方面均有明显优势。目前，国内尚无相关器械及其临床应用，该文主要对体外控制全植入性髓内延长钉的发展、临床治疗理念以及目前国外肢体延长治疗现状进行详细介绍，以期为国内肢体矫形进一步发展提供新思路。
引用本文： 陈甫寰, Peter H. Thaller, 秦泗河. 体外控制全植入性髓内延长钉及其临床治疗理念研究进展. 中国修复重建外科杂志, 2021, 35(12): 1623-1629. doi: 10.7507/1002-1892.202107012 复制
20世纪50年代Ilizarov教授通过系统性研究骨牵拉再生的生物学现象和骨延长愈合机制，发现了“张力-应力”法则，即“Ilizarov效应”，并设计出环形外固定器和真正的微创骨科技术体系，使临床肢体矫形和功能重建发生了颠覆性改变[1-2]。外固定器牵张成骨是全世界公认的有效矫正肢体畸形方法，但也存在大量与外固定相关的并发症及不足，如针道感染、延长过程中疼痛、牵张后发生张力引起的肌肉挛缩、软组织移位、周围神经血管损伤、踝关节和髋关节脱位、关节僵硬、持续佩戴外固定架降低患者生活质量等[3-4]。有学者提出将内固定与外固定相结合，以减少外固定架佩戴时间[5]，但也不能完全避免外固定相关并发症的发生。
为了解决上述问题，以德国等国家为首的国外肢体矫形界医生研发了体外控制全植入性髓内延长钉[6-7]。该系统一般包括髓内延长钉及体外控制器两部分，目前已用于临床的髓内延长钉可通过机械力、电动力或磁力进行驱动，根据不同的驱动原理配置相应类型控制器[8]。与外固定器相比，采用体外控制全植入性髓内延长钉矫形具有感染率低、软组织损伤小、疼痛程度轻、关节活动良好、下肢力线控制好以及维护成本低等优点[9-10]，但目前国内尚未引入相关器械以及临床应用。
本文详细介绍体外控制全植入性髓内延长钉的发展历史、临床应用及End-Point-First（EPF）标准化临床治疗理念，以期为国内肢体矫形提供新思路，为肢体矫形患者提供更理想的临床治疗选择。
1 体外控制全植入性髓内延长钉发展历史
1956年，美国加利福尼亚大学附属医院骨科Frederic C. Bost首先提出利用普通髓内钉进行肢体延长和重建手术[11]，临床应用于23例股骨增高患者，均获得了满意疗效，通过髓内钉固定有效解决了既往不易维持截骨碎片位置的问题。德国慕尼黑大学附属市中心医院Brunner等[12] 首次通过动物实验证明了髓内钉结合Ilizarov外固定架治疗胫骨及股骨干大段缺损的有效性，结果显示即使髓内钉破坏了髓内循环系统，但是通过剩余骨组织的拉伸和压缩，纳入实验的21只成年母羊胫、腓骨均显示骨再生良好，为之后体外控制全植入性髓内延长钉的发展奠定了坚实的实验基础。
1975年，德国Gotz Schnellman教授设计了植入性髓内自动延长钉，并且成功治疗因外伤导致的股骨短小患者[13]。该延长钉主要通过外接液压管来驱动，虽不是完全意义上的全植入性髓内延长钉，但开启了体外控制全植入性髓内延长钉的发展篇章。之后，全球首个体外控制全植入性髓内延长钉Bliskunov® nail问世，1983年Bliskunov [14]报道了全球首例应用病例，他们采用该系统对股骨短小患者成功实施股骨延长术。1990年初陆续出现了Albizzia® nail （Medinov-AMP；Roanne公司，法国）及其改进版本Betzbone® nail（Med-Tech GbmH-Betz Institute Wadern公司，德国）[15]。以上3种类型体外控制全植入性髓内延长钉均为机械棘轮系统（Ratchet System）驱动，即患者通过小幅度旋转下肢来实现髓内延长钉的延长，一旦达到所需长度即可取出髓内钉。但延长期间因下肢旋转角度过大（每旋转20° 延长约0.7 mm），患者会感觉严重不适或者疼痛感，因此这3种系统目前临床已不再使用。美国Orthofix公司研制的Intramedullary Skeletal Kinetic Distractor（ISKD®）是由主体和伸缩部分之间的2个旋转棘轮系统来实现驱动，与Bliskunov® nail和Albizzia® nail相比，在获得相同延长长度条件下，其下肢旋转角度减小（每旋转3°～9° 延长约1 mm）。然而，ISKD® 存在不受控制的延长现象，也被称为“失控延长（run-away）”现象，即当延长速度超过1.5 mm/d，会发生骨质愈合不佳或不愈合，故其延长可靠性受到了质疑[16]。同时，因为该系统仍采用旋转延长驱动机制，延长过程中仍存在疼痛问题，所以2009年ISKD® 也退出了临床[17]。
20世纪90年代末，德国慕尼黑大学附属市中心医院发明了Fitbone® nail（Wittenstein 公司，德国）[18]。它是一种电驱动全植入性髓内延长钉，通过齿轮和主轴系统延伸，实现精确控制延长长度。驱动电源从外部控制器传送到皮下接收器（约直径2.5 cm圆形装置），皮下接收器通过绝缘柔性电线与延长钉内的驱动器系统相连，从而实现髓内骨延长（图1）。Fitbone® nail包括伸缩式和滑动式，两种类型的驱动机制完全不同。其中，伸缩式具有伸缩功能，通过螺纹杆伸缩来实现髓内延长钉远端延长，在股骨和胫骨中均可使用。而滑动式只有单纯拉动功能，临床使用较少，主要原因包括：① 滑动式髓内延长钉最小直径仅13 mm；② 滑动式髓内延长钉仅能通过顺行股骨入口嵌入；③ 滑动式髓内延长钉是将近端部分向远端拉入到螺钉固定的股骨中（最多可达8 cm），可能导致髓内延长钉不稳定问题；④ 延长期间会占用股骨远端空间。
图1
Fitbone® nail系统
Figure1.
Fitbone® nail system
Fitbone® nail主要在欧洲各国、澳大利亚和土耳其等国家使用，临床治疗结果良好[19]。延长期间最常见并发症是由于锁紧螺钉松动或延长部分回缩导致的延长缩短，这种现象称为“Back-tracking”，可通过定期临床随访来监测调控。针对上述并发症，学者们对Fitbone® nail的抗回缩机制稳定性方面进行了改良[20]，以有效避免延长长度丢失，以及由此导致的骨质提前愈合。Black等[20]对采用环形外固定架和Fitbone® nail治疗的患者进行了比较，结果显示髓内延长钉组并发症减少，平均疼痛程度降低，患者术后理疗介入需求也降低。通过临床20余年的应用研究，Fitbone® nail成为第1个长期临床试验验证有效且安全的体外控制全植入性髓内延长钉，为制定标准化体外控制全植入性髓内延长钉手术技术奠定了基础，也为该系统的后续临床应用提供了可靠临床证据。
美国Ellipse Technologies公司研制的PRECICE® nail是目前占有全球市场份额最大的体外控制全植入性髓内延长钉[21]。该系统采用磁力驱动，由包含2个旋转磁铁的外部遥控器以及内置磁铁的全植入性髓内延长钉组成，延长时患者只需将外部遥控器放置于髓内延长钉附近皮肤上，通过改变外部遥控器摆放方向控制髓内延长钉的伸缩，达到延长或者缩短肢体的目的（图2）。2011年5月，新西兰媒体报道了首例PRECICE® nail肢体延长术，但无后续随访报道；同年6月土耳其Metin医生报道了PRECICE® nail肢体延长术，且随访显示患者对术后效果满意[22]。
图2
PRECICE® nail系统
Figure2.
PRECICE® nail system
第1代PRECICE® nail共有2种直径（10.7、12.5 mm）、6种长度（230～355 mm），最长延长长度为65 mm。术中可选择顺行股骨梨状肌或大转子植入、逆行股骨植入以及顺行胫骨植入。第1代产品早期临床均采用标准手术治疗方案及0.66～1 mm/d渐进式肢体延长速率，均达到预期延长长度，并获得良好骨再生结果[23]。该系统应用最常见并发症为延长结束后成骨期发生髓内延长钉断裂，主要原因是该髓内延长钉防旋转装置处设计了薄磁性金属轴，其在髓内延长钉融合处会形成一个冠状结构相对脆弱的应力点（图3）。因此，美国Ellipse Technologies公司分别在2012年和2014年对第1代PRECICE® nail产品进行了改良，第2代产品为一个整体式植入物，直径更小（8.5 mm），长度包括150、165、175、190、215、245、275、305、335、365 mm，但长度<190 mm的产品需要提前定制；可实现50～80 mm肢体延长，而且第2代产品的弯曲疲劳强度是第1代产品2倍以上，齿轮和延长杠之间的耦合强度达3倍。目前临床应用第2代PRECICE® nail尚未出现断裂现象[24-25]。
图3
第1代PRECICE® nail防旋转装置薄磁性金属轴（红圈）
Figure3.
The anti-rotation device (red circle) of the first gene ration PRECICE® nail
2018年，该公司生产了第3代PRECICE® nail（PRECICE® STRYDE）。第3代产品采用Biodur108合金不锈钢材质制成，用防旋转凸耳（anti-rotation lug）结构取代了第2代产品中的冠状结构，同时通过增加磁铁长度使牵引力提高了18.6%。患者术后即可全负重，最大程度提高了生活质量，但术后即刻负重质量上限与髓内延长钉直径相关。髓内延长钉直径为10 mm 时，术后即刻负重<68 kg，以此类推直径11.5 mm时负重<91 kg、直径13 mm时负重<114 kg）[26]。
2 肢体矫形及延长治疗理念
目前，Fitbone® nail和PRECICE® nail的安全性和有效性已在临床得到认证，但尚未形成一个完整的临床治疗体系。德国慕尼黑大学附属市中心医院Peter H. Thaller教授经过10余年对体外控制全植入性髓内延长钉的研究以及临床200余例的治疗，提出了 EPF 手术设计方式，包括术前设计、手术操作要点、术后管理程序及并发症预防[27-28]。
2.1 临床评估
术前采集病史，了解导致患者肢体畸形的原因（先天性、创伤性或者其他原因）；检查患者关节活动度，有无任何类型关节挛缩及不稳定迹象。通过下肢体格检查了解患者是否有下肢扭转畸形，明确是否需要全下肢CT扫描。为更科学地了解延长后下肢恢复程度，必须检查患者下肢血管、神经功能及相关实验室检查指标（如感染和凝血参数）。患者吸烟史、营养状况、身体质量指数及年龄等其他危险因素也需考虑[29]。
2.2 影像学评估
影像学评估主要包括下肢侧位X线片和双下肢全长站立位X线片（long standing radiology，LSR）。
LSR是一种常规的双下肢X线片，拍摄时患者双下肢全负重且尽可能完全伸展，髌骨处于膝关节中心位。如果患者双下肢不等长，可通过间隔板进行平衡补偿，使用间隔板还可以了解下肢需延长程度。在膝关节之间或者稍下方位置放置30 mm不透射线球体，为后期手术设计提供参考标尺。如在体格检查或LSR中发现有下肢扭转畸形情况，应进一步行全下肢CT扫描，确定扭转角度。
如果患者存在较严重下肢畸形，单纯使用体外控制全植入性髓内延长钉难以同期完成矫形与延长，应考虑先手术矫正下肢畸形，再二期手术延长。Peter H. Thaller教授临床经验认为对于下肢畸形<30°者，均可一期通过体外控制全植入性髓内延长钉治疗，干骺端截骨术矫正后再穿钉可以同期安全地完成矫正畸形与延长[27-28]。
2.3 术前下肢畸形矫正与延长方案设计
下肢畸形矫正和延长均可使用EPF手术设计方式，如果患者是单纯某一个骨节段需要进行畸形矫正和延长，首先模拟股骨或胫骨术后期望终点（End Point）。在EPF手术设计方案中，期望终点是第1个可见的设计位点，然后在期望终点的骨节段中插入合适直径的髓内延长钉，逆向使期望终点处的截骨段逐步恢复至术后即刻状态。EPF术前设计方案可以提前预测患者治疗效果和术后延长过程，是一个逆向动态模拟过程，有利于医生和患者交流（图4）。
图4
EPF手术设计理念
a. 设计图全景；b～e. 手术设计细节图，分别对应于图a中第1、2、3、4部位
Figure4. Concept of EPF designa. Design panorama; b-e. Details of the surgical design, corresponding to the first, second, third, and fourth parts of the figure a
EPF手术设计在Coral Draw绘图软件中进行，首先行不对准测验（Malalignment Test），确定患者下肢机械轴偏移程度、股骨远端外侧角、胫骨近端内侧角、关节线相交角及双下肢长度差值等，明确需要手术治疗部位。以矫正胫骨为例，首先描绘胫骨外形，通过髋关节中点与膝关节中点连线来定义患者新的下肢机械轴，即治疗后能获得的正确下肢机械轴。对照患者正常侧下肢长度或者患者期望延长长度，确定达到新的下肢机械轴需要延长长度，此时即可确定新的下肢机械轴终点。通过截骨构造了远端游离胫骨（图4：红色轮廓），复制该部分轮廓，沿着髓内轴回溯到截骨处（图4：绿色轮廓）。这种以图形方式定义治疗期望终点、术后即刻表现和髓内延长钉角度及路径的手术设计方案，即为EPF手术设计方式。
截骨位置距离干骺端越近，骨再生能力越强，也有利于矫正更多的胫骨上段畸形角度；但越靠近干骺端截骨，髓内固定稳定性也就越差，因此选择大小和尺寸合适的髓内延长钉也极为重要。EPF可更加全面地从患者术后即刻、延长路径以及治疗期望终点进行完美模拟和设计，同时也为术者在手术结束后再次验证提供了参考。
2.4 手术治疗经验分享
患者术中仰卧于X线网状隔板（有利于术中确定下肢力线）（图5），全麻插管状态下进行手术。术前设计图按照患者身高以1∶1比例在半透明纸上打印后悬挂于手术室。
图5
术中患者仰卧于X线网状隔板表现
a. 示意图；b. 术中透视图
Figure5. The performance of the patient lying on the X-ray mesh partition during operationa. Schematic diagram; b. Intraoperative X-ray diagram
对于股骨延长患者，在股骨近端及远端分别放置1枚Schanz针，方便控制下肢扭转，髓内延长钉入口处作2 cm切口，并且利用3 mm 克氏针标记，利用薄壁钢管套（thin-walled steel sleeve，Peter H. Thaller教授专利产品）锤入股骨内形成“保护墙”，然后研磨髓腔至术前设计截骨位；在截骨线外侧皮肤作微创切口，利用手术骨凿形成截骨线；截骨后再继续研磨髓腔，研磨获得的骨组织可以在之后行自体骨移植至截骨线处；最后固定髓内延长钉。对于胫骨延长患者需要额外行腓骨截断术。
手术结束后再次利用X线网状隔板进行下肢力线校准检查，对比与术前设计是否一致。最后术中实验性延长1 mm，确认可延长后再次缩短至术后即刻表现。根据术中出血情况在入口处和截骨位处放置引流管，24 h内根据引流量拔除引流管（图6、7）。
图6
术中截骨过程
Figure6.
Intraoperative osteotomy process
图7
术中核对下肢力线
Figure7.
Intraoperative check of lower limb force line
2.5 术后肢体延长计划
术后第1天患者开始扶双拐负重20 kg行走（使用PRECICE® STRYDE可全负重），第5天在医师帮助下进行第1次肢体延长。出院前医师培训患者如何正确使用外部遥控器，并记录患者每天延长次数、长度（一般3次，每次0.33 mm，每天累计延长约1 cm）及延长过程中的疼痛程度。对于使用Fitbone® nail的患者，医师需培训患者将电子发射器放置在皮下接收器。住院期间患者延长情况正常（通过X线片观察），一般术后第8～10天出院（图8）。
图8
术后延长过程及最终表现
Figure8.
Postoperative prolongation process and final performance
出院后患者在家中自行延长，但必须每周门诊复查延长情况，同时定期进行下肢适度运动理疗。门诊复查重点是X线片监测目标下肢延长情况，测量延长长度并预计骨组织愈合情况、延长时间和对应长度是否匹配。一般目标延长速度为1 cm/d，可根据骨再生、膝关节运动和神经血管结构等情况进行调整。延长结束后进入骨愈合和骨重塑关键阶段，早期每隔2周门诊复查1次，稳定后在第6、12周复诊。如果患者下肢延长及功能恢复良好，可减少甚至停止理疗。
当X线片显示至少一侧骨皮质开始愈合（通常是后侧骨皮质），患者即可逐渐增加负重直到全负重。当骨皮质已经达到部分愈合时，患者只需每6周门诊随访1次。通常在12～18个月后可再次手术取出髓内延长钉。取出术后6个月行最后1次LSR检测，评估患者下肢最终治疗与康复结果。
不同公司的体外控制全植入性髓内延长钉其手术操作基本相同，主要注意主刀医生是否充分了解器械性能，并进行个体化术前评估与设计，根据患者病情进行针对性治疗。
3 体外控制全植入性髓内延长钉国内应用展望及“3D”外科教学
使用外固定架延长肢体的常见并发症有针道感染、针孔周围瘢痕、软组织挛缩、关节僵硬、移除外固定架后再骨折或畸形愈合等。此外，因为术后需长期佩戴外固定架，使得一些患者对此种治疗方法接受度低。体外控制全植入性髓内延长钉基本避免了以上并发症的发生，整个延长与恢复周期患者日常生活质量显著提高[18]，减少了患者对肢体延长术的恐惧。但对比Ilizarov肢体延长技术，单纯体外控制全植入性髓内延长钉矫正下肢畸形程度有限，术后如出现轴线偏移等问题无法体外修正；以Peter H. Thaller教授多年临床经验，目前髓内延长钉一次性延长限度在16 cm以内，但应注意延长长度越长，手术复杂性、治疗周期及风险也越高，因此单纯利用体外控制全植入性髓内延长钉进行肢体延长宜控制在8～10 cm。体外控制全植入性髓内延长钉除用于调整下肢长度外，在下肢畸形矫正、骨搬运及上肢肱骨延长等方面也获得了良好临床疗效[30-31]。
体外控制全植入性髓内延长钉的安全性和有效性已经被证实，并且通过过去50年的不断发展，已成为矫形外科治疗新方向。但与外固定架相比，该系统价格昂贵，我国是人口大国并且还处于发展阶段，临床治疗投入方面需要考量性价比，这也影响了该系统在我国的引入及应用。
2015年，Peter H. Thaller教授成立了“3D（Defects，Deformities and Limb Length Discrepancies）”外科教学论坛，邀请国际体外控制全植入性髓内延长钉应用方面的专家讲课，分享肢体矫形和延长技术。该教学论坛不仅分享如何修复骨缺损、如何通过锁定板矫正骨外伤或通过髓内延长钉来延长下肢，重要的是通过正确分析来理解每例患者下肢表现，通过精心手术设计为患者选择最佳的个体化手术方式。2019年9月，在德国慕尼黑举办的培训班特别邀请了国际Ilizarov方法应用与研究学会（ASAMI）中国组委会主席秦泗河教授演讲“肢体延长与重建在中国”。
4 结语
与外固定架相比，体外控制全植入性髓内延长钉术后不能调整下肢角度，因此术前分析及设计尤为重要。EPF手术治疗理念与技术是Ilizarov张力-应力法则、髓内固定、微电子工程技术与智能化结合的产物，对矫形相关亚专业的发展具有启示作用，也为医生理解术前评价与设计、体内缓慢牵拉组织再生重建提供启发。希望本文可作为体外控制全植入性髓内延长钉在国内发展的开端，早日与国际接轨。
作者贡献：陈甫寰负责综述构思及设计、观点形成、资料收集、文章撰写及中德交流等；Peter H. Thaller负责综述构思及设计，提供德国临床治疗信息、国际视角，修改文章；秦泗河提出论文构思，并从国内临床视角及中文表达提供意见并实施修改。
利益冲突：所有作者声明，在课题研究和文章撰写过程中不存在利益冲突。
20世纪50年代Ilizarov教授通过系统性研究骨牵拉再生的生物学现象和骨延长愈合机制，发现了“张力-应力”法则，即“Ilizarov效应”，并设计出环形外固定器和真正的微创骨科技术体系，使临床肢体矫形和功能重建发生了颠覆性改变[1-2]。外固定器牵张成骨是全世界公认的有效矫正肢体畸形方法，但也存在大量与外固定相关的并发症及不足，如针道感染、延长过程中疼痛、牵张后发生张力引起的肌肉挛缩、软组织移位、周围神经血管损伤、踝关节和髋关节脱位、关节僵硬、持续佩戴外固定架降低患者生活质量等[3-4]。有学者提出将内固定与外固定相结合，以减少外固定架佩戴时间[5]，但也不能完全避免外固定相关并发症的发生。
为了解决上述问题，以德国等国家为首的国外肢体矫形界医生研发了体外控制全植入性髓内延长钉[6-7]。该系统一般包括髓内延长钉及体外控制器两部分，目前已用于临床的髓内延长钉可通过机械力、电动力或磁力进行驱动，根据不同的驱动原理配置相应类型控制器[8]。与外固定器相比，采用体外控制全植入性髓内延长钉矫形具有感染率低、软组织损伤小、疼痛程度轻、关节活动良好、下肢力线控制好以及维护成本低等优点[9-10]，但目前国内尚未引入相关器械以及临床应用。
本文详细介绍体外控制全植入性髓内延长钉的发展历史、临床应用及End-Point-First（EPF）标准化临床治疗理念，以期为国内肢体矫形提供新思路，为肢体矫形患者提供更理想的临床治疗选择。
1 体外控制全植入性髓内延长钉发展历史
1956年，美国加利福尼亚大学附属医院骨科Frederic C. Bost首先提出利用普通髓内钉进行肢体延长和重建手术[11]，临床应用于23例股骨增高患者，均获得了满意疗效，通过髓内钉固定有效解决了既往不易维持截骨碎片位置的问题。德国慕尼黑大学附属市中心医院Brunner等[12] 首次通过动物实验证明了髓内钉结合Ilizarov外固定架治疗胫骨及股骨干大段缺损的有效性，结果显示即使髓内钉破坏了髓内循环系统，但是通过剩余骨组织的拉伸和压缩，纳入实验的21只成年母羊胫、腓骨均显示骨再生良好，为之后体外控制全植入性髓内延长钉的发展奠定了坚实的实验基础。
1975年，德国Gotz Schnellman教授设计了植入性髓内自动延长钉，并且成功治疗因外伤导致的股骨短小患者[13]。该延长钉主要通过外接液压管来驱动，虽不是完全意义上的全植入性髓内延长钉，但开启了体外控制全植入性髓内延长钉的发展篇章。之后，全球首个体外控制全植入性髓内延长钉Bliskunov® nail问世，1983年Bliskunov [14]报道了全球首例应用病例，他们采用该系统对股骨短小患者成功实施股骨延长术。1990年初陆续出现了Albizzia® nail （Medinov-AMP；Roanne公司，法国）及其改进版本Betzbone® nail（Med-Tech GbmH-Betz Institute Wadern公司，德国）[15]。以上3种类型体外控制全植入性髓内延长钉均为机械棘轮系统（Ratchet System）驱动，即患者通过小幅度旋转下肢来实现髓内延长钉的延长，一旦达到所需长度即可取出髓内钉。但延长期间因下肢旋转角度过大（每旋转20° 延长约0.7 mm），患者会感觉严重不适或者疼痛感，因此这3种系统目前临床已不再使用。美国Orthofix公司研制的Intramedullary Skeletal Kinetic Distractor（ISKD®）是由主体和伸缩部分之间的2个旋转棘轮系统来实现驱动，与Bliskunov® nail和Albizzia® nail相比，在获得相同延长长度条件下，其下肢旋转角度减小（每旋转3°～9° 延长约1 mm）。然而，ISKD® 存在不受控制的延长现象，也被称为“失控延长（run-away）”现象，即当延长速度超过1.5 mm/d，会发生骨质愈合不佳或不愈合，故其延长可靠性受到了质疑[16]。同时，因为该系统仍采用旋转延长驱动机制，延长过程中仍存在疼痛问题，所以2009年ISKD® 也退出了临床[17]。
20世纪90年代末，德国慕尼黑大学附属市中心医院发明了Fitbone® nail（Wittenstein 公司，德国）[18]。它是一种电驱动全植入性髓内延长钉，通过齿轮和主轴系统延伸，实现精确控制延长长度。驱动电源从外部控制器传送到皮下接收器（约直径2.5 cm圆形装置），皮下接收器通过绝缘柔性电线与延长钉内的驱动器系统相连，从而实现髓内骨延长（图1）。Fitbone® nail包括伸缩式和滑动式，两种类型的驱动机制完全不同。其中，伸缩式具有伸缩功能，通过螺纹杆伸缩来实现髓内延长钉远端延长，在股骨和胫骨中均可使用。而滑动式只有单纯拉动功能，临床使用较少，主要原因包括：① 滑动式髓内延长钉最小直径仅13 mm；② 滑动式髓内延长钉仅能通过顺行股骨入口嵌入；③ 滑动式髓内延长钉是将近端部分向远端拉入到螺钉固定的股骨中（最多可达8 cm），可能导致髓内延长钉不稳定问题；④ 延长期间会占用股骨远端空间。
图1
Fitbone® nail系统
Figure1.
Fitbone® nail system
Fitbone® nail主要在欧洲各国、澳大利亚和土耳其等国家使用，临床治疗结果良好[19]。延长期间最常见并发症是由于锁紧螺钉松动或延长部分回缩导致的延长缩短，这种现象称为“Back-tracking”，可通过定期临床随访来监测调控。针对上述并发症，学者们对Fitbone® nail的抗回缩机制稳定性方面进行了改良[20]，以有效避免延长长度丢失，以及由此导致的骨质提前愈合。Black等[20]对采用环形外固定架和Fitbone® nail治疗的患者进行了比较，结果显示髓内延长钉组并发症减少，平均疼痛程度降低，患者术后理疗介入需求也降低。通过临床20余年的应用研究，Fitbone® nail成为第1个长期临床试验验证有效且安全的体外控制全植入性髓内延长钉，为制定标准化体外控制全植入性髓内延长钉手术技术奠定了基础，也为该系统的后续临床应用提供了可靠临床证据。
美国Ellipse Technologies公司研制的PRECICE® nail是目前占有全球市场份额最大的体外控制全植入性髓内延长钉[21]。该系统采用磁力驱动，由包含2个旋转磁铁的外部遥控器以及内置磁铁的全植入性髓内延长钉组成，延长时患者只需将外部遥控器放置于髓内延长钉附近皮肤上，通过改变外部遥控器摆放方向控制髓内延长钉的伸缩，达到延长或者缩短肢体的目的（图2）。2011年5月，新西兰媒体报道了首例PRECICE® nail肢体延长术，但无后续随访报道；同年6月土耳其Metin医生报道了PRECICE® nail肢体延长术，且随访显示患者对术后效果满意[22]。
图2
PRECICE® nail系统
Figure2.
PRECICE® nail system
第1代PRECICE® nail共有2种直径（10.7、12.5 mm）、6种长度（230～355 mm），最长延长长度为65 mm。术中可选择顺行股骨梨状肌或大转子植入、逆行股骨植入以及顺行胫骨植入。第1代产品早期临床均采用标准手术治疗方案及0.66～1 mm/d渐进式肢体延长速率，均达到预期延长长度，并获得良好骨再生结果[23]。该系统应用最常见并发症为延长结束后成骨期发生髓内延长钉断裂，主要原因是该髓内延长钉防旋转装置处设计了薄磁性金属轴，其在髓内延长钉融合处会形成一个冠状结构相对脆弱的应力点（图3）。因此，美国Ellipse Technologies公司分别在2012年和2014年对第1代PRECICE® nail产品进行了改良，第2代产品为一个整体式植入物，直径更小（8.5 mm），长度包括150、165、175、190、215、245、275、305、335、365 mm，但长度<190 mm的产品需要提前定制；可实现50～80 mm肢体延长，而且第2代产品的弯曲疲劳强度是第1代产品2倍以上，齿轮和延长杠之间的耦合强度达3倍。目前临床应用第2代PRECICE® nail尚未出现断裂现象[24-25]。
图3
第1代PRECICE® nail防旋转装置薄磁性金属轴（红圈）
Figure3.
The anti-rotation device (red circle) of the first gene ration PRECICE® nail
2018年，该公司生产了第3代PRECICE® nail（PRECICE® STRYDE）。第3代产品采用Biodur108合金不锈钢材质制成，用防旋转凸耳（anti-rotation lug）结构取代了第2代产品中的冠状结构，同时通过增加磁铁长度使牵引力提高了18.6%。患者术后即可全负重，最大程度提高了生活质量，但术后即刻负重质量上限与髓内延长钉直径相关。髓内延长钉直径为10 mm 时，术后即刻负重<68 kg，以此类推直径11.5 mm时负重<91 kg、直径13 mm时负重<114 kg）[26]。
2 肢体矫形及延长治疗理念
目前，Fitbone® nail和PRECICE® nail的安全性和有效性已在临床得到认证，但尚未形成一个完整的临床治疗体系。德国慕尼黑大学附属市中心医院Peter H. Thaller教授经过10余年对体外控制全植入性髓内延长钉的研究以及临床200余例的治疗，提出了 EPF 手术设计方式，包括术前设计、手术操作要点、术后管理程序及并发症预防[27-28]。
2.1 临床评估
术前采集病史，了解导致患者肢体畸形的原因（先天性、创伤性或者其他原因）；检查患者关节活动度，有无任何类型关节挛缩及不稳定迹象。通过下肢体格检查了解患者是否有下肢扭转畸形，明确是否需要全下肢CT扫描。为更科学地了解延长后下肢恢复程度，必须检查患者下肢血管、神经功能及相关实验室检查指标（如感染和凝血参数）。患者吸烟史、营养状况、身体质量指数及年龄等其他危险因素也需考虑[29]。
2.2 影像学评估
影像学评估主要包括下肢侧位X线片和双下肢全长站立位X线片（long standing radiology，LSR）。
LSR是一种常规的双下肢X线片，拍摄时患者双下肢全负重且尽可能完全伸展，髌骨处于膝关节中心位。如果患者双下肢不等长，可通过间隔板进行平衡补偿，使用间隔板还可以了解下肢需延长程度。在膝关节之间或者稍下方位置放置30 mm不透射线球体，为后期手术设计提供参考标尺。如在体格检查或LSR中发现有下肢扭转畸形情况，应进一步行全下肢CT扫描，确定扭转角度。
如果患者存在较严重下肢畸形，单纯使用体外控制全植入性髓内延长钉难以同期完成矫形与延长，应考虑先手术矫正下肢畸形，再二期手术延长。Peter H. Thaller教授临床经验认为对于下肢畸形<30°者，均可一期通过体外控制全植入性髓内延长钉治疗，干骺端截骨术矫正后再穿钉可以同期安全地完成矫正畸形与延长[27-28]。
2.3 术前下肢畸形矫正与延长方案设计
下肢畸形矫正和延长均可使用EPF手术设计方式，如果患者是单纯某一个骨节段需要进行畸形矫正和延长，首先模拟股骨或胫骨术后期望终点（End Point）。在EPF手术设计方案中，期望终点是第1个可见的设计位点，然后在期望终点的骨节段中插入合适直径的髓内延长钉，逆向使期望终点处的截骨段逐步恢复至术后即刻状态。EPF术前设计方案可以提前预测患者治疗效果和术后延长过程，是一个逆向动态模拟过程，有利于医生和患者交流（图4）。
图4
EPF手术设计理念
a. 设计图全景；b～e. 手术设计细节图，分别对应于图a中第1、2、3、4部位
Figure4. Concept of EPF designa. Design panorama; b-e. Details of the surgical design, corresponding to the first, second, third, and fourth parts of the figure a
EPF手术设计在Coral Draw绘图软件中进行，首先行不对准测验（Malalignment Test），确定患者下肢机械轴偏移程度、股骨远端外侧角、胫骨近端内侧角、关节线相交角及双下肢长度差值等，明确需要手术治疗部位。以矫正胫骨为例，首先描绘胫骨外形，通过髋关节中点与膝关节中点连线来定义患者新的下肢机械轴，即治疗后能获得的正确下肢机械轴。对照患者正常侧下肢长度或者患者期望延长长度，确定达到新的下肢机械轴需要延长长度，此时即可确定新的下肢机械轴终点。通过截骨构造了远端游离胫骨（图4：红色轮廓），复制该部分轮廓，沿着髓内轴回溯到截骨处（图4：绿色轮廓）。这种以图形方式定义治疗期望终点、术后即刻表现和髓内延长钉角度及路径的手术设计方案，即为EPF手术设计方式。
截骨位置距离干骺端越近，骨再生能力越强，也有利于矫正更多的胫骨上段畸形角度；但越靠近干骺端截骨，髓内固定稳定性也就越差，因此选择大小和尺寸合适的髓内延长钉也极为重要。EPF可更加全面地从患者术后即刻、延长路径以及治疗期望终点进行完美模拟和设计，同时也为术者在手术结束后再次验证提供了参考。
2.4 手术治疗经验分享
患者术中仰卧于X线网状隔板（有利于术中确定下肢力线）（图5），全麻插管状态下进行手术。术前设计图按照患者身高以1∶1比例在半透明纸上打印后悬挂于手术室。
图5
术中患者仰卧于X线网状隔板表现
a. 示意图；b. 术中透视图
Figure5. The performance of the patient lying on the X-ray mesh partition during operationa. Schematic diagram; b. Intraoperative X-ray diagram
对于股骨延长患者，在股骨近端及远端分别放置1枚Schanz针，方便控制下肢扭转，髓内延长钉入口处作2 cm切口，并且利用3 mm 克氏针标记，利用薄壁钢管套（thin-walled steel sleeve，Peter H. Thaller教授专利产品）锤入股骨内形成“保护墙”，然后研磨髓腔至术前设计截骨位；在截骨线外侧皮肤作微创切口，利用手术骨凿形成截骨线；截骨后再继续研磨髓腔，研磨获得的骨组织可以在之后行自体骨移植至截骨线处；最后固定髓内延长钉。对于胫骨延长患者需要额外行腓骨截断术。
手术结束后再次利用X线网状隔板进行下肢力线校准检查，对比与术前设计是否一致。最后术中实验性延长1 mm，确认可延长后再次缩短至术后即刻表现。根据术中出血情况在入口处和截骨位处放置引流管，24 h内根据引流量拔除引流管（图6、7）。
图6
术中截骨过程
Figure6.
Intraoperative osteotomy process
图7
术中核对下肢力线
Figure7.
Intraoperative check of lower limb force line
2.5 术后肢体延长计划
术后第1天患者开始扶双拐负重20 kg行走（使用PRECICE® STRYDE可全负重），第5天在医师帮助下进行第1次肢体延长。出院前医师培训患者如何正确使用外部遥控器，并记录患者每天延长次数、长度（一般3次，每次0.33 mm，每天累计延长约1 cm）及延长过程中的疼痛程度。对于使用Fitbone® nail的患者，医师需培训患者将电子发射器放置在皮下接收器。住院期间患者延长情况正常（通过X线片观察），一般术后第8～10天出院（图8）。
图8
术后延长过程及最终表现
Figure8.
Postoperative prolongation process and final performance
出院后患者在家中自行延长，但必须每周门诊复查延长情况，同时定期进行下肢适度运动理疗。门诊复查重点是X线片监测目标下肢延长情况，测量延长长度并预计骨组织愈合情况、延长时间和对应长度是否匹配。一般目标延长速度为1 cm/d，可根据骨再生、膝关节运动和神经血管结构等情况进行调整。延长结束后进入骨愈合和骨重塑关键阶段，早期每隔2周门诊复查1次，稳定后在第6、12周复诊。如果患者下肢延长及功能恢复良好，可减少甚至停止理疗。
当X线片显示至少一侧骨皮质开始愈合（通常是后侧骨皮质），患者即可逐渐增加负重直到全负重。当骨皮质已经达到部分愈合时，患者只需每6周门诊随访1次。通常在12～18个月后可再次手术取出髓内延长钉。取出术后6个月行最后1次LSR检测，评估患者下肢最终治疗与康复结果。
不同公司的体外控制全植入性髓内延长钉其手术操作基本相同，主要注意主刀医生是否充分了解器械性能，并进行个体化术前评估与设计，根据患者病情进行针对性治疗。
3 体外控制全植入性髓内延长钉国内应用展望及“3D”外科教学
使用外固定架延长肢体的常见并发症有针道感染、针孔周围瘢痕、软组织挛缩、关节僵硬、移除外固定架后再骨折或畸形愈合等。此外，因为术后需长期佩戴外固定架，使得一些患者对此种治疗方法接受度低。体外控制全植入性髓内延长钉基本避免了以上并发症的发生，整个延长与恢复周期患者日常生活质量显著提高[18]，减少了患者对肢体延长术的恐惧。但对比Ilizarov肢体延长技术，单纯体外控制全植入性髓内延长钉矫正下肢畸形程度有限，术后如出现轴线偏移等问题无法体外修正；以Peter H. Thaller教授多年临床经验，目前髓内延长钉一次性延长限度在16 cm以内，但应注意延长长度越长，手术复杂性、治疗周期及风险也越高，因此单纯利用体外控制全植入性髓内延长钉进行肢体延长宜控制在8～10 cm。体外控制全植入性髓内延长钉除用于调整下肢长度外，在下肢畸形矫正、骨搬运及上肢肱骨延长等方面也获得了良好临床疗效[30-31]。
体外控制全植入性髓内延长钉的安全性和有效性已经被证实，并且通过过去50年的不断发展，已成为矫形外科治疗新方向。但与外固定架相比，该系统价格昂贵，我国是人口大国并且还处于发展阶段，临床治疗投入方面需要考量性价比，这也影响了该系统在我国的引入及应用。
2015年，Peter H. Thaller教授成立了“3D（Defects，Deformities and Limb Length Discrepancies）”外科教学论坛，邀请国际体外控制全植入性髓内延长钉应用方面的专家讲课，分享肢体矫形和延长技术。该教学论坛不仅分享如何修复骨缺损、如何通过锁定板矫正骨外伤或通过髓内延长钉来延长下肢，重要的是通过正确分析来理解每例患者下肢表现，通过精心手术设计为患者选择最佳的个体化手术方式。2019年9月，在德国慕尼黑举办的培训班特别邀请了国际Ilizarov方法应用与研究学会（ASAMI）中国组委会主席秦泗河教授演讲“肢体延长与重建在中国”。
4 结语
与外固定架相比，体外控制全植入性髓内延长钉术后不能调整下肢角度，因此术前分析及设计尤为重要。EPF手术治疗理念与技术是Ilizarov张力-应力法则、髓内固定、微电子工程技术与智能化结合的产物，对矫形相关亚专业的发展具有启示作用，也为医生理解术前评价与设计、体内缓慢牵拉组织再生重建提供启发。希望本文可作为体外控制全植入性髓内延长钉在国内发展的开端，早日与国际接轨。
作者贡献：陈甫寰负责综述构思及设计、观点形成、资料收集、文章撰写及中德交流等；Peter H. Thaller负责综述构思及设计，提供德国临床治疗信息、国际视角，修改文章；秦泗河提出论文构思，并从国内临床视角及中文表达提供意见并实施修改。
利益冲突：所有作者声明，在课题研究和文章撰写过程中不存在利益冲突。
