一种组合式持骨钳的研制

                               长沙市长郡中学高1410班  吴坤尧 
        [摘要] [目的]研制一种组合式持骨钳，在骨折手术中可以达到三维稳定，简化手术流程，减少手术时间 [方法] 将目前常用的持骨钳进行改造，使两把持骨钳之间通过横连杆形成组合式结构，同时将传统的上、下分别把持维持稳定转换为单组三维把持维持稳定[结果] 改造后的持骨钳能够形成有效稳定骨折端，方便手术操作，简化手术流程，减少手术时间[结论]新型组合式持骨钳能够形成三维稳定，便于安放钢板，简化骨折手术流程，减少手术时间
       关键词  组合式  持骨钳 骨折 手术 三维稳定
        骨科手术中，医生需要借助持骨钳将骨折的部位进行重新复位好以后再上钢板进行固定。在复位时需要两个或者两个以上的医生同时用持骨钳夹持骨骼进行临时复位，然后需要再松开持骨钳来放置钢板，再用持骨钳把钢板和骨骼夹在一起重新复位，然后行钻孔、上螺钉等操作。这样就增加了手术步骤和手术时间，有时需要反复操作，影响临时固定质量和手术效果，且医务人员易产生疲劳，增加了医务人员劳动强度和体力消耗。在研究了国内通用骨科持骨钳的构造后，对目前现有的持骨钳进行改造，将多把持骨钳之间利用横向锁定成为一体，达到三维稳定结构，使之在骨折手术操作中能够有效稳定和把持骨折断面，利于操作，简化手术程序，同时减少医务人员的数量和劳动强度。现报告如下：
         1．目前常用持骨钳介绍
        目前骨科常用的持骨钳主要有两种：一种就叫持骨钳，特点是钳臂比较粗，能够用力加持，提拉骨骼进行复位，钳臂上有带螺纹的横杆穿过，利用螺母进行固定，但是钳嘴比较小，夹持骨骼后无法正常放置钢板，需要松开后放置或者换成点状复位钳。另一种叫做点状复位钳，特点是钳臂比较纤细，钳臂之间采用卡扣式固定，卡扣比较容易崩开，不如横杆固定稳固，但是钳嘴较大，钳嘴之间容许钢板穿过。（图1,2）
       
       图1 持骨钳，钳臂比较粗，钳臂上有孔使横杆穿过，闭合后的钳嘴比较小，螺纹横杆利用螺母固定。
        
         图2.点状复位钳，比较纤细，钳臂之间利用卡扣固定，钳嘴比较大。
        这两种持骨钳都是单一的，一把需要一个人操作，而且只能达到一个方向的稳定。
        2. 方法
        2.1 主要构件选择
        2.1.1钳体确定 在稳定骨折断端的情况下能够快捷放置钢板是非常重要的步骤，只有钢板放好了主刀医生才能进行接下来钻孔、拧入螺钉的步骤，从而更快的完成手术。基于这点考虑，选择点状复位钳作为这次组合改进的主要构件。由于是组合式持骨钳，所以先用两把点状复位钳进行改造，准备在这两把持骨钳的前、后方向钳臂上加上横连结构。
        2.1.2 横连杆设计 目前横连杆有两种设计方案：（1）卡扣式，优点是结构简单，在一侧钳臂上安装一个方向卡，另外一侧钳臂上安装一个带有多个与方向卡反向的卡的横臂，操作时将横臂上的卡与方向卡扣合即可，操作起来便捷。缺点是在使用过程中卡扣容易崩开，而且使用次数较多后卡扣变形，导致横臂上的反向卡与方向卡之间契合不紧密，而且钳臂上新安装的横连杆是横向固定的，在携带时占空间；（2）螺杆式，优点是结构比较稳定，通过内外两个螺帽之间将横杆与钳臂拧紧。缺点是需要较粗的钳臂，一侧以便安放横连杆固定螺母，另一侧以便钻孔使横杆能够穿过。
        2.2 组合式持骨钳设计
        把持骨钳两个钳臂上的螺纹横连杆部分切割下来，直接焊接到点状复位钳的钳臂上，这样可以避开在纤细的点状复位钳钳臂上钻孔的难题，而且螺杆的连接点是活动的，这样改造后也便于携带。（图3,4）
       
      
        图3. 点状复位钳两侧钳臂上焊接螺纹横杆和通道孔部件，两把持骨钳连接后形成立体结构。
        
        图4 设计图：1持骨钳2锁定杆3控制机构4钢板通过孔11第一钳臂12第二钳臂21螺杆 22锁定螺母。
        两把点状复位钳通过安装螺纹横杆和通道孔以后，组合成了一种新型的具备三维稳定的持骨钳。同时，由于没有改变点状复位钳的钳嘴设计，方便钢板放置。
        3. 结 果
        改进后的组合式持骨钳，经骨科医生使用后发现能够显著地简化手术程序。在骨折复位时一人手术一把改进后的持骨钳进行复位，让后将两把持骨钳之间的横连杆分别穿过对侧持骨钳钳臂上的通过孔，拧紧螺母锁紧后骨折端非常稳固，无需扶持或者仅需术者对侧助手一人轻轻扶住组合式持骨钳即可，直接通过钳嘴放置钢板，钻孔，拧入螺钉完成固定手术。（图5）
       
        图5. 改进后的组合式持骨钳在骨科手术中的应用。
         4.讨论
         本设计中，在充分应用机械原理[1]对原有持骨钳结构进行改造，两把点状复位钳的前、后钳臂和安装到两把点状复位钳钳臂上的横连杆长度、直径相等，前后钳臂上使用反向安装，正好利用了杠杆原理的F1· L1=F2·L2的杠杆平衡公式[2]。而且新的组合式持骨钳结构，与骨骼最远钳臂的长度>钳嘴的长度，因此所组成的结构可以让人很轻松的完成维持稳定，方便操作，节省医务人员的体力，符合省力杠杆公式L1>L2,F1<F2。
        在结构与稳定性原理[3]中，影响结构稳定性的主要因素：重心位置，支撑面的大小和结构的形状，增加底部的面积就可以增加稳定性。本设计中最终形成的四边形底面就是最大限度的增加了底部面积从而使骨折端维持了最大的稳定性。
        该设计通过将多把持骨钳之间利用横向锁定成为一体，达到三维稳定结构，经临床应用后，具备以下优点：
       （1）克服了现有骨科持骨钳不能实现三维稳定的不足。
       （2）简化了手术程序，医生用该产品将骨折复位后即可可以维持骨折端稳定，放置钢板时在不需要松开持骨钳的情况下轻松放置，减少了反复操作过程。
       （3）明显提高了骨折手术的效率，减少医务人员疲劳。
        该设计虽然看起来简单，但却是在生活中的细微观察后进行思考，然后予以改造创新，设计思路简洁新颖，制作工序简便易行，效果切实可靠，针对性强，能够很好的解决骨科临床常见问题。相信取得专利授权后进行量产，能够迅速、广泛应用于骨科手术中。

        参考文献：
        1、孙恒 等，《机械原理（第七版）》，高等教育出版社。
        2、张德智，张志伟，探讨钢结构的稳定性，《中国建筑金属结构》2013年05期。
        3、王惠伦等，框架结构稳定性分析，《城市建设理论研究》，2013年21期。