手术技巧｜镍钛合金加压骑缝钉在足踝外科的应用
手术技巧｜镍钛合金加压骑缝钉在足踝外科的应用
导读：镍钛合金加压骑缝钉（Nitinol Compression Staples）是现代骨科手术中一种重要的内固定器械，其独特的形状记忆效应和超弹性特性使其在骨折固定和关节融合手术中展现出显著优势。本文将详细介绍这种先进医疗器械的历史背景、生物力学原理及其在足踝外科等领域的具体应用。
镍钛合金，通常称为Nitinol，是一种在1959年开发的具有极佳生物相容性的记忆合金。该合金除了具有耐腐蚀性，还具有独特的超弹性和形状记忆特性。其独特的材料特性使其成为现代骨科手术中不可或缺的工具之一。本推文是关于镍钛合金加压骑缝钉（Nitinol Compression Staples）在足踝外科手术中的应用。
图1：镍钛合金加压骑缝钉在足部部分应用示意图。
历史介绍
发现与命名：镍钛合金在1959年由美国海军军械实验室（Naval Ordnance Laboratory）的William J. Buehler和Frederick Wang发现。这种合金以其近乎等原子的镍和钛组成而得名“Nitinol”，其中“Ni”代表镍，'Ti'代表钛，“Nol”来自实验室的名称。
早期应用：尽管Nitinol在1959年就已经被发现，但由于制造上的挑战，直到1980年代它才获得更广泛的商业应用。最初的应用之一是在1976年用于牙科矫形丝，随后在1978年用于F-14战斗机的液压耦合。
骨科应用的开始：Nitinol压缩钉最初在1990年代和2000年代初被引入到骨科手术中，用于足踝关节融合手术。它们利用形状记忆效应提供动态的连续压缩，有助于骨折愈合和关节融合。
技术进步：随着技术的进步，Nitinol压缩钉的设计和应用得到了改进。新一代的Nitinol压缩钉在人体温度下就能激活形状记忆效应，不再需要冷藏或外部加热来实现压缩。
多样化应用：Nitinol加油骑缝钉的应用逐渐扩展到骨科的其他领域，包括足踝部、手部、腕部、脊柱和骨盆手术。至今，Nitinol压缩钉仍在不断发展中，研究人员和工程师在不断改进其设计，以提高其在骨科手术中的性能和效果。
图2：安装在工具上的镍钛合金加压骑缝钉（左），以及在置入骨组织后加压模式下的形态（右）。
生物力学原理
镍钛加压骑缝钉的生物力学原理主要基于镍钛合金的独特性质，这些性质使其在骨科固定中非常有效：
形状记忆效应：镍钛合金具有形状记忆效应，Nitinol的形状记忆属性是通过其两种晶体学相实现的：在较低温度下（0-5°C）存在于可塑的马氏体相，在较高温度下（37°C）存在于坚硬的奥氏体相。这意味着它可以在特定温度下（如人体温度）恢复到原始形状。当钉子被放置在骨折或融合部位并暴露于体温时，它们会自动恢复到预设的形状，从而提供连续的压缩力。
超弹性：镍钛合金展现出超弹性或伪弹性行为，能够在不发生永久变形的情况下承受较大的变形。这种特性使得钉子可以在骨折部位施加更大的压缩力，同时保持材料的完整性。
连续加压：由于形状记忆效应，镍钛钉可以在骨折或融合部位提供持续的压缩力，有助于维持骨折端的紧密接触，促进愈合过程。
温度激活：钉子的转变温度可以调整，使得在体温下（大约37°C）触发形状记忆效应，实现压缩力的施加。
适应性：镍钛钉可以适应不同的解剖结构和骨折形态，因为它们可以在植入后自动调整到预定形状。
生物相容性：镍钛合金具有良好的生物相容性，减少了植入物引起的炎症反应和异物反应。
耐腐蚀性：镍钛合金具有优异的耐腐蚀性，适合长期植入体内，减少了植入物失效的风险。
固定效果：镍钛钉的设计通常包括多个固定点，如四钉设计，可以提供更均匀的负载分布和更稳定的固定效果。
力学性能：镍钛钉的力学性能，如抗弯强度和扭转刚度，可以根据设计和临床需求进行优化。
能量吸收：在受到机械负荷时，镍钛钉能够吸收能量并减少对骨折部位的应力，有助于保护愈合组织。
骨科应用范围
镍钛连续压缩钉（Nitinol compression staples）目前在骨科中的应用相当广泛，主要包括但不限于以下领域：
足踝关节融合：用于治疗足踝部位的关节炎或需要固定关节的骨折，跗跖关节融合等。
手及腕部手术：包括腕关节融合、舟骨骨折固定、月骨舟骨关节融合等。
脊柱手术：用于治疗青少年特发性脊柱侧弯，防止侧弯进展。在颈椎前路椎间盘切除术后，用于稳定移植骨。
骨盆和髋部手术：用于骨盆环损伤的初步固定以及髋部骨折的固定。
膝关节手术：在膝关节重建中，例如后外侧角重建中，用于固定移位的腓骨隧道。
髌骨骨折固定：与传统的张力带钢丝相比，镍钛钉在固定髌骨骨折中显示出更高的成功率。
鹰嘴骨折固定：用于鹰嘴骨折的固定，与传统的张力带钢丝相比，显示出更好的生物力学性能。
儿童骨科：在儿童骨科手术中，例如生长板阻滞手术，用于引导骨骼生长。
骨折临时固定：在某些情况下，镍钛钉可以用于骨折的临时固定，直到进行确定性治疗。
病例系列
图3：镍钛合金加压骑缝钉在横行肱骨干骨折中作为维持复位及固定的应用。
图4：镍钛合金加压骑缝钉在腕骨骨折中的应用。
图5：镍钛合金加压骑缝钉在腕掌关节骨折脱位中的应用。
图6：镍钛合金加压骑缝钉在跖骨颈骨折中的应用。
图7：镍钛合金加压骑缝钉在跖骨基底部骨折中的应用。
图8：镍钛合金加压骑缝钉在第一趾骨Akin截骨中的应用。
图9：改良的镍钛记忆合金钉角固定器。
图10：改良的镍钛记忆合金钉角固定器在Lisfranc损伤ORIF中的应用。
图11：镍钛合金加压骑缝钉改良的四钉形态。
图12：镍钛合金加压骑缝钉在第一跖楔关节融合术的应用。
图13：尸体标本展示镍钛合金加压骑缝钉在第一跖楔关节融合术的应用。
图14：镍钛合金加压骑缝钉在胫距关节融合术的应用。
图15：镍钛合金加压骑缝钉在胫骨髓内钉固定术后翻修的应用。
图16：镍钛合金加压骑缝钉在Lisfranc损伤ORIF中的应用。
图17：镍钛合金加压骑缝钉在平足矫形中足融合术的应用。
图18：镍钛合金加压骑缝钉在拇外翻矫形跖骨近端截骨术的应用。
图19：镍钛合金加压骑缝钉在Lisfranc损伤一期融合术的应用。
图20：镍钛合金加压骑缝钉在距舟关节融合术的应用。
图21：镍钛合金加压骑缝钉在第1-3跖楔关节融合术的应用。
图22：镍钛合金加压骑缝钉在舟楔关节融合术的应用。
潜在的问题
X射线下的隐蔽性：镍钛钉由于其连续压缩的特性，可能会在X射线上“掩盖”不愈合的情况，使得在普通X光片上难以发现潜在的不愈合问题。
有限的应用范围：尽管镍钛钉在某些类型的骨折和关节融合中有广泛的应用，但它们可能不适用于所有类型的骨折，特别是那些需要更刚性固定的情况。
软组织激惹：在某些情况下，尤其是软组织覆盖较少的区域，镍钛钉可能会突出并引起患者不适或刺激。
感染风险：与所有植入物一样，镍钛钉的使用也伴随着感染的风险，尤其是在手术过程中或术后。
过敏反应：尽管镍钛合金通常被认为是生物相容的，但极少数患者可能对镍或钛成分敏感，导致过敏反应。
成本问题：尽管镍钛钉可能具有经济效益，但在某些情况下，它们的成本可能比其他类型的固定设备更高。
长期稳定性：在某些情况下，镍钛钉可能无法提供与传统钢板或螺钉相同的长期稳定性。
取出困难：一旦镍钛钉固定，由于其形状记忆特性，取出可能会比较困难，有时可能需要特殊工具或技术。
缺乏长期研究：尽管镍钛钉已在临床上使用多年，但关于其长期效果和安全性的研究仍然相对有限。
依赖于骨质：镍钛钉的固定效果可能依赖于骨的质量和密度，骨质疏松或骨密度低的患者可能无法获得最佳的固定效果。
了解这些劣势有助于医生在选择最合适的固定方法时做出更全面的决策，并在手术前与患者进行充分沟通。