早在20世纪初期（1900年），美国的Lambotte首先采取从骨折两端的一侧，经皮穿入数根半针（或称为短针），与骨骼外的金属杆相连接，开创了应用外固定器治疗的先河。从此以后，Lambotte初期使用的外固定装置，在设计和结构上经过不断的改进和完善，最终发展成允许调整骨折两端的相互位置，増加了对骨折加压和牵伸的功能。20世纪30年代，Anderson和Hoffinann对Lambotte骨外固定的概念和外固定器的设计，进行了更大的改进和发展，特别是Hoffmann所设计的万向针夹，允许在三个平面上改变骨折的位置。在第二次世界大战期间，外固定器在盟军中得到比较广泛的应用，挽救了无数伤员的肢体。然而，美国在战后使用外固定器治疗一些高能量引起的开放性骨折，产生了骨折不愈合、畸形愈合和感染等并发症，因此，美国军医把外固定器称为“制造骨折不愈合的机器”，从此减少甚至禁止外固定器的普遍使用。几乎与此同时，欧洲和前苏联仍然继续使用外固定器，并进行不断的改进和发展。1954年前苏联的Ilizarov设计一种由金属环、细克氏针形、金属连接杆，以及其他部件所组成的外固定器，通常称为环形外固定器或Ilizarov环形外固定器。环形外固定器具有容易调节，在结构上更为稳定的特点。因为具有加压、牵伸和去旋转功能，除了实用于骨折的外固定，还是肢体延长的良好工具。20世纪60年代意大利的Bastiani改进了单臂外固定器的设计，在连接杆上増加两个球形关节，允许进行三维调节。我国李起鸿于1982年设计了半环槽式外固定器，具有与环形外固定器相似的优点。1989年夏和桃设计了组合式外固定器，允许随意选择穿针平面和部位，因此，在临床上容易使用。
1.外固定器类型和结构特征
根据外固定器的结构特征，目前常用的外固定器基本分为三种类型：（1）单臂外固定器（图1-3）；（2）环形外固定器；（3）组合式外固定器（图1-5）。每种外固定器在设计和结构上有所差别，但在组成上都包括经皮穿入的山茨钉或细克氏针、固定山茨钉的针夹或固定克氏针的环，以及连接山茨钉或环的连接杆。以Qrthofix为代表的单臂外固定器，其特点是单臂的连接杆上有数个固定山茨钉针夹，而且还有两个万向关节和轴向延伸的可控套筒结构，允许在三个方向的改变骨折远端的位置，还能进行轴向加压和延长。环形外固定器以Ilizarov技术最为常用，结构特征是多平面穿入细克氏针，克氏针与多个金属环连接和张力性固定，再利用多个金属杆连接金属环。具有结构上稳定，容易调节骨折两端的相互位置，但操作比较复杂和费时。组合式外固定器是上述两种外固定器的杂交产物，在临床使用上容易变通，也提供了更多的选择，具有随意选择穿针平面的优点。
尽管在结构上有所区别，在生物力学和临床应用上却有共同的特征，主要包括：（1）为骨折或关节提供比较稳定的固定作用；（2）外固定器具有可调节的机制，从而允许骨折远端的横向、轴向移位，矫正旋转和成角畸形；（3）由于经皮穿入的山茨钉或克氏针远离骨折断端及损伤的软组织，连接杆位于肢体的侧方，所以，为处理软组织损伤，或者重建性手术提供一定的空间；（4）除了能够对骨折加压外，外固定器还具有牵伸延长的功能，因此也是肢体延长的器械。
2.骨外固定的适应证
（1）四肢开放性骨折，特别是伴有广泛的软组织损伤，或粉碎性骨折，是外固定器固定的最好适应证。主要用于儿童n型和m型股骨或胫骨开放性骨折的处理，其优点是方便检视创口和更换敷料，允许进行清创手术操作，有利于实施骨骼和软组织重建性手术，保留骨骼的正常长度，并允许早期负重。使用外固定器固定多发性骨折，还允许在医院内因其他检查、治疗时对伤者的搬运。单臂外固定器适用于多数骨折，而且容易使用。对于多节段干骺端或骨干骨折，以及伴有广泛的软组织损伤，使用Ilizarov环形外固定器是最好的选择。
（2）多发性损伤的儿童，通常有颅脑损伤、腹腔脏器损伤和四肢多处骨折。为了挽救儿童的生命，使用外固定器能够迅速的实现骨折的稳定，有助于颅脑损伤或腹腔脏器损伤的处理，或者有利于进行影象学检查。
（3）某些年幼儿童的闭合性股骨干骨折，因为精神和躯体的因素，不能耐受髋人字石膏固定，又不适合钢板螺丝钉内固定，也是外固定器骨外固定的相对适应证。
（4）同侧肢体的多处骨折，特别是年幼儿童的浮膝损伤，使用外固定器稳定股骨干骨折，对胫骨骨折采取闭合复位和石膏外固定。
（5）某些病理性骨折，尤其是骨髓炎引起的病理性骨折，或者是其他内固定手术后发生感染，而且必须取出内固定才能控制感染时，外固定器既是稳定骨折的理想方法，其使用后既可固定骨折复位，又不妨碍感染的切开引流和局部换药。
3.技术操作要点
（1）应用单臂外固定器的操作：在全身麻醉下，常规消毒下肢皮肤和铺无菌手术单，并准备X线电视透视仪。在应用外固定器之前，根据股骨的X线片，确定外固定器的最大及最小长度，选择适当规格的外固定器。
在置入山茨钉之前，将骨折手法复位，或者利用骨折手术床实施牵引复位。继之，与股骨干长轴相垂直、在同一旋转平面上，置入最近端及最远端山茨钉。首先股骨在大粗隆下方2cm处置入近端山茨钉，即相当小粗隆的部位作为进针点，应该在股骨远端骺板上方2cm置入远端山茨钉，以避免置入山茨钉时损伤骺板，使用单臂外固定器的导向器，有助于准确的置入山茨钉。继之，置入第2根近端及远端山茨钉。如果使用A外固定器，应使第2根山茨钉距离骨折断端数厘米，有助于保持悬臂的稳定。但是，使用Orthofix和HexFix外固定器，其第2根山茨钉的置入位置，受到悬臂上针夹的限制。在置入第2根山茨钉时，应该确定骨折的复位情况。在完成第4根山茨钉置入操作后，再进行最后一次复位。但是，在置入近端及远端第2根山茨钉后，矫正成角或旋转畸形都受到一定的限制。
Aronson和Tursky主张早期进行负重和对外固定器进行动力性加压，可促进骨折的愈合。在骨折愈合之前，定期复查X线片。通常在局部麻醉下，去除外固定器及山茨钉。
如果为开放性股骨干骨折，首先进行常规的清创手术，彻底切除无血运的组织，检查和切除骨折断端污染的部分，再用大量的0.9%氯化钠溶液作脉冲式冲洗。然后，依照应用外固定器的操作，置入山茨钉。因为有开放性创口，有利于骨折的复位。
（2） Ilizarov环形外固定器的操作技术：儿童胫骨开放性骨折是环形外固定器固定的最好适应证，因此，以胫骨干开放性骨折为例，介绍应用环形外固定器的手术操作技术。
首先选择与儿童小腿直径相匹配的金属环，一般在金属环与小腿之间留有3Mem的间隙，为软组织肿胀预留空间。通常需要在骨折两端各用一组金属环，每组金属环由两个直径相同的金属环，借助于六角形的柱状体连接成为一个结构单元，允许在两个平面穿针。
继之在骨折近端、胫骨结节下方3Mem作为穿针平面，要求与胫骨解剖轴线相垂直的方向，从外侧向内侧经皮穿入直径1.8mm的克氏针，并与金属环的针夹连接。尽可能与第1根克氏针同一平面，但在相垂直的位置，经皮穿入第2根克氏针，也与金属环的针夹相连接。环形外固定要求克氏针必须有适当的张力，因此，先将克氏针的一端与金属环的针夹锁定，用张力银从另一端拉紧克氏针后，再将这一端克氏针与针夹锁紧固定。依照同样的方法，在于下方金属环的平面穿入2根克氏针，并与金属环固定。
接着，在骨折远端的适当平面，保持与近端一组金属环基本平行的的情况下，经皮穿入第二组4根克氏针，并在适当的张力下与金属环固定。
最后用4根金属连接杆，将两组金属环连接，注意保持金属杆之间的距离相等。利用金属杆的牵拉和加压作用，并佐以适当的手法整复，完成骨折的复位和加压固定。如果骨折存在侧方移位，在金属环的前后或内外侧横向加上4孔的侧板，重新置入连接杆，很容易矫正这种侧方移位。
尽管在使用上有些复杂和费时，Ilizarov环形外固定器具有轴向稳定、细克氏针反应小以及术后还允许调整等优点，因此，仍在临床得到比较广泛的应用。
4.外固定器固定的并发症
应用外固定器治疗儿童股骨干骨折，通常能够获得满意的结果，骨折不愈合、延迟愈合和成角畸形的发生率，比坚强的内固定方法相似或稍有増多。这些外固定器确实不能提供解剖复位，也不能获得加压钢板、髓内钉固定所产生的加压作用。由于外固定器的坚硬特性，有抑制骨痂形成的特点，从而改变了骨折愈合正常的动态过程。尽管使用外固定器，儿童也具有很强的骨折愈合反应。如果使用外固定器治疗儿童股骨干骨折，应该在骨折愈合后才能去除外固定器。5-12岁的儿童股骨干骨折，通常需要用外固定器固定2.5-4个月。
根据Probe等报道，经针孔或骨折的部位发生再骨折（图1-7），是外固定器治疗儿童股骨干骨折的常见并发症，其发生率1.5%-21%。最近Kesemenli等曾对三种方法治疗192例儿童股骨干骨折，进行了比较研究。其中100例牵引后用髋人字石膏固定，57例闭合复位和外固定器固定，35例切开复位和外固定器固定。从愈合时间、住院时间、再骨折、针孔感染方面，评价治疗结果。切开复位者住院时间长、愈合时间长，再骨折发生率高。外固定器固定与闭合复位和石膏固定相比较，再骨折的发生率，在统计学上没有差异。结论是外固定器固定并未増加再骨折的危险，并且具有容易使用、増加患者舒适感，以及允许患者早期下床活动的优点。针道感染是外固定器固定最常见的并发症，多数是浅表感染，经针道松解和抗生素治疗后效果良好。深部感染非常少见，一旦发生此种感染，需要切开引流和用抗生素治疗。如果山茨钉周围皮肤绷紧，应该在手术中或随访时切开松解。