五种压力传感器工作原理汇总
随着自动化技术的进步，在工业设备中，除了液柱式压力计、弹性式压力表外，目前更多的是采用可将压力转换成电信号的压力变送器和压力传感器。那么这些压力变送器和压力传感器是如何将压力信号转换为电信号的呢？不同的转换方式又有什么特点呢？今天为大家汇总了目前常见的几种压力传感器的测量原理，希望能对大家有所帮助。
一、压电压力传感器
压电式压力传感器主要基于压电效应（Piezoelectric effect），利用电气元件和其他机械把待测的压力转换成为电量，再进行相关测量工作的测量精密仪器，比如很多压力变送器和压力传感器。压电传感器不可以应用在静态的测量当中，原因是受到外力作用后的电荷，当回路有无限大的输入抗阻的时候，才可以得以保存下来。但是实际上并不是这样的。因此压电传感器只可以应用在动态的测量当中。它主要的压电材料是：磷酸二氢胺、酒石酸钾钠和石英。压电效应就是在石英上发现的。
当应力发生变化的时候，电场的变化很小很小，其他的一些压电晶体就会替代石英。酒石酸钾钠，它是具有很大的压电系数和压电灵敏度的，但是，它只可以使用在室内的湿度和温度都比较低的地方。磷酸二氢胺是一种人造晶体，它可以在很高的湿度和很高的温度的环境中使用，所以，它的应用是非常广泛的。随着技术的发展，压电效应也已经在多晶体上得到应用了。例如：压电陶瓷，铌镁酸压电陶瓷、铌酸盐系压电陶瓷和钛酸钡压电陶瓷等等都包括在内。
以压电效应为工作原理的传感器，是机电转换式和自发电式传感器。它的敏感元件是用压电的材料制作而成的，而当压电材料受到外力作用的时候，它的表面会形成电荷，电荷会通过电荷放大器、测量电路的放大以及变换阻抗以后，就会被转换成为与所受到的外力成正比关系的电量输出。它是用来测量力以及可以转换成为力的非电物理量，例如：
加速度和压力。它有很多优点：重量较轻、工作可靠、结构很简单、信噪比很高、灵敏度很高以及信频宽等等。但是它也存在着某些缺点：有部分电压材料忌潮湿，因此需要采取一系列的防潮措施，而输出电流的响应又比较差，那就要使用电荷放大器或者高输入阻抗电路来弥补这个缺点，让仪器更好地工作。
二、压阻压力传感器
压阻压力传感器主要基于压阻效应（Piezoresistive effect）。压阻效应是用来描述材料在受到机械式应力下所产生的电阻变化。不同于上述压电效应，压阻效应只产生阻抗变化，并不会产生电荷。
大多数金属材料与半导体材料都被发现具有压阻效应。其中半导体材料中的压阻效应远大于金属。由于硅是现今集成电路的主要，以硅制作而成的压阻性元件的应用就变得非常有意义。的电阻变化不单是来自与应力有关的几何形变，而且也来自材料本身与应力相关的电阻，这使得其程度因子大于金属数百倍之多。N型硅的电阻变化主要是由于其三个导带谷对的位移所造成不同迁移率的导带谷间的载子重新分布，进而使得电子在不同流动方向上的迁移率发生改变。其次是由于来自与导带谷形状的改变相关的等效质量(effective mass)的变化。在P型硅中，此现象变得更复杂，而且也导致等效质量改变及电洞转换。
压阻压力传感器一般通过引线接入惠斯登电桥中。平时敏感芯体没有外加压力作用，电桥处于平衡状态（称为零位），当传感器受压后芯片电阻发生变化，电桥将失去平衡。若给电桥加一个恒定电流或电压电源，电桥将输出与压力对应的电压信号，这样传感器的电阻变化通过电桥转换成压力信号输出。电桥检测出电阻值的变化，经过放大后，再经过电压电流的转换，变换成相应的电流信号，该电流信号通过非线性校正环路的补偿，即产生了输入电压成线性对应关系的4～20mA的标准输出信号。
为减小温度变化对芯体电阻值的影响，提高测量精度，压力传感器都采用温度补偿措施使其零点漂移、灵敏度、线性度、稳定性等技术指标保持较高水平。
三、电容式压力传感器
电容式压力传感器是一种利用电容作为敏感元件，将被测压力转换成电容值改变的压力传感器。这种压力传感器一般采用圆形金属薄膜或镀金属薄膜作为电容器的一个电极，当薄膜感受压力而变形时，薄膜与固定电极之间形成的电容量发生变化，通过测量电路即可输出与电压成一定关系的电信号。电容式压力传感器属于极距变化型电容式传感器，可分为单电容式压力传感器和差动电容式压力传感器。
单电容式压力传感器由圆形薄膜与固定电极构成。薄膜在压力的作用下变形，从而改变电容器的容量，其灵敏度大致与薄膜的面积和压力成正比而与薄膜的张力和薄膜到固定电极的距离成反比。另一种型式的固定电极取凹形球面状，膜片为周边固定的张紧平面，膜片可用塑料镀金属层的方法制成。这种型式适于测量低压，并有较高过载能力。还可以采用带活塞动极膜片制成测量高压的单电容式压力传感器。这种型式可减小膜片的直接受压面积，以便采用较薄的膜片提高灵敏度。它还与各种补偿和保护部以及放大电路整体封装在一起，以便提高抗干扰能力。这种传感器适于测量动态高压和对飞行器进行遥测。单电容式压力传感器还有传声器式（即话筒式）和听诊器式等型式。
差动电容式压力传感器的受压膜片电极位于两个固定电极之间，构成两个电容器。在压力的作用下一个电容器的容量增大而另一个则相应减小，测量结果由差动式电路输出。它的固定电极是在凹曲的玻璃表面上镀金属层而制成。过载时膜片受到凹面的保护而不致破裂。差动电容式压力传感器比单电容式的灵敏度高、线性度好，但加工较困难（特别是难以保证对称性），而且不能实现对被测气体或液体的隔离，因此不宜于工作在有腐蚀性或杂质的流体中。
四、电磁压力传感器
多种利用电磁原理的传感器统称，主要包括电感压力传感器、霍尔压力传感器、电涡流压力传感器等。
电感压力传感器
电感式压力传感器的工作原理是由于磁性材料和磁导率不同，当压力作用于膜片时，气隙大小发生改变，气隙的改变影响线圈电感的变化，处理电路可以把这个电感的变化转化成相应的信号输出，从而达到测量压力的目的。该种压力传感器按磁路变化可以分为两种：变磁阻和变磁导。电感式压力传感器的优点在于灵敏度高、测量范围大；缺点就是不能应用于高频动态环境。
变磁阻式压力传感器主要部件是铁芯跟膜片。它们跟之间的气隙形成了一个磁路。当有压力作用时，气隙大小改变，即磁阻发生了变化。如果在铁芯线圈上加一定的电压，电流会随着气隙的变化而变化，从而测出压力。
在磁通密度高的场合，铁磁材料的导磁率不稳定，这种情况下可以采用变磁导式压力传感器测量。变磁导式压力传感器用一个可移动的磁性元件代替铁芯，压力的变化导致磁性元件的移动，从而磁导率发生改变，由此得出压力值。
霍尔压力传感器
霍尔压力传感器是基于某些半导体材料的霍尔效应制成的。霍尔效应是指当固体导体放置在一个磁场内，且有电流通过时，导体内的电荷载子受到洛伦兹力而偏向一边，继而产生电压（霍尔电压）的现象。电压所引致的电场力会平衡洛伦兹力。通过霍尔电压的极性，可证实导体内部的电流是由带有负电荷的粒子（自由电子）之运动所造成。
在导体上外加与电流方向垂直的磁场，会使得导线中的电子受到洛伦兹力而聚集，从而在电子聚集的方向上产生一个电场，此电场将会使后来的电子受到电力作用而平衡掉磁场造成的洛伦兹力，使得后来的电子能顺利通过不会偏移，此称为霍尔效应。而产生的内建电压称为霍尔电压。
当磁场为一交变磁场时，霍尔电动势也为同频率的交变电动势，建立霍尔电动势的时间极短，故其响应频率高。理想霍尔元件的材料要求要有较高的电阻率及载流子迁移率，以便获得较大的霍尔电动势。常用霍尔元件的材料大都是半导体，包括N型硅(Si)、锑化铟(InSb)、砷化铟InAs)、锗(Ge)、砷化镓GaAs)及多层半导体质结构材料，N型硅的霍尔系数、温度稳定性和线性度均较好，砷化镓温漂小，目前应用。
电涡流压力传感器
基于电涡流效应的压力传感器。电涡流效应是由一个移动的磁场与金属导体相交，或是由移动的金属导体与磁场垂直交会所产生。简而言之，就是电磁感应效应所造成。这个动作产生了一个在导体内循环的电流。
电涡流特性使电涡流检测具有零频率响应等特性，因此电涡流压力传感器可用于静态力的检测。
五、振弦式压力传感器
振弦式压力传感器属于频率敏感型传感器，这种频率测量具有想当高的准确度，因为时间和频率是能准确测量的物理量参数，而且频率信号在传输过程中可以忽略电缆的电阻、电感、电容等因素的影响。同时，振弦式压力传感器还具有较强的抗干扰能力，零点漂移小、温度特性好、结构简单、分辨率高、性能稳定，便于数据传输、处理和存储，容易实现仪表数字化，所以振弦式压力传感器也可以作为传感技术发展的方向之一。
振弦式压力传感器的敏感元件是拉紧的钢弦，敏感元件的固有频率与拉紧力的大小有关。弦的长度是固定的，弦的振动频率变化量可用来测算拉力的大小，即输入是力信号，输出的是频率信号。振弦式压力传感器分为上下两个部分组成，下部构件主要是敏感元件组合体。上部构件是铝壳，包含一个电子模块和一个接线端子，分成两个小室放置，这样在接线时就不会影响电子模块室的密封性。
振弦式压力传感器可以选择电流输出型和频率输出型。振弦式压力传感器在运作式，振弦以其谐振频率不停振动，当测量的压力发生变化时，频率会产生变化，这种频率信号经过转换器可以转换为4~20mA的电流信号。
随着自动化技术的进步，在工业设备中，除了液柱式压力计、弹性式压力表外，目前更多的是采用可将压力转换成电信号的压力变送器和压力传感器。那么这些压力变送器和压力传感器是如何将压力信号转换为电信号的呢？不同的转换方式又有什么特点呢？今天为大家汇总了目前常见的几种压力传感器的测量原理，希望能对大家有所帮助。
一、压电压力传感器
压电式压力传感器主要基于压电效应（Piezoelectric effect），利用电气元件和其他机械把待测的压力转换成为电量，再进行相关测量工作的测量精密仪器，比如很多压力变送器和压力传感器。压电传感器不可以应用在静态的测量当中，原因是受到外力作用后的电荷，当回路有无限大的输入抗阻的时候，才可以得以保存下来。但是实际上并不是这样的。因此压电传感器只可以应用在动态的测量当中。它主要的压电材料是：磷酸二氢胺、酒石酸钾钠和石英。压电效应就是在石英上发现的。
当应力发生变化的时候，电场的变化很小很小，其他的一些压电晶体就会替代石英。酒石酸钾钠，它是具有很大的压电系数和压电灵敏度的，但是，它只可以使用在室内的湿度和温度都比较低的地方。磷酸二氢胺是一种人造晶体，它可以在很高的湿度和很高的温度的环境中使用，所以，它的应用是非常广泛的。随着技术的发展，压电效应也已经在多晶体上得到应用了。例如：压电陶瓷，铌镁酸压电陶瓷、铌酸盐系压电陶瓷和钛酸钡压电陶瓷等等都包括在内。
以压电效应为工作原理的传感器，是机电转换式和自发电式传感器。它的敏感元件是用压电的材料制作而成的，而当压电材料受到外力作用的时候，它的表面会形成电荷，电荷会通过电荷放大器、测量电路的放大以及变换阻抗以后，就会被转换成为与所受到的外力成正比关系的电量输出。它是用来测量力以及可以转换成为力的非电物理量，例如：
加速度和压力。它有很多优点：重量较轻、工作可靠、结构很简单、信噪比很高、灵敏度很高以及信频宽等等。但是它也存在着某些缺点：有部分电压材料忌潮湿，因此需要采取一系列的防潮措施，而输出电流的响应又比较差，那就要使用电荷放大器或者高输入阻抗电路来弥补这个缺点，让仪器更好地工作。
二、压阻压力传感器
压阻压力传感器主要基于压阻效应（Piezoresistive effect）。压阻效应是用来描述材料在受到机械式应力下所产生的电阻变化。不同于上述压电效应，压阻效应只产生阻抗变化，并不会产生电荷。
大多数金属材料与半导体材料都被发现具有压阻效应。其中半导体材料中的压阻效应远大于金属。由于硅是现今集成电路的主要，以硅制作而成的压阻性元件的应用就变得非常有意义。的电阻变化不单是来自与应力有关的几何形变，而且也来自材料本身与应力相关的电阻，这使得其程度因子大于金属数百倍之多。N型硅的电阻变化主要是由于其三个导带谷对的位移所造成不同迁移率的导带谷间的载子重新分布，进而使得电子在不同流动方向上的迁移率发生改变。其次是由于来自与导带谷形状的改变相关的等效质量(effective mass)的变化。在P型硅中，此现象变得更复杂，而且也导致等效质量改变及电洞转换。
压阻压力传感器一般通过引线接入惠斯登电桥中。平时敏感芯体没有外加压力作用，电桥处于平衡状态（称为零位），当传感器受压后芯片电阻发生变化，电桥将失去平衡。若给电桥加一个恒定电流或电压电源，电桥将输出与压力对应的电压信号，这样传感器的电阻变化通过电桥转换成压力信号输出。电桥检测出电阻值的变化，经过放大后，再经过电压电流的转换，变换成相应的电流信号，该电流信号通过非线性校正环路的补偿，即产生了输入电压成线性对应关系的4～20mA的标准输出信号。
为减小温度变化对芯体电阻值的影响，提高测量精度，压力传感器都采用温度补偿措施使其零点漂移、灵敏度、线性度、稳定性等技术指标保持较高水平。
三、电容式压力传感器
电容式压力传感器是一种利用电容作为敏感元件，将被测压力转换成电容值改变的压力传感器。这种压力传感器一般采用圆形金属薄膜或镀金属薄膜作为电容器的一个电极，当薄膜感受压力而变形时，薄膜与固定电极之间形成的电容量发生变化，通过测量电路即可输出与电压成一定关系的电信号。电容式压力传感器属于极距变化型电容式传感器，可分为单电容式压力传感器和差动电容式压力传感器。
单电容式压力传感器由圆形薄膜与固定电极构成。薄膜在压力的作用下变形，从而改变电容器的容量，其灵敏度大致与薄膜的面积和压力成正比而与薄膜的张力和薄膜到固定电极的距离成反比。另一种型式的固定电极取凹形球面状，膜片为周边固定的张紧平面，膜片可用塑料镀金属层的方法制成。这种型式适于测量低压，并有较高过载能力。还可以采用带活塞动极膜片制成测量高压的单电容式压力传感器。这种型式可减小膜片的直接受压面积，以便采用较薄的膜片提高灵敏度。它还与各种补偿和保护部以及放大电路整体封装在一起，以便提高抗干扰能力。这种传感器适于测量动态高压和对飞行器进行遥测。单电容式压力传感器还有传声器式（即话筒式）和听诊器式等型式。
差动电容式压力传感器的受压膜片电极位于两个固定电极之间，构成两个电容器。在压力的作用下一个电容器的容量增大而另一个则相应减小，测量结果由差动式电路输出。它的固定电极是在凹曲的玻璃表面上镀金属层而制成。过载时膜片受到凹面的保护而不致破裂。差动电容式压力传感器比单电容式的灵敏度高、线性度好，但加工较困难（特别是难以保证对称性），而且不能实现对被测气体或液体的隔离，因此不宜于工作在有腐蚀性或杂质的流体中。
四、电磁压力传感器
多种利用电磁原理的传感器统称，主要包括电感压力传感器、霍尔压力传感器、电涡流压力传感器等。
电感压力传感器
电感式压力传感器的工作原理是由于磁性材料和磁导率不同，当压力作用于膜片时，气隙大小发生改变，气隙的改变影响线圈电感的变化，处理电路可以把这个电感的变化转化成相应的信号输出，从而达到测量压力的目的。该种压力传感器按磁路变化可以分为两种：变磁阻和变磁导。电感式压力传感器的优点在于灵敏度高、测量范围大；缺点就是不能应用于高频动态环境。
变磁阻式压力传感器主要部件是铁芯跟膜片。它们跟之间的气隙形成了一个磁路。当有压力作用时，气隙大小改变，即磁阻发生了变化。如果在铁芯线圈上加一定的电压，电流会随着气隙的变化而变化，从而测出压力。
在磁通密度高的场合，铁磁材料的导磁率不稳定，这种情况下可以采用变磁导式压力传感器测量。变磁导式压力传感器用一个可移动的磁性元件代替铁芯，压力的变化导致磁性元件的移动，从而磁导率发生改变，由此得出压力值。
霍尔压力传感器
霍尔压力传感器是基于某些半导体材料的霍尔效应制成的。霍尔效应是指当固体导体放置在一个磁场内，且有电流通过时，导体内的电荷载子受到洛伦兹力而偏向一边，继而产生电压（霍尔电压）的现象。电压所引致的电场力会平衡洛伦兹力。通过霍尔电压的极性，可证实导体内部的电流是由带有负电荷的粒子（自由电子）之运动所造成。
在导体上外加与电流方向垂直的磁场，会使得导线中的电子受到洛伦兹力而聚集，从而在电子聚集的方向上产生一个电场，此电场将会使后来的电子受到电力作用而平衡掉磁场造成的洛伦兹力，使得后来的电子能顺利通过不会偏移，此称为霍尔效应。而产生的内建电压称为霍尔电压。
当磁场为一交变磁场时，霍尔电动势也为同频率的交变电动势，建立霍尔电动势的时间极短，故其响应频率高。理想霍尔元件的材料要求要有较高的电阻率及载流子迁移率，以便获得较大的霍尔电动势。常用霍尔元件的材料大都是半导体，包括N型硅(Si)、锑化铟(InSb)、砷化铟InAs)、锗(Ge)、砷化镓GaAs)及多层半导体质结构材料，N型硅的霍尔系数、温度稳定性和线性度均较好，砷化镓温漂小，目前应用。
电涡流压力传感器
基于电涡流效应的压力传感器。电涡流效应是由一个移动的磁场与金属导体相交，或是由移动的金属导体与磁场垂直交会所产生。简而言之，就是电磁感应效应所造成。这个动作产生了一个在导体内循环的电流。
电涡流特性使电涡流检测具有零频率响应等特性，因此电涡流压力传感器可用于静态力的检测。
五、振弦式压力传感器
振弦式压力传感器属于频率敏感型传感器，这种频率测量具有想当高的准确度，因为时间和频率是能准确测量的物理量参数，而且频率信号在传输过程中可以忽略电缆的电阻、电感、电容等因素的影响。同时，振弦式压力传感器还具有较强的抗干扰能力，零点漂移小、温度特性好、结构简单、分辨率高、性能稳定，便于数据传输、处理和存储，容易实现仪表数字化，所以振弦式压力传感器也可以作为传感技术发展的方向之一。
振弦式压力传感器的敏感元件是拉紧的钢弦，敏感元件的固有频率与拉紧力的大小有关。弦的长度是固定的，弦的振动频率变化量可用来测算拉力的大小，即输入是力信号，输出的是频率信号。振弦式压力传感器分为上下两个部分组成，下部构件主要是敏感元件组合体。上部构件是铝壳，包含一个电子模块和一个接线端子，分成两个小室放置，这样在接线时就不会影响电子模块室的密封性。
振弦式压力传感器可以选择电流输出型和频率输出型。振弦式压力传感器在运作式，振弦以其谐振频率不停振动，当测量的压力发生变化时，频率会产生变化，这种频率信号经过转换器可以转换为4~20mA的电流信号。
无名指根部的痣，也就是太阳丘的位置，看来为人心情开朗，属于乐天派，有一定的审美能力，所以交际范围也比较广。感情线前端呈羽毛状，中段起伏不定，末端还是羽毛状，在感情上心性不定，常有一些鬼心思，所以即使一直处于恋爱状态，但是整个过程并不是很理想或者平静。生命线分叉有很小的三角纹，这预示着有可能会有心脑方面的疾病可能，最好是注意饮食和定期检查。#手相面相看相算命##国学知识##面相##国学新青年##算命##转运##八字合婚##青春文学##八字命理#
踝关节骨折 malleolar fractures
踝关节骨折常见，在下肢负重骨骨折中发生率仅次于股骨近端骨折，占所有骨折的9%左右。踝关节骨折大多是由旋转暴力所致，这种间接暴力造成胫骨远端和腓骨远端突起部分的骨折，多伴随踝关节周围韧带损伤，因损伤暴力性质特点，有时可表现为腓骨高位骨折，容易漏诊。踝关节骨折是一种关节内骨折，对复位要求高，同时，骨折与关节周围韧带损伤通常相伴出现，损伤后踝关节稳定性多受影响，因此，大多数踝关节骨折需要手术治疗。在处理踝关节骨折时，要掌握踝部骨骼、韧带的解剖、造成骨折和韧带损伤的机制，对骨折和韧带损伤应仔细评估，做出正确的分类诊断，最后制订出合适的治疗方案。
临床病例
患者男，59 岁，因下楼梯时右踝关节扭伤后疼痛、活动障碍5 小时入院。体格检查发现：内踝和外踝处软组织肿胀，明显压痛，踝关节活动时疼痛加重；右侧足背动脉搏动可以触及；足趾主动运动正常，感觉和血供正常。【问题1】 该患者的临床诊断是什么？
思路1：通过询问病史及查体，其受伤机制目前高度怀疑踝关节骨折可能，需进一步行X 线及CT 检查明确诊断。
知识点
踝关节骨折的诊断要点
1.踝关节骨折多为扭伤等间接暴力损伤所致。
2.踝关节周围肿胀，有时明显畸形。
3.重视患肢末端血管、神经检查；触诊应包括小腿全长。
4.除了常规X 线检查外，必要时CT 检查以更好显示骨折细节。
5.避免漏诊高位腓骨骨折和后踝骨折。
知识点
踝关节骨折影像学检查的相关要点
1.X 线片
（1）踝关节骨折主要的影像学检查手段是常规X 线摄片，应包括踝部前后位、侧位和踝穴位（小腿内旋15°前后位）。（图3-8-107）
（2）当体检发现小腿上段有压痛或踝关节摄片未发现外踝骨折但是内侧间隙有增宽时，应对小腿全长摄片以免漏诊腓骨近端骨折。
（3）对于骨折移位不明显但怀疑踝关节不稳时，有时需要应力位摄片以明确诊断。
2.CT 检查
（1）横断位可以显示远端胫骨和腓骨的关系及后踝骨折（图3-8-108）。
（2）矢状位重建可清楚显示后踝骨折的大小、部位、累及关节面情况。
（3）冠状位重建可以显露下胫腓关节内有无碎骨片嵌入。
▲图3-8-107 术前X线摄片示内外踝骨折，可疑后踝骨折
图3-8-108 CT横断位扫描证实后踝存在骨折
思路2：该患者目前诊断踝关节骨折（三踝骨折）明确，需通过常用的临床分类对骨折进行分型，以指导制订下一步的治疗方案。
知识点
踝关节骨折常见的临床分型
对于踝关节骨折和韧带损伤的分类，目前得到广泛认可并应用的分类法主要有3 种，分别是：Lauge-Hansen 分类法，Danis-Weber 分类法和Müller AO 分类法。临床上最常用的是Lauge-Hansen 分类法。
Lauge-Hansen 分类法是典型的损伤机制分类法，其分类依据是受伤时踝关节位置和受伤应力作用方向，应力的作用实质是指距骨在应力作用下运动方向，由此将踝关节骨折分成四类：旋后-内收型、旋后-外旋型、旋前-外展型和旋前-外旋型。这种分类法能提供有关骨折稳定性的信息，对治疗方法的选择具有较强的指导意义。
（1）旋后-内收型：骨折表现为外踝在踝关节水平关节面远侧横行骨折，可伴内踝垂直骨折和踝穴穹顶内侧压缩骨折。依据暴力的作用大小可把骨折分成两期：①外踝在下胫腓平面或以下横行骨折或外侧韧带结构撕裂；②一期骨折的基础上伴内踝斜形或垂直形骨折，是一种不稳定骨折（图3-8-109）。
图3-8-109 旋后-内收型骨折损伤机制和骨折表现
（2）旋后-外旋型：是最常见的一类踝关节骨折，占踝关节骨折的40%～70%，腓骨骨折位于下胫腓关节部位。根据暴力大小将骨折分成四期：①下胫腓前韧带损伤；②出现外踝骨折，外踝骨折多为前下后上走行的螺旋形骨折（也可为斜形）；③下胫腓后韧带损伤或后踝骨折，骨折通常不稳定；④完全性旋后-外旋型损伤，最后出现的是内侧结构损伤，可表现为内踝骨折或三角韧带损伤，内踝骨折可为横行，也可是斜形骨折（图3-8-110）。
图3-8-110 旋后-外旋型骨折损伤机制和骨折表现
（3）旋前-外展型：占踝关节骨折不到5%。此型骨折腓骨在踝穴水平关节面以上部位骨折，常呈粉碎性。根据损伤暴力可分为三期：①三角韧带损伤或内踝横行骨折；②后踝骨折或下胫腓韧带损伤；③暴力继续作用导致腓骨骨折，骨折部位在踝穴水平关节面上5cm范围内，骨折多表现为内下向外上走行的斜形骨折，常有腓骨外侧皮质粉碎（图3-8-111）。
图3-8-111 旋前-外展型骨折损伤机制和骨折表现
（4）旋前-外旋型：骨折中腓骨骨折位于下胫腓关节以上，甚至可高达腓骨颈处，通常有下胫腓韧带损伤。因为旋前位下内侧结构处于紧张状态，外旋暴力先导致内侧结构损伤，继续下去依次导致前外侧、外侧和后外侧结构损伤。根据损伤暴力大小可分为四期：①内侧结构损伤，可表现为三角韧带损伤或内踝骨折；②下胫腓前韧带损伤或附着处撕脱性骨折，损伤可延伸到骨间膜；③下胫腓联合以上部位的腓骨骨折，骨折呈斜形或螺旋形；④完全性旋前-外旋型骨折，下胫腓后韧带损伤或后踝骨折（图3-8-112）。
图3-8-112 旋前-外旋型骨折损伤机制和骨折表现
Danis-Weber 分类法的分类依据是腓骨骨折部位与下胫腓联合的关系，考虑的关键是踝关节外侧结构和下胫腓韧带的稳定性。根据腓骨骨折位置将踝关节骨折分成三型。
Müller AO 分类法则是沿用了Danis-Weber 分类法，首先将踝关节解剖部位用数字44作为代码，并对每一类骨折根据损伤严重程度更加细分成各个亚型，并以数字化记录。
根据该患者的骨折特点，其临床分型为旋后-外旋型骨折，给予患者手法复位、制动、石膏托固定。同时抬高患肢，消肿等处理，等待手术。
【问题2】 该患者的外科手术治疗方案。
思路1：踝关节骨折的手术目的及治疗原则。
知识点
踝关节骨折的手术目标及指征
踝关节骨折治疗的目标是保证距骨位于踝穴内解剖位置、骨折以及可能存在的韧带损伤获得愈合。为了达到这个目标，取决于两个关键点：①复位时要达到胫骨-距骨间完全匹配、解剖复位；②通过各种内外固定手段恢复和维持骨折与损伤韧带的稳定性。首先要对腓骨远端骨折解剖复位，避免缩短和外移。
基于对踝关节骨折复位要求高及维持复位后稳定的要求，目前踝关节骨折主要治疗手段是切开复位和内固定。手术治疗的指征是：①闭合复位无法获得解剖复位；②骨折移位明显或距骨移位；③骨折不稳定。
思路2：该患者踝关节骨折为三踝骨折，骨折移位明显累及关节面，有切开复位内固定指征。需进一步掌握踝关节骨折手术复位的要求及不同骨折部位的治疗要点及复位步骤。
知识点
踝关节不同骨折部位的内固定原则及要点
1.腓骨骨折 如果存在腓骨骨折，则腓骨骨折的解剖复位是治疗成功的关键，应完全纠正其缩短、外移（侧方）和旋转移位。可采用克氏针张力带或螺钉固定腓骨远端骨折，而腓骨骨折经典固定方法是1/3 管型钢板或重建钢板固定。
2.内踝骨折 对于内踝骨折，主要的固定方法是各种螺丝钉，包括皮质骨螺钉、半螺纹拉力螺钉、空心拉力螺钉及AO 踝螺钉等，也可用克氏针张力带、带细螺纹克氏针等固定。有时内踝骨折为前丘撕脱骨折，可能同时伴有三角韧带深层损伤，此时如果仅仅固定内踝前丘而不修复三角韧带深层，术后仍会存在明显内侧失稳，手术时应同时探查三角韧带深层，有损伤时应该修复。
3.后踝骨折 通常认为侧位片上后踝骨折块累及关节面达到1/5～1/3 需要内固定，后踝骨折块的固定通常采用后外侧入路，在显露后踝骨折块并复位后从后向前用拉力螺钉固定，空心钉较容易操作。
4.下胫腓联合损伤 在外侧骨性结构和内侧骨性结构固定完成后分别进行外旋应力试验，如果所有骨性结构均获得理想固定后下胫腓间隙仍增宽，需要进行下胫腓关节复位并固定。固定时要维持下胫腓关节复位状态，在下胫腓关节上缘近侧2cm 范围内、从腓骨外侧向内侧钻孔后拧入一枚3.5mm 全螺纹皮质骨螺钉，平行于胫骨远端水平关节面，螺钉置入应从后外侧斜向前内侧，与冠状面约呈30°角，通过三层皮质固定。
该患者伤后7 天，踝关节肿胀消退后行切开复位与内固定术手术（图3-8-113）。腓骨骨折钢板固定，内踝及后踝骨折空心螺钉固定，关节复位良好，踝穴宽度恢复正常，伤后随访效果良好。
图3-8-113 骨折切开复位、内固定术后表现
踝关节骨折常见，在下肢负重骨骨折中发生率仅次于股骨近端骨折，占所有骨折的9%左右。踝关节骨折大多是由旋转暴力所致，这种间接暴力造成胫骨远端和腓骨远端突起部分的骨折，多伴随踝关节周围韧带损伤，因损伤暴力性质特点，有时可表现为腓骨高位骨折，容易漏诊。踝关节骨折是一种关节内骨折，对复位要求高，同时，骨折与关节周围韧带损伤通常相伴出现，损伤后踝关节稳定性多受影响，因此，大多数踝关节骨折需要手术治疗。在处理踝关节骨折时，要掌握踝部骨骼、韧带的解剖、造成骨折和韧带损伤的机制，对骨折和韧带损伤应仔细评估，做出正确的分类诊断，最后制订出合适的治疗方案。
临床病例
患者男，59 岁，因下楼梯时右踝关节扭伤后疼痛、活动障碍5 小时入院。体格检查发现：内踝和外踝处软组织肿胀，明显压痛，踝关节活动时疼痛加重；右侧足背动脉搏动可以触及；足趾主动运动正常，感觉和血供正常。【问题1】 该患者的临床诊断是什么？
思路1：通过询问病史及查体，其受伤机制目前高度怀疑踝关节骨折可能，需进一步行X 线及CT 检查明确诊断。
知识点
踝关节骨折的诊断要点
1.踝关节骨折多为扭伤等间接暴力损伤所致。
2.踝关节周围肿胀，有时明显畸形。
3.重视患肢末端血管、神经检查；触诊应包括小腿全长。
4.除了常规X 线检查外，必要时CT 检查以更好显示骨折细节。
5.避免漏诊高位腓骨骨折和后踝骨折。
知识点
踝关节骨折影像学检查的相关要点
1.X 线片
（1）踝关节骨折主要的影像学检查手段是常规X 线摄片，应包括踝部前后位、侧位和踝穴位（小腿内旋15°前后位）。（图3-8-107）
（2）当体检发现小腿上段有压痛或踝关节摄片未发现外踝骨折但是内侧间隙有增宽时，应对小腿全长摄片以免漏诊腓骨近端骨折。
（3）对于骨折移位不明显但怀疑踝关节不稳时，有时需要应力位摄片以明确诊断。
2.CT 检查
（1）横断位可以显示远端胫骨和腓骨的关系及后踝骨折（图3-8-108）。
（2）矢状位重建可清楚显示后踝骨折的大小、部位、累及关节面情况。
（3）冠状位重建可以显露下胫腓关节内有无碎骨片嵌入。
▲图3-8-107 术前X线摄片示内外踝骨折，可疑后踝骨折
图3-8-108 CT横断位扫描证实后踝存在骨折
思路2：该患者目前诊断踝关节骨折（三踝骨折）明确，需通过常用的临床分类对骨折进行分型，以指导制订下一步的治疗方案。
知识点
踝关节骨折常见的临床分型
对于踝关节骨折和韧带损伤的分类，目前得到广泛认可并应用的分类法主要有3 种，分别是：Lauge-Hansen 分类法，Danis-Weber 分类法和Müller AO 分类法。临床上最常用的是Lauge-Hansen 分类法。
Lauge-Hansen 分类法是典型的损伤机制分类法，其分类依据是受伤时踝关节位置和受伤应力作用方向，应力的作用实质是指距骨在应力作用下运动方向，由此将踝关节骨折分成四类：旋后-内收型、旋后-外旋型、旋前-外展型和旋前-外旋型。这种分类法能提供有关骨折稳定性的信息，对治疗方法的选择具有较强的指导意义。
（1）旋后-内收型：骨折表现为外踝在踝关节水平关节面远侧横行骨折，可伴内踝垂直骨折和踝穴穹顶内侧压缩骨折。依据暴力的作用大小可把骨折分成两期：①外踝在下胫腓平面或以下横行骨折或外侧韧带结构撕裂；②一期骨折的基础上伴内踝斜形或垂直形骨折，是一种不稳定骨折（图3-8-109）。
图3-8-109 旋后-内收型骨折损伤机制和骨折表现
（2）旋后-外旋型：是最常见的一类踝关节骨折，占踝关节骨折的40%～70%，腓骨骨折位于下胫腓关节部位。根据暴力大小将骨折分成四期：①下胫腓前韧带损伤；②出现外踝骨折，外踝骨折多为前下后上走行的螺旋形骨折（也可为斜形）；③下胫腓后韧带损伤或后踝骨折，骨折通常不稳定；④完全性旋后-外旋型损伤，最后出现的是内侧结构损伤，可表现为内踝骨折或三角韧带损伤，内踝骨折可为横行，也可是斜形骨折（图3-8-110）。
图3-8-110 旋后-外旋型骨折损伤机制和骨折表现
（3）旋前-外展型：占踝关节骨折不到5%。此型骨折腓骨在踝穴水平关节面以上部位骨折，常呈粉碎性。根据损伤暴力可分为三期：①三角韧带损伤或内踝横行骨折；②后踝骨折或下胫腓韧带损伤；③暴力继续作用导致腓骨骨折，骨折部位在踝穴水平关节面上5cm范围内，骨折多表现为内下向外上走行的斜形骨折，常有腓骨外侧皮质粉碎（图3-8-111）。
图3-8-111 旋前-外展型骨折损伤机制和骨折表现
（4）旋前-外旋型：骨折中腓骨骨折位于下胫腓关节以上，甚至可高达腓骨颈处，通常有下胫腓韧带损伤。因为旋前位下内侧结构处于紧张状态，外旋暴力先导致内侧结构损伤，继续下去依次导致前外侧、外侧和后外侧结构损伤。根据损伤暴力大小可分为四期：①内侧结构损伤，可表现为三角韧带损伤或内踝骨折；②下胫腓前韧带损伤或附着处撕脱性骨折，损伤可延伸到骨间膜；③下胫腓联合以上部位的腓骨骨折，骨折呈斜形或螺旋形；④完全性旋前-外旋型骨折，下胫腓后韧带损伤或后踝骨折（图3-8-112）。
图3-8-112 旋前-外旋型骨折损伤机制和骨折表现
Danis-Weber 分类法的分类依据是腓骨骨折部位与下胫腓联合的关系，考虑的关键是踝关节外侧结构和下胫腓韧带的稳定性。根据腓骨骨折位置将踝关节骨折分成三型。
Müller AO 分类法则是沿用了Danis-Weber 分类法，首先将踝关节解剖部位用数字44作为代码，并对每一类骨折根据损伤严重程度更加细分成各个亚型，并以数字化记录。
根据该患者的骨折特点，其临床分型为旋后-外旋型骨折，给予患者手法复位、制动、石膏托固定。同时抬高患肢，消肿等处理，等待手术。
【问题2】 该患者的外科手术治疗方案。
思路1：踝关节骨折的手术目的及治疗原则。
知识点
踝关节骨折的手术目标及指征
踝关节骨折治疗的目标是保证距骨位于踝穴内解剖位置、骨折以及可能存在的韧带损伤获得愈合。为了达到这个目标，取决于两个关键点：①复位时要达到胫骨-距骨间完全匹配、解剖复位；②通过各种内外固定手段恢复和维持骨折与损伤韧带的稳定性。首先要对腓骨远端骨折解剖复位，避免缩短和外移。
基于对踝关节骨折复位要求高及维持复位后稳定的要求，目前踝关节骨折主要治疗手段是切开复位和内固定。手术治疗的指征是：①闭合复位无法获得解剖复位；②骨折移位明显或距骨移位；③骨折不稳定。
思路2：该患者踝关节骨折为三踝骨折，骨折移位明显累及关节面，有切开复位内固定指征。需进一步掌握踝关节骨折手术复位的要求及不同骨折部位的治疗要点及复位步骤。
知识点
踝关节不同骨折部位的内固定原则及要点
1.腓骨骨折 如果存在腓骨骨折，则腓骨骨折的解剖复位是治疗成功的关键，应完全纠正其缩短、外移（侧方）和旋转移位。可采用克氏针张力带或螺钉固定腓骨远端骨折，而腓骨骨折经典固定方法是1/3 管型钢板或重建钢板固定。
2.内踝骨折 对于内踝骨折，主要的固定方法是各种螺丝钉，包括皮质骨螺钉、半螺纹拉力螺钉、空心拉力螺钉及AO 踝螺钉等，也可用克氏针张力带、带细螺纹克氏针等固定。有时内踝骨折为前丘撕脱骨折，可能同时伴有三角韧带深层损伤，此时如果仅仅固定内踝前丘而不修复三角韧带深层，术后仍会存在明显内侧失稳，手术时应同时探查三角韧带深层，有损伤时应该修复。
3.后踝骨折 通常认为侧位片上后踝骨折块累及关节面达到1/5～1/3 需要内固定，后踝骨折块的固定通常采用后外侧入路，在显露后踝骨折块并复位后从后向前用拉力螺钉固定，空心钉较容易操作。
4.下胫腓联合损伤 在外侧骨性结构和内侧骨性结构固定完成后分别进行外旋应力试验，如果所有骨性结构均获得理想固定后下胫腓间隙仍增宽，需要进行下胫腓关节复位并固定。固定时要维持下胫腓关节复位状态，在下胫腓关节上缘近侧2cm 范围内、从腓骨外侧向内侧钻孔后拧入一枚3.5mm 全螺纹皮质骨螺钉，平行于胫骨远端水平关节面，螺钉置入应从后外侧斜向前内侧，与冠状面约呈30°角，通过三层皮质固定。
该患者伤后7 天，踝关节肿胀消退后行切开复位与内固定术手术（图3-8-113）。腓骨骨折钢板固定，内踝及后踝骨折空心螺钉固定，关节复位良好，踝穴宽度恢复正常，伤后随访效果良好。
图3-8-113 骨折切开复位、内固定术后表现
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