張來福，盧承印，王孝輝

(1. 河南中醫(yī)藥大學，河南 鄭州450046；2. 河南省洛陽正骨醫(yī)院/河南省骨科醫(yī)院，河南 洛陽 471002)

0 引言

多種因素導致的骨缺損在臨床中常見，治療中存在手術創(chuàng)傷大、周期長、花費高、骨折部位無法直接愈合等問題，成為醫(yī)患雙方共同面對的難題。目前的治療方法有骨移植、Ilizarov 骨搬移技術、Masquelet 技術、以及組織工程技術。

1 目前技術的優(yōu)缺點

對于骨缺損，自體骨移植是最理想的治療方案，具有良好的成骨、骨誘導和骨傳導性質(zhì)，不會引起免疫反應或傳播傳染病，但術后易出現(xiàn)供骨區(qū)疼痛且取骨量有限，促使學者不得不尋找替代方案[1]。異體骨移植，能提供足夠的替代骨，但骨傳導性和生物相容性的差異導致其在臨床運用中出現(xiàn)愈合緩慢，植骨易吸收，從而難以保證較高的成功率[2]。

Ilizarov 骨搬移技術[3]，通過骨骼自身的修復能力而在張力—應力的刺激作用下，隨著調(diào)整外固定架推進位置和角度而達到修復骨及組織缺損的目的，其治療周期與骨缺損的大小呈正相關，治療周期長，患者佩戴外固定架的時間增加，在骨推進的過程中需要患者及家屬的配合，周期性復查，及時調(diào)整推進速度與角度，給患者的護理增加難度。組織工程技術[4]作為新興技術，一直是近些年研究的熱門，盡管材料的選擇異常豐富，但是目前為止，仍沒有一種理想的材料能在機械性能和生物屬性上滿足骨缺損移植材料的理想要求。更沒有一種材料能同時滿足滿意的機械強度、良好的骨誘導性、生物降解速度與骨生長速度同步的需要[5]。

Masquelet 技術在骨缺損區(qū)置入骨水泥形成一個富含血管、促進成骨生長因子的誘導膜，從而在二期治療中為移植物形成一個密閉的成骨環(huán)境，促進新骨形成，修復骨缺損。但是，在誘導膜制作過程中，因骨水泥等填塞物制作不當，后期不易取出，可能造成骨缺損進一步擴大，損傷誘導膜[6]。因此如何保證誘導膜的完整性成為本技術的關鍵因素之一，近些年，隨著3D 打印技術的興起，給臨床治療骨缺損提供了新思路。

而3D 打印技術的出現(xiàn)，使體外造模已應用于臨床工作中[7]。對于誘導膜技術存在的問題與不足，利用3D 打印技術塑造骨缺損模型，并根據(jù)模型制作骨水泥塑型器。本文即根據(jù)3D 打印技術結合誘導膜技術在治療大段骨缺損中的研究進展，闡述其在骨缺損治療中術前、術中及術后的應用。

2 Masquelet 技術與骨缺損

2.1 骨缺損

骨缺損的致病因素在臨床中較為常見的有：創(chuàng)傷、骨腫瘤切除、感染引起的骨髓炎等。針對骨缺損的臨界值尚沒有明確的定義，多數(shù)人認為，當骨缺損長度大于周徑1.5 倍或者大于2cm 時，骨折缺損部位難以自行修復[8,9]。骨缺損的治療是最大限度恢復患者肢體功能，提高生活質(zhì)量。如果處理不當，會造成骨折不愈合、感染、短縮畸形、關節(jié)僵硬等并發(fā)癥，在治療中，存在周期長，技術要求高，花費大的問題。骨缺損的結構不規(guī)則、大小不均等、解剖復雜等，增加治療難度，使術前對于骨缺損進行全面的了解更為重要。

2.2 Masquelet 技術

Masquelet 技術又稱誘導膜技術，Masquelet[8]等人最早利用此技術治療35 例長骨缺損，并取得良好的效果，該方法由兩個階段組成：第一階段是徹底清創(chuàng)后選擇合適的方法固定，置入骨水泥與抗生素混合物作為間隔物，促使其誘導形成纖維膜；第二階段數(shù)周后切開誘導膜取出骨水泥，保留由骨水泥誘導形成的誘導膜，植入自體骨或自體骨與骨替代材料的混合物，隨后閉合誘導膜，繼續(xù)固定數(shù)周至骨性愈合。Pelissier[10]等人通過動物實驗研究中證實誘導的膜是血管化的并且包含各種生長因子，這取決于其成熟狀態(tài)。生長因子如VEGF，TGF-β和BMP-2 被分泌，并且該膜在兔中呈現(xiàn)高血管形成，該實驗還證明了成骨細胞的增殖和分化受到刺激。Christoph Nau[11]等對于96 只小鼠的對照實驗中，發(fā)現(xiàn)誘導膜能促進新骨形成，并且加速骨礦物質(zhì)密度和骨硬度的進展。Michael A[12]等也提到誘導膜防止移植物再吸收并促進骨質(zhì)向內(nèi)生長修復缺損。

3 3D 打印技術

3D 打印(Three-dimensional printing)又稱快速成型技術，根據(jù)ct 掃描健側和患側的結果對比提供高質(zhì)量射線成像數(shù)據(jù)，利用計算機技術輔助設計、制造，通過“層層疊加，層積成型”的方式，快速精確生成所需要的任何結構的目標模型[13]。為每一個患者針對缺損部位，可以按照1:1 提供切合自身需求的個性化模型，手術方案及貼合的個性化固定物，在術前可以準確的模擬手術，提高手術成功率，減小手術創(chuàng)傷，縮短手術時間，降低術后并發(fā)癥的發(fā)生。21 世紀以來，3D 打印技術越來越多的應用于骨科臨床治療，利用3D 打印作為輔助，可以為誘導膜技術在骨缺損中的應用提供術前、術中、術后的模型及其他支持。

4 3D 打印及誘導膜技術在骨缺損手術中的應用

4.1 術前

4.1.1 術前診斷與評估

以往的骨缺損治療，根據(jù)影像學檢查靠醫(yī)生的臨床經(jīng)驗去評判骨缺損的程度及形狀，由于醫(yī)師水平的差異難以對缺損部位全面精確的了解，進而影響治療的效果。3D 打印技術的應用，通過ct 掃描數(shù)據(jù)，借助計算機建立三維模型，并打印，使術者全面了解病灶區(qū)的構造[14,15]。即使是經(jīng)驗欠缺的低資歷醫(yī)師也能在術前做到熟悉缺損結構，特別對于特定部位的骨缺損，如足部等不規(guī)則骨缺損的設計，解決匹配問題，有利于后期功能重建。

4.1.2 固定物選擇的預制

誘導膜技術在第一階段多以外固定架為主，術后護理不便及可能造成釘?shù)栏腥?，部分研究開始改用髓內(nèi)針固定或鋼板等內(nèi)固定，YU 等[16]利用抗生素水泥涂層鎖定板作為股骨骨髓炎缺損的臨時固定器，患者能早期進行功能鍛煉且不會增加感染率。但骨缺損區(qū)域不固定、結構復雜性，內(nèi)固定裝置多數(shù)需要術中調(diào)整，既增加手術時間，術中反復折彎鋼板會降低機械性能。骨水泥的填充形狀、大小也同樣依據(jù)術者的經(jīng)驗，術中根據(jù)缺損制作凝固、塑型，也會增加手術時間、還會造成熱損傷[17]。而3D 打印技術的引用：①應用于術中骨水泥的設計、分塊設計及置入，根據(jù)模型制作與之更匹配的間隔物，避免在取出時破壞誘導膜。為解決骨水泥填充困難及去除時誘導膜損傷的問題，有學者在體外構建塊狀骨水泥并組裝入體內(nèi)。雷鳴等[18]在骨髓炎骨缺損患者采用體外制作多根骨水泥棒填塞物方法，于骨缺損端和缺損區(qū)采用誘導膜技術治療。②由于骨缺損創(chuàng)面的不規(guī)則性，可應用于內(nèi)植物的匹配塑型。根據(jù)模型制作個性化固定裝置，使之更貼合骨骼，Chen 等[19]在術前通過3D 打印技術對于骨盆骨折部位進行實物打印，并進行鋼板預制，術中證實預制鋼板完美貼合。術前的充分準備與模擬手術可以縮短手術時間，減小手術創(chuàng)傷，提高療效，獲得滿意的影像學效果。同時能為患者提供更直觀的講解。Ellen 等[20]認為3D 模型的應用不僅美觀而且實用，更能受到患者的信賴。

4.1.3 預手術模擬

實體模型的制作會熟悉手術，通過模擬手術操作，明確復位角度、長度，選擇更優(yōu)的固定位置及置釘位置，確定螺釘?shù)臄?shù)量，測量置釘長度。根據(jù)模型缺損將制作的間隔物置入缺損區(qū)，評估其難易程度及吻合程度并調(diào)整，為術中做好預案。多次的模擬為患者提供個性化的手術，減小手術創(chuàng)傷、縮短麻醉時間，減少并發(fā)癥。Kim 等[21]報道了對1 鎖骨骨折和髖臼骨折患者3D 打印骨骼模型的經(jīng)驗，確認了術前骨骼模型的應用，有利于尋找最佳復位，確定固定板的位置，增加對骨折類型及區(qū)域解剖學的理解，簡化手術過程，縮短手術時間，減少手術創(chuàng)傷。

4.2 個性化手術方案

由于個體化的差異，根據(jù)患者打印的骨骼模型，詳細了解受傷區(qū)域的解剖結構，通過模擬手術，尋找最優(yōu)的手術入路及手術方案，根據(jù)受傷類型為患者制定個性化的手術方案。根據(jù)術前模擬的切口位置，逐層切開軟組織，充分暴露缺損區(qū)，徹底清創(chuàng)后按模擬角度、位置對骨折進行復位，置入已完成塑型的骨水泥。同時將個性化固定物固定骨折端。Xia 等[22]對3D 打印技術制備模型在髖關節(jié)病例術前術中應用的總結中發(fā)現(xiàn)，進行術前造模、模擬手術，可明顯縮短時間，提高成功率，減少輻射暴露。

4.3 Ⅱ期植骨

最新研究[23]發(fā)現(xiàn)在誘導膜中，在造膜術后4-6 周微血管化及促成骨因子達到最大值。故選擇在此時進行第二次手術，有利于促進植骨愈合。術中切開形成的白色纖維膜，取出骨水泥，由于術前的塑型，有效了避免了傳統(tǒng)骨水泥造膜取出時對誘導膜的損壞，置入松質(zhì)骨或松質(zhì)骨與骨替代品的混合物。誘導膜的完整性縮短愈合時間，提高愈合率。丁強等[24]認為誘導膜的不完整易造成骨折不愈合或愈合不全。

5 存在的不足

3D 打印技術作為輔助手段在骨科臨床運用中具有眾多優(yōu)勢，然而現(xiàn)實中諸多因素限制了該技術的推廣應用。第一，3D 打印技術模型的制作大多需要專業(yè)的團隊，設備及材料的價格相對高昂，而對于基層醫(yī)院而言，通常不具備這樣的條件；對于患者而言，難以承受。目前，難以廣泛的普及；第二，從獲得數(shù)據(jù)到模型制作往往需要幾小時至幾天不等的時間，限制了它在急診手術時的應用[25]；第三，骨缺損往往需要徹底清創(chuàng)，在制備骨缺損模型中結合影像學資料確定合適的截骨面成為手術的關鍵環(huán)節(jié)。

6 結論與展望

誘導膜技術在過去的幾十年里，發(fā)展的越來越成熟，臨床中取得了顯著的效果。3D 打印技術的出現(xiàn)，術前精準的評估，模型制作，手術預案、模擬，固定裝置的個性化設計、制作，缺損區(qū)塑型的設計與應用，使手術更加精確、符合患者個體化的需求。更能明顯縮短麻醉時間、減少術中出血量、增加安全性及成功率，降低術后并發(fā)癥的發(fā)生。