張來福，盧承印，王孝輝，郭紹勇，張海龍，呂亞慶

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

跟骨是承載足部穩(wěn)定及功能的重要結(jié)構(gòu)。臨床中，跟骨骨缺損多由創(chuàng)傷、感染等因素導(dǎo)致，常合并皮膚缺損，治療中存在手術(shù)創(chuàng)傷大、周期長(zhǎng)、骨折部位愈合困難、并發(fā)癥多等問題。目前常用的治療手段包括帶血管的自體骨(或肌皮瓣)移植技術(shù)、Ilizarov骨搬移技術(shù)、Masquelet膜誘導(dǎo)技術(shù)等。帶血管的骨(或肌皮瓣)移植技術(shù)能一次性修復(fù)骨缺損，具有骨愈合快的優(yōu)勢(shì)[1]，但要求手術(shù)醫(yī)師熟練掌握顯微外科技術(shù)限制了該技術(shù)的應(yīng)用[2]。Ilizarov骨搬移技術(shù)適應(yīng)證廣泛，但治療周期與骨缺損大小呈正相關(guān)，存在護(hù)理難度大，容易發(fā)生釘?shù)栏腥?、固定松?dòng)、關(guān)節(jié)黏連僵硬、神經(jīng)損傷等諸多問題[3-4]。

Masquelet膜誘導(dǎo)技術(shù)適應(yīng)證廣泛、操作相對(duì)簡(jiǎn)便、治療周期不受缺損大小的限制[5]。然而，其操作中也存在一些問題：(1)合適的骨水泥填充物大小較難把控，若誘導(dǎo)膜形成過小會(huì)使移植骨形成的骨連接過小，影響骨修復(fù)[6]；(2)在二期手術(shù)時(shí)填充的骨水泥取出較困難，且取出骨水泥時(shí)易損傷誘導(dǎo)膜，導(dǎo)致術(shù)后可能再次感染[7]。3D打印技術(shù)根據(jù)CT掃描健側(cè)和患側(cè)的結(jié)果對(duì)比，提供高質(zhì)量射線成像數(shù)據(jù)，利用計(jì)算機(jī)技術(shù)輔助設(shè)計(jì)、制造，通過“層層疊加，層積成型”的方式，可以快速精確地直接生成所需要的任何結(jié)構(gòu)目標(biāo)模型[8]。近些年，3D打印技術(shù)在臨床中應(yīng)用越來越廣泛，并取得了滿意的效果，為跟骨骨缺損重建帶來新的思路[9]。因此，本研究回顧性分析2018年1月—2019年4月河南省洛陽(yáng)正骨醫(yī)院(河南省骨科醫(yī)院)接受3D打印技術(shù)結(jié)合Masquelet膜誘導(dǎo)技術(shù)治療的跟骨骨缺損患者4例的療效。

臨床資料

1 一般資料

納入標(biāo)準(zhǔn)：(1)創(chuàng)傷導(dǎo)致跟骨骨缺損；(2)接受皮瓣轉(zhuǎn)移修復(fù)軟組織缺損，3D打印技術(shù)結(jié)合Masquelet膜誘導(dǎo)技術(shù)治療跟骨骨缺損。排除標(biāo)準(zhǔn)：(1)年齡<15歲或>60歲；(2)足部手術(shù)史；(3)先天性足踝畸形及既往損傷導(dǎo)致足踝畸形。

本組跟骨骨缺損患者4例，男性2例，女性2例；年齡22～52歲，平均36.0歲。道路交通傷2例，高處墜落傷1例，擠壓傷1例。骨缺損分別為4cm×3cm×3cm、4cm×2cm×2cm、3cm×3cm×2cm、3cm×2cm×1cm；合并皮膚缺損分別為12cm×7cm、10cm×6cm、9cm×5cm、7cm×6cm。其中感染性骨缺損3例(大腸埃希氏菌2例，銅綠假單胞菌1例)。

2 3D打印個(gè)性化骨水泥塑型器模塊的制備

應(yīng)用64排螺旋CT(西門子公司，德國(guó))掃描骨缺損區(qū)及對(duì)應(yīng)健側(cè)，層厚1.0mm，醫(yī)學(xué)數(shù)字成像和通信標(biāo)準(zhǔn)(digital imaging and communications in medicine,DICOM)格式保存數(shù)據(jù)，利用Mimics軟件將數(shù)據(jù)三維重建(圖1a)。健側(cè)作為模板，將缺損處虛擬鏡像還原，將缺損區(qū)數(shù)據(jù)擬合對(duì)位健側(cè)數(shù)據(jù)，確定解剖標(biāo)志點(diǎn)，以清創(chuàng)正常骨組織5mm為截骨平面，設(shè)計(jì)骨水泥植入物數(shù)字模型，立體光刻 (Stereolithographic,STL)格式保存。導(dǎo)入3-Matic軟件，從截骨面起始，設(shè)計(jì)能將模型包裹模具，利用布爾計(jì)算工具得到骨水泥塑型器模具內(nèi)腔數(shù)據(jù)(圖1b)。以模具能順利脫開為原則將模具根據(jù)需要分為多個(gè)模塊，將模塊數(shù)據(jù)導(dǎo)入3D打印機(jī)，填充率50%、層厚0.1mm，利用聚乳酸材料打印，消毒備用(圖1c)。

圖1 術(shù)前模型設(shè)計(jì)。a.3D打印患側(cè)與健側(cè)模型；b.塑型器模具設(shè)計(jì)；c.3D打印塑型器模具

3 手術(shù)方法

第一階段：患者側(cè)臥位或平臥位，選擇腰硬聯(lián)合麻醉或全身麻醉，在止血帶控制下手術(shù)。逐層切開皮膚及皮下組織，充分顯露缺損區(qū)；徹底擴(kuò)創(chuàng)至正常軟組織，清除死骨、硬化骨至預(yù)定截骨面，觀察是否有新鮮血液滲出(圖2a)。對(duì)于感染性患者，取標(biāo)本培養(yǎng)進(jìn)行藥敏試驗(yàn)，創(chuàng)面需過氧化氫溶液-生理鹽水反復(fù)沖洗，碘伏浸泡后生理鹽水沖洗。按比例充分混勻抗生素(通常為萬古霉素)與骨水泥粉末，將半凝固狀態(tài)的抗生素骨水泥填充塑型器模塊，待抗生素骨水泥完全凝固后拆除(圖2b)。將塑型凝固的抗生素骨水泥分塊植入骨缺損處，緊密貼合后使用內(nèi)(外)固定裝置固定。缺損區(qū)采用局部皮瓣轉(zhuǎn)位或游離股前外側(cè)皮瓣修復(fù)(圖2c)。隨后生理鹽水徹底沖洗術(shù)區(qū)，放置負(fù)壓引流，分層縫合切口。

圖2 a.清創(chuàng)至截骨面，看到新鮮血液滲出；b.塑型器模具將骨水泥塑型凝固；c.小腿外側(cè)皮瓣修復(fù)足部皮膚缺損

第二階段：固定8～14周后，患者側(cè)臥位或臥位，選擇腰硬聯(lián)合麻醉或全身麻醉，在止血帶控制下手術(shù)。取原手術(shù)切口逐層切開皮膚皮下，顯露骨缺損處。切開骨水泥表面類骨膜物質(zhì)，完整取出抗生素骨水泥；清除周圍硬化區(qū)，促進(jìn)血液流通。取適量髂骨修剪成顆粒狀植入骨缺損誘導(dǎo)膜內(nèi)，壓實(shí)填塞骨缺損空腔后縫合誘導(dǎo)膜。隨后生理鹽水徹底沖洗術(shù)區(qū)后逐層縫合切口。

4 術(shù)后處理

第一階段術(shù)后制動(dòng)，抬高患肢，罌粟堿預(yù)防血管痙攣，術(shù)后72h內(nèi)每2h觀察皮瓣血運(yùn)1次；48h后拔除引流管，并指導(dǎo)患者主動(dòng)進(jìn)行足趾活動(dòng)。根據(jù)藥敏結(jié)果使用抗生素，感染性骨缺損可延長(zhǎng)用藥時(shí)間。術(shù)后2～3周，皮瓣愈合后可部分負(fù)重活動(dòng)。第二階段術(shù)后24h內(nèi)每2h觀察皮瓣血運(yùn)1次，術(shù)后48h拔除引流管。常規(guī)抗感染、消腫、止痛等治療，預(yù)防深靜脈血栓形成。囑患者于術(shù)后1、2、3、6、12個(gè)月定期復(fù)查。術(shù)后3個(gè)月禁止負(fù)重，3個(gè)月后根據(jù)骨痂形成情況進(jìn)行逐漸負(fù)重活動(dòng)。負(fù)重活動(dòng)期間并用軟鞋墊緩沖皮瓣受到的壓力。

5 療效指標(biāo)評(píng)價(jià)

采用Maryland足部評(píng)分評(píng)價(jià)足部功能。包括疼痛、功能兩部分，滿分為100分；其中優(yōu)：90～100分；良：75～89分；可：50～74分；差：<50分。采用美國(guó)足踝外科協(xié)會(huì)(American Orthopaedic Foot and Ankle Society，AOFAS)評(píng)分評(píng)價(jià)踝關(guān)節(jié)功能。包括疼痛、功能、步態(tài)、穩(wěn)定性等方面評(píng)估，其中優(yōu)：90～100分；良：75～89分；可：50～74分；差：<50分。

6 統(tǒng)計(jì)學(xué)分析

結(jié) 果

本研究4例患者手術(shù)均由同一手術(shù)團(tuán)隊(duì)完成。第一階段：手術(shù)時(shí)間為120～200min，平均155.0min；出血量300～700mL，平均450.0mL；將骨水泥植入骨缺損區(qū)時(shí)，經(jīng)過塑型器體外塑型的骨水泥與骨斷端匹配度高，能完整地填充骨缺損區(qū)，無需再次對(duì)骨水泥進(jìn)行調(diào)整。

第一階段手術(shù)術(shù)中取多點(diǎn)組織行細(xì)菌培養(yǎng)，結(jié)果顯示大腸埃希氏菌2例，銅綠假單胞菌1例。4例患者清創(chuàng)后見跟骨骨缺損未累及跟距關(guān)節(jié)和跟骰關(guān)節(jié)。術(shù)后1例出現(xiàn)傷口滲出情況，加強(qiáng)換藥后情況改善，其余傷口愈合良好，皮瓣均成活，深部骨缺損區(qū)未出現(xiàn)感染情況。第二階段距第一階段手術(shù)8～14周，平均11.5周；手術(shù)時(shí)間為90～160min，平均120.0min；出血量200～400mL，平均312.5mL；術(shù)中觀察誘導(dǎo)膜完整，大小合適；骨水泥能順利取出，未出現(xiàn)取出困難和明顯損傷誘導(dǎo)膜的情況。術(shù)后傷口愈合良好，無深部血栓形成。患者均獲隨訪，隨訪時(shí)間10～18個(gè)月，平均14.0個(gè)月，隨訪期間足跟皮瓣無一例發(fā)生壞死或破潰。患者植骨均愈合，骨折愈合良好：X線片示骨缺損處有連續(xù)性骨痂生成，無死骨，骨的連續(xù)性、完整性可。臨床愈合時(shí)間3～6個(gè)月，平均4.0個(gè)月。本組患者術(shù)后12～16周(平均14.0周)可部分負(fù)重，術(shù)后9～15個(gè)月(平均13.0個(gè)月)完全負(fù)重行走。末次隨訪時(shí)Maryland足部評(píng)分88～98分，平均94.0分,其中優(yōu)3例，良1例,與健側(cè)相比,差異無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P>0.05)。AOFAS評(píng)分86～98分，平均92.8分，優(yōu)3例，良1例，與健側(cè)相比差異無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P>0.05)。見表1。典型病例見圖3。

表1 患者兩側(cè)術(shù)后末次隨訪評(píng)分比較分)

圖3 患者男性，40歲，交通事故致左足跟骨及跟部皮膚缺損。a.術(shù)前X線片；b.植入骨水泥后X線片；c.植骨后X線片；d.術(shù)后 12個(gè)月末次隨訪 X線片

討 論

本組4例患者術(shù)前通過3D打印鏡像技術(shù)打印出患側(cè)與健側(cè)模型，通過影像學(xué)資料及CT掃描數(shù)據(jù)確定截骨面，為3D打印患側(cè)缺損提供數(shù)據(jù)參數(shù)。根據(jù)患側(cè)跟骨骨缺損的形狀及大小，確定需要植入骨水泥的形狀及大小，利用3D打印制作出塑型模具。通過控制植入骨水泥來把控形成誘導(dǎo)膜的質(zhì)量和大小。第一階段手術(shù)通過皮瓣轉(zhuǎn)移修復(fù)足部皮膚缺損，為Masquelet膜誘導(dǎo)技術(shù)的應(yīng)用提供條件。Morelli等[10]在Meta分析中闡述軟組織重建對(duì)于Masquelet膜誘導(dǎo)技術(shù)的重要性。徹底清創(chuàng)跟骨骨缺損至術(shù)前確定的截骨面，新鮮血液滲出，將通過模具塑型的骨水泥分塊置入骨缺損區(qū)，發(fā)現(xiàn)骨水泥與骨缺損部位具有較高的匹配度，無需再對(duì)骨水泥的形狀、大小進(jìn)行調(diào)整。第二階段手術(shù)中證實(shí)，形成的誘導(dǎo)膜大小合適，可以分塊取出骨水泥，未對(duì)誘導(dǎo)膜造成明顯的損傷，在植骨3個(gè)月內(nèi)避免負(fù)重，跟骨骨質(zhì)愈合后可逐漸負(fù)重。4例患者植骨愈合，正常行走后逐步出現(xiàn)跟骨骨小梁化，實(shí)現(xiàn)了跟骨骨質(zhì)的重建。AOFAS評(píng)分顯示優(yōu)3例，良1例，也證實(shí)了跟骨生理功能的重建。術(shù)后隨訪未出現(xiàn)皮瓣壞死或破潰的情況，主要原因是術(shù)后3個(gè)月的制動(dòng)，既避免植入小骨塊易受壓變形，影響塑型足弓維持進(jìn)而影響功能，又避免小骨塊對(duì)皮瓣造成不同程度壓力，破壞皮瓣的成活與完整性；其次軟鞋墊緩沖了皮瓣在逐漸負(fù)重后所承受的壓力。

傳統(tǒng)的Masquelet膜誘導(dǎo)技術(shù)在骨水泥填塞中具有一定的盲目性。傳統(tǒng)的體內(nèi)成型在骨水泥凝固前將其填充骨缺損部位，并且包裹骨折斷端，使其自然凝固。該凝固方式在第二階段手術(shù)時(shí)發(fā)現(xiàn)，骨水泥與骨斷端連接牢固，同時(shí)骨水泥為一較大整體，在取出時(shí)易損傷誘導(dǎo)膜及骨水泥-骨界面骨組織，在二期植骨中影響骨折愈合；骨水泥凝固過程中釋放的熱量，也會(huì)損傷鄰近骨及組織。為克服骨水泥體內(nèi)成型的缺陷，部分學(xué)者曾將骨水泥進(jìn)行體外塑型，取得一定的效果[11]。但骨缺損的類型多樣，骨缺損信息在影像學(xué)資料下難以全面、準(zhǔn)確地反映，骨水泥植入物的大小、形狀與醫(yī)師個(gè)人經(jīng)驗(yàn)有關(guān)。因此抗生素骨水泥的植入是該技術(shù)的關(guān)鍵環(huán)節(jié)之一。

Simpson等[12]認(rèn)為在對(duì)骨缺損區(qū)清創(chuàng)時(shí)，為確保治療效果，通常需要清創(chuàng)超過正常骨組織5mm。這為在術(shù)前確定需要清創(chuàng)的截骨面，從而確定骨缺損區(qū)的形狀及大小提供了理論依據(jù),也為3D打印技術(shù)的應(yīng)用提供理論支撐。本研究利用3D打印技術(shù)將跟骨骨缺損區(qū)進(jìn)行三維重建，根據(jù)跟骨骨缺損區(qū)打印出骨水泥塑型器。通過體外塑型的方式，解決骨水泥體內(nèi)塑型對(duì)骨與軟組織的熱損傷，避免骨水泥與骨斷端連接過牢；多模塊的設(shè)計(jì)同樣避免了大塊骨水泥取出困難、容易損傷誘導(dǎo)膜的問題，進(jìn)而保證了形成誘導(dǎo)膜的質(zhì)量；其次骨水泥與跟骨外形、大小保持高度的一致，既符合缺損區(qū)生物力學(xué)傳導(dǎo)，又能保證形成大小合適的誘導(dǎo)膜；最后骨水泥的制作不再受到醫(yī)師經(jīng)驗(yàn)的影響，也會(huì)減少骨水泥在填充過程中形成氣泡和分層現(xiàn)象。

因此3D打印技術(shù)結(jié)合Masquelet膜誘導(dǎo)技術(shù)治療跟骨骨缺損能保證形成誘導(dǎo)膜的質(zhì)量和大小，具有簡(jiǎn)潔高效的技術(shù)優(yōu)勢(shì)和生物力學(xué)優(yōu)勢(shì)。在術(shù)后末次隨訪中，患者未訴有疼痛癥狀，并且功能恢復(fù)良好，這些均與形成高質(zhì)量的誘導(dǎo)膜相關(guān)。

本研究局限性:(1)由于跟骨骨缺損合并軟組織缺損的發(fā)病率不高，造成本研究的樣本量較小，需要擴(kuò)大樣本量繼續(xù)觀察臨床療效，分析在操作中可能出現(xiàn)的其他問題；(2)缺乏對(duì)照比較，需要與傳統(tǒng)帶血管移植或骨搬移技術(shù)進(jìn)行對(duì)比，客觀分析3D打印結(jié)合Masquelet膜誘導(dǎo)技術(shù)治療跟骨骨缺損的臨床療效；(3)由于術(shù)中情況多變，會(huì)存在已塑型骨水泥與骨缺損不匹配的情況，此時(shí)需要對(duì)骨水泥模型進(jìn)行適當(dāng)調(diào)整；(4)患者可能存在韌帶及足部其他組織損傷，影響治療效果，待進(jìn)一步解決。

總之，本研究為跟骨骨缺損的治療提供了新的思路和方法，皮瓣轉(zhuǎn)移修復(fù)軟組織缺損，3D打印結(jié)合Masquelet膜誘導(dǎo)技術(shù)治療跟骨骨缺損術(shù)后療效滿意。