3D 打印技术辅助外固定架治疗下肢复杂性骨缺损

杜俊炜 刘江 徐征宇 姜瑶 赵鑫强 张衍 毕郑刚 耿硕*

复杂性骨缺损是骨科治疗中的难题，也是骨折最严重的并发症之一，其导致原因诸多，主要为高能量损伤导致。因其创伤大、易并发感染，故加大了骨缺损的治疗难度。随着医疗技术的发展，3D 打印技术逐渐应用到医学的各个领域。3D 打印技术是一个新兴技术，被称为“第二次工业革命”[1-3]，为骨缺损的治疗提供了帮助，本文主要利用3D打印技术辅助外固定架治疗下肢复杂性骨缺损进行临床分析，现报道如下。

1 资料与方法

1.1 一般资料

本研究共纳入12 例患者，其中男7 例，女5 例；年龄12 ～48 岁，平均年龄为32 岁。其中股骨骨缺损6 例，胫骨骨缺损6 例。所有患者拍摄站立位下肢全长及64 层螺旋CT 三维成像。12 名患者分为3D 组（6 例）和传统组（6例），3D 组利用计算机进行三维手术规划和模拟，并采用3D 打印1∶1 的骨骼模型进行手术预演。两组术者均为同一人。

1.2 3D 打印模型设计及手术方法

3D 打印模型设计: 3D 组患者将下肢CT 原始Dicom 格式数据导入Mimics 19.0 软件，进行三维重建数字规划，并用树脂材料打印下肢实体模型，使用实际手术器械及外固定架在3D 实体模型上进行手术预演。

手术方法: 患者麻醉后，取仰卧位，取出失效的内固定。彻底清除窦道、切除已感染的死骨及扩大清除边缘至少5 mm 的正常骨质，直至出现“红辣椒征”，并植入骨水泥Spacer 后闭合创口。随后依据术前模拟进针点，在C 型臂X 线机透视下于体表进行标识，组装术前定制的环形外固定支架。在相应的固定环处行皮下尖刀开口，向患肢两侧钻入合适的克氏针，呈交叉固定患肢的外固定环，拧紧外固定针及固定环连接装置。患者于术后3 个月取出骨水泥。

1.3 评价指标

3D 组和传统组均采用Fugl-Meyer 评价量表对患者进行疗效评估，并对比两组的手术时间、术中出血量、搬移时间、骨痂矿化时间、透视次数及HSS 膝关节功能评分。

1.4 统计学方法

采用SPSS 19.0 软件对研究中得到数据进行统计学分析。两组计量资料采用 检验，计数资料比较用检验，＜0.05为差异具有统计学意义。

2 结果

所有患者术后均获随访，随访时间为6 ～12 个月，平均随访时间8 个月。患者的基本资料见表1。通过对3D 组和传统组进行年龄和性别比较，显示差异均无统计学意义（＞0.05）。3D 组患者术中所需时间、出血量及透视次数等指标均优于传统组（＜0.05），具体详见表2。根据Fugl-Meyer 评价量表对患者情况进行疗效评价，3D 组评分明显高于传统组（＜0.05）。3D 组与传统组术后疗效对比见表3。典型病例见图1。

表1 12 例下肢复杂骨缺损患者的资料

表2 3D 组与传统组一般资料及术中情况对比

典型病例: 患者，女，29 岁。2 年前因车祸致左侧股骨远 端骨折，于当地医院行切开复位内固定术。术后有一窦道流脓，细菌培养结果: 耐甲氧西林表皮葡萄球菌，诊断为左侧股骨远端骨折术后骨不连。该患者术前应用3D 打印及数字规划技术进行手术预演，并安装环形外固定架和模拟穿针的方向及角度。模拟手术后消毒该装置备术中使用，依据术前规划，采用Masquelet 技术，取出失效的内固定并彻底清创，植入骨水泥Spacer后闭合创口，安装环形外固定架。术后3 个月取出骨水泥。

3 讨论

3.1 治疗下肢复杂骨缺损的相关研究

骨科医师对于修复重建下肢骨缺损的方法有很多种，主要是牵张成骨技术、诱导膜技术、带血管蒂骨移植技术及组织工程技术等，这些技术有其各自的优势。牵张成骨技术:该技术由Ilizarov 最先报道并经过不断完善和改进，广泛应用于临床，它基于张力-应力法则[4-5]，在缓慢牵张过程中产生一定的张力并释放相关生长因子，不断刺激骨细胞增殖和成熟，进而使骨缺损区域修复和再生[6]。该技术适用于各种原因导致的骨不连、复杂的畸形矫正以及大段骨缺损等[7]。诱导膜技术:该技术在2000 年由Masquelet 首次提出并得到认可，它通过诱导膜包裹骨水泥使其自体膜逐渐形成，随后进行骨移植修复骨缺损的部位。由于诱导膜技术应用时和骨缺损的范围无关，故干骺端的骨缺损尤为适用，此技术还广泛用于骨肿瘤术后及先天性畸形矫正术后所导致的骨缺损等[8-9]。带血管蒂骨移植技术: 1975 年由Taylor 首次报导将腓骨瓣应用于胫骨骨缺损超过6 cm 的肢体重建[10]，Chu等[11]通过腓骨移植成功治疗了因恶性骨肿瘤切除术后导致的股骨大段骨缺损，并获得了良好的恢复。El-Gammal 等[12]研究得出，带血管蒂的腓骨移植是切除肿瘤后重建下肢骨缺损的一项不错的技术。组织工程技术: 一门新兴技术，它利用生物材料对骨缺损的结构和功能进行修复和改善，是理想的骨移植修复材料。目前较为常用的有种子细胞、成骨因子、生物活性支架及骨的构建等。Haubruck 等[13]发现骨形态发生蛋白-7 是骨再生的刺激因素，它与自体骨移植联合应用可改善骨不连治疗的疗效。Chen 等[14]制造了具有均匀多孔结构，高度可控孔径和优异生物相容性的多孔钛支架，证实微孔结构在生物活性和骨诱导中起关键作用，这些组织工程技术在未来具有广阔的发展前景。

3.2 3D 打印技术辅助外固定架治疗下肢复杂骨缺损的优势

随着螺旋CT 三维重建技术的发展，临床医师可以通过数字化软件对下肢骨缺损进行三维重建图像，明确骨缺损的范围及复杂程度，并用树脂材料打印实体模型。常用的3D打印技术有选择性激光烧结、分层实体制造、立体激光光刻及熔融沉积成型等[15]。

综上所述，应用3D 打印技术可以提前制订出术前计划并进行手术预演，使手术更精准、更微创。术后患者依从性好、满意度高，术后疗效佳。因此，3D 打印技术辅助外固定架治疗下肢复杂性骨缺损是一个不错的选择，具有极大的临床应用前景，值得推广。