3D打印导板引导的胫骨横向骨搬移术治疗糖尿病足

刘向东 ，游木荣 ，甘浩然 ，董谢平

(江西省人民医院骨科，南昌 330006)

糖尿病足（diabetic foot，以下简称 DF）是糖尿病最严重的缺血性并发症之一，以病程长、费用高、迁延不愈为主要特点，目前治疗DF的方法种类繁多，但总的原则为控制感染、恢复循环及创面修复[1]。胫骨横向骨搬移技术在治疗DF等下肢缺血性疾患已取得良好的成效，根据骨横向牵伸再生血管的原理，即随着截骨断端的缓慢牵升，在牵伸间隙区域内会出现微血管网的活跃再生，血管造影也证实了肢体牵拉区域的 “新生血管及微循环”的重建[2]，这就为接下来患肢的血运恢复及创面修复提供了重要基础。但常规的骨搬移方法对手术操作的要求非常高，术中极易损伤骨膜，亦有可能由于骨搬运螺钉置入角度的偏差造成骨搬移的方向不能垂直于断面，导致术后牵拉过程中两侧间隙不均影响微血管网生长，达不到患肢循环重建的预期效果。近年来，3D打印技术在飞速发展，并大量应用到临床当中，因其有着虚拟可视、三维立体及定位精准的独特优势故而为临床工作者所青睐[3]，因此，我们探索采用3D打印技术辅助截骨并安装胫骨横向搬移架，旨在术中最大程度的保护骨膜并缩短手术时间、减少出血，且做到骨搬移螺钉相对垂直于骨断面，保证术后的骨搬移能够沿着截骨面垂直向，从而增加手术疗效。

1 资料与方法

1.1 一般资料 共筛选DF患者数12例，自2016年5月-2018年7月期间在我院骨科进行治疗，其中男8例，女4例，年龄46岁-68岁，平均（52.8±4.7）岁；其中左侧5例，右侧4例，双侧3例。按Wagner分级，2级4例，3级6例，4级2例。排除其他原因所导致的周围神经病变者及严重肝肾功能不全等不宜手术治疗者，入院时血管B超均显示腘动脉流出道无闭塞，足部创面有不同程度的坏疽或软组织溃疡，白细胞计数均有明显升高，术前2d患肢小腿内侧皮温28.5-30.6℃，平均 （29.4±0.5）℃，患肢第1足趾部皮温29.0℃-34.8℃，平均（31.3±0.9）℃。

1.2 计算机虚拟截骨及导板制作 对患肢胫骨进行CT扫描获得CT数据，导入Mimics软件中进行三维重建，确定截骨范围（约12cm×2cm），根据患者小腿长度可稍有增减，截骨部位为胫骨中上段内侧面，继而设计截骨窗口及搬运钉通道，截骨窗内设计两个搬运钉通道，间距为5cm，再在拟截取骨块的远近两端各平行设计2个固定钉通道，使所有功能钉（固定钉+搬运钉）恰能通过（固定钉通道直径为4mm，搬移钉通道直径为3mm）重建出小腿皮肤三维模型，制作出尽可能贴合胫骨及髌骨骨性标志明显处小腿皮肤的蒙板，自此形成截骨导板（图1），导出胫骨和截骨导板的STL文件，经处理后输入3D打印机中，打印出与患肢比例为1：1的骨骼模型及截骨导板。

1.3 手术方法 术前严格控制患者的血糖，改善患者循环系统，同时给予患者营养神经、纠正低蛋白血症等支持性治疗。从患足创面采集坏死组织样本进行细菌培养，根据培养结果采用多种敏感抗生素联合应用或应用广谱抗菌素，评估患足的感染坏死程度及患者的具体身体情况选择恰当时机予以局部清创。术中采用腰硬联合麻醉，取患者仰卧位，将截骨导板附于患侧胫骨皮肤上，使能贴合骨性标志及小腿皮肤，在导板长截骨窗内作一12cm左右长度的弧形切口，分离皮下组织至骨膜，切开骨膜向两侧掀开，通过导板设计孔道在游离骨块拧入2枚搬移钉（直径3mm）及胫骨远近两端各拧入2枚固定钉（直径4mm）。在导板截骨窗口范围内沿边界利用电钻钻取排孔后利用骨刀切断骨嵴截取骨块，使截取骨块处于完全游离状态（图2），截骨过程中注意保护骨膜，避免伤及周围重要神经血管，安装胫骨骨搬移架，标记骨搬移方向，逐层缝合骨膜、皮下组织及皮肤。术后持续控制血糖、创面定期换药、应用抗生素预防感染及运用活血药等常规治疗。术后1周开始骨搬移，每天向外搬移1mm，分5-8次完成，2周后同法反方向移回原位，共4周搬移结束。搬移结束6-8周后复查X片，骨折线消失者拆除固定架。待患足创面情况好转后可创口滴注康复新液加速肉芽组织的再生。

1.4 观察指标 疗效评价指标包括：患肢保肢率、创面愈合情况、患肢疼痛情况（VAS视觉评分），患肢小腿内侧皮温及患肢足趾皮温（皮温枪测量）。

图1 电脑模拟胫骨及截骨位置，模拟进钉

图2 术中在导板引导下操作

1.5 统计学处理 采用SPSS 19.0统计软件，计量资料数据以均数±标准差表示，差异比较采用t检验，P≤0.05表示差异具有统计学意义。

2 结果

共有11例患者获得随访，随访时间3-24个月，平均（13.6±3.5）个月。 保肢率 100%，患者足部溃疡均愈合，愈合时间8-12周，平均（9.6±3.4）周，随访过程中患肢小腿内侧皮温及第1足趾部皮温均有改善，患足疼痛及袜套样感均渐消失，疼痛评分由治疗前的（5.16±0.36）降至（0.96±0.74），与术前比较差异具有统计学意义（P≤0.05）。12例中有10例患者经治疗恢复后可完成独立日常行走，2例需扶拐行走。

3 讨论

3.1 DF的病因及治疗现状 现代研究表明DF与长期糖代谢障碍，导致神经机能的不全，末梢动脉闭塞缺血，下肢组织供氧不足，静脉的血流阻滞和血管通透性的亢进，足部皮肤受外界机械因素或其他化学因素致伤感染有关[4]，亦有学者认为与遗传等相关因素有关[5]。

DF的总的治疗原则是将足的创面局部的病理状态转变为生理状态，营造出一个适合创面修复的微环境[1]，改善患足肢体远端的血液循环，恢复患足功能。目前DF的治疗可分为全身治疗和局部治疗。全身治疗包括维持血糖平稳、抗感染、全身支持性治疗及稳定内环境等；局部治疗需要根据局部创面的具体情况采取治疗措施，常用的方法有清创VSD负压引流术、皮下血管介入术、干细胞移植术、中医药物治疗等[6]。但上述治疗方法的结果却未能尽如人意，尤其是对Wagner分级3级以上的患者，经治疗后仍有多数创面愈合不良，患足功未能达到预期效果。

3.2 胫骨横向骨搬移技术的机制 20世纪60年代前苏联医生Ilizarov发现“张力-应力法则”（Low of tension stress），其研究发现通过给组织持续缓慢的牵拉，可刺激或激活某些组织细胞的活跃再生及促进生长。正是利用这一原理，将胫骨横向骨搬移技术运用到治疗糖尿病足中，人为的制造一处小的骨创伤，根据秦泗河等运用该技术治疗严重下肢残缺畸形的经验，截骨的位置选择靠近干骺端血运较为丰富的胫骨中上段[7]，骨窗的面积大小为2cm×12cm，并持续缓慢牵拉从骨窗游离下来的骨瓣，意在促进患足侧支循环的再生及毛细血管网的重建，从而改善患足缺血状态，经该法治疗后的皮温逐渐恢复正常，并且血管造影也能清楚的观察到微细血管网的再生。国内外相关研究也佐证了随着骨搬移距离的增长，患肢皮肤和骨膜也随之而拉长，搬移侧肢体皮肤与对侧相比，每个单位面积皮肤组织的血管明显增多，其研究结果与本文中的阐述是一致的[8]，花奇凯等应用Ilizarov技术胫骨横向骨搬移治疗DF，40例患者通过该项技术治疗后均保留了患肢并且创面得到了较为良好的愈合[2]。

3.3 结合3D打印后的优势与疗效 数字医学的飞速发展，使精准化、个体化成为骨科领域发展的一个重要方向，3D打印技术作为数字医学的重要代表已广泛应用于各个临床亚专科。成功的手术除了需要术前明确诊断，制定详细的手术方案，还需要该方案能在手术中能够精确的实施。利用3D打印技术可在术前模拟手术操作流程并制作出个体化手术导航模板，指引术中定点和定向操作，这就缩短了手术时间、减少术中X线透视量及出血量，这对于缺血性疾患的治疗有着重要意义。在实施胫骨横向骨搬移的术中，传统的骨窗开凿和固定钉、搬运钉的置入往往依靠医生的经验来完成，但视野暴露具有局限性，在骨窗的开凿中很难做到定位准确和开凿整齐，稍有不慎则极有可能损伤到骨膜影响到后期患肢血运的恢复；另外在搬运针的置入过程中，靠肉眼衡量进针的角度很容易出现偏差，如果搬运针的角度未能与骨瓣平面完全垂直，那么在术后的骨瓣搬移中就会出现两边不对称的倾斜搬移，易导致两侧骨断端间隙间血管网生长不均匀甚至出现高倾斜一侧间隙内血管不生长的情况。通过3D模型可以提前规划出骨窗的开凿范围并设计好进钉的位置和角度，引导骨窗的整齐开凿和骨搬运钉的精准置入，使得术中操作的精准性得到明显提高。在该组实施的12例3D导板引导下的骨搬移术中，均能够按术前预期做到骨窗顺利开凿和准确置钉，极大提高了手术效率，有效保护了骨窗部位及周边骨膜的相对完整性，同时大大降低了术中X线透视量及出血量。随着3D打印产业在我国的高速发展，目前打印机与材料均已普及，术前与打印成本较为低廉，这非常有利于该项技术的广泛运用[9]。

3.4 治疗中的注意事项 内科治疗是治愈DF的基础，必须合理、规范的应用控血糖和神经修复等药物，糖尿病足患者多为中老年，病程长，基础疾病较多，全身情况差，常合并多种心脑血管疾患，在本组12例患者中，平均年龄53岁，最大68岁，多合并脑梗冠心病等内科疾病，所以需要积极的与内科相关科室取得联系进行互补治疗。

对于DF创面的处理方法也需要根据不同情况采用不同的清创方法，处理创基要适当，闭合方法要合理，覆盖辅料要合适，做到控制感染、减压、清除坏死物质、开放脓腔、充分引流等。本组糖尿病足患者中有2例创面面积较大，在进行持续换药保持伤口湿润性的同时进行了皮瓣移植，该方法创伤小、实用，通过皮肤移植后2例患者患足创面均得到修复。

另外患者的依从性与医师工作的耐心也是本治疗方案获得成功的一个重要先决条件，本组案例选择在术后5d开始进行骨搬移，虽然避开了术后急性疼痛期，但在搬移的过程中仍有疼痛感，且一日多次，重复多天，这就需要患者良好的依从性；同样医师也需要有足够的耐心帮助患者康复并适时安抚。

综上所述，3D打印导板引导下的胫骨横向骨搬移技术治疗DF疗效显著，其对微细血管网的再生有很强的促进作用，在数字骨科3D打印技术的指导下使得手术更加简便、精准，它让ilizarov胫骨横向骨搬移技术的可操作性得到进一步的提升，且疗效好、保肢率高，是一个值得推广的好方法。但目前样本数量较少，有许多新问题尚未发现，有待于更多的探索与研究。