3D打印截骨导板在胫骨横向骨搬移术中的应用

欧栓机，许长鹏，李贵涛，2，孙鸿涛，2，陈涯，2，杨洋，李文俊，齐勇，2*

(1.广东省第二人民医院骨科，广东 广州 510317；2.南方医科大学第二临床医学院，广东 广州 510282)

胫骨横向骨搬移术可以有效促进糖尿病足创面愈合，已得到骨科医师的广泛认可。由于糖尿病足属于肢体缺血性疾病，患者小腿骨搬移区皮肤软组织菲薄、血运较差，传统胫骨横向骨搬移容易造成皮肤软组织血供受损，导致皮肤坏死，是限制其临床应用的瓶颈。因此，如何进行微创胫骨截骨，提高手术安全性，具有重要意义。

近年来随着3D打印技术的迅速发展和3D打印材料的更新，3D打印技术在骨科中的应用价值逐步突出，在截骨导板、导航导板、模型、假体以及内植物的打印等方面都展现出独特的优势[1-4]，国内关于3D打印技术辅助胫骨横向骨搬移术的临床报道较少。2017年1月至2019年10月，本作者团队采用3D打印截骨导板辅助下的胫骨横向骨搬移术治疗糖尿病足19例，近期疗效满意。本文对此进行小结，拟探讨3D打印截骨导板胫骨横向骨搬移术的可行性及技术要点，为精准化、个体化胫骨横向骨搬移术治疗糖尿病足提供一种方法。

1 资料与方法

1.1 纳入与排除标准 纳入标准：(1)Wagner 4级糖尿病足；(2)保肢意愿强烈；(3)患肢腘动脉条件好。排除标准：(1)患肢腘动脉完全阻塞，无侧支循环建立；(2)严重心肺功能不全；(3)严重肝肾功能不全；(4)患者一般情况差，不能耐受手术；(5)免疫功能不全或长期接受类固醇治疗。

1.2 一般资料 回顾分析2017年1月至2019年10月在本科收治的糖尿病足患者，符合上述纳入与排除标准，共19例19足，男10例10足，女9例9足；左足9例，右足10例；年龄45～72岁，平均(55.58±7.24)岁；糖尿病病程2～120个月，平均(77.05±37.25)个月；糖尿病足病程30～180 d，平均(82.11±38.85)d；所有患者签署知情同意书，本研究取得本院医学伦理委员会批准。

1.3 术前处理 常规行胫腓骨正侧位X线以及血管彩超检查；空腹血糖<7.8 mmol/L、餐后2 h血糖<10 mmol/L；根据药敏选用抗生素抗感染；纠正低蛋白血症，维持水电解质酸碱平衡。

1.4 截骨导板制作

1.4.1 截骨导板设计 利用三维设计软件SolidWorks 2017CAD软件设计胫骨截骨导板，制作草图：截骨导板长7 cm、宽2 cm，骨搬移牵引针间距4 cm。导板的草图设计完成后，利用Solid Works软件的特征模块，依次使用拉伸凸台、切除、倒角圆角等功能生成三维模型，模型以stl格式保存(见图1)。

1.4.2 3D打印截骨导板 将设计的三维立体截骨导板模型数据导入3D打印软件Cura(Uhimsker公司)中，导出Gcode打印代码，最后用A8L高精度3D打印机以聚乳酸(polylactic acid，PLA)材料打印出胫骨截骨导板，采用低温等离子消毒后，应用于术中辅助手术(见图2)。

图1 截骨导板设计草图 图2 3D打印截骨导板

1.5 手术方式 麻醉起效后，患肢不上止血带。取小腿前内侧中段作为骨搬移区，作一约6 cm左右弧形切口，锐性分离皮下组织至骨膜，向两侧完整掀开骨膜，保护好皮瓣，显露截骨区域，3D打印截骨导板(7 cm×2 cm)辅助下进行钻孔，使用骨刀切开骨皮质，避免截骨过深，时刻注意保护骨内膜，确认骨瓣牵拉无受阻，将2根3 mm的横拉牵引针钻入预定截骨块上，分别在胫骨上、下端平行钻入1根4 mm的固定针，安装胫骨横向搬移架，清洗创面，充分止血，逐层缝合骨膜、皮下组织及皮肤，敷料包扎伤口。然后患足行清创术，根据创面情况，探查足底深层，清除坏死组织及脓液，可根据病情行持续负压吸引创面。见图3。

a 开骨窗大小及位置 b 3D打印截骨导板辅助截骨 c 安装外固定架固定

1.6 术后处理 加强营养，优质蛋白饮食，严格控制血糖，常规换药。以1 mm速度横向搬移胫骨截骨骨块，每天分4次完成，术后第5天开始搬移，搬移14 d后，等待3 d后往回搬移，14 d后结束搬移，继续固定6～8周，确定骨窗愈合后可拆除外固定架，疗程10～12周。

1.7 观察指标 (1)创面愈合情况、保肢率；(2)围手术期相关指标：手术时间，术中出血，并发症包括胫骨骨折、皮肤坏死、钉道感染、外固定架松动、断裂等。(3)患足皮温：测量患足背中点皮肤温度；所用仪器：非接触红外额温计，室内温度26℃。(4)疼痛视觉模拟评分法(visual analogue scale，VAS)：0分：无痛；1～3分：轻度疼痛，不影响睡眠；4～6分：中度疼痛，轻度影响睡眠；7～10分：重度疼痛，疼痛导致不能睡眠或从睡眠中痛醒。

2 结 果

2.1 围手术期情况 所有患者均顺利完成手术，手术时间30～45 min，平均(40.05±3.94)min，术中出血量20～40 mL，平均(35.00±5.77)mL。所有患者未出现胫骨骨折、皮肤坏死、钉道感染、外固定架松动、断裂等并发症。19例19足创面获得愈合，创面愈合率100%，保肢率100%。

2.2 随访情况 所有患者获得随访，随访时间6～24个月，平均(15.26±3.43)个月；随访期间没有患者出现糖尿病足溃疡复发，无截肢需求，生活质量明显改善。

2.3 足部皮温、VAS评分比较 足部皮温术后1周、4周、3个月均比术前显著升高，差异有统计学意义(P<0.05)；VAS评分术后1周、4周、3个月均比术前显著降低，差异有统计学意义(P<0.05，见表1)。

表1 手术前后足部皮温、VAS评分结果与比较

2.3 典型病例 50岁男性患者，左足远端破溃、渗液3个月余。查体：左足远端背侧有一大小约2 cm×2 cm溃疡，周围皮肤软组织肿胀，第1～5足趾远端坏疽。诊断左侧糖尿病足(Wagner 4级)，行左胫骨横向骨搬移术、左足清创术，术后4周左足部创面愈合。手术前后图片资料见图4～9。

图4 术前大体照示左足远端背侧有一大小约2cm×2cm溃疡，周围皮肤软组织肿胀 图5 术前大体照示左足第1～5足趾远节趾骨离断，干性坏疽，有分泌物渗出 图6 术后1周大体照示左足远端背侧创面、第2～5足趾远端创面长出新鲜肉芽组织，渗血明显

图7 术后3周大体照示左足远端背侧创面明显缩小 图8 术后4周大体照示左足远端背侧创面愈合 图9 术后4周大体照示左足2～5足趾远端创面愈合

3 讨 论

近年来，牵拉成骨技术的医疗理念、技术创新及临床应用有了很大进展，甚至挽救了一些濒临截肢的下肢血管性疾病[5]。Ilizarov的一系列基础研究和临床实践证明，活体组织给予适宜的牵张应力，能激活基因的表达，刺激组织再生[6-7]。犬的胫骨横向骨搬移实验研究发现，在搬移骨块周围有较多的毛细血管再生[8]。胫骨横向骨搬移正是基于张力-应力法则，肢体组织在适当的张应力刺激下有再生能力，牵拉成骨过程中有大量的新生血管再生。大量的临床研究发现胫骨横向骨搬移可以促进糖尿病足创面愈合，明显降低截肢率[9-12]。本研究中，所有糖尿病足患者，术后患足皮温明显升高，创面得到顺利修复，临床疗效满意。VAS评分术后1周、4周、3个月均比术前显著降低，考虑是本研究中全部患者均为Wagner 4级糖尿病足患者，患者已出现局限性坏疽，大部分为缺血性坏疽，有下肢间歇性跛行、静息痛的症状，同时合并足部感染，足部皮肤红肿热痛，创面出现脓性分泌物，有的患者合并周围神经病变，足部已出现刺痛、灼痛症状。

糖尿病足患者小腿骨搬移区皮肤软组织菲薄、血运较差，本身存在血管性病变，皮肤伤口容易出问题，开展胫骨横向骨搬移术必须保护好皮肤软组织。3D打印技术可以将虚拟影像转化为三维实体物件，实现个性化定制及解剖学匹配。将该项技术应用于胫骨横向骨搬移治疗糖尿病足，术前模拟截骨并制作出个体化截骨模板，指导手术操作，可缩短手术时间、术中出血量，对于缺血性疾病的治疗有着重要的意义。

以往胫骨横向骨搬移采用小腿前内侧弧形大切口、普通器械钻孔截骨，有诸多劣势：(1)手术切口较长，需要大范围剥离搬移区域皮肤软组织，增加了皮肤切口坏死甚至截肢的风险；(2)术中截骨欠平整，容易引起骨块劈裂，导致骨折；(3)截骨费时费力。本研究发现，应用3D打印截骨导板进行胫骨横向骨搬移手术治疗糖尿病足具有独特的优势：(1)手术切口小，约5 cm左右，对皮肤软组织创伤较少，有利于创伤修复，降低术后皮肤切口感染、愈合不良、坏死的风险；(2)骨膜剥离少，骨窗血运破坏相对较少，避免出现骨坏死，有利于提高骨搬移疗效；(3)精准、快速截骨，能够按术前预期做到骨窗顺利开凿，截骨块平整规则，未出现胫骨骨折情况，明显缩短手术时间。我们认为应用小腿前内侧微创切口，3D打印截骨导板进行胫骨截骨，可进行精准、快速地截骨，有效降低手术切口并发症，符合微创的理念，保肢成功率高，是一种合理有效的手术方式。目前3D打印技术在我国飞速发展，打印机以及材料已普及，有利于该项技术的推广。

对于截骨大小的考量，曲龙教授[13]在2002年报道的胫骨截骨大小为长12 cm，宽2 cm。花奇凯教授[14]于2017年报道的为长10～12 cm，宽1.8～2.0 cm。2019年chen等[15]报道的为长5 cm，宽1.5 cm。在本研究中，因大部分患者为南方人，身材较矮小，将截骨导板大小设定为长7 cm，宽2 cm，也获得了良好的临床疗效，可能生物力学缓慢刺激是影响疗效最主要的因素。截骨过大，皮肤软组织损伤会较大，需要更广泛剥离骨膜，导致组织血供减少，引起局部组织坏死。故截骨大小的最佳数值，尚缺乏循证医学证明，仍需大量生物力学、动物实验及临床研究进一步探索。

本研究纳入病例较少，长期疗效有待进一步观察，本研究为单中心研究，尚缺乏大样本多中心的对照研究，在今后的研究中将不断完善。

本研究应用3D打印截骨导板辅助的胫骨横向骨搬移术，近期取得满意的临床疗效，未出现严重并发症，手术操作简易、精准，缩短胫骨横向骨搬移学习曲线，便于技术推广。