张 成，陈树涛，高武长

（淄博市第七人民医院足踝外科，山东淄博255000）

0 引言

3D 打印技术又称为添加制造或快速成型技术，是一种以数字模型文件为基础，运用黏合材料，通过逐层打印的方式来创建实体的技术。3D 打印技术包括激光或电子束烧结熔化技术、热熔挤压沉积制造技术和光聚合式成型技术等[1]。19 世纪80年代，3D打印技术开始应用于基于CT 扫描数据的实物模型打印[2]。2012年，苏格兰科学家Faulkner Jones 等应用3D 打印技术打印出人造肝脏组织，标志着3D 打印技术首次进入医学领域[3]。从最初的3D 打印模型到应用于临床手术操作的3D 打印导板、3D 打印假体等内植入物，3D 打印技术在医学中的应用范围越来越广。对于截骨矫形手术，尤其是多平面、多层次的复杂截骨矫形，如何提高截骨精确性、减少对患者机体造成的创伤、更加快速安全地完成手术操作给临床骨科医生带来很大的挑战。3D 打印截骨导板辅助下的截骨矫形术为截骨矫形提供了一种新的手术操作方式，具有很大的应用发展前景。以下将综述3D 打印截骨导板在截骨矫形中的应用，旨在探讨其临床应用效果。

1 3D 打印截骨导板的制备

3D 打印个性化截骨导板的制备首先是要获取患者的CT 扫描图像，将图像信息导入Mimics 软件中进行三维重建，通过镜像技术将健侧的图像与畸形侧的图像进行叠加，明确畸形的位置和畸形程度。随后，在畸形愈合区域设置虚拟切割平面，旋转移动切割下的骨块让其与健侧相匹配，设计出个性化的3D 打印截骨导板，利用3D 打印机打印出导板实物。利用3D 打印模型和3D 打印截骨导板可以实现术前的截骨规划设计，保证截骨矫形手术的精确性，达到理想的截骨状态。

2 3D 打印截骨导板在截骨矫形中的应用研究

2.1 3D 打印截骨导板在桡骨截骨矫形中的应用

桡骨远端的畸形愈合是桡骨远端骨折常见的并发症，在5%的桡骨远端骨折中会出现，83%的桡骨远端骨折会存在疼痛、无力、关节功能受损等症状[4]。这些有症状的桡骨远端畸形愈合往往需要截骨矫形手术来恢复腕关节的解剖关系。桡骨畸形截骨矫形传统的术前规划设计是以2D 的2 张正侧位X 射线平片为依据的，但该方法不能用于复杂畸形的评估处理，尤其是旋转畸形。3D 打印截骨导板的出现为临床解决这一问题提供了崭新的思路。

De Muinck Keizer 等[4]指出，传统的截骨矫形仅仅只能使40%的患者矫正的角度（掌倾角和尺偏角）达到5°和尺骨变异改善达到2 mm。Honigmann 等[5]的研究中提到，在3D 打印截骨导板辅助下的桡骨远端掌侧楔形截骨矫形术的平均手术时间为60 min，不使用3D 打印导板的手术平均时间为90 min。Storelli等[6]还将3D 打印技术应用于儿童前臂骨折的畸形愈合，研究表明该技术在儿童前臂畸形截骨矫形中的初步临床效果是不错的，在前臂旋转功能上可以改善25°，所有患儿的前臂旋转都大于120°，较以前有了明显的改善，并且提高了下尺桡关节的稳定性。陈亮等[7]基于设计的3D 打印个性化导航模块实现了前臂的旋转畸形矫正，前臂未出现短缩，且未行透视，在直视下手术，具体手术操作过程如图1 所示。利用3D 打印技术可以很好地应对桡骨复杂畸形的截骨矫形，可以优化截骨矫形术后的效果。

图1 3D 打印个性化导航模块用于微创锥形截骨治疗桡骨上段旋转畸形[6]

2.2 3D 打印截骨导板在下颌骨截骨矫形中的应用

下颌前突畸形是常见颌面畸形，约占各类牙、颌面畸形患者的35%[8]。下颌骨不仅具有咬合、咀嚼等功能，还会影响面部轮廓及美观，所以人们除了关注术后功能外，还把更多的关注点放在外形美观上。成功的下颌骨截骨手术不仅可以使脸型和下颌角的形态得到改善，而且不会影响正常口腔生理功能[2，9]。Stoker 等率先将3D 打印模型应用于颅颌面手术的术前模拟，首次将3D 打印技术与颅颌面外科领域相结合[7]。Xiao 等[9]使用3D 打印截骨导板辅助进行下颌骨截骨的所有患者术后恢复平稳，没有出现明显的感染、面部麻痹、骨坏死或骨骼移位的情况，下颌角的角度从（110.3±11.1）°提高到（121.3±2.9）°，下颌骨宽度从（117.5±6.8）mm 减少为（111.9±4.2）mm。张超等[10]指出截骨导板辅助下的下颌角截骨术所有患者术后效果均与术前设计的效果一致，显著改善了面部的对称性，双侧下颌骨形态对称，且术中未出现骨折、大出血、感染等并发症。何锦泉等[11]对12例患者采用3D 打印截骨导板进行截骨，术中导板轻松置入，未出现破碎、变性等问题，截骨手术顺利完成，截骨导板具体的设计过程如图2 所示。杨运强等[12]将计算机辅助设计与3D 打印截骨导板技术应用于下颌角截骨成形术，16 例方脸患者对于术后面型满意，且高年资与低年资医师术后效果无差异。与传统的下颌骨截骨术相比，使用3D 打印截骨导板可以提高手术术前设计的准确性，方便医师间及医患间的交流和沟通，从而提高外科手术的质量和可靠性[13]。

图2 下颌骨3D 打印截骨导板的设计定位[9]

2.3 3D 打印截骨导板在胫骨截骨矫形中的应用

对于外科医生来说，如何在减少软组织切除和骨质破坏情况下进行有效准确的截骨和恢复塌陷平台的高度具有一定挑战性[14]。当需要对胫骨多个平面进行截骨矫形时传统仪器设备的使用是受限的[15]。选择合适的截骨平面是成功实现高位楔形胫骨截骨术必不可少的，如果截骨平面太低，可能会造成血供的减少，增加骨不连的风险；如果截骨平面太高，可能会增加关节内过度截骨的风险并且会改变伸膝的肌肉结构[16]。在3D 打印截骨导板辅助下可以对截骨平面进行一个准确的定位。

Yang 等[14]报道了7 例接受3D 打印截骨导板辅助胫骨截骨的患者，门诊随访了12～18 个月（平均14.4 个月），临床效果令人满意。Pérez-Mañanes 等[16]指出，使用3D 打印截骨导板进行胫骨高位楔形截骨可以缩短手术时间（至少31 min），减少透视次数（至少6.9 次），同时可以实现高精度轴向的校正。Kwun 等[17]进行的3D 打印截骨导板辅助下的猪腿胫骨高位截骨获得了一个较好的效果，截骨术前规划设计的楔形角度为（11.5±3.2）°，截骨后的实际角度为（11.4±3.3）°，截骨术前规划设计的胫后倾斜角为（11.2±2.2）°，截骨后的实际角度为（11.4±2.5）°，在统计学上均无显著的差异（P 值分别为0.854 和0.429）。顾建民等[18]报道的13 例患者在随访12～32 个月后发现膝关节活动度在94～126°范围内，截骨愈合，无感染、移位等并发症发生。截骨矫形往往受主刀医师个人主观因素影响，易造成术中判断失误，而个性化设计—预演手术—精确实施的模式大大提高了截骨的准确度[19-20]。将3D 打印截骨导板应用于胫骨截骨矫形可以有效地提高手术治疗效果。

2.4 3D 打印截骨导板在髋臼截骨矫形中的应用

髋臼发育不良是导致青壮年髋关节骨关节炎的常见原因，40%～50%的髋臼发育不良患者将在50岁前发展为髋关节骨关节炎，而伴有髋关节不稳或脱位的患者几乎全部发展为髋关节骨关节炎[21-22]。1988年瑞士的Ganz 等提出的Bernese 髋臼周围截骨术是目前最常用的髋臼周围截骨术[21]。周游等[21]利用3D 打印截骨导板辅助Bernese 髋臼周围截骨成功治疗了26 例髋臼发育不良的患者，平均手术时间为3.2 h，平均出血量为1 630 ml，无神经损伤出现。王忆茗等[3]使用3D 打印技术辅助髋臼周围截骨术治疗了12例髋关节发育不良患者，术前股骨头中心点垂线与髋臼外侧边缘夹角平均为（11.1±1.4）°，术后平均增加到（29.3±1.2）°。徐文南等[23]指出，3D 打印辅助髋臼旋转截骨术术后外侧中心边缘角以及髋臼覆盖率更符合正常髋关节的影像学数据。使用3D 打印截骨导板辅助髋臼截骨矫形是一种精确、安全、快捷解决手术难点的有效方法。

2.5 3D 打印截骨导板在全膝关节置换截骨矫形中的应用

人工全膝置换术是治疗膝关节骨关节炎的方法之一，对于提高临床疗效、减少术后并发症、降低翻修率具有重要意义[24]。全膝关节置换术的关键点和目标在于恢复下肢正常的力线、获得良好的软组织平衡[25]。吴东迎等[26]指出，在人工膝关节置换术中，3D 打印截骨导板组与常规组在手术时间和出血量上差异有统计学意义，3D 打印截骨导板组手术时间更短、出血更少。刘奕宁等[27]对15 例患者采用3D 打印截骨导板辅助膝关节置换手术（观察组），对15 例患者进行常规手术操作（对照组），术后2 周观察组膝关节活动度、膝关节功能美国特种外科医院（hospital for special surgery，HSS）评分及股骨与胫骨机械轴夹角评分均好于对照组。3D 打印截骨导板辅助全膝关节置换术能够较准确地指导术中截骨，其术后膝关节活动功能良好。

2.6 3D 打印截骨导板在足踝部畸形矫正中的应用

踝关节内骨折畸形愈合易发展为创伤性关节炎，截骨矫形可以恢复力线，减轻疼痛，改善功能。3D 打印技术最早应用于足踝外科是在1997年Jastifer 等利用3D 打印技术对跟骨关节内骨折情况进行了分析[28]。董谢平等[29]采用3D 打印接力截骨导板辅助治疗了14 例严重踝关节内骨折畸形愈合患者，随访28.6个月，视觉模拟评分（visual analogue scale，VAS）、美国矫形足踝协会（American Orthopedic Foot and Ankle Society，AOFAS）踝-后足评分、SF-36 评分以及背伸、跖屈活动度均较术前明显改善。黄雯洁等[30]对6 例患者进行了术前数字化截骨导板设计，使用3D打印截骨导板患者术后X 射线片复查截骨关节面对合及螺钉位置良好。3D 打印截骨导板应用于足踝部畸形矫正可以在较小的暴露和操作空间下实现良好的踝关节面匹配，截骨和置入螺钉位置更精确、安全、有效。

3 展望

骨肿瘤切除术中为了确定骨肿瘤的边缘需要较高的外科手术精确度。因此，截骨的平面需要最大限度地保留肿瘤周围软组织，最大限度地减少肿瘤切除的风险。使用3D 打印截骨导板技术可以进行精确的术前规划设计，避免影响患者的生命安全[31]。但3D 打印截骨导板技术还存在一定的不足，如：打印截骨导板所需材料有限，导板打印所需时间较长，3D打印截骨导板设计学习曲线较长，有时导板会出现不服帖的情况，3D 打印截骨导板的精确度还有待进一步提高。为了实现3D 打印截骨导板更好地应用于截骨矫形，需要不断提高截骨导板设计的精度，促进医工相结合，联合多学科参与进来，实现跨专业的相互交流，开发出更加方便、简捷的图像处理软件。只有不断创新与改进，才能实现3D 打印截骨导板技术在临床上的广泛应用和推广。

4 结语

对于复杂的多平面截骨，使用传统的截骨手术方式对于术者技术要求相当高，截骨的难度大，截骨失败不仅会影响外形美观，更重要的是可能会损伤患者相应的功能。此外，由于个体差异的不同，也会使截骨的难度增加，3D 打印个性化导板辅助下的截骨会简化手术流程，减少截骨的复杂程度。与传统的截骨手术方法相比，3D 打印截骨导板辅助下的截骨矫形术具有截骨平面定位准确、截骨精准、手术时间短、术中出血少、术中X 射线透视少、术后并发症少、改善患者功能效果好、患者满意度高等优点。综上，3D 打印截骨导板辅助下的截骨矫形术的临床疗效是值得肯定的。3D 打印截骨导板技术为骨科截骨矫形提供了新思路，随着3D 打印截骨导板技术的不断成熟，其在临床的应用会越来越广泛。