2.1  在保证避免过大副损伤的情况下增加取骨部位  自体骨移植最常用的取骨部位为髂骨，包括髂嵴前部及髂后上棘。但该取骨部位有以下几方面不足：第一，术后并发症多，有造成神经损伤、步态障碍、感觉障碍等并发症的风险；第二，自体髂骨取骨量有限。据相关文献中记载，其最大取骨量为20-50 cm3[6]。虽然MASQUELET等[7]报道了从双侧髂脊前部及髂后上棘截取的自体骨块能够满足用于修复20 cm以下的节段性缺损，但是由于手术时间较长和手术范围较大的关系，这种手术在大多数外科医生手中并不具备可行性。 将股骨和胫骨作为取骨部位在国内极少被应用，这些取骨部位的产生得益于髓内取骨技术的应用，而髓内取骨技术的发展得益于扩髓-灌洗-吸引器的出现，它最初应用于股骨与胫骨扩髓，与标准扩髓方法相比可减少扩孔过程中脂肪栓塞、全身炎症反应及骨热坏死的概率[8]。后来其应用范围扩大到治疗长骨骨髓炎、长骨骨肿瘤、清除髓腔骨水泥及收集自体骨等方面[9]。DAWSON等[10]对133例骨缺损患者进行研究，患者分别行扩髓-灌洗-吸引器取骨移植与髂前、髂后自体骨移植，统计结果显示扩髓-灌洗-吸引器取骨移植组与自体骨移植组最终的愈合率与愈合时间相仿。扩髓-灌洗-吸引器取骨较髂前取骨能获得更多的取骨量，最多可达80 cm3。 髓内取骨技术相比于髂骨取骨有多方面的优点：第一，可减少供区的并发症；第二，能提供更多的取骨量[10]；第三，相较于髂骨取骨而言，它能提供丰富的骨髓基质干细胞及成骨因子[11]；第四，长骨髓腔内的骨质可再生，不会破坏人正常的生理结构。尽管扩髓-灌洗-吸引器技术有如此多的优点，但此手术具有钻头断裂、出血、皮质穿孔、偏心扩孔和供区骨折等风险[12-13]，而且自体取骨量依然有限。 2.2  自体骨与同种异体骨混合移植  同种异体骨移植在世界范围内的骨科手术中得到了广泛应用，具有多形式、多形状和无供区病变等巨大优势。同种异体骨具有骨传导作用，移植于受体骨组织内的整合过程可与自体松质骨移植物基本一致，通过爬行替代的方式进行[14]，即宿主自身的毛细血管、成骨细胞长入异体骨的多孔结构，逐渐形成新骨的演进过程。 在诱导膜技术的第二阶段，可以通过自体骨与同种异体骨混合移植的方式减少自体骨的使用。但有学者认为自体骨与异体骨的比例须超过3∶1[15]。也有学者认为在混合比例为1∶1时骨缺损可以得到良好的修复[16]。 在同种异体骨移植中疾病传播是一个不可避免的问题。已报告了有记录的病毒(艾滋病毒、丙型肝炎病毒)和细菌感染病例[17]。这种风险可以通过对移植物的灭菌来降低，但是灭菌过程会影响异体骨的生物力学强度[18]。此外，另一个可能的缺点是宿主对外来组织具有免疫排斥反应，导致患者需长期接受免疫抑制治疗[19]。 脱钙骨基质是同种异体骨经过“深加工”的产物，这个加工过程包括脱钙及人工处理，使用酸性溶液除去矿物质成分，留下胶原蛋白(主要是Ⅰ型胶原蛋白，还包括一些Ⅳ型和Ⅴ型胶原蛋白)、非胶原蛋白、一些骨诱导生长因子(如骨形态发生蛋白等)、残存的磷酸钙矿物质(1%-6%)及一小部分细胞碎片[20]。骨形态发生蛋白的暴露增加了同种异体骨所不具有的骨诱导性能。以往的脱钙骨基质终末产物通常是粉状和颗粒状的，该形态的填充物在结构上是松散的，不能牢固的留在填充部位上，在手术过程中很容易被生理盐水冲洗和血液流动所分散，而且填充缺损易留死腔，导致骨折不愈合。将脱钙骨基质制成可塑型的糊状或油灰状产物将解决这些问题。该产物由粉末状或颗粒状的脱钙骨基质与具有生物相容性的黏性载体组成，根据载体的分子质量分类，这些载体可被分为聚合物类(如胶原、壳聚糖、透明质酸等)与低分子材料类(如甘油、硫酸钙等)[21]。该材料的缺点：脱钙处理后的脱钙骨基质缺乏生物力学特性，并不适合于承重部位骨缺损的修复；疾病传播及免疫排斥反应。 2.3  人工骨与自体骨混合移植  人工骨包括磷酸钙骨水泥、硫酸钙骨水泥等，在临床实践中被广泛应用，其中磷酸钙骨水泥、硫酸钙骨水泥因具有良好的组织相容性，可被应用于诱导膜技术的第二阶段。 2.3.1  磷酸钙骨水泥  CHOW与BROWN于1985年研制出磷酸钙骨水泥[22]，主要成分为磷酸盐，其中一些分型如β-磷酸三钙具有类似松质骨的微观结构[23]。它是天然矿物质合成的，数量不限，没有疾病传播和抗原反应的风险，具有良好的组织相容性、可吸收性及能提供相对稳定的力学支撑。其在人体中有许多不同的应用，包括充当牙科植入物、治疗牙周病及应用于经皮椎体后凸成形术、全关节置换术、截骨矫形术、颅-上颌面重建术等手术操作之中[24]。 磷酸钙骨水泥具有传导成骨能力，即磷酸钙骨水泥固化后形成的表面结构可作为支架结构，有利于细胞的黏附和增殖。磷酸钙骨水泥具有空间占位能力，其凝固成型后可制成占位体放入骨缺损中，占位充填死腔。磷酸钙骨水泥具有降解能力，降解产物主要是钙离子与磷离子，降解后的产物对周围组织无害。磷酸钙骨水泥的降解时间在1年左右，相较于降解速率过快的硫酸钙骨水泥可以充当较长时间的占位。磷酸钙骨水泥也可作为药物的载体。因感染导致的骨缺损，术中将骨水泥与抗生素混合，待骨水泥成型后植入骨缺损中，可作为局部抗生素的释放载体。在Masquelet技术的第一阶段中，聚甲基丙烯酸甲酯常与万古霉素等抗生素相混合用来控制感染[25]。磷酸钙同样可以负载抗生素，磷酸钙骨水泥凝固时无放热反应，所以它相较于凝固时放热的聚甲基丙烯酸甲酯而言，可以负载种类更多的抗生素。由于磷酸钙骨水泥在人体内可缓慢降解，相较于降解速率较快的硫酸钙而言作为抗生素的载体更为理想。而且磷酸钙骨水泥还可以作为抗肿瘤及抗骨质疏松等药物的载体[26]。 诱导膜富含丰富的毛细血管且能分泌生长因子，这为使磷酸钙骨水泥作为骨移植扩展剂提供了一个独特的机会。GUPTA等[27]于2019年报道使用磷酸钙骨水泥与自体骨混合应用于Masquelet技术的研究，其治疗效果与单独应用自体骨相仿，但报道也指出如果受损部位为胫骨且患者是吸烟者，其骨不连的风险将会增加。SASAKI等[28]回顾性分析应用诱导膜技术治疗7例感染性股骨或胫骨骨不连的临床和影像学结果，在手术的第二阶段应用磷酸钙骨水泥与自体松质骨混合充填骨缺损，比例约为1∶1，随访时间约为14个月，所有骨缺损都得到了良好愈合。DEBAUN等[29]将聚己酸内酯与β-磷酸三钙复合，并用3D打印的方法制作出网格状支架，待诱导膜生成后将复合支架放入，成功修复鼠股骨临界骨缺损，为临床使用提供了参考依据。 磷酸钙骨水泥具有良好的组织相容性，这既是其优势也是其劣势。在诱导膜第一阶段，诱导膜的生成依赖于聚甲基丙烯酸甲酯对周围组织产生的异物反应。则若将磷酸钙骨水泥作为填充物，其诱导成膜的成骨活性与成血管活性均弱于聚甲基丙烯酸甲酯组[30]。但将磷酸钙骨水泥用于诱导膜技术的第二阶段，可充当自体骨的“移植扩容剂”，与自体骨混合可减少自体骨的使用量。前提是骨折断端具有坚强稳定的内固定，因为磷酸钙骨水泥与人体松质骨的抗压强度相近，在压力的作用下材料会发生移位变形及碎裂。 2.3.2  硫酸钙骨水泥  硫酸钙骨水泥具有性质稳定、强度适中、可被人体完全吸收等特点，吸收时间一般为30-60 d[31]。现阶段对于硫酸钙在诱导膜技术中的研究集中在减少第二阶段中自体骨的使用和简化诱导膜技术2方面。 张一等[32]针对诱导膜技术第二阶段中自体骨不足的问题提出，将硫酸钙与自体骨混合填入骨缺损中的解决方案。与传统观点中骨替代物与自体松质骨的比例不应超过1∶3有所不同的是，实验结果显示，骨替代物(硫酸钙颗粒)与自体松质骨的比例可以超过1∶3，甚至可完全由硫酸钙颗粒填充(骨缺损<5 cm)。但该文并未讨论当骨缺损较大即大于5 cm时，是否还可以由硫酸钙骨水泥代替自体骨使用，这需要未来进一步探讨。   JIANG等[33]2016年报道个案，使用硫酸钙代替聚甲基丙烯酸甲酯施行诱导膜技术治疗跟骨骨折，发现硫酸钙骨水泥同样可诱导形成诱导膜。最近MA等[34]在大鼠诱导膜模型中发现，硫酸钙诱导产生膜的成骨活性及血管活性均高于聚甲基丙烯酸甲酯组。结合硫酸钙可降解吸收的特性，使用硫酸钙骨水泥简化Masquelet技术成为一种可能。 2.4  明胶海绵等物的巧妙使用  在2017年，CHO等[35]针对诱导膜技术第二阶段中自体骨不足的情况，提出了将明胶海绵作为植骨中心、外周环形植骨的方法。该研究对接受该治疗方案的21例患者进行回顾性分析，缺损区域分布在胫骨、股骨与肱骨，平均缺损长度为8.9 cm，平均缺损体积为65.2 m3，可吸收明胶海绵代替了平均21.4%的缺损体积；18例骨缺损愈合良好，治愈率为86%，平均治疗时间9.1个月。在最初的诱导膜技术当中，填补骨缺损的自体骨中心部分将被吸收和改造再通[36]。此外，STAFFORD等[37]观察到在使用钢板固定的情况下，自体骨密集充填，外周部分的自体骨填充物相较于中心部分更快的进行血管生成和骨化，这是因为离膜距离的增加阻止了中心部位移植物获得充足的血液供应。通过这份报告，可以注意到密集的自体骨填充可能并不会获得更好的效果，需要一些技术来避免这个问题。采用于外周环形植骨、中央使用明胶海绵填充的方法巧妙地避开了密集骨移植的不足，减少了自体骨的使用。而且后期明胶海绵的吸收并不影响骨折愈合部位的稳定性，因为长骨的力学稳定性主要由外层皮质骨提供。 明胶海绵在临床上被广泛应用于止血，它的吸收时间为4-6周[38]，具有良好的组织相容性，此外，ROHANIZADEH等[39]在体外研究中证明了明胶海绵可作为成骨细胞的支架，证明了成骨细胞可以整合入明胶海绵内部的多孔结构之中增殖、分化。 若能结合扩髓-灌洗-吸引器技术来取骨，可以进一步改善手术效果，减少手术并发症。 2.5  使用内固定物减少骨缺损处自体骨使用量  内固定物也可以应用在诱导膜技术之中，减少自体骨的充填，髓内钉就是最好的例子。O’MALLEY等[40]于Masquelet技术中应用髓内钉及cage重建修复17 cm的胫骨干部缺损，在长骨干部存在骨缺损时将髓内钉置于髓腔中央，不仅能提供坚强的内固定，还能起到占位效应，减少自体骨的应用。NICCOLAI等[41]在治疗股骨转子下骨折不愈合中应用了Masquelet技术联合髓内钉固定。这种治疗的好处在于可以使患者早期进行负重，进而加速功能的恢复，同时也减少了自体骨的使用。然而干骺段的骨缺损有时却难以使用髓内钉固定，与骨干部相同长度的骨缺损则需要更多的自体骨充填。 2017年ROBERTO等[42]设计出带有抗生素及生长因子的纳米颗粒涂层髓内钉治疗骨髓炎，载药的纳米颗粒与聚合物结合覆盖于髓内钉表面，不仅可以提高抗生素的生物利用度，而且局部释放增强骨折愈合的生长因子如胰岛素样生长因子1与骨形态发生蛋白2等。这种带有抗生素及生长因子涂层髓内钉与诱导膜技术相结合的研究，还需要未来学者的进一步探索。 2.6  骨运输技术的使用  骨搬运技术与诱导膜都是现阶段治疗长骨大段骨缺损的有效方式，各有利弊，医生常常二者选其一进行治疗。现有学者采取联合治疗，取长补短。该治疗的具体的手术方式为：第一阶段，根据患者骨缺损部位选择合适的外固定支架，术中彻底清创后将骨缺损中填入聚甲基丙烯酸甲酯，并安装外固定架；第二阶段，诱导膜形成后，沿原切口取出聚甲基丙烯酸甲酯，缝合诱导膜，并于预先设计好的截骨处线锯环抱截骨，之后缝合骨膜，术后进行骨搬运。   李树源等[43]应用骨搬运技术联合诱导膜技术治疗胫骨骨髓炎并节段性骨缺损的患者，除1例因感染严重而截肢外，其余17例皆获得良好的骨与软组织的愈合。MARAIS等[44]回顾分析了采用骨搬运技术结合诱导膜技术治疗8例胫骨骨干骨髓炎患者的资料，除1例要求截肢外，其余7例皆获得骨性愈合。 此种手术方式的优点：①减少了诱导膜技术中自体骨的使用；②诱导膜的分泌骨形态发生蛋白2等骨生长因子，为骨折断端的对接提供了良好的环境；③填入带有抗生素的骨水泥有助于感染的控制；④传统的骨搬运技术往往受到周围结缔组织嵌入的困扰，原因在于周围结缔组织生长速度较骨缺损修复速度快，骨缺损区域被周围结缔组织“占领”，骨缺损无法得到愈合[45]。诱导膜技术中聚甲基丙烯酸甲酯的使用，起到“占位”的作用，提供了密闭的空间，防止周围结缔组织嵌入骨缺损。诱导膜形成后去除聚甲基丙烯酸甲酯，该膜仍然起到防止临近神经血管、软组织长入的作用。 2.7  3D打印微孔钛合金支架的应用  随着3D打印技术的成熟，多孔金属骨组织支架被应用于骨缺损的治疗之中，3D打印出的多孔金属支架不仅减少自体骨的使用量，而且更加符合缺损的形状，并提供了相对于人工骨更加稳定的力学结构。刘冰川等[46]对骨缺损髓内钉固定后，采用3D打印微孔钛合金支架结合诱导膜技术对骨缺损进行重建，目前短期随访可见骨痂包绕生长。 3D打印材料及机器高昂的费用常使患者难以接受。而且支架的参数尚没有统一的标准，不同骨缺损要求支架不同的孔隙率、孔隙形状。随着材料学等相关学科的进步，3D打印钛合金支架有望有效解决骨缺损修复的难题。 2.8  诱导膜技术联合自体腓骨移植  EL-ALFY等[47]采用诱导膜技术联合自体腓骨移植的方式治疗骨缺损。该手术的前提是具有牢固的钢板内固定，手术方式具体为：在第一阶段诱导膜形成后取出骨水泥，进一步清创，采用非带血管蒂的游离腓骨与自体松质骨混合充填于骨缺损内。游离腓骨的长度比缺损长3 cm左右，将腓骨表面骨膜剔除，并且在其表面上沿不同方向钻多个孔，为骨折愈合提供条件。后将骨缺损两端的髓腔扩髓，使腓骨移植物可以插入其中。如果腓骨在中心不稳，可用2枚螺钉固定将其固定。然后，从自体髂骨获取松质骨，分成小块，植入腓骨周围的骨缺损处并缝合诱导膜。该研究认为腓骨移植可以提供机械支持，减少填充缺损所需的松质骨移植量。该手术方式优点如下：①为受区提供了一定的机械支撑，相对稳定的力学环境促进骨折愈合；②减少了自体髂骨的使用量，减少供区术后并发症；③相较于带蒂血管的腓骨移植，此种手术方式不需要高超的显微外科技术，降低手术操作难度。此手术方式也具有一定的不足之处：①增加了取骨部位，患者心理上无法接受；②腓骨取骨可造成下胫腓联合松动，致使远期的踝关节疼痛。 2.9  一些生长因子等添加剂及辅助设备的使用  在自体松质骨缺乏时，骨缺损的治疗需要符合钻石学说[48]，该学说中提到的4要素包括：稳定的力学环境、骨传导支架、成骨细胞与生长因子。生长因子的使用有利于骨缺损的愈合，在自体骨相对不足的情况下，可以通过增加生长因子来提高骨愈合成功率。   在诱导膜技术中，骨形态发生蛋白常作为促进骨折愈合的生长因子使用，目前的组织工程技术允许大规模的骨形态发生蛋白合成[49]，骨形态发生蛋白2与骨形态发生蛋白7是目前临床上常用的2种类型。有研究对比骨形态发生蛋白2与骨形态发生蛋白7分别用于骨不连的治疗效果，接受骨形态发生蛋白2治疗患者的愈合率要高于单独接受骨形态发生蛋白7治疗的患者[50]。于非诱导膜技术之中，骨形态发生蛋白可以负载于明胶海绵之中治疗骨缺损，与自体骨移植的效果相仿[51]。在诱导膜技术之中，骨形态发生蛋白常作为生长因子与自体骨相混合治疗骨缺损，单独应用骨形态发生蛋白与单独应用自体骨的对比研究却鲜有报道，未来学者可行进一步探讨。骨形态发生蛋白的治疗费用较高，这是限制其应用的原因之一。 富血小板血浆富含高浓度的血小板，是新鲜全血经过离心后的产物。富血小板血浆中富含大量的生长因子，可与自体骨混合应用于诱导膜技术中。李树源等[52]发现在诱导膜技术第二阶段时，采用自体骨联合富血小板血浆治疗骨缺损可以提高骨愈合速率，减少并发症的发生。 骨髓穿刺液作为获取骨髓间充质细胞的来源，有着容易获得、对供体损伤小、成本低等优点。但骨髓穿刺液所含有的骨髓间充质细胞占所有有核细胞的比例较低，为0.001%-0.01%。为提高骨髓间充质细胞所占比例，需采用离心、分离的方式浓缩骨髓穿刺液，获取骨髓穿刺浓缩液[53]。骨髓穿刺浓缩液内富含骨髓间充质细胞、生长因子和造血干细胞，被誉为现代骨移植替代材料的“铂金标准”[54]。J?GER等[55]利用骨髓穿刺浓缩液与羟基磷灰石或明胶海绵组成复合体成功治疗当地超过100例以上的骨缺损患者。现阶段鲜有关于将骨髓穿刺浓缩液应用于诱导膜第二阶段以减少自体骨量的相关文献，这将是未来学者探究的方向之一。 辅助设备的应用也能促进骨折愈合，间接减少自体骨的应用。NIIKURA等[56]于2016年使用诱导膜技术治疗了患有感染性胫骨假关节的患者，在第二阶段后使用低强度脉冲超声技术来促进骨折愈合。一些临床前研究表明，低强度的激光照射也能促进成骨，抑制脂肪细胞的形成，减弱破骨细胞的骨吸收[57]。 2.10  组织工程技术与诱导膜  组织工程学的发展为骨缺损的治疗提供了新思路，其中骨髓间充质干细胞复合支架材料这种治疗方法已成为目前组织工程的研究热点。骨髓间充质干细胞具有多项分化潜能，在体外可以分化为软骨细胞、成骨细胞和脂肪细胞等[58]。该技术首先需要分离培养骨髓间充质干细胞，使其增殖并定向分化为骨细胞，并将之结合支架材料放置于骨缺损之中，修复骨缺损。KILLINGTON等[59]认为除骨髓间充质干细胞及支架材料之外，新生血管、新生骨膜及细胞外基质也是完成骨缺损修复不可或缺的重要因素。诱导膜技术可为骨髓间充质干细胞复合支架材料移植修复骨缺损提供良好的外部条件，未来将二种技术相结合是一种可能的研究方向。骨髓间充质干细胞复合支架材料这种组织工程技术有其风险：细胞基因组的不稳定性是限制其在临床应用的主要原因，在体外增殖的过程中可能会发生恶变，所以遗传稳定性测试是十分重要的[60]。 人工诱导膜也是组织工程技术的研究热点。1996年MEINING等[61]就提出了使用可吸收的聚丙交酯聚合物多空膜和自体骨移植物进行单阶段的手术。最近，TARCHALA等[62]于兔模型中应用聚四氯乙烯的合成非生物膜，可起到类似于诱导膜的功能屏障作用。诱导膜技术将会得益于材料学的进步，人工诱导膜必将是未来、研究的趋势之一，该人工诱导膜应具有可降解吸收、防止软组织嵌入、缓释生长因子及抗生素等功能[29]，使单阶段治疗大段骨缺损成为可能。实现血管化是现阶段组织工程学的难题[63]。2017年杨瑾廷等[64]发现了骨组织血管系统中血管形成与骨形成的偶联效应。2019年孙安  等[65]证明体外联合应用血小板衍生生长因子BB和血管内皮生长因子能增强骨髓间充质干细胞的血管化及增殖能力。随着组织工程学的发展，具有丰富血管的人工诱导膜将成为可能，单阶段的诱导膜技术会被临床所应用。 "