3D打印技術(shù)在兒童狹顱癥矯治中的應(yīng)用研究

劉天甲 顧 碩 吳水華 范雙石 陳朝暉

3D打印技術(shù)在兒童狹顱癥矯治中的應(yīng)用研究

劉天甲 顧 碩 吳水華 范雙石 陳朝暉

目的探討應(yīng)用3D打印技術(shù)輔助兒童狹顱癥矯治的效果。方法回顧性分析2015年9月至2016年8月，應(yīng)用3D打印技術(shù)輔助手術(shù)的15例狹顱癥患兒。術(shù)前對患兒行頭顱CT掃描進(jìn)行三維顱骨重建，應(yīng)用3D打印技術(shù)對畸形進(jìn)行模擬整復(fù)，并打印1∶1的顱骨模型。術(shù)前應(yīng)用模型與家屬溝通并制定手術(shù)計(jì)劃，術(shù)后行三維頭顱CT觀察矯治效果。結(jié)果15例患兒均成功按預(yù)定設(shè)計(jì)完成手術(shù)，手術(shù)時(shí)長1.5～3.5 h。術(shù)后患兒頭顱外觀及三維頭顱CT均顯示手術(shù)效果良好。術(shù)后隨訪2～12個月，無明顯并發(fā)癥，患兒語言及智力發(fā)育進(jìn)步明顯。結(jié)論將3D打印技術(shù)應(yīng)用于兒童狹顱癥的矯治，可節(jié)省手術(shù)時(shí)間，減小手術(shù)創(chuàng)傷，保證了足夠的顱腔容積，術(shù)后頭顱外形良好，明顯促進(jìn)腦部發(fā)育，有利于推動個性化治療。

3D打印狹顱癥手術(shù)兒童

狹顱癥（Craniostenosis）又稱顱縫早閉、顱縫骨化癥等，是指顱骨骨縫的過早融合或缺失，屬于先天性顱骨發(fā)育障礙性疾病。因早閉的顱縫不同而呈現(xiàn)不同臨床表現(xiàn)，最常見的是矢狀縫早閉引起的舟狀頭畸形，和因單側(cè)冠狀縫早閉引起的斜頭畸形。此外，還存在短頭畸形、三角頭畸形、尖頭畸形等。畸形采用手術(shù)矯正，目的是為了擴(kuò)展顱腔、為腦正常發(fā)育提供空間[1-2]，同時(shí)改善外觀。畸形顱骨精確復(fù)位，并減少手術(shù)創(chuàng)傷，是繼續(xù)努力的目標(biāo)。我們從2015年9月至2016年8月，采用3D打印技術(shù)，進(jìn)行個體化設(shè)計(jì)，以指引狹顱癥手術(shù)，取得滿意效果。

1 資料與方法

1.1 臨床資料

本組共15例，男11例，女4例；年齡19個月至7歲，平均33個月。矢狀縫早閉9例，單側(cè)冠狀縫早閉3例，額縫早閉2例，單側(cè)人字縫早閉1例。

1.2 術(shù)前準(zhǔn)備

術(shù)前均行三維CT，Mimics軟件處理數(shù)據(jù)，1∶1制作3D打印模型，設(shè)計(jì)切口和截骨方案（圖1～3）。

1.3 手術(shù)方法

按照術(shù)前設(shè)計(jì)的手術(shù)切口和截骨方案，進(jìn)行骨瓣的截取；根據(jù)預(yù)制的目標(biāo)骨板，如額眶橋帶，對已截取骨瓣進(jìn)行塑形，隨后將塑型骨瓣放置于目標(biāo)位置連接固定。術(shù)后隨訪均行頭顱CT掃描。

2 結(jié)果

15例患兒均成功按預(yù)定設(shè)計(jì)完成手術(shù)，手術(shù)時(shí)長1.5～3.5 h。術(shù)后頭顱CT三維顱骨成像（圖4）顯示，骨瓣成形位置準(zhǔn)確，與術(shù)前設(shè)計(jì)相符，術(shù)后患兒頭顱外形效果滿意。本組患兒術(shù)后隨訪2～12個月，未發(fā)現(xiàn)明顯并發(fā)癥，患兒語言及智力發(fā)育進(jìn)步明顯（圖5）。

圖1 狹顱癥患兒術(shù)前三維CT掃描顱骨重建Fig.1Three-dimensional computed tomographic evaluation of Craniostenosis in Children before operation

圖2 3D打印模型Fig.2Three-dimensional printed model

圖3 手術(shù)方案設(shè)計(jì)Fig.3Surgical plan design

圖4 術(shù)后三維CT掃描Fig.4Three-dimensional computed tomographic evaluation

圖5 典型病例：狹顱癥（右側(cè)斜頭畸形）患兒Fig.5 Typical case:anterior plagiocephaly

3 討論

3D打印技術(shù)起源于上世紀(jì)80年代，以數(shù)字化模型為基礎(chǔ)，運(yùn)用黏合材料，經(jīng)逐層打印的方式來構(gòu)造實(shí)體[3]，屬于增材制造。3D打印技術(shù)已被應(yīng)用于器官模型的制造、個性化組織工程支架材料和假體植入物的制造、細(xì)胞或組織打印等方面[4-7]。骨科領(lǐng)域中，3D打印關(guān)節(jié)、假肢以及個體定制鋼板已經(jīng)開始應(yīng)用于臨床；耳鼻喉科、口腔科中，人工外耳道、種植牙等方面也有了初步的應(yīng)用[8]；在頜面外科中，被用于指導(dǎo)外科導(dǎo)板的設(shè)計(jì)制作、應(yīng)用，個體化植入物也已出現(xiàn)。

顱縫早閉是嬰幼兒時(shí)期起病的顱骨發(fā)育畸形，發(fā)生率約為1/2 500[9]，可表現(xiàn)為顱內(nèi)高壓、發(fā)育緩慢、智力低下、精神活動異常、癲癇發(fā)作等癥狀。其好發(fā)部位依次為矢狀縫（40%～55%）、冠狀縫（20%～25%）、額縫（5%～15%）以及人字縫（1%～5%）[10]。矢狀縫、冠狀縫早閉較常見，矢狀縫早閉導(dǎo)致的舟狀頭畸形，表現(xiàn)為顱部穹窿前后拉長，左右狹窄（即雙頂徑線過短）；單側(cè)冠狀縫早閉引起斜頭畸形的特征性表現(xiàn)是前額外觀不對稱，患側(cè)前額、頂骨扁平，健側(cè)額骨代償性向前隆起，又被稱為“小丑樣畸形”，同樣可以引起面部畸形，表現(xiàn)為鼻根部朝向患側(cè)，患側(cè)顴弓前移，下頜朝向健側(cè)[11]。頭顱畸形的診斷除顱部外觀外，主要通過影像學(xué)檢查，特別是CT掃描三維重建，可清晰顯示過早閉合的骨縫以及頭顱畸形。在治療方面，手術(shù)是唯一的治療途徑，對于不同形式的顱縫早閉有不同的手術(shù)方式，但基本的要求都是合理地進(jìn)行顱骨切開，重建早閉顱縫，重塑顱骨外形，從而保證合理的顱腔容積[11]。我們將頭顱CT掃描的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成3D打印數(shù)據(jù)，進(jìn)行電腦模擬整復(fù)，進(jìn)而利用3D打印技術(shù)在斜頭、舟狀頭、三角頭等畸形矯正術(shù)前制備出1∶1的顱骨模型，有效指導(dǎo)了手術(shù)過程，減少了手術(shù)時(shí)間，減輕了手術(shù)損傷及術(shù)中出血，患者外形和功能修復(fù)效果良好。

3D打印具有以下優(yōu)點(diǎn)：①打印精度較高，可較完美地還原畸形部位，提供較為真實(shí)的手術(shù)模擬環(huán)境，對手術(shù)設(shè)計(jì)，選擇最佳手術(shù)方案，減少手術(shù)風(fēng)險(xiǎn)具有積極意義[12]；②模型制備快捷方便[13]；③模型可用于手術(shù)操作演示[14]；④便于術(shù)前醫(yī)患溝通，有助于患方理解手術(shù)方案[15]；⑤在個性化治療方面具有顯著優(yōu)勢[16]。

通過臨床應(yīng)用，我們認(rèn)為3D打印技術(shù)在狹顱癥矯治術(shù)中具有重要的輔助作用，尤其是在斜頭及其他復(fù)雜畸形的矯治中具有非常好的手術(shù)引導(dǎo)作用。在我們的實(shí)際應(yīng)用中，我們體會到3D打印技術(shù)在狹顱癥矯治術(shù)中，可明顯縮短手術(shù)時(shí)間，減少了手術(shù)創(chuàng)傷，優(yōu)化了手術(shù)效果。當(dāng)然，目前3D打印模型仍存在一定的誤差，醫(yī)學(xué)影像學(xué)數(shù)據(jù)生成的文件可直接應(yīng)用于3D打印，但打印應(yīng)用軟件集成度及功能與3D打印設(shè)備，尚無法無縫對接[17]。相信隨著關(guān)聯(lián)學(xué)科的發(fā)展，3D打印技術(shù)在醫(yī)學(xué)領(lǐng)域中將會獲得廣為廣泛的應(yīng)用，對于進(jìn)一步開展個性化治療、改善手術(shù)效果，具有極為重要的作用。

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The Effects of Three-dimensional Printing Technique in the Treatment of Craniostenosis in Children

LIU Tianjia1, GU Shuo1,WU Shuihua2,FAN Shuangshi2,CHEN Zhaohui2.1 Department of Neurosurgery,Shanghai Children's Medical Center,Shanghai Jiaotong University School of Medicine,Shanghai 200127,China;2 Department of Neurosurgery,Hunan Children's Hospital,Changsha 410007,China.Corresponding author:GU Shuo(E-mail:gushuo@shsmu.edu.cn).

ObjectiveTo explore the effects of 3D printing technique in the treatment of Craniostenosis in Children. MethodsThe clinical data of 15 cases underwent the operation with the guidance of 3d printing between September 2015 and August 2016 were analyzed retrospectively.Children underwent Computed Tomography(CT)and 3D reconstruction of the shell before operations,the imaging data was transferred into 3d printing data through professional software,the deformity was reconstructed on the computer and the 1∶1 skull model was printed by 3d printing technology,then the model was used to communicate with patients and make operative plans.The operations were finished as predetermined design,and the cranium CT scan was performed to observe the clinical efficacy.ResultsFifteen cases underwent operations successfully as predetermined design,operative time ranged from 1.5 to 3.5 hours.According to postoperative cranial CT imaging and realistic appearances,the results were satisfactory.All the children were followed up for 2 to 12 months,no obvious complications were observed,and the progress of language and intellectual development was obvious.ConclusionMaking use of 3d printing technology in the treatment of craniostenosis of children could save the operation time,reduce the surgical trauma,ensure the enough intro-cranial volume and postoperative appearances,promote the brain development obviously, and drive the trend of personalized therapy.

Three-dimensional printing;Craniostenosis;Surgery;Child

R622

A

1673-0364（2016）06-0346-03

2016年8月9日；

2016年9月20日）

10.3969/j.issn.1673-0364.2016.06.004

200127上海市上海交通大學(xué)醫(yī)學(xué)院附屬上海兒童醫(yī)學(xué)中心神經(jīng)外科（劉天甲，顧碩）；410007湖南省長沙市湖南省兒童醫(yī)院神經(jīng)外科（吳水華，范雙石，陳朝暉）。

顧碩（E-mail：gushuo@shsmu.edu.cn）。