3D打印模型在先天性高肩胛癥兒童治療中的應用

姜海，吳永濤，吳革，汪兵，屈繼寧，李敏，苗武勝

(西安交通大學附屬紅會醫院兒骨科，陜西 西安 710054)

3D打印模型在先天性高肩胛癥兒童治療中的應用

姜海，吳永濤，吳革，汪兵，屈繼寧，李敏，苗武勝

(西安交通大學附屬紅會醫院兒骨科，陜西 西安 710054)

目的 觀察3D打印雙側肩胛骨模型在先天性高肩胛癥兒童治療中的應用。方法 從2011年4月至2016年2月我科治療先天性高肩胛癥兒童10例，男3例，女7例；左側4例，右側6例。按照Cavendish分級，Ⅱ級2例，Ⅲ級6例，Ⅳ級2例。8例兒童在術前行雙側肩胛骨3D打印模型，2例兒童行雙側肩胛骨并鎖骨、頸椎、胸廓全打印。所有兒童均行Woodward手術治療。結果 10例患者中6例術前患側肩胛骨形態學有明顯改變，4例大體形態正常。4例有肩椎骨。術后隨訪6個月至5年10個月。術后按照Cavendish分級，Ⅰ級6例，Ⅱ級4例。6例隨訪時再次進行3D打印模型，并與術前對比。肩胛骨的高度和寬度均增加，大體形態沒有明顯變化。結論 3D打印肩胛骨模型可以直觀地顯示患側肩胛骨與正常側的差別，有助于術前的手術設計。3D立體打印肩胛骨模型較單純肩胛骨模型能在空間上直觀地顯示肩胛骨與周圍骨骼的關系，對術前的手術設計更為有利。

3D打印；模型；先天性高肩胛癥；兒童

3D打印在骨科應用越來越廣泛。臨床應用涵蓋了創傷骨科、關節外科、脊柱外科、足踝外科、骨病與骨腫瘤等亞專科[1-3]。兒童骨科在創傷、骨腫瘤、矯形方面也有很多的應用[4]。矯形應用主要在髖關節發育不良、脊柱先天畸形方面[5-6]。對于先天性高肩胛癥兒童3D打印方面的報道較少。本研究通過術前雙側肩胛骨3D打印模型觀察先天性高肩胛癥兒童患側肩胛骨與對側的差別，進行術前手術的設計。術后隨訪再進行雙側肩胛骨3D打印模型，觀察患側肩胛骨發育的變化，來探討3D打印模型在先天性高肩胛癥兒童治療中的應用價值。

1 資料與方法

1.1 一般資料 本組選擇對象為2011年4月至2016年2月收治的經臨床及X線片確診為先天性高肩胛癥的患兒，共10例，其中男3例，女7例；年齡3～11歲，平均6歲。左側4例，右側6例。按照Cavendish分級，Ⅱ級2例，Ⅲ級6例，Ⅳ級2例。

1.2 儀器與方法 采用美國Philips公司生產的Brilliance16排螺旋CT機進行數據的采集。8例兒童在術前行雙側肩胛骨3D打印模型，2例兒童行雙側肩胛骨并鎖骨、頸椎、胸廓全打印。所有兒童均行Woodward手術治療。患兒俯臥位，采用后背正中切口，從C2～T6，切開皮膚，皮下，切斷肩胛提肌，松解肩胛骨表面的軟組織，在椎體處向外側游離找見肩椎骨，一直分離至與肩胛骨連接的地方。切除肩椎骨，同時肩胛骨內側緣的部分骨質也一并切除。松解斜方肌，大小菱形肌，將肩胛骨向外下旋轉，同時下移。術中被動活動肩關節，上舉功能明顯改善。維持肩關節上舉狀態，縫合肌肉，將肩胛骨維持在下移和旋轉后的位置。

1.3 術前觀察和測量 通過3D模型觀察患側肩胛骨與對側肩胛骨的大體形態區別。用游標卡尺測量肩胛骨的高度和寬度并進行比較。高度的測量為肩胛上角頂點至肩胛下角最低點之間的距離。寬度的測量為肩胛盂與肩胛骨內側緣之間的距離(見圖1～2)。

1.4 術后觀察和測量 術后隨訪終結時行雙側肩胛骨的三維CT檢查，再行3D打印模型，觀察大體形態和測量高寬比(見圖3～4)。

圖1 左側肩胛骨寬度為59mm，高度為74 mm 圖2 右側肩胛骨寬度為53mm，高度為68 mm

圖3 術后3年9個月隨訪左側肩胛骨寬度為76mm，高度為101 mm 圖4 右側肩胛骨寬度為70mm，高度為87 mm

2 結 果

2.1 術前觀察和測量 10例患兒中4例有肩椎骨合并脊柱裂，2例有椎體融合，1例有脊柱側彎，1例有患側3、4肋骨融合畸形。患側肩胛骨的形態呈多樣性，4例大體形態與對側基本相似，6例肩胛骨形態有明顯改變，其中4例肩胛骨內側緣有不同程度的突起，2例肩胛下角增寬變大。8例行單純雙側肩胛骨3D打印，2例行雙側肩胛骨3D立體打印，包括脊柱、肩椎骨、肋骨、鎖骨、胸骨、肱骨近端等。術前Cavendish分級，Ⅱ級2例，Ⅲ級6例，Ⅳ級2例。

2.2 術后觀察和測量 10例患兒隨訪時間6個月至5年10個月。6例再次行三維CT檢查和3D打印模型。雙側肩胛骨的高度和寬度都較術前增加。大體形態和術前沒有明顯變化。術后2例肩椎骨有少量殘留。術后按照Cavendish分級，Ⅰ級6例，Ⅱ級4例。

2.3 典型病例 4歲男性患者，以“雙肩不等高4年余”為主訴就診。查體：左側肩胛骨高于右側，左側肩胛骨與脊柱之間可捫及骨性連接。左肩外展上舉120°。Cavendish分級Ⅳ級。術前3D打印模型顯示左側肩胛骨與脊柱之間有巨大的肩椎骨連接(見圖5)。C2～7有脊柱裂。行Woodward手術治療，術后6個月隨訪，左肩上舉160°。Cavendish分級改善為Ⅱ級(見圖6)。

圖5 肩胛骨3D立體打印背面

圖6 術后三維CT示肩椎骨已切除，左側肩胛骨下移及旋轉后位置理想

3 討 論

3D打印技術是在數字模型數據基礎上，運用黏合材料，將模型數據“打印”成3D實物的新興快速成型技術。相對于二維成像，三維成像對解剖結構的測量更加精確。3D打印技術在水平方向和垂直方向的分辨率可達0.01 mm和0.2 mm。3D打印技術在骨科的應用包括骨折的三維實體模型、手術的導板、個性化植入物、組織工程[7-10]。3D打印支具也在臨床逐漸開展[11-12]。總體來說，3D打印技術的優點包括減少手術時間、提高臨床效果、減少放射線的暴露。

3D打印技術在兒童骨科中可以應用于復雜骨折的術前觀察和手術模擬、脊柱畸形的輔助手術、發育性髖脫位手術的輔助、腫瘤手術的輔助[13-14]。對于在先天性高肩胛癥治療中的應用，報道很少。本組10例術前進行了雙側肩胛骨的3D打印模型，可以更直觀地觀察患側肩胛骨與對側的差別，可以更好地和患兒家屬進行溝通。尤其是2例3D立體打印，對于肩胛骨的立體位置、與脊柱間的相互關系認識更清楚，有利于術前設計。其中1例有巨大的肩椎骨，與C2～5的椎體都有連接，肩椎骨與肩胛骨內側緣有軟骨性連接。通過術前的詳細評估和設計，術中較為容易地將肩椎骨取下。同時為了避免因軟骨未切除徹底導致肩椎骨的殘留，去除部分肩胛骨內側緣骨質。術后患兒外觀獲得了明顯改善。

Woodward手術是治療兒童先天性高肩胛的一種有效術式[15-17]。Woodward手術通過松解肩胛骨周圍的肌肉，下拉及旋轉肩胛骨后，用肌肉進行固定，長期隨訪結果顯示臨床效果滿意。臨床效果一般從肩胛骨下移的距離、肩關節功能改善的角度來進行評價。本組10例術前Cavendish分級，Ⅱ級2例，Ⅲ級6例，Ⅳ級2例。通過Woodward手術治療后，獲得6個月至5年10個月的隨訪，Cavendish分級均較術前降低。通過術后隨訪時的3D打印模型觀察，發現雙側肩胛骨的高度和寬度都較術前增加，大體形態和術前沒有明顯變化，說明Woodward手術不會造成患側肩胛骨發育的影響。

3D打印的肩胛骨模型可以直觀地顯示患側肩胛骨內側緣或肩胛下角與正常側的不同。患兒家屬通過3D打印的肩胛骨模型，可以更好地理解疾病的病理改變，有助于理解手術方式。3D立體打印的肩胛骨模型，能清楚地顯示肩胛骨與脊柱之間的空間位置關系，能清楚地顯示肩椎骨，有利于術前設計。通過術前良好的設計，可以減少手術的時間，有利于術后取得更好的臨床效果。

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Application of 3D Printing Model in the Treatment of Children of Sprengel Deformity

Jiang Hai，Wu Yongtao，Wu Ge，et al

(Department of Pediatric Orthopedics，Honghui Hospital，Xi’an Jiaotong University College of Medicine，Xi’an 710054，China)

Objective To observe the application of 3D printing bilateral scapula model in the treatment of Sprengel deformity in children.Methods From April 2011 to February 2016，there were 10 cases of Sprengel deformity including 3 boys and 7 girls.The left side was affected in 4 cases，right side was affected in 6 cases.According to Cavendish classification，2 cases were grade Ⅱ，4 cases were grade Ⅲ，2 cases were grade Ⅳ .8 children were underwent bilateral scapula 3D printing model.2 children underwent bilateral scapula and clavicle，cervical vertebra，thoracic full print.All children underwent Woodward surgery.Results Preoperative ipsilateral scapula morphology changed obviously in 6 cases.The shapes of affected scapula were regular with the contralateral sides in 4 cases.4 cases had omovertebral bones .All cases were followed from 6 months to 5 years 10 months.According to Cavendish classification，6 cases were grade I，4 cases were grade Ⅱ postoperatively.6 cases were performed 3D printing model again.The height and width of the scapula increased，but there was no significant change in the gross morphology.Conclusion 3D model can display the differences about the ipsilateral scapula and the normal side directly.It is helpful in the preoperative design.The 3D printing scapula model can display the relationship between the affected scapula and the surrounding bones directly in space，which is more helpful in the preoperative design.

three-dimensional printing；model；sprengel deformity；children

1008-5572(2017)08-0690-03

西安交通大學附屬紅會醫院院科研基金(YJ2016001)

R682.1+4

B

2017-03-25

姜海(1975- )，男，副主任醫師，西安交通大學附屬紅會醫院兒骨科，710054。

姜海，吳永濤，吳革，等.3D打印模型在先天性高肩胛癥兒童治療中的應用[J].實用骨科雜志，2017，23(8)：690-692.