3D打印模型在先天性高肩胛症儿童治疗中的应用

姜海，吴永涛，吴革，汪兵，屈继宁，李敏，苗武胜

(西安交通大学附属红会医院儿骨科，陕西 西安 710054)

3D打印模型在先天性高肩胛症儿童治疗中的应用

姜海，吴永涛，吴革，汪兵，屈继宁，李敏，苗武胜

(西安交通大学附属红会医院儿骨科，陕西 西安 710054)

目的 观察3D打印双侧肩胛骨模型在先天性高肩胛症儿童治疗中的应用。方法 从2011年4月至2016年2月我科治疗先天性高肩胛症儿童10例，男3例，女7例；左侧4例，右侧6例。按照Cavendish分级，Ⅱ级2例，Ⅲ级6例，Ⅳ级2例。8例儿童在术前行双侧肩胛骨3D打印模型，2例儿童行双侧肩胛骨并锁骨、颈椎、胸廓全打印。所有儿童均行Woodward手术治疗。结果 10例患者中6例术前患侧肩胛骨形态学有明显改变，4例大体形态正常。4例有肩椎骨。术后随访6个月至5年10个月。术后按照Cavendish分级，Ⅰ级6例，Ⅱ级4例。6例随访时再次进行3D打印模型，并与术前对比。肩胛骨的高度和宽度均增加，大体形态没有明显变化。结论 3D打印肩胛骨模型可以直观地显示患侧肩胛骨与正常侧的差别，有助于术前的手术设计。3D立体打印肩胛骨模型较单纯肩胛骨模型能在空间上直观地显示肩胛骨与周围骨骼的关系，对术前的手术设计更为有利。

3D打印；模型；先天性高肩胛症；儿童

3D打印在骨科应用越来越广泛。临床应用涵盖了创伤骨科、关节外科、脊柱外科、足踝外科、骨病与骨肿瘤等亚专科[1-3]。儿童骨科在创伤、骨肿瘤、矫形方面也有很多的应用[4]。矫形应用主要在髋关节发育不良、脊柱先天畸形方面[5-6]。对于先天性高肩胛症儿童3D打印方面的报道较少。本研究通过术前双侧肩胛骨3D打印模型观察先天性高肩胛症儿童患侧肩胛骨与对侧的差别，进行术前手术的设计。术后随访再进行双侧肩胛骨3D打印模型，观察患侧肩胛骨发育的变化，来探讨3D打印模型在先天性高肩胛症儿童治疗中的应用价值。

1 资料与方法

1.1 一般资料 本组选择对象为2011年4月至2016年2月收治的经临床及X线片确诊为先天性高肩胛症的患儿，共10例，其中男3例，女7例；年龄3～11岁，平均6岁。左侧4例，右侧6例。按照Cavendish分级，Ⅱ级2例，Ⅲ级6例，Ⅳ级2例。

1.2 仪器与方法 采用美国Philips公司生产的Brilliance16排螺旋CT机进行数据的采集。8例儿童在术前行双侧肩胛骨3D打印模型，2例儿童行双侧肩胛骨并锁骨、颈椎、胸廓全打印。所有儿童均行Woodward手术治疗。患儿俯卧位，采用后背正中切口，从C2～T6，切开皮肤，皮下，切断肩胛提肌，松解肩胛骨表面的软组织，在椎体处向外侧游离找见肩椎骨，一直分离至与肩胛骨连接的地方。切除肩椎骨，同时肩胛骨内侧缘的部分骨质也一并切除。松解斜方肌，大小菱形肌，将肩胛骨向外下旋转，同时下移。术中被动活动肩关节，上举功能明显改善。维持肩关节上举状态，缝合肌肉，将肩胛骨维持在下移和旋转后的位置。

1.3 术前观察和测量 通过3D模型观察患侧肩胛骨与对侧肩胛骨的大体形态区别。用游标卡尺测量肩胛骨的高度和宽度并进行比较。高度的测量为肩胛上角顶点至肩胛下角最低点之间的距离。宽度的测量为肩胛盂与肩胛骨内侧缘之间的距离(见图1～2)。

1.4 术后观察和测量 术后随访终结时行双侧肩胛骨的三维CT检查，再行3D打印模型，观察大体形态和测量高宽比(见图3～4)。

图1 左侧肩胛骨宽度为59mm，高度为74 mm 图2 右侧肩胛骨宽度为53mm，高度为68 mm

图3 术后3年9个月随访左侧肩胛骨宽度为76mm，高度为101 mm 图4 右侧肩胛骨宽度为70mm，高度为87 mm

2 结 果

2.1 术前观察和测量 10例患儿中4例有肩椎骨合并脊柱裂，2例有椎体融合，1例有脊柱侧弯，1例有患侧3、4肋骨融合畸形。患侧肩胛骨的形态呈多样性，4例大体形态与对侧基本相似，6例肩胛骨形态有明显改变，其中4例肩胛骨内侧缘有不同程度的突起，2例肩胛下角增宽变大。8例行单纯双侧肩胛骨3D打印，2例行双侧肩胛骨3D立体打印，包括脊柱、肩椎骨、肋骨、锁骨、胸骨、肱骨近端等。术前Cavendish分级，Ⅱ级2例，Ⅲ级6例，Ⅳ级2例。

2.2 术后观察和测量 10例患儿随访时间6个月至5年10个月。6例再次行三维CT检查和3D打印模型。双侧肩胛骨的高度和宽度都较术前增加。大体形态和术前没有明显变化。术后2例肩椎骨有少量残留。术后按照Cavendish分级，Ⅰ级6例，Ⅱ级4例。

2.3 典型病例 4岁男性患者，以“双肩不等高4年余”为主诉就诊。查体：左侧肩胛骨高于右侧，左侧肩胛骨与脊柱之间可扪及骨性连接。左肩外展上举120°。Cavendish分级Ⅳ级。术前3D打印模型显示左侧肩胛骨与脊柱之间有巨大的肩椎骨连接(见图5)。C2～7有脊柱裂。行Woodward手术治疗，术后6个月随访，左肩上举160°。Cavendish分级改善为Ⅱ级(见图6)。

图5 肩胛骨3D立体打印背面

图6 术后三维CT示肩椎骨已切除，左侧肩胛骨下移及旋转后位置理想

3 讨 论

3D打印技术是在数字模型数据基础上，运用黏合材料，将模型数据“打印”成3D实物的新兴快速成型技术。相对于二维成像，三维成像对解剖结构的测量更加精确。3D打印技术在水平方向和垂直方向的分辨率可达0.01 mm和0.2 mm。3D打印技术在骨科的应用包括骨折的三维实体模型、手术的导板、个性化植入物、组织工程[7-10]。3D打印支具也在临床逐渐开展[11-12]。总体来说，3D打印技术的优点包括减少手术时间、提高临床效果、减少放射线的暴露。

3D打印技术在儿童骨科中可以应用于复杂骨折的术前观察和手术模拟、脊柱畸形的辅助手术、发育性髋脱位手术的辅助、肿瘤手术的辅助[13-14]。对于在先天性高肩胛症治疗中的应用，报道很少。本组10例术前进行了双侧肩胛骨的3D打印模型，可以更直观地观察患侧肩胛骨与对侧的差别，可以更好地和患儿家属进行沟通。尤其是2例3D立体打印，对于肩胛骨的立体位置、与脊柱间的相互关系认识更清楚，有利于术前设计。其中1例有巨大的肩椎骨，与C2～5的椎体都有连接，肩椎骨与肩胛骨内侧缘有软骨性连接。通过术前的详细评估和设计，术中较为容易地将肩椎骨取下。同时为了避免因软骨未切除彻底导致肩椎骨的残留，去除部分肩胛骨内侧缘骨质。术后患儿外观获得了明显改善。

Woodward手术是治疗儿童先天性高肩胛的一种有效术式[15-17]。Woodward手术通过松解肩胛骨周围的肌肉，下拉及旋转肩胛骨后，用肌肉进行固定，长期随访结果显示临床效果满意。临床效果一般从肩胛骨下移的距离、肩关节功能改善的角度来进行评价。本组10例术前Cavendish分级，Ⅱ级2例，Ⅲ级6例，Ⅳ级2例。通过Woodward手术治疗后，获得6个月至5年10个月的随访，Cavendish分级均较术前降低。通过术后随访时的3D打印模型观察，发现双侧肩胛骨的高度和宽度都较术前增加，大体形态和术前没有明显变化，说明Woodward手术不会造成患侧肩胛骨发育的影响。

3D打印的肩胛骨模型可以直观地显示患侧肩胛骨内侧缘或肩胛下角与正常侧的不同。患儿家属通过3D打印的肩胛骨模型，可以更好地理解疾病的病理改变，有助于理解手术方式。3D立体打印的肩胛骨模型，能清楚地显示肩胛骨与脊柱之间的空间位置关系，能清楚地显示肩椎骨，有利于术前设计。通过术前良好的设计，可以减少手术的时间，有利于术后取得更好的临床效果。

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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

西安交通大学附属红会医院院科研基金(YJ2016001)

R682.1+4

B

2017-03-25

姜海(1975- )，男，副主任医师，西安交通大学附属红会医院儿骨科，710054。

姜海，吴永涛，吴革，等.3D打印模型在先天性高肩胛症儿童治疗中的应用[J].实用骨科杂志，2017，23(8)：690-692.