不同类型模型建立在儿童骨科临床教学中的应用

戴进，邹承达，金雪梅，陈铭超

（苏州市吴江区儿童医院/苏州大学附属儿童医院吴江院区，江苏 苏州 215000）

0 引言

我院作为苏州大学附属单位，每年承担儿科本科生及研究生理论教学与临床实践教学。儿童骨科是我院特色科室及省重点科室，由于小儿骨科疾病种类繁多、解剖及功能复杂抽象，给小儿骨科临床教学带来较大难度。笔者从事儿童骨科工作十余年，通过各种类型模型的建立和使用，包括人体模型、Ipadmini3D扫描仪获取的肢体的3D图像模型和3D打印成品矫形模型，通过改革教学手段，提高骨科临床教学带教质量[1]。现将个人在儿童骨科临床教学中的个人体会，总结如下。

1 儿童骨科临床教学中常用的模型

1.1 人体模型

儿童骨科疾病种类繁多，其中大部分为先天性及后天肢体畸形的矫治。疾病多涉及肢体解剖及功能，对于处于学习阶段的医学生来说，复杂的肢体解剖很难只通过理论知识了解。我们通过人体模型构建，更简易、更直观、更深入的了解疾病的受伤机制、治疗特点。

如儿童的先天性肌性斜颈，其发病机制为胸锁乳突肌挛缩导致活动受限，其治疗的黄金时机为一岁之内牵引按摩。要了解此疾病的发病机制、临床表现及治疗方式，首先必须了解胸锁乳突肌的走向、其收缩后带来的体表临床表现，单纯理论讲解很难让学生了解。我们通过人体模型演示，可以直观观察到头颈向左旋时，右侧胸锁乳突肌是缩短挛缩的；而当我们头颈向左侧倾斜时，右侧胸锁乳突肌是被牵张延长的。如此通过人体模型的简单演示，可以很快了解斜颈的临床表现及正确的手法按摩方向[2]。简单的说，如果我们要牵拉右侧胸锁乳突肌，我们需要：右旋+左倾斜；牵拉左侧胸锁乳突肌，我们需要：左旋+右倾斜。

1.2 肢体的3D图像模型

针对儿童骨科创伤后无法下地，复杂的下肢畸形患儿。我们采用Ipadmini3D扫描仪，通过红外技术扫描，运行Captevia扫描软件，可以轻松、无痛、快速的获得双侧肢体的3D图像。通过Rodin4D图像系统导入扫描患者的数据，对图像进行加工处理，从而获得不同的肢体3D图像[3]。

如儿童的下肢膝外翻畸形，可以站立的我们拍摄标准站立位双下肢全长片。无法站立的患儿通过扫描软件，获取3D图像。同时通过对下肢全长片及不同3D图像进行测量分析，通过测量下肢的机械轴走向、股骨远端外侧角及胫骨近端内侧角大小，我们可以了解是否存在膝外翻及判断膝外翻的来源。通过测量外翻长骨的近端机械轴与远端机械轴，测量其成角旋转中心点，评估出双侧肢体的长度差异，评估出截骨的位置与截骨的方法。将3D图像及测量计划简易化后，应用于临床教学，可以获得事半功倍的效果[4]。

1.3 3D成品矫形模型

3D打印可以为四肢畸形患者制造个体化解剖模型,通过对模型进行术前模拟，构建不同畸形的矫形模型，获取个性化手术方案。

膝外翻畸形是儿童发育过程中常见的畸形，表现为肢体在冠状位上向内侧成角，胫骨相对股骨向外侧偏移。如双侧膝外翻畸形，也称为“X”型腿，表现为站立或平卧时双膝靠拢后双内踝存在明显距离。如单侧膝外翻畸形，又称“K”型腿畸形。

儿童膝外翻畸形根据其发病诱因，我们可分为生理性膝外翻、病理性膝外翻和创伤性膝外翻。儿童出生时下肢一般存在 10°-15°内翻，随年龄增长，大约1岁半时变直。2岁后逐渐出现外翻，3岁时达到最大外翻，到11岁可达到成人水平。故临床上，2-6岁的儿童会表现为生理性膝外翻畸形。病理性膝外翻畸形是指儿童长骨骺板存在结构性缺陷或病理性改变，从而引起骺板两侧生长不对称，表现为膝外翻畸形。常见原因有骨骺或干骺端肿瘤、代谢性疾病如佝偻病、先天性甲低、先天性骨骼发育不良等。

创伤性膝外翻畸形是临近膝关节的创伤骨折后所致，主要包括股骨远端干骺端骨折、股骨远端骨骺骨折、胫骨近端骨骺骨折和胫骨近端干骺端骨折。与成人不同，儿童由于处于生长发育阶段，大部分膝外翻畸形均源于外伤引起骺板生长不对称所致。

儿童创伤性膝外翻畸形大都源于膝关节周围的骨折，包括股骨远端的干骺端骨折与骨骺骨折、胫骨近端的干骺端与骨骺骨折。其原始暴力多来源于车祸或重物直接暴力作用于伸直位膝关节外侧，少部分为摔伤后间接暴力引起。

对于儿童创伤性膝外翻畸形有很多理论解释，对于不同部位、不同年龄及骨折不同类型及不同的处理方法，可能其引起膝外翻的机制亦不同。

对于大龄儿童、特别是大体重儿童，如果为完全性、不稳定骨折，如果复位不佳、未采用坚强固定，加上骨折未愈合前过早负重下地均会引起复位角度丢失，出现逐渐加重的膝外翻畸形。

如果外伤引起股骨远端外侧或胫骨近端外侧骨骺损伤，特别是坠落伤引起的Salter-HarrisⅣ型和Ⅴ型骨骺骨折。引起股骨远端外侧或胫骨近端外侧骨桥形成，导致内外侧骺板生长不对称，也会引起膝外翻畸形。

外固定是通过体外装置将骨连接固定已治疗骨损伤及矫正骨骼畸形的一种方法，1831年，美国人Emsberry描述了第一个外固定器。1950年起，前苏联众多专家大力推动了外固定的发展，其中G.A.Ilizarov教授发现张力-应力法则，从而设计了Ilizarov环形外固定器，通过牵拉成骨技术与牵拉组织再生技术，应用于各种严重的骨骼创伤及肢体畸形矫正。Leonid N.Solomin教授在Ilizarov环形架的基础上，创立了外固定架统一命名方法，阐述了穿针平面及穿针通道的概念。1989年，潘少川教授从国外引进了Ilizarov环形架技术应用于小儿骨科，在临床广泛用过肢体畸形的矫正中，该技术相比与成人绝对稳定的钢板螺钉固定，具有损伤小、术后通过模块转换可以精准调节畸形。

儿童骨骼的特点，具有强大的愈合和塑形能力，使用外固定，可以避开骨骺，可以缩短固定时间，且外固定去除方便，必要的时候甚至可以跨关节固定。如果术前评估肢体存在不等长，通过外固定在矫正肢体成角畸形的同时，可以逐步矫正肢体不等长。相对于术中一期矫正畸形，Ilizarov环行架技术为术后逐步矫正外翻畸形，从而可以明显减少对血管神经的损伤风险。

Ilizarov技术由于采用体外固定，术后极易出现针道感染、克氏针松动，矫正畸形后软组织压迫、关节挛缩等并发症，故术后家属依从性要求较高，最好的方案是矫正外翻畸形后再行运动康复治疗。

青少年膝外翻畸形截骨矫形，不管是行股骨远端截骨，还是胫骨近端截骨术，相比于半骺阻滞术，截骨术操作难度大、损伤大、风险大。故完善详细的术前计划和术前准备，可以减少手术时间、手术难度、手术风险，起到事半功倍的效果。

通过建立个体化3D模型,观察患儿解剖结构畸形,在模型上进行术前模拟设计手术方案,术前建立各类畸形的模型，通过轴向铰链的不同位置放置，规划不同畸形的Ilizarov技术矫正方法。术中按术前模拟进行操作,术后患儿恢复效果良好[5]。

2 模型构建在儿童骨科教学应用的优缺点

小儿骨科病种和病患均有一定的特殊性，这种特殊性对医学生的专业技术水平和专业素养均有较高的要求。采用传统教学模式培养已难以满足其临床需求，为培养出适合小儿骨科临床医学生，我们采用不同类型的模型构建配合临床教学，获得了满意的效果，其能促进医学生更好的进入到临床实践情景中，开展相关的实践操作。

不同类型模型构建可以促进学生更简易、直观的了解小儿骨科疾病的发病机理、临床特征。可以尽快掌握临床知识、提高工作兴趣。引起了学生很大的学习兴趣，且印象深刻，比过去枯燥地单纯讲解病例掌握的临床知识要扎实得多。3D打印技术可以根据患者的影像学资料,构建出创伤部位立体实物模型,可以清晰、直观地观察复杂骨折的解剖结构,有助于进一步明确诊断和骨折分型,通过对不同畸形进行模型构建，设计个性化手术方案，将手术操作最优化[6]。通过完善详细的术前计划和术前准备，可以减少手术时间、手术难度、手术风险，起到事半功倍的效果。优化手术方案,减少术后并发症的发生,与传统手术相比具有很大的优越性和发展前景。

相比较而言，人体模型与3D扫描模型较易实现，成本低较易实现。3D打印技术在临床应用中具有很大的优势和发展前景,但3D技术亦存在不足之处，3D打印技术是根据个体化数据制造的产品,具有专一性,因此不能批量生产,价格昂贵,且定制周期较长,不能用于急诊手术。相信随着3D打印技术的不断发展,必将可以弥补这些不足之处。目前3D打印模型我们主要应用于复杂畸形的矫正，手术完成的同时将模型积累起来作为临床教学使用，充分利用教学资源，提高儿童骨科临床教学质量。