關(guān)于3D打印脊柱側(cè)彎矯形器，你不知道的事

2021-12-23

什么是脊柱側(cè)彎？

脊柱側(cè)彎即脊柱側(cè)凸，它是一種脊柱的三維畸形。如果從正面看有雙肩不等高或后面看到有后背左右不平，就應(yīng)懷疑是否為脊柱側(cè)彎。

正常脊柱與脊柱側(cè)彎

這個時候應(yīng)該拍攝患者站立位的全脊柱X線片，如果正位X線片顯示脊柱有大于10度的側(cè)方彎曲，即可診斷為脊柱側(cè)彎。輕度的脊柱側(cè)彎通常沒有明顯的不適，外觀上也看不到明顯的軀體畸形。較重的脊柱側(cè)彎則會影響嬰幼兒及青少年的生長發(fā)育，使身體變形，嚴(yán)重者可以影響心肺功能、甚至累及脊髓，造成癱瘓。2017年中國兒童發(fā)展中心對上萬名小學(xué)生進(jìn)行了脊柱狀況普查，脊柱不健康的孩子比例高達(dá)68.8%，不同程度脊柱側(cè)彎發(fā)病率為20%。

脊柱側(cè)彎的分類與成因是什么？

脊柱側(cè)彎又分為非結(jié)構(gòu)性和結(jié)構(gòu)性，非結(jié)構(gòu)性是指某些原因引起的暫時性側(cè)彎，一旦原因去除，即可恢復(fù)正常，但長期存在者，也可發(fā)展成結(jié)構(gòu)性側(cè)彎。

結(jié)構(gòu)性脊柱側(cè)彎有多種成因，其中以特發(fā)性脊柱側(cè)彎最常見，占總數(shù)的75%～85%，發(fā)病原因不清楚，所以稱之為特發(fā)性脊柱側(cè)彎。其中青少年發(fā)生特發(fā)性脊柱側(cè)彎是最為常見的。

脊柱側(cè)彎的C型與S型

脊柱側(cè)彎應(yīng)該如何治療？

首先根據(jù)患者脊柱的畸形程度、年齡、軀干平衡程度等因素判斷是否需要手術(shù)治療；對于脊柱側(cè)彎角度不大，一般20°以內(nèi)特發(fā)性側(cè)彎，可以暫不治療，密切觀察；如果側(cè)彎角度大于20°不到40°或者因復(fù)查X線片側(cè)彎角度每年增加超過5°，則需要進(jìn)行保守治療；如患者為青少年，應(yīng)盡可能選擇非手術(shù)治療，手術(shù)治療通常是在其他方式均無明顯效果后最終采用的方式。支具療法是目前對脊柱側(cè)彎最常用的保守治療方式。

脊柱側(cè)彎的治療方式

脊柱側(cè)彎矯形器是如何制作的？

1. 傳統(tǒng)制作流程

傳統(tǒng)矯形器一般采用石膏取型、修型、熱塑板貼附、裁剪、打磨、安裝內(nèi)襯扎帶的方式制作。優(yōu)點(diǎn)是價格相對便宜、可以二次加熱修整。缺點(diǎn)是整個工藝流程相對繁瑣，石膏取型需要患者參與，降低患者的體驗(yàn)，制作效率較低，一個矯形師一天最多制作3-5個患者的支具，另外傳統(tǒng)矯形器體積較大，難以隱藏，對青少年正常的學(xué)習(xí)、生活產(chǎn)生比較大的影響。

傳統(tǒng)脊柱側(cè)彎矯形器的制作流程

2. 三維掃描與3D打印技術(shù)制作脊柱側(cè)彎矯形器流程

位于廣東省中山市的陳星海醫(yī)院始建于1958年，2020年改為中外合資混合所有制醫(yī)療機(jī)構(gòu)。上海交通大學(xué)醫(yī)學(xué)轉(zhuǎn)化學(xué)院、中山陳星海醫(yī)院和上海弘普數(shù)字化醫(yī)療公司（盈普投資成立的數(shù)字化醫(yī)療公司）合作從事3D打印與康養(yǎng)結(jié)合應(yīng)用的研究，依托盈普的激光燒結(jié)三維打印技術(shù)制造定制化的保健和康復(fù)產(chǎn)品，為病患提供精準(zhǔn)醫(yī)療解決方案。

上海交通大學(xué)、陳星海醫(yī)院、盈普合作成立的3D打印應(yīng)用中心

下面我們通過一個陳星海醫(yī)院的實(shí)際案例來了解我們是如何利用新技術(shù)來制作脊柱側(cè)彎矯形器的：

患者是一名13歲的女孩，家長在一年前發(fā)現(xiàn)孩子疑似患有脊柱側(cè)彎，在當(dāng)?shù)蒯t(yī)院檢查發(fā)現(xiàn)側(cè)彎度數(shù)并不嚴(yán)重，于是家長選擇觀察處理。但今年復(fù)查拍片發(fā)現(xiàn)側(cè)彎明顯加重，于是到陳星海醫(yī)院康復(fù)科就診。醫(yī)生檢查時發(fā)現(xiàn)，孩子身體已經(jīng)有明顯傾斜和偏移，X 光片檢查結(jié)果顯示，胸椎側(cè)彎15°，腰椎側(cè)彎23°。孩子目前處于生長發(fā)育期，脊柱側(cè)彎有進(jìn)一步惡化的風(fēng)險，于是醫(yī)生建議定制3D打印側(cè)彎支具對脊柱側(cè)彎進(jìn)行矯正。確定治療方式后，就開始進(jìn)入矯形器的制作過程。

①?三維掃描

矯形師使用iReal手持式白光掃描儀對患者的軀干進(jìn)行三維掃描，患者無需穿著防護(hù)服，全程也不會產(chǎn)生接觸，整個掃描時間在1分鐘以內(nèi)，一般在掃描完成后患者就可以返回家中等待矯形器完成，與石膏取模相比，體驗(yàn)大大改善。

三維掃描現(xiàn)場

②?矯形器設(shè)計

在掃描獲取患者軀干曲面模型后，矯形師根據(jù)病情與治療方案，結(jié)合X光片在專業(yè)矯形器設(shè)計軟件中對曲面模型進(jìn)行修型、加厚、輕量化，最終設(shè)計出可供3D打印的脊椎側(cè)彎矯形器STL模型。整個過程根據(jù)具體復(fù)雜度不同用時約2-3小時。

在Rodin4D中進(jìn)行修型

③?3D打印

在本案例中，我們選擇盈普P360進(jìn)行打印，該機(jī)的成型尺寸為350×350×590mm，適合青少年矯形器的尺寸，一次任務(wù)可以打印一套矯形器和其他中小醫(yī)療模型，兼?zhèn)?strong>靈活性和穩(wěn)定性。當(dāng)然對于更大尺寸的矯形器，或者一次需要制作多個矯形器和模型的時候，我們還可以選擇S480以及P550DL，前者是按照歐盟最高安全標(biāo)準(zhǔn)打造，并通過德國萊茵TüV CE認(rèn)證的工業(yè)級SLS 3D打印系統(tǒng)，后者則是采用雙激光系統(tǒng)，打印效率更高的大成型尺寸工業(yè)級SLS 3D打印系統(tǒng)，能夠滿足批量生產(chǎn)的要求。

盈普P360、S480、P550DL、以及零件粉體全性能處理工作站(PPS)

從左至右依次為P360、S480、P550DL的成型空間擺放矯形器情況

另外在材料選擇方面，我們使用盈普Precimid1172Pro材料，這款通用型PA12材料具備良好的力學(xué)性能和耐久性能，在滿足對患者施加足夠矯形力的同時，耐磨耐疲勞耐用，患者可以長期穿戴。

?盈普Precimid1172Pro打印的脊柱側(cè)彎矯形器

打印完成后，還可以進(jìn)行化學(xué)蒸汽平滑處理，使矯形器更具韌性，同時防水耐臟，有效避免細(xì)菌滋生。

盈普AMT化學(xué)蒸汽平滑系統(tǒng)

最后，安裝上內(nèi)襯和扎帶就可以穿戴了。穿戴矯形器后，我們再次拍攝了患者的X光片，結(jié)果顯示胸椎改善到9°，腰椎改善到11°，側(cè)彎度數(shù)矯正率超過50％，椎體旋轉(zhuǎn)、骨盆偏移等現(xiàn)象均有所改善。在初次穿戴后，醫(yī)生通過添加壓力墊，進(jìn)一步將胸腰側(cè)彎控制在5°以內(nèi)。后續(xù)計劃每3個月復(fù)查一次，半年后根據(jù)脫下支具1天照X光片的情況調(diào)整治療方案。總體來看，3D打印脊柱側(cè)彎矯形器的矯正效果是比較理想的。

患者第一次穿戴矯形器的X光片

? ? ? 我們從案例中可以看出，相較于傳統(tǒng)矯形器，3D打印脊柱側(cè)彎矯形器能夠起到良好的矯形效果，減少制作步驟，簡化工藝流程，提高制作效率。并且改善患者治療體驗(yàn)，讓青少年佩戴上美觀、重量輕的支具，最大程度降低對青少年日常生活的影響，符合數(shù)字醫(yī)療、精準(zhǔn)醫(yī)療的理念和發(fā)展趨勢。