不同類型模型建立在兒童骨科臨床教學(xué)中的應(yīng)用

戴進(jìn)，鄒承達(dá)，金雪梅，陳銘超

（蘇州市吳江區(qū)兒童醫(yī)院/蘇州大學(xué)附屬兒童醫(yī)院吳江院區(qū)，江蘇 蘇州 215000）

0 引言

我院作為蘇州大學(xué)附屬單位，每年承擔(dān)兒科本科生及研究生理論教學(xué)與臨床實(shí)踐教學(xué)。兒童骨科是我院特色科室及省重點(diǎn)科室，由于小兒骨科疾病種類繁多、解剖及功能復(fù)雜抽象，給小兒骨科臨床教學(xué)帶來(lái)較大難度。筆者從事兒童骨科工作十余年，通過(guò)各種類型模型的建立和使用，包括人體模型、Ipadmini3D掃描儀獲取的肢體的3D圖像模型和3D打印成品矯形模型，通過(guò)改革教學(xué)手段，提高骨科臨床教學(xué)帶教質(zhì)量[1]?，F(xiàn)將個(gè)人在兒童骨科臨床教學(xué)中的個(gè)人體會(huì)，總結(jié)如下。

1 兒童骨科臨床教學(xué)中常用的模型

1.1 人體模型

兒童骨科疾病種類繁多，其中大部分為先天性及后天肢體畸形的矯治。疾病多涉及肢體解剖及功能，對(duì)于處于學(xué)習(xí)階段的醫(yī)學(xué)生來(lái)說(shuō)，復(fù)雜的肢體解剖很難只通過(guò)理論知識(shí)了解。我們通過(guò)人體模型構(gòu)建，更簡(jiǎn)易、更直觀、更深入的了解疾病的受傷機(jī)制、治療特點(diǎn)。

如兒童的先天性肌性斜頸，其發(fā)病機(jī)制為胸鎖乳突肌攣縮導(dǎo)致活動(dòng)受限，其治療的黃金時(shí)機(jī)為一歲之內(nèi)牽引按摩。要了解此疾病的發(fā)病機(jī)制、臨床表現(xiàn)及治療方式，首先必須了解胸鎖乳突肌的走向、其收縮后帶來(lái)的體表臨床表現(xiàn)，單純理論講解很難讓學(xué)生了解。我們通過(guò)人體模型演示，可以直觀觀察到頭頸向左旋時(shí)，右側(cè)胸鎖乳突肌是縮短攣縮的；而當(dāng)我們頭頸向左側(cè)傾斜時(shí)，右側(cè)胸鎖乳突肌是被牽張延長(zhǎng)的。如此通過(guò)人體模型的簡(jiǎn)單演示，可以很快了解斜頸的臨床表現(xiàn)及正確的手法按摩方向[2]。簡(jiǎn)單的說(shuō)，如果我們要牽拉右側(cè)胸鎖乳突肌，我們需要：右旋+左傾斜；牽拉左側(cè)胸鎖乳突肌，我們需要：左旋+右傾斜。

1.2 肢體的3D圖像模型

針對(duì)兒童骨科創(chuàng)傷后無(wú)法下地，復(fù)雜的下肢畸形患兒。我們采用Ipadmini3D掃描儀，通過(guò)紅外技術(shù)掃描，運(yùn)行Captevia掃描軟件，可以輕松、無(wú)痛、快速的獲得雙側(cè)肢體的3D圖像。通過(guò)Rodin4D圖像系統(tǒng)導(dǎo)入掃描患者的數(shù)據(jù)，對(duì)圖像進(jìn)行加工處理，從而獲得不同的肢體3D圖像[3]。

如兒童的下肢膝外翻畸形，可以站立的我們拍攝標(biāo)準(zhǔn)站立位雙下肢全長(zhǎng)片。無(wú)法站立的患兒通過(guò)掃描軟件，獲取3D圖像。同時(shí)通過(guò)對(duì)下肢全長(zhǎng)片及不同3D圖像進(jìn)行測(cè)量分析，通過(guò)測(cè)量下肢的機(jī)械軸走向、股骨遠(yuǎn)端外側(cè)角及脛骨近端內(nèi)側(cè)角大小，我們可以了解是否存在膝外翻及判斷膝外翻的來(lái)源。通過(guò)測(cè)量外翻長(zhǎng)骨的近端機(jī)械軸與遠(yuǎn)端機(jī)械軸，測(cè)量其成角旋轉(zhuǎn)中心點(diǎn)，評(píng)估出雙側(cè)肢體的長(zhǎng)度差異，評(píng)估出截骨的位置與截骨的方法。將3D圖像及測(cè)量計(jì)劃簡(jiǎn)易化后，應(yīng)用于臨床教學(xué)，可以獲得事半功倍的效果[4]。

1.3 3D成品矯形模型

3D打印可以為四肢畸形患者制造個(gè)體化解剖模型,通過(guò)對(duì)模型進(jìn)行術(shù)前模擬，構(gòu)建不同畸形的矯形模型，獲取個(gè)性化手術(shù)方案。

膝外翻畸形是兒童發(fā)育過(guò)程中常見(jiàn)的畸形，表現(xiàn)為肢體在冠狀位上向內(nèi)側(cè)成角，脛骨相對(duì)股骨向外側(cè)偏移。如雙側(cè)膝外翻畸形，也稱為“X”型腿，表現(xiàn)為站立或平臥時(shí)雙膝靠攏后雙內(nèi)踝存在明顯距離。如單側(cè)膝外翻畸形，又稱“K”型腿畸形。

兒童膝外翻畸形根據(jù)其發(fā)病誘因，我們可分為生理性膝外翻、病理性膝外翻和創(chuàng)傷性膝外翻。兒童出生時(shí)下肢一般存在 10°-15°內(nèi)翻，隨年齡增長(zhǎng)，大約1歲半時(shí)變直。2歲后逐漸出現(xiàn)外翻，3歲時(shí)達(dá)到最大外翻，到11歲可達(dá)到成人水平。故臨床上，2-6歲的兒童會(huì)表現(xiàn)為生理性膝外翻畸形。病理性膝外翻畸形是指兒童長(zhǎng)骨骺板存在結(jié)構(gòu)性缺陷或病理性改變，從而引起骺板兩側(cè)生長(zhǎng)不對(duì)稱，表現(xiàn)為膝外翻畸形。常見(jiàn)原因有骨骺或干骺端腫瘤、代謝性疾病如佝僂病、先天性甲低、先天性骨骼發(fā)育不良等。

創(chuàng)傷性膝外翻畸形是臨近膝關(guān)節(jié)的創(chuàng)傷骨折后所致，主要包括股骨遠(yuǎn)端干骺端骨折、股骨遠(yuǎn)端骨骺骨折、脛骨近端骨骺骨折和脛骨近端干骺端骨折。與成人不同，兒童由于處于生長(zhǎng)發(fā)育階段，大部分膝外翻畸形均源于外傷引起骺板生長(zhǎng)不對(duì)稱所致。

兒童創(chuàng)傷性膝外翻畸形大都源于膝關(guān)節(jié)周圍的骨折，包括股骨遠(yuǎn)端的干骺端骨折與骨骺骨折、脛骨近端的干骺端與骨骺骨折。其原始暴力多來(lái)源于車禍或重物直接暴力作用于伸直位膝關(guān)節(jié)外側(cè)，少部分為摔傷后間接暴力引起。

對(duì)于兒童創(chuàng)傷性膝外翻畸形有很多理論解釋，對(duì)于不同部位、不同年齡及骨折不同類型及不同的處理方法，可能其引起膝外翻的機(jī)制亦不同。

對(duì)于大齡兒童、特別是大體重兒童，如果為完全性、不穩(wěn)定骨折，如果復(fù)位不佳、未采用堅(jiān)強(qiáng)固定，加上骨折未愈合前過(guò)早負(fù)重下地均會(huì)引起復(fù)位角度丟失，出現(xiàn)逐漸加重的膝外翻畸形。

如果外傷引起股骨遠(yuǎn)端外側(cè)或脛骨近端外側(cè)骨骺損傷，特別是墜落傷引起的Salter-HarrisⅣ型和Ⅴ型骨骺骨折。引起股骨遠(yuǎn)端外側(cè)或脛骨近端外側(cè)骨橋形成，導(dǎo)致內(nèi)外側(cè)骺板生長(zhǎng)不對(duì)稱，也會(huì)引起膝外翻畸形。

外固定是通過(guò)體外裝置將骨連接固定已治療骨損傷及矯正骨骼畸形的一種方法，1831年，美國(guó)人Emsberry描述了第一個(gè)外固定器。1950年起，前蘇聯(lián)眾多專家大力推動(dòng)了外固定的發(fā)展，其中G.A.Ilizarov教授發(fā)現(xiàn)張力-應(yīng)力法則，從而設(shè)計(jì)了Ilizarov環(huán)形外固定器，通過(guò)牽拉成骨技術(shù)與牽拉組織再生技術(shù)，應(yīng)用于各種嚴(yán)重的骨骼創(chuàng)傷及肢體畸形矯正。Leonid N.Solomin教授在Ilizarov環(huán)形架的基礎(chǔ)上，創(chuàng)立了外固定架統(tǒng)一命名方法，闡述了穿針平面及穿針通道的概念。1989年，潘少川教授從國(guó)外引進(jìn)了Ilizarov環(huán)形架技術(shù)應(yīng)用于小兒骨科，在臨床廣泛用過(guò)肢體畸形的矯正中，該技術(shù)相比與成人絕對(duì)穩(wěn)定的鋼板螺釘固定，具有損傷小、術(shù)后通過(guò)模塊轉(zhuǎn)換可以精準(zhǔn)調(diào)節(jié)畸形。

兒童骨骼的特點(diǎn)，具有強(qiáng)大的愈合和塑形能力，使用外固定，可以避開(kāi)骨骺，可以縮短固定時(shí)間，且外固定去除方便，必要的時(shí)候甚至可以跨關(guān)節(jié)固定。如果術(shù)前評(píng)估肢體存在不等長(zhǎng)，通過(guò)外固定在矯正肢體成角畸形的同時(shí)，可以逐步矯正肢體不等長(zhǎng)。相對(duì)于術(shù)中一期矯正畸形，Ilizarov環(huán)行架技術(shù)為術(shù)后逐步矯正外翻畸形，從而可以明顯減少對(duì)血管神經(jīng)的損傷風(fēng)險(xiǎn)。

Ilizarov技術(shù)由于采用體外固定，術(shù)后極易出現(xiàn)針道感染、克氏針?biāo)蓜?dòng)，矯正畸形后軟組織壓迫、關(guān)節(jié)攣縮等并發(fā)癥，故術(shù)后家屬依從性要求較高，最好的方案是矯正外翻畸形后再行運(yùn)動(dòng)康復(fù)治療。

青少年膝外翻畸形截骨矯形，不管是行股骨遠(yuǎn)端截骨，還是脛骨近端截骨術(shù)，相比于半骺阻滯術(shù)，截骨術(shù)操作難度大、損傷大、風(fēng)險(xiǎn)大。故完善詳細(xì)的術(shù)前計(jì)劃和術(shù)前準(zhǔn)備，可以減少手術(shù)時(shí)間、手術(shù)難度、手術(shù)風(fēng)險(xiǎn)，起到事半功倍的效果。

通過(guò)建立個(gè)體化3D模型,觀察患兒解剖結(jié)構(gòu)畸形,在模型上進(jìn)行術(shù)前模擬設(shè)計(jì)手術(shù)方案,術(shù)前建立各類畸形的模型，通過(guò)軸向鉸鏈的不同位置放置，規(guī)劃不同畸形的Ilizarov技術(shù)矯正方法。術(shù)中按術(shù)前模擬進(jìn)行操作,術(shù)后患兒恢復(fù)效果良好[5]。

2 模型構(gòu)建在兒童骨科教學(xué)應(yīng)用的優(yōu)缺點(diǎn)

小兒骨科病種和病患均有一定的特殊性，這種特殊性對(duì)醫(yī)學(xué)生的專業(yè)技術(shù)水平和專業(yè)素養(yǎng)均有較高的要求。采用傳統(tǒng)教學(xué)模式培養(yǎng)已難以滿足其臨床需求，為培養(yǎng)出適合小兒骨科臨床醫(yī)學(xué)生，我們采用不同類型的模型構(gòu)建配合臨床教學(xué)，獲得了滿意的效果，其能促進(jìn)醫(yī)學(xué)生更好的進(jìn)入到臨床實(shí)踐情景中，開(kāi)展相關(guān)的實(shí)踐操作。

不同類型模型構(gòu)建可以促進(jìn)學(xué)生更簡(jiǎn)易、直觀的了解小兒骨科疾病的發(fā)病機(jī)理、臨床特征?？梢员M快掌握臨床知識(shí)、提高工作興趣。引起了學(xué)生很大的學(xué)習(xí)興趣，且印象深刻，比過(guò)去枯燥地單純講解病例掌握的臨床知識(shí)要扎實(shí)得多。3D打印技術(shù)可以根據(jù)患者的影像學(xué)資料,構(gòu)建出創(chuàng)傷部位立體實(shí)物模型,可以清晰、直觀地觀察復(fù)雜骨折的解剖結(jié)構(gòu),有助于進(jìn)一步明確診斷和骨折分型,通過(guò)對(duì)不同畸形進(jìn)行模型構(gòu)建，設(shè)計(jì)個(gè)性化手術(shù)方案，將手術(shù)操作最優(yōu)化[6]。通過(guò)完善詳細(xì)的術(shù)前計(jì)劃和術(shù)前準(zhǔn)備，可以減少手術(shù)時(shí)間、手術(shù)難度、手術(shù)風(fēng)險(xiǎn)，起到事半功倍的效果。優(yōu)化手術(shù)方案,減少術(shù)后并發(fā)癥的發(fā)生,與傳統(tǒng)手術(shù)相比具有很大的優(yōu)越性和發(fā)展前景。

相比較而言，人體模型與3D掃描模型較易實(shí)現(xiàn)，成本低較易實(shí)現(xiàn)。3D打印技術(shù)在臨床應(yīng)用中具有很大的優(yōu)勢(shì)和發(fā)展前景,但3D技術(shù)亦存在不足之處，3D打印技術(shù)是根據(jù)個(gè)體化數(shù)據(jù)制造的產(chǎn)品,具有專一性,因此不能批量生產(chǎn),價(jià)格昂貴,且定制周期較長(zhǎng),不能用于急診手術(shù)。相信隨著3D打印技術(shù)的不斷發(fā)展,必將可以彌補(bǔ)這些不足之處。目前3D打印模型我們主要應(yīng)用于復(fù)雜畸形的矯正，手術(shù)完成的同時(shí)將模型積累起來(lái)作為臨床教學(xué)使用，充分利用教學(xué)資源，提高兒童骨科臨床教學(xué)質(zhì)量。