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3D打印模型制作的硅胶负压吸盘用于治疗漏斗胸的疗效研究

2025-01-14 158 上传者：管理员

摘要：漏斗胸是儿童和青少年常见的先天性胸廓发育畸形。据调查，漏斗胸的发病率为1/400，男女之比约为5∶1[1]。其典型体征为胸壁凹陷、轻度驼背、上腹凸出。由于胸壁凹陷，胸廓前后径缩短，胸腔容积也随之相应减少，致使心、肺等胸腔内的脏器容易受到压迫，进而出现相应的临床症状，如运动耐量低于同龄人、容易疲劳、活动后心悸、呼吸困难、反复出现呼吸道感染等[1—3]，甚至部分患者可能会出现自卑心理[4]。

关键词：
儿童
先天性胸廓发育畸形
呼吸道感染
漏斗胸
青少年
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漏斗胸是儿童和青少年常见的先天性胸廓发育畸形。据调查，漏斗胸的发病率为1/400，男女之比约为5∶1[1]。其典型体征为胸壁凹陷、轻度驼背、上腹凸出。由于胸壁凹陷，胸廓前后径缩短，胸腔容积也随之相应减少，致使心、肺等胸腔内的脏器容易受到压迫，进而出现相应的临床症状，如运动耐量低于同龄人、容易疲劳、活动后心悸、呼吸困难、反复出现呼吸道感染等[1—3]，甚至部分患者可能会出现自卑心理[4]。此外，漏斗胸易合并营养不良和生长发育迟缓，患儿普遍较同龄健康儿童瘦弱、矮小[5]。

国际上漏斗胸常用的治疗方法为手术治疗，是重度漏斗胸唯一有效的治疗方法[6]，但手术具有一定的风险，且术后有可能复发。负压吸盘是目前主要的保守治疗方法[7]，目前临床上使用的负压吸盘大多是预制的，大小和形状固定，很难贴合每个人的胸部形状，尤其是不对称型漏斗胸患者，使用固定形状和型号的预制吸盘已不能满足此类患者精准化治疗的要求。3D打印技术，又称增材制造技术[8—9]，能快速、精准地制造出满足不同个性化需求的物体，正好弥补了传统负压吸盘精确度不高的缺点。本研究的目的是探讨3D打印技术制作个性化负压吸盘用于临床治疗漏斗胸的可行性及疗效观察。

1、资料与方法

1.1一般资料

本研究为前瞻性自身前后对照研究。选取2020年6—12月就诊于佛山市第一人民医院康复医学科门诊的漏斗胸患者作为研究对象。纳入标准：(1)经体格检查、X线/CT检查诊断为漏斗胸的患者；(2)年龄≥3岁。满足以上两条件的患者可纳入本研究。

排除标准：(1)合并严重骨骼系统疾病，如骨质疏松症；(2)合并心脏病或严重血管疾病，如主动脉瘤；(3)合并凝血功能障碍疾病；(4)依从性差，检查、治疗不合作者；(5)患者本人或家属不同意签署知情同意书者。

本研究筛选了23例患者，4例患者因符合排除标准而被排除，3例患者因住校学习紧张，依从性差不能坚持每天完成2次治疗而脱落，共纳入16例患者进行统计学分析。男性12例（75.00%），女性4例（25.00%）；年龄中位数为14.5(3.5,17.5）岁，年龄11岁及以下者7例（43.75%),11岁以上者9例（56.25%）。

1.2 3D打印技术制作个性化负压吸盘的流程

负压吸盘的制作分为6个步骤。步骤1：体位准备：要求患者脱去上衣以暴露胸部，双上肢自然下垂于体侧，采取站立位（幼儿可采取平卧位），保持不动；步骤2：使用3D扫描仪（Ein Scan-Pro，先临三维，中国）扫描患者的胸部，可得到初始的漏斗胸三维模型图像；步骤3：使用Meshlab软件输出STL格式文件；步骤4：利用Geomagic Studio软件对STL文件进行修饰和表面处理，根据患者的漏斗胸形状，设计合理的个性化漏斗胸负压吸盘模型外形，结束后以STL文件格式输出；步骤5：通过3D打印机打印制作所需的漏斗胸负压吸盘模型；步骤6：根据3D打印的吸盘模型，选用硅胶倒模制作漏斗胸负压吸盘（图1—2）。

1.3负压吸盘的使用方法

患者直立位或仰卧位，将负压吸盘放置在胸壁凹陷处，通过手泵持续抽吸空气制造一个负压环境将胸骨提起，具体压力因人而异，但最低要求是吸盘能紧贴胸壁不易掉落。治疗过程中注意循序渐进，缓慢增加治疗时间、负压。10岁以下患儿需在家长监护下使用，及时发现相应的不良反应并根据情况决定是否需要停止使用。

根据前人的研究[7]及本研究团队的经验，本研究中负压吸盘的治疗方案为：适应期：在第1周内，不强制要求患者的使用时间及使用次数，可从1次/d、5min/次，逐渐增加至2次/d,30min/次。压力不做要求，可根据患者自身耐受情况进行调整。治疗期：从第2周起，要求患者每次使用时间至少30min、2次/d，压力不作要求，但吸盘能紧贴胸壁不易掉落。记录每次治疗的时间、压力、不良反应。疗程为3个月。

1.4评定方法

采用Haller指数（HI）来评估漏斗胸的畸形程度，其定义为凹陷最低点的胸廓横径/凹陷最低点到脊柱前方的垂直距离。正常人的HI平均值为2.54,2.54—3.2为轻度漏斗胸，3.2—3.5为中度漏斗胸，>3.5为重度漏斗胸[10]。在测量HI时，应注意鉴别患者是对称型漏斗胸或是不对称型漏斗胸。对于胸骨对称性凹陷的漏斗胸患者，HI中的凹陷最低点到脊柱前方的距离就是指胸骨凹陷最低点至胸椎体前缘的距离；但对于不对称型漏斗胸的患者，HI中的凹陷最低点到脊柱前方的距离则是指胸骨或肋软骨凹陷最低点与其后方椎体前缘水平切线的垂直距离（见图3）。

1.5统计学分析

采用SAS 9.4进行统计分析。符合正态分布的定量资料采用均数±标准差、不符合正态分布的资料用中位数（Q1,Q3）进行统计学描述。患者治疗前、治疗后HI的比较采用配对t检验或Wilcoxon符号秩和检验。

图1 3D打印技术制作负压吸盘的主要步骤

图2 3D打印制作硅胶负压吸盘成品图

图3 不对称型漏斗胸HI的测量方法

2、结果

见图4。16例患者每天使用负压吸盘治疗时间中位数为60.00min，平均负压差为（17.19±3.04)k Pa。HI均值，治疗前为3.28±0.70，治疗3个月后为3.17±0.66，差异具有显著性意义（P<0.05）。

本研究中出现的不良反应包括使用部位出现皮肤瘀斑、轻度疼痛、皮肤水泡。有16例（100%）患者报告在最初使用吸盘时出现轻度疼痛、使用部位出现皮肤瘀斑，疼痛可耐受，停止使用吸盘后疼痛缓解；皮肤瘀斑在停止使用吸盘几个小时后可减轻。7例患者（44%）报告在使用吸盘后出现局部皮肤小水泡，通过降低负压差后水泡消失。无患者需要额外服用药物或者就医，也未出现因为严重的不良反应而退出研究的患者。

图4 1例17岁男性患者治疗前后的疗效对比图

3、讨论

漏斗胸是儿童和青少年时期最常见的一种先天性胸壁畸形，占全部胸壁畸形的90%，不仅影响患者的外观，而且影响心肺功能，甚至影响患者的心理健康，使患者产生自卑心理[1—4]。因此，对漏斗胸患者的及早治疗十分重要。

目前国际上多采用Nuss手术矫正漏斗胸畸形[11]。一部分患者或其监护人由于担心手术并发症，希望选择保守治疗方法。1992年患有漏斗胸的工程师Klobe[12]在自己身上使用自制的负压吸盘，初步证明了负压吸盘治疗漏斗胸的有效性。自此，经过20多年的研究，负压吸盘已逐渐被认为是漏斗胸患者首选的非手术治疗方法。

Haecker[13]在2006年的一项研究显示：患者每天使用2次吸盘，每次至少30min,3个月后，27例患者（79.4%）的胸骨至少抬高1.5cm;12个月后，5例患者（14.7%）的胸骨抬高至正常水平。2011年，Haecker[14]又报道了105例患者（78.9%）在治疗3个月后胸骨抬高超过1cm;18例患者（13.5%）在治疗18个月后胸骨抬高至正常水平，停止治疗后随访5年未见出现复发。在另一个更大样本量的研究中，140例患者每日平均使用负压吸盘107.9min，结果61例患者（43.6%）平均使用21.8个月后胸骨抬高到了正常水平，停止使用负压吸盘后随访27.6个月，无一例患者出现漏斗胸复发[12]。2016年，Lopez[15]指出患者每天平均使用时间为4h,6个月后所有患者好转，其中有31.5%的患者在10个月后凹陷畸形达到了完全矫正。Obermeyer[16]观察115例患者，23例达到了完全矫正，作者发现具备以下条件的患者更有可能获得完全矫正：(1)年龄≤11岁；(2)胸壁凹陷深度≤1.5cm;(3)胸壁柔韧性好；(4)连续治疗>12个月。Schier[17]报道了负压吸盘治疗60例漏斗胸患者的情况，患者年龄为6.1—34.9岁（中位数14.8岁），使用1个月后，85%的患者胸骨抬高1cm;5个月后，20%的患者胸骨抬升到正常水平。作者进一步研究，CT检查发现使用负压吸盘1—2min后，胸骨和肋软骨能成功提起，Nuss手术过程中使用负压吸盘能提起胸壁，扩大胸骨后间隙，引导器更容易通过，从而能减少手术并发症。Togoro[18]也通过CT检查证实了负压吸盘能有效地提起漏斗胸患者的胸骨。Jung[19]比较了Nuss手术与负压吸盘治疗1年的效果，结果显示两组的HI没有显著差异，表明负压吸盘可能是手术替代治疗方法。然而，上述研究使用的负压吸盘都是预制的，大小和形状固定，很难贴合每个人的胸部形状，尤其不对称型漏斗胸患者。近年来迅速发展的3D打印技术有望解决上述问题。但目前国际上有关3D打印制作负压吸盘治疗漏斗胸的研究和报道很少。

2020年我国学者Deng[20]报道了使用3D打印技术制作的个性化负压吸盘治疗漏斗胸的疗效，通过对42例平均年龄为3.6岁儿童进行为期11.1个月随访研究，结果表明3D打印的负压吸盘与传统预制的负压吸盘可能一样有效。本研究的结果也支持这一观点。患者每天使用负压吸盘60min，平均负压差为（17.19±3.04)k Pa。治疗前HI为3.28±0.70，经过3个月的治疗，HI为3.17±0.66,HI治疗前后的差异有显著性意义（P<0.05），且与治疗前相比，有12例患者（75%）治疗后HI降低。

本研究创新地采用HI来评估漏斗胸的严重程度及治疗效果。正常儿童的胸廓大小及外形随年龄增长而存在较大的差异。婴幼儿的胸廓横径较短，HI≈1。2岁以后随着生长发育胸廓呈椭圆柱形，横径逐渐大于前后径，HI逐渐增大。本研究病例年龄均在2岁以上，通过外用负压吸盘治疗后，HI减小，意味着胸廓凹陷最深处的前后径增大比例大于横径增长，说明胸廓凹陷的减轻是负压吸盘作用的效果。HI可避免手工测量凹陷深度不精准的缺点。

本研究中出现的不良反应和文献报道的一致[7]，证明负压吸盘是一种安全的治疗方法。本文研制的3D打印负压吸盘可定制，且不良反应少，解决了传统负压吸盘无个性化的缺陷，值得在临床推广。

本研究的不足之处：样本量较小，未设对照组，观察时间只有3个月，不能反映3D打印负压吸盘的长期效果。今后将开展更大样本量、更长观察时间的研究。

参考文献:

[5]王会,刘威,苏芷惠,等.漏斗胸住院患儿营养状况筛查及影响因素分析[J].中华实用儿科临床杂志,2019,34(18):1415-1417.

[6]施诚仁,金先庆,李仲智.小儿外科学[M].第4版.北京:人民卫生出版社,2009:190-191.

[7]张谦,张娜,陈诚豪,等.负压吸盘在漏斗胸治疗中的应用[J].中华胸心血管外科杂志,2019,35(11):702-704.

[8]黄楚红,黄文华,黄国志.3D打印技术在康复医学中的应用与研究进展[J].中国康复医学杂志,2020,35(1):95-99.

[9]胡航帆,周娅,陈茉弦,等.3D打印在假肢矫形器领域中的应用与发展[J].中国康复医学杂志,2020,35(2):233-237.

[10]吴肇汉,秦新裕,丁强.实用外科学[M].第4版.北京:人民卫生出版社,2017:1383.

基金资助:佛山市重点领域科技攻关项目(2020001005717);佛山市数字化智能制造康复辅具创新工程技术研究中心(011192);

文章来源:钟思琼,刘震,张盘德.3D打印模型制作的硅胶负压吸盘用于治疗漏斗胸的疗效研究[J].中国康复医学杂志,2025,40(01):126-129.