關于3D打印脊柱側彎矯形器，你不知道的事

來源： TPM3D 盈普三維

脊柱側彎即脊柱側凸，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，就應懷疑是否為脊柱側彎。

△正常脊柱與脊柱側彎

這個時候應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度的側方彎曲，即可診斷為脊柱側彎。輕度的脊柱側彎通常沒有明顯的不適，外觀上也看不到明顯的軀體畸形。較重的脊柱側彎則會影響嬰幼兒及青少年的生長發(fā)育，使身體變形，嚴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生進行了脊柱狀況普查，脊柱不健康的孩子比例高達68.8%，不同程度脊柱側彎發(fā)病率為20%。

脊柱側彎的分類與成因是什么？
脊柱側彎又分為非結構性和結構性，非結構性是指某些原因引起的暫時性側彎，一旦原因去除，即可恢復正常，但長期存在者，也可發(fā)展成結構性側彎。
結構性脊柱側彎有多種成因，其中以特發(fā)性脊柱側彎最常見，占總數(shù)的75%～85%，發(fā)病原因不清楚，所以稱之為特發(fā)性脊柱側彎。其中青少年發(fā)生特發(fā)性脊柱側彎是最為常見的。

△脊柱側彎的C型與S型

脊柱側彎應該如何治療？
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治療；對于脊柱側彎角度不大，一般20°以內(nèi)特發(fā)性側彎，可以暫不治療，密切觀察；如果側彎角度大于20°不到40°或者因復查X線片側彎角度每年增加超過5°，則需要進行保守治療；如患者為青少年，應盡可能選擇非手術治療，手術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彎最常用的保守治療方式。

△脊柱側彎的治療方式

脊柱側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)點是價格相對便宜、可以二次加熱修整。缺點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，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，對青少年正常的學習、生活產(chǎn)生比較大的影響。

傳統(tǒng)脊柱側彎矯形器的制作流程

2三維掃描與3D打印技術制作脊柱側彎矯形器流程
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)療機構。上海交通大學醫(yī)學轉化學院、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)結合應用的研究，依托盈普的激光燒結三維打印技術制造定制化的保健和康復產(chǎn)品，為病患提供精準醫(yī)療解決方案。

△上海交通大學、陳星海醫(yī)院、盈普合作成立的3D打印應用中心

下面我們通過一個陳星海醫(yī)院的實際案例來了解我們是如何利用新技術來制作脊柱側彎矯形器的：
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彎，在當?shù)蒯t(yī)院檢查發(fā)現(xiàn)側彎度數(shù)并不嚴重，于是家長選擇觀察處理。但今年復查拍片發(fā)現(xiàn)側彎明顯加重，于是到陳星海醫(yī)院康復科就診。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 光片檢查結果顯示，胸椎側彎15°，腰椎側彎23°。孩子目前處于生長發(fā)育期，脊柱側彎有進一步惡化的風險，于是醫(yī)生建議定制3D打印側彎支具對脊柱側彎進行矯正。確定治療方式后，就開始進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行三維掃描，患者無需穿著防護服，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，體驗大大改善。

△三維掃描現(xiàn)場

② 矯形器設計
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，結合X光片在專業(yè)矯形器設計軟件中對曲面模型進行修型、加厚、輕量化，最終設計出可供3D打印的脊椎側彎矯形器STL模型。整個過程根據(jù)具體復雜度不同用時約2-3小時。

△在Rodin4D中進行修型

③ 3D打印
在本案例中，我們選擇盈普P360進行打印，該機的成型尺寸為350×350×590mm，適合青少年矯形器的尺寸，一次任務可以打印一套矯形器和其他中小醫(yī)療模型，兼?zhèn)潇`活性和穩(wěn)定性。當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準打造，并通過德國萊茵TüV CE認證的工業(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打印的脊柱側彎矯形器

△盈普AMT化學蒸汽平滑系統(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，結果顯示胸椎改善到9°，腰椎改善到11°，側彎度數(shù)矯正率超過50％，椎體旋轉、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，進一步將胸腰側彎控制在5°以內(nèi)。后續(xù)計劃每3個月復查一次，半年后根據(jù)脫下支具1天照X光片的情況調整治療方案。總體來看，3D打印脊柱側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，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、精準醫(yī)療的理念和發(fā)展趨勢。

△3D打印脊柱側彎矯形器的制作流程

最后讓我們通過一個視頻了解3D打印脊柱側彎矯形器的制作流程吧。