3D打印个性化颈椎矫治枕的设计与临床应用

doi:10.12307/2021.335

中国组织工程研究 ›› 2021, Vol. 25 ›› Issue (36): 5741-5746.doi: 10.12307/2021.335

• 数字化骨科 digital orthopedics • 下一篇

3D打印个性化颈椎矫治枕的设计与临床应用

魏浩馨1，王彩萍2，邓迁3，宋艳1，王孝文1，王金武2

1潍坊医学院康复医学院，山东省潍坊市 261053；2上海交通大学医学院附属第九人民医院骨科，上海市 200011；3西南交通大学医学院，四川省成都市 611756

收稿日期:2021-01-11 修回日期:2021-01-12 接受日期:2021-02-27 出版日期:2021-12-28 发布日期:2021-09-16
通讯作者: 王孝文，博士，主任医师，副教授，潍坊医学院康复医学院，山东省潍坊市 261053 王金武，博士，教授，主任医师，上海交通大学医学院附属第九人民医院骨科，上海市 200011
作者简介:魏浩馨，女，1994年生，山东省潍坊市人，汉族，潍坊医学院在读硕士，主要从事康复医学与理疗学方面的研究。
基金资助:
国家科技部重点研发计划项目(2018YFB1105600)，项目负责人：王金武；国家科技部重点研发计划项目(2018YFC2002300，2018YFC2001300)，项目参与人：王金武；上海市科委项目(19441908700)，项目负责人：王金武；上海市科委项目(19441917500)，项目参与人：王金武；上海交通大学医学院转化医学创新基金资助(TM201915)，项目负责人：王金武；上海交通大学医学院附属第九人民医院临床研究型MDT项目(201914)，项目负责人：王金武；潍坊医学院教研课题实践教学改革与研究专项(2019ZXSJ001)，项目负责人：王孝文

Design and clinical application of personalized cervical spine correction pillow with three-dimensional printing

Wei Haoxin1, Wang Caiping2, Deng Qian3, Song Yan1, Wang Xiaowen1, Wang Jinwu2

1School of Rehabilitation Medicine, Weifang Medical University, Weifang 261053, Shandong Province, China; 2Department of Orthopedic Surgery, Shanghai Ninth People’s Hospital, Shanghai Jiao Tong University School of Medicine, Shanghai 200011, China; 3College of Medicine, Southwest Jiaotong University, Chengdu 611756, Sichuan Province, China

Received:2021-01-11 Revised:2021-01-12 Accepted:2021-02-27 Online:2021-12-28 Published:2021-09-16
Contact: Wang Xiaowen, MD, Chief physician, Associate professor, School of Rehabilitation Medicine, Weifang Medical University, Weifang 261053, Shandong Province, China Wang jinwu, md, professer, chief physician, Department of Orthopedic Surgery, Shanghai Ninth People’s Hospital, Shanghai Jiao Tong University School of Medicine, Shanghai 200011, China
About author:Wei Haoxin, Master candidate, School of Rehabilitation Medicine, Weifang Medical University, Weifang 261053, Shandong Province, China
Supported by:
the Key Research and Development Project of the Ministry of Science and Technology of China, Nos. 2018YFB1105600 (to WJW), 2018YFC2002300 and 2018YFC2001300 (both to WJW [project participant]); Project of Shanghai Science and Technology Commission, Nos. 19441908700 (to WJW) and 19441917500 (to WJW [project participant]); Translational Medicine Innovation Project of Shanghai Jiao Tong University School of Medicine, No. TM201915 (to WJW); Clinical Research Project of Multi-Disciplinary Team, Shanghai Ninth People’s Hospital, Shanghai Jiao Tong University School of Medicine, No. 201914 (to WJW); Practice teaching Reform and Research Project of Weifang Medical University, No. 2019ZXSJ001 (to WXW)

摘要/Abstract

摘要：

文题释义：

3D打印个性化颈椎矫治枕：利用影像数据和三维体表信息，通过计算机辅助设计，3D打印出的一种个性化的、拟具备矫正颈椎曲度功能的颈椎治疗枕。
颈椎曲度：即矢状位下颈椎的弯曲形态。正常颈椎生理曲度为前凸的弧形结构，主要依靠椎间盘前宽后窄的形状来维持，具有缓冲应力、减轻震荡损伤及保护脊髓的作用，是观察和衡量颈椎形态的重要尺度。按Borden测量法，其正常值为(12±5) mm，低于或高于正常值为颈椎曲度异常。

背景：颈椎曲度的异常改变在颈椎病中普遍存在，虽然颈椎病多以保守治疗为主，但大部分仅采用对症治疗方案，忽略了保守治疗中对异常颈椎曲度的矫正。
目的：观察在颈椎病健康宣教、热性理疗、早期口服药物治疗基础上联合夜间睡眠时使用3D打印个性化颈椎矫治枕治疗颈椎病的临床疗效。
方法：选择2019年7月至2020年12月上海交通大学医学院附属第九人民医院收治的33例颈椎病患者为研究对象，在给予颈椎病健康宣教、热性理疗、治疗早期常规口服药物基础上，所有患者睡眠时均采用3D打印个性化颈椎矫治枕治疗，连续使用24周。观察治疗前、后患者颈椎曲度(Borden氏法测量)、颈椎功能障碍指数、疼痛目测类比评分、匹兹堡睡眠质量指数的改善情况，并评价总体临床疗效。

结果与结论：①与治疗前相比，治疗24周后患者颈椎曲度Borden值提高，差异有显著性意义(P < 0.05)；②与治疗前相比，治疗24周后患者颈椎功能障碍指数、目测类比评分及匹兹堡睡眠质量指数均降低，差异有显著性意义(P < 0.05)；③治疗24周后，患者临床疗效总有效率为88%；④结果表明，在颈椎病健康宣教、热性理疗与早期口服药物治疗基础上，联合夜间睡眠时使用3D打印个性化颈椎矫治枕能有效纠正和恢复颈椎生理曲度，减轻患者颈肩部肌肉疼痛及提高睡眠质量，是治疗伴有颈椎曲度异常颈椎病患者的有效方法。

https://orcid.org/0000-0002-0966-1257 (魏浩馨)

中国组织工程研究杂志出版内容重点：人工关节；骨植入物；脊柱；骨折；内固定；数字化骨科；组织工程

关键词: ">颈椎病, 颈椎曲度, 颈椎枕, 3D打印, 康复辅具

Abstract: BACKGROUND: Abnormal changes of cervical curvature are common in cervical spondylosis. Although conservative treatment is the main treatment for cervical spondylosis, symptomatic treatment is adopted in most cases, and the correction of abnormal cervical curvature is ignored in conservative treatment.
OBJECTIVE: To observe the clinical effect on cervical spondylosis treated by three-dimensional (3D) printing personalized cervical vertebra correction pillow combined with health education of cervical spondylosis, thermal physiotherapy, and oral drugs in early treatment.
METHODS: A total of 33 patients with cervical spondylosis admitted in Shanghai Ninth People’s Hospital, Shanghai Jiao Tong University School of Medicine from July 2019 to December 2020 were selected as the research objects. Based on health education for cervical spondylosis, thermal therapy, and routine oral drugs in early treatment, all patients were asked to use 3D printing personalized cervical vertebra correction pillow during sleep, for 24 continuous weeks. The improvement of cervical curvature (Borden’s method), the Neck Disability Index, Visual Analogue Scale score and Pittsburgh Sleep Quality Index before and after treatment were observed and the overall clinical efficacy was evaluated.
RESULTS AND CONCLUSION: Compared with baseline data, Borden value of cervical curvature was significantly increased in the patients after 24-week treatment (P < 0.05). After treatment, Neck Disability Index, Visual Analogue Scale score and Pittsburgh Sleep Quality Index were all significantly decreased (P < 0.05). After treatment, the total effective rate of clinical efficacy was 88%. These findings indicate that based on the health education of cervical spondylosis, thermal physiotherapy and oral drugs in early treatment, the use of 3D printing personalized cervical vertebra correction pillow during sleep at night can effectively correct and restore the cervical physiological curvature, reduce the pain of patients’ neck and shoulder muscles and improve sleep quality, which is an effective method for the treatment of patients with cervical spondylosis with abnormal cervical curvature.

Key words: cervical spondylosis, cervical curvature, cervical pillow, 3D printing, rehabilitation aids

中图分类号:

魏浩馨, 王彩萍, 邓迁, 宋艳, 王孝文, 王金武. 3D打印个性化颈椎矫治枕的设计与临床应用[J]. 中国组织工程研究, 2021, 25(36): 5741-5746.

Wei Haoxin, Wang Caiping, Deng Qian, Song Yan, Wang Xiaowen, Wang Jinwu. Design and clinical application of personalized cervical spine correction pillow with three-dimensional printing[J]. Chinese Journal of Tissue Engineering Research, 2021, 25(36): 5741-5746.

图/表（结果） 5

2.1 参与者数量分析纳入33例颈椎病患者，3例患者因治疗前、后拍摄的颈椎X射线侧位片不符合标准而脱落，共30例患者进入结果分析。
2.2 试验流程图见图4。

2.3 临床评估指标治疗24周后患者颈椎曲度Borden值显著高于治疗前，差异有显著性意义(P < 0.05)；治疗24周后，患者NDI、疼痛目测类比评分、PSQI均明显降低，差异有显著性意义(P < 0.05)，见表2。

2.4 治疗总有效率治疗24周后评估患者临床疗效，治愈5例，显效18例，有效6例，无效1例，脱落3例，临床总有效率为88%，见表3。

2.5 典型病例影像资料
典型病例1：男性31岁神经根型颈椎病患者行颈椎病健康宣教、热性理疗、早期药物+夜间颈椎矫治枕治疗。治疗前颈椎曲度变直，为3.67 mm；治疗24周后颈椎曲度恢复到正常范围，为7.65 mm，患者原有症状与体征消失，颈与肢体功能恢复正常，无不良事件发生，见图5。

典型病例2：女性52岁神经根型颈椎病患者行颈椎病健康宣教、热性理疗、早期药物+夜间颈椎矫治枕治疗。治疗前颈椎曲度变直，为2.09 mm；治疗24周后颈椎曲度恢复至7.52 mm，患者原有症状与体征明显缓解，颈与肢体功能明显提高，无不良事件发生，见图6。 2.6 不良反应观察的不良反应包括颈部疼痛是否加重，颈部及周围皮肤是否出现过敏和瘀斑，颈部及周围软组织是否出现损伤，血压、心率等相关的循环系统指标是否改变，头晕、恶心、呕吐等不适临床症状是否出现或加重等，纳入研究的患者均无不良反应产生。

参考文献

[1] 李增春,陈德玉,吴德升,等. 第三届全国颈椎病专题座谈会纪要[J]. 中华外科杂志,2008,46(23):1796-1799.
[2] ZHAO H, DUAN LJ, GAOYS, et al. What is the superior surgical strategy for bi-level cervical spondylosis-anterior cervical disc replacement or anterior cervical decompression and fusion? A meta-analysis from 11 studies. Medicine (Baltimore). 2018;97:e0005.
[3] 曹丽,郑浩江,王茹,等.高校教职工颈椎病患病情况及颈椎保健枕与颈椎病的相关性研究[J].中国社区医师,2020,36(14):170-171.
[4] LV YW, TIAN W, CHEN DF, et al. The prevalence and associated factors of symptomatic cervical Spondylosis in Chinese adults: a community-based cross-sectional study. BMC Musculoskelet Disord. 2018;19:325.
[5] FERRARA LA. The biomechanics of cervical spondylosis. Adv Orthop. 2012;2012:493605.
[6] ALPAYCI M, ILTER S. Isometric exercise for the cervical extensors can help restore physiological lordosis and reduce neck pain: A randomized controlled Ttrial.Am J Phys Med Rehabil. 2017;96:621-626.
[7] GROB D, FRAUENFELDER H, MANNION AF. The association between cervical spine curvature and neck pain. Eur Spine J. 2007;16:669-678.
[8] LEE MY, JEON H, CHOI JS, et al. Efficacy of modified cervical and shoulder retraction exercise in patients with loss of cervical lordosis and neck pain. Ann Rehabil Med. 2020;44:210-217.
[9] 张明才,石印玉,王翔,等.颈椎生理曲度异常对颈椎病发病作用的病例对照研究[J].中国骨伤,2010,23(10):746-749.
[10] FUJIMORI T, LE H,SCHAIRER W, et al. The relationship between cervical degeneration and global spinal alignment in patients with adult spinal deformity. Clin Spine Surg. 2017;30:E423-E429.
[11] CHO SK, KIMJS, OVERLEY SC, et al. Cervical laminoplasty: Indications, surgical considerations, and clinical outcomes. J Am Acad Orthop Surg. 2018;26:e142-e152.
[12] FERNÁNDEZ CJ, SIERRA SE, BELTRAN AH, et al. Neural tension technique improves immediate conditioned pain modulation in patients with chronic neck pain: A randomized clinical trial. Pain Med. 2019;20: 1227-1235.
[13] 李秀东,李磊,白海军,等.颈椎康复操对颈椎病患者康复训练效果的影响[J].中国康复理论与实践,2013,19(12):1183-1185.
[14] 国家中医药管理局.中医病证诊断疗效标准[M].南京:南京大学出版社,1994:189-190.
[15] BORDEN AG, RECHTMAN AM, GERSHON CJ. The normal cervical lordosis. Radiology. 1960;74:806-809.
[16] PENNINGS JS, KHAN I, DAVIDSON CA, et al. Using PROMIS-29 to predict Neck Disability Index (NDI) scores using a national sample of cervical spine surgery patients. Spine J. 2020;20:1305-1315.
[17] BEHREND CJ,SCHÖNBACH EM,VACCARO AR, et al. Maximum pain on visual analog scales in spinal disorders. Spine J. 2017;17:1061-1065.
[18] MOLLAYEVA T, THURAIRAJAH P, BURTON K, et al. The Pittsburgh sleep quality index as a screening tool for sleep dysfunction in clinical and non-clinical samples: A systematic review and meta-analysis. Sleep Med Rev. 2016;25:52-73.
[19] BULUT MD,ALPAYCI M,ŞENKÖY E, et al. Decreased vertebral artery hemodynamics in patients with loss of cervical lordosis. Med Sci Monit. 2016;22:495-500.
[20] 覃兴乐.颈椎生理曲度改变影响因素最新研究进展[J].右江民族医学院学报,2019,41(3):338-341.
[21] 王拥军.施杞教授关于颈椎病理论与临床的探讨[J].中国中医骨伤科杂志,1997,5(2):60-62.
[22] 王黎明,吕宏乐,关海森,等.颈椎生理曲度异常与颈椎病发病关系分析[J].中国医药科学,2015,5(18):173-174+202.
[23] MIYAZAKI M,HYMANSON HJ,MORISHITA Y, et al. Kinematic analysis of the relationship between sagittal alignment and disc degeneration in the cervical spine.Spine (Phila Pa 1976). 2008;33:E870-876.
[24] YOON SY, MOON HI, LEE SC, et al. Association between cervical lordotic curvature and cervical muscle cross-sectional area in patients with loss of cervical lordosis. Clin Anat. 2018;31:710-715.
[25] 洪海平,陶冶,钟诚,等.超微针刀颈枕快速松解术结合颈椎微调法治疗青年颈椎曲度异常[J].中国骨伤,2020,33(6):524-529.
[26] KIM KR,LEE CK, PARK JY, et al. Preoperative parameters for predicting the loss of lordosis after cervical laminoplasty. Spine (Phila Pa 1976). 2020;45:1476-1484.
[27] ZHANG JT, LI JQ, NIU RJ, et al. Predictors of cervical lordosis loss after laminoplasty in patients with cervical spondylotic myelopathy. Eur Spine J. 2017;26:1205-1210.
[28] GAO K, ZHANG JL, LAI JQ, et al. Correlation between cervical lordosis and cervical disc herniation in young patients with neck pain. Medicine (Baltimore). 2019;98:e16545.
[29] MOUSTAFA IM, DIAB AAM, HEGAZY FA, et al. Does rehabilitation of cervical lordosis influence sagittal cervical spine flexion extension kinematics in cervical spondylotic radiculopathy subjects? J Back Musculoskelet Rehabil. 2017;30(4):937-941.
[30] 王金武,徐建广,朱海波,等.椎孔外颈神经卡压综合征的鉴别性诊治[J].上海交通大学学报(医学版),2006,26(2):117-119.
[31] OKADA E, MATSUMOTO M, ICHIHARA D, et al. Does the sagittal alignment of the cervical spine have an impact on disk degeneration? Minimum 10-year follow-up of asymptomatic volunteers. Eur Spine J. 2009;18:1644-1651.
[32] KATZ EA, KATZ SB, FEDORCHUK CA, et al. Increase in cerebral blood flow indicated by increased cerebral arterial area and pixel intensity on brain magnetic resonance angiogram following correction of cervical lordosis. Brain Circ. 2019;5:19-26.
[33] MOSER N, MIOR S, NOSEWORTHY M, et al. Effect of cervical manipulation on vertebral artery and cerebral haemodynamics in patients with chronic neck pain: a crossover randomised controlled trial. BMJ Open. 2019;9:e025219.
[34] VALENZA MC, VALENZA G, GONZÁLEZ JE, et al. Alteration in sleep quality in patients with mechanical insidious neck pain and whiplash-associated neck pain.Am J Phys Med Rehabil. 2012;91:584-591.
[35] KIM SH, LEE DH, YOON KB, et al. Factors associated with increased risk for clinical insomnia in patients with chronic neck pain. Pain Physician. 2015;18:593-598.
[36] DI CA, MINGANTI C, QUARANTA F, et al. Effectiveness of a new cervical pillow on pain and sleep quality in recreational athletes with chronic mechanical neck pain: a preliminary comparative study. J Sports Med Phys Fitness. 2017;57:1154-1161.
[37] CHOO YJ, BOUDIER RM, CHANG MC. 3D printing technology applied to orthosis manufacturing: narrative review. Ann Palliat Med. 2020;9: 4262-4270.
[38] LUNSFORD C, GRINDLE G, SALATIM B, et al. Innovations with 3-Dimensional printing in physical medicine and rehabilitation:A review of the literature. PM R. 2016;8(12):1201-1212.
[39] 吴风霞,冯祖德.睡姿和枕高对颈椎应力影响的三维有限元分析[J].中国组织工程研究,2012,16(52):9776-9781.
[40] REN S,WONG DWC,YANG H, et al. Effect of pillow height on the biomechanics of the head-neck complex: investigation of the cranio-cervical pressure and cervical spine alignment. Peer J. 2016;4:e2397.

引言

材料方法

1.1 设计回顾性病例分析，自身前后对照试验，配对样本t检验。
1.2 时间及地点于2019年7月至2020年12月在上海交通大学医学院附属第九人民医院3D打印门诊中心完成。
1.3 对象将2019年7月至2020年12月在上海交通大学医学院附属第九人民医院3D打印门诊中心收治的33例符合条件的颈椎病患者纳入研究，其中男12例，女21例；年龄18-60岁，平均(33.94±12.18)岁；病程3-24个月，平均(9.52±5.57)个月；其中颈型颈椎病6例，神经根型颈椎病24例，脊髓型颈椎病2例，椎动脉型颈椎病1例。治疗前均有颈肩部及肩胛内侧缘肌肉僵硬酸麻和疼痛、颈椎活动范围受限，1例头颈部旋转时有眩晕，11例颈椎活动时产生异常声响。所有患者对此次研究均知情并签署知情同意书，研究方案符合《赫尔基宣言》和上海交通大学医学院附属第九人民医院对研究的相关伦理要求。
纳入标准：①符合1994年颁布的《中医病证诊断疗效标准》和/或2008年第三届“全国颈椎病专题座谈会纪要”的诊断标准[1，14]；②X射线片显示颈椎曲度减小变直、反弓异常改变；③年龄为18-70岁的中国男性/女性；④意识清醒，可配合治疗、评估者。
排除标准：①凡不符合上述纳入标准者；②1个月内已接受其他有关治疗，可能影响此次研究的有效观察指标者；③有明显手术指征者；④颈部有脱位、骨折、肿瘤及强直性脊柱炎等颈部疾病；⑤患有严重的心脑血管疾病或伴有重要器官损害性疾病者及孕妇、哺乳期妇女和精神病患者。
1.4 材料 3D打印个性化颈椎矫治枕的材料参数见表1。

1.5 方法
1.5.1 3D打印个性化颈椎矫治枕的制作方法
(1)颈部3D扫描取模：患者站立位，保持双眼平视前方、头稍后仰、双上肢自然下垂置于躯干两侧的姿势，采用便携式三维光学扫描仪(Structure Sensor MARKⅡ，美国；便携式平板Apple Ipad11.4.1，美国)对其头部、颈部及双侧肩峰下10 cm以上范围进行扫描，见图1A，尽量无衣物遮挡。扫描者位于患者正前方，打开iPad上Structure Sensor扫描仪的配套APP Scanner，见图1B，双手持iPad，调整扫描仪与患者距离及Scanner的扫描范围大小，使头部和颈肩部完全呈现在Scanner可扫范围内，围绕患者进行360°转动，扫描成功的部位将由白色覆盖，见图1C，结束后点击“完成”即可。扫描全程约2 min，扫描环境要求尽量避光、减少杂物。

(2)个性化设计(专利公开号：CN 110464176 A，作者所在课题组专利)
确定颈椎弧度：将颈部三维模型与患者颈椎侧位X射线片一同导入三维建模软件SOLDWORKS(2018版)，通过调整模型透明度使透过颈椎X射线片看到颈部光学扫描图像后进行匹配校准。然后根据患者颈椎曲度异常情况、颈椎退变程度、临床症状轻重和年龄等一步调整或分阶段调整原有颈椎曲度至正常颈椎曲度，其具体做法为：采用Harrision法设置预矫正的颈椎曲度大小，即通过调整C2椎体后缘切线的平行线与C7椎体后缘切线的平行线使颈椎曲度改变；依据矫正后的曲度确定圆心(C2椎体后缘平行线的垂线与C7椎体后缘平行线的垂线的交点，即圆心)，结合圆心以及包含患者头部的颈椎侧位X射线片和颈部光学三维扫描文件，调整半径大小，从而确定颈部枕区的个性化颈椎弧度，见图2A。
确定头部枕区及限制枕区曲线：将颈部枕区的颈椎弧度沿患者头部形状以样条曲线继续延伸，形成凹陷，构造出头部枕区曲线；将头部枕区曲线沿患者头部形状以样条曲线形式继续延伸，直至患者头部不会对该颈椎矫治枕有垂直方向作用处，形成限制枕区的限制曲线，见图2B。
确定颈椎枕底部直线：根据颈椎枕高度构造出枕区底部直线线段，其高度为个性化颈部枕区颈椎弧度的最凸点至肩峰下10 cm背部处距离加2 cm，即为个性化颈椎矫治枕高度，见图2B。

颈椎枕三维模型建立与打印：将颈部枕区的颈椎弧度、头部枕区的头部曲线、限制枕区的限制曲线和枕区底部直线线段形成闭合曲线，经过建模处理后：包括裁剪封闭曲线以外的多余线条及曲线，见图3A，实体拉伸，见图3B，获得个性化颈椎枕三维模型。最后将颈椎枕三维模型导入3D打印设备，通过选择性激光烧结SLS方式打印成实体，所用材料为热塑性聚氨酯弹性体橡胶TPU，见图3C。

1.5.2 治疗方法所有患者均在睡眠时采用3D打印个性化颈椎矫治枕进行治疗，具体操作方法：采取仰卧位睡姿，将头部置于中立位，C4-5置于颈椎枕最高点，使用时间贯穿整个睡眠过程，治疗初期为防止患者不适应可每天使用两三小时，后逐渐增加使用时间，直至整个睡眠过程8 h。同时对所有患者予以颈椎健康宣教、日常作息调整及热性理疗(采用睡前热水淋浴颈肩部方式，水温控制范围36-38 ℃，以37 ℃为宜，每晚睡前淋浴，15 min/次，≥3次/周，注意避免烫
伤)；早期疼痛等症状重时依据实际情况予以口服塞来昔布胶囊(商品名：西乐葆，辉瑞制药有限公司，200 mg/次，
1次/d)或氨酚曲马多片(商品名：及通安，西安杨森制药有限公司，1片/次，2次/d)治疗，必要时可给予甲钴胺片[商品名：弥可保，卫材(中国)药业有限公司，0.5 mg/次，3次/d]修复和营养神经。持续治疗24周。
1.6 主要观察指标记录治疗前、后颈椎曲度Borden值[15]、颈椎功能障碍指数(neck disability index，NDI)[16]、疼痛目测类比评分[17]、匹兹堡睡眠质量指数(Pittsburgh Sleep Quality Index，PSQI)[18]，并对治疗24周后的疗效进行评估[14]。
1.6.1 Borden值[15] Borden法是目前临床中测量颈椎曲度应用最广的测量方法，其具体做法为：在标准颈椎X射线侧位片上，自C2椎体齿状突后上缘到C7椎体后下缘此两点做一连接直线，沿颈椎各椎体后缘做一平滑弧线，弧线上最凸点到连接直线的垂直距离即为颈椎的生理曲度Borden值，正常值为(12±5) mm。为减少测量误差，此次研究共测量3次，取平均值。
1.6.2 NDI[16] 包括颈部疼痛及相关症状、日常生活活动能力两部分共10项自评项目，采用0-5分6级评分法赋值，共计50分，分值越低表示颈椎功能障碍程度越轻。
1.6.3 目测类比评分[17] 采用长为10 cm的标尺或线段，左端(0)表示没有疼痛，右端(10)表示无法忍受的剧痛，患者根据自身主观疼痛强度在线段上做出相应的标注，以示疼痛强度。
1.6.4 PSQI[18] 采用量表中的19个自评项目，包括入睡时间、实际睡眠时间、影响睡眠因素的发生频率以及药物催眠情况等，分数越低则睡眠质量越好。
1.6.5 疗效判定标准参照《中医病症诊断疗效标准》进行4类疗效判定[14]：治愈，原有症状和体征全部消失，颈、肢体功能恢复正常；显效，原有症状体征明显缓解，颈、肢体功能明显提高；有效，原有症状体征有所缓解，颈、肢体功能提高；无效，与治疗前比较症状体征无缓解。有效率=(治
愈+显效+有效)/总例数×100%。
1.7 统计学分析采用SPSS 22.0软件进行数据处理和统计学分析。计量资料以x±s表示，治疗前后采用配对样本t检验(经正态性检验)；计数资料以百分比(%)表示。以P < 0.05为差异有显著性意义。

讨论

颈椎曲度是脊柱最头端的生理弯曲，是在胎儿发育约10周时形成的一种原发性曲线[19]。正常颈椎生理曲度的存在是颈椎生物力学特征的重要部分，可使颈椎更具有弹性，能够缓冲纵向应力和减轻震荡损伤，从而达到保护脑和脊髓的作用[20]，外源性稳定和内源性稳定共同维持着颈椎正常的生理曲度[21]。颈椎生物力学平衡遭受破坏造成的颈椎曲度异常改变是颈椎病的发病机制之一，往往在颈椎病发病或产生症状前即已出现，是各亚型颈椎病的早期X射线片表现[22]。
临床中颈椎曲度变化主要表现为正常生理曲度、曲度减小变直、曲度反弓、曲度上移及曲度下移等[9]。此次研究结果显示，通过对30例颈椎曲度异常的颈椎病患者在颈椎病健康宣教、热水淋浴颈肩部与早期口服药物治疗基础上联合夜间睡眠时使用个性化3D打印颈椎枕治疗24周后，颈椎生理前凸曲度Borden值提高，与治疗前相比曲度显著改善(P < 0.05)。作者认为该研究纠正颈椎生理曲度的主要作用机制为：①颈椎枕依据个性化力学纠正原理，相当于在颈椎后部增施一个力学支撑部，该部纠正颈椎曲度作用力大小取决于颈椎枕设计过程中设置的预矫正颈椎曲度大小，即颈椎枕曲面的不同；主要作用机制为：人在熟睡中颈肩部肌肉处于放松状态，仰卧位睡姿下利用患者头部自重进行牵引，令颈椎在矢状面产生一与颈椎病发病机制相反的矫治力，逐渐改善颈椎的内源性稳定。②通过颈椎病健康宣教、热水淋浴与早期口服药物综合治疗可缓解颈部张力较高的相关屈曲肌群肌力，提高颈伸肌群肌力，逐渐改善颈椎的外源性稳定。通过颈椎内、外源双重稳定性的改善从而逐渐纠正和恢复颈椎生理曲度[21]，并有效改善颈椎小关节错位，减轻椎间盘压力[23]。研究结果与国内外学者指出的颈椎病有效治疗要以恢复正常颈椎生理曲度为重要目标相一致[24-25]，甚至对于需要手术治疗的颈椎病患者，手术前后颈椎前凸曲度的维持对良好的临床效果有重要意义[26-27]。
有研究表明，随着颈椎生理前凸曲度的改善，因异常颈椎部解剖关系、生物力学关系造成的肌肉痉挛和神经、血管等受压情况得到缓解[28-32]，同时血液循环改善，炎症反应减弱[33]，从而颈椎病患者的临床症状明显减轻。此次研究结果显示颈椎前凸曲度增加后，患者的NDI和目测类比评分明显下降，颈肩部疼痛酸麻、颈椎活动范围、眩晕等临床症状显著改善。
睡眠障碍是颈椎病患者的常见症状之一，与颈肩部持续性的疼痛及神经受压等有关，是治疗颈椎病不可或缺的一部分[34-35]。此次研究结果还显示，治疗后PSQI显著降低，患者睡眠效率增加、睡眠质量显著提升，与DI等[36]关于睡眠质量部分研究结果相一致。
随着3D打印与数字化医疗的融合发展，3D打印技术在康复医学中的应用越来越广泛，尤其是康复医学工程领域[37]，如3D打印足踝等各肢体部位矫形器、3D打印假肢及3D打印残障人士生活辅具等，并显示出高效率个性化定制、患者依从性高、美观、轻巧等优势[38]。但对于颈椎异常弯曲的非手术性外部矫形辅助器具的3D打印与临床应用较少，此次研究在基于患者颈椎侧位X射线片、三维体表信息及个体化病情差异基础上个性化设计3D打印颈椎矫治枕，并联合颈椎病健康宣教、热水淋浴颈肩部与早期口服药物将其应用于颈椎曲度异常的颈椎病患者，临床总有效率为88%，效果良好，弥补了此研究领域的空白。同时，对于颈椎枕的高度国内外学者也十分重视，并提出了多种数据[39-40]。此次研究认为其高度不宜过高或过低，合理的颈椎枕应根据自身颈椎形态、颈椎曲度异常情况及个体本身状况等多方面进行设计使用，同时具备科学的矫形曲面及适当的弹性和硬度。
由于此次研究仅设置了1组病例，仅可说明在颈椎病健康宣教、热性理疗(热水淋浴颈肩部)与早期口服药物治疗基础上联合应用个性化3D打印颈椎矫治枕能够纠正患者颈椎曲度和改善临床症状，对于单独的个性化3D打印颈椎矫治枕能否起到上述效果将在今后的研究中设置对照组进行进一步探讨。中国组织工程研究杂志出版内容重点：人工关节；骨植入物；脊柱；骨折；内固定；数字化骨科；组织工程

3D打印个性化颈椎矫治枕的设计与临床应用

Design and clinical application of personalized cervical spine correction pillow with three-dimensional printing

PDF

可视化

摘要/Abstract

引用本文

使用本文

图/表（结果） 5

参考文献

相关文章 15

引言

材料方法

讨论

文章快阅

延伸阅读

编辑推荐

Metrics

本文评价

[1]	杨晓晓, 许苑晶, 李文韬, 王文豪, 马振江, 王金武. 超声引导下应用超声乳化仪治疗跟腱炎模型兔[J]. 中国组织工程研究, 2021, 25(在线): 1-.
[2]	鲁德志, 梅钊, 李向磊, 王彩萍, 孙鑫, 王孝文, 王金武. 3D打印脊柱侧凸矫形器的数字化设计及效果评估[J]. 中国组织工程研究, 2021, 25(9): 1329-1334.
[3]	张同同, 王中华, 文杰, 宋玉鑫, 刘林. 3D打印模型在颈椎肿瘤手术切除与重建中的应用[J]. 中国组织工程研究, 2021, 25(9): 1335-1339.
[4]	王德斌, 毕郑刚. 尺骨鹰嘴骨折-脱位解剖力学、损伤特点、固定修复及3D技术应用的相关问题[J]. 中国组织工程研究, 2021, 25(9): 1446-1451.
[5]	侯婧瑛, 于萌蕾, 郭天柱, 龙会宝, 吴浩. 缺氧预处理激活HIF-1α/MALAT1/VEGFA通路促进骨髓间充质干细胞生存和血管再生[J]. 中国组织工程研究, 2021, 25(7): 985-990.
[6]	伦志刚, 金晶, 王添艳, 李爱民. 过氧化物还原酶6干预骨髓间充质干细胞增殖及体外向神经谱系诱导分化[J]. 中国组织工程研究, 2021, 25(7): 1014-1018.
[7]	刘正蓬, 王雅辉, 张义龙, 明颖, 孙志杰, 孙贺. 3D打印椎间融合器置入治疗脊髓型颈椎病：颈椎曲度及椎间高度恢复的半年随访[J]. 中国组织工程研究, 2021, 25(6): 849-853.
[8]	徐俊马, 喻岳超, 刘智, 刘雨, 王飞通. 3D打印共面模板结合固定针技术在肺小结节经皮精准活检中的应用[J]. 中国组织工程研究, 2021, 25(5): 761-764.
[9]	吴子健, 胡昭端, 谢有琼, 王峰, 李佳, 李柏村, 蔡国伟, 彭锐. 3D打印技术与骨组织工程研究文献计量及研究热点可视化分析[J]. 中国组织工程研究, 2021, 25(4): 564-569.
[10]	宋远征, 马红丽, 李玮, 满佳, 林峰, 张玉东. 3D打印术前虚拟仿真计划在复杂髋臼骨折治疗中的应用：前瞻性随机对照[J]. 中国组织工程研究, 2021, 25(36): 5747-5752.
[11]	王思哲, 高海燕, 蓝孝全, 王盼, 黄浩然, 王金玉, 马建林. 3D打印导板辅助置入空心钉治疗无移位型股骨颈骨折的短期评价[J]. 中国组织工程研究, 2021, 25(36): 5753-5758.
[12]	王秀廷, 王永康, 孙健, 王建, 李嗣生. 多模态图像融合联合智能机械臂辅助建立椎体强化通道的安全性和有效性[J]. 中国组织工程研究, 2021, 25(36): 5759-5764.
[13]	任航宁, 居来提·买提肉孜, 帕尔哈提·热西提, 罗辉卿. 皮质骨轨迹椎弓根系统拔出力下腰椎的有限元分析[J]. 中国组织工程研究, 2021, 25(36): 5771-5776.
[14]	蔡璇, 秦杰, 贺西京, 董军, 张廷, 杨文龙, 王雄勋, 王自力, 王栋, 李浩鹏, 贺高乐, 卢腾, 李凌江. 3D打印可动人工颈椎假体置入治疗脊髓型颈椎病：国际首例报道[J]. 中国组织工程研究, 2021, 25(36): 5810-5813.
[15]	张鹏, 张峻霞. 异构步道中下肢肌群不同时相的表面肌电特性[J]. 中国组织工程研究, 2021, 25(36): 5814-5820.