三维打印脊柱矫形器联合施罗斯矫形体操在青少年特发性脊柱侧凸患者中的应用

梁俊豪; 张鑫; 刘辉; 刘付龙; 陈罗西

doi:10.7619/jcmp.20230678

三维打印脊柱矫形器联合施罗斯矫形体操在青少年特发性脊柱侧凸患者中的应用

四川省骨科医院康复科, 四川成都, 610041

基金项目:

四川省中医药管理局科学技术研究专项课题 2020LC0178

详细信息

通讯作者:
张鑫, E-mail: kangfuke2008@163.com

中图分类号: R682.3;R493
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出版历程
- 收稿日期: 2023-03-06
- 修回日期: 2023-05-30
- 网络出版日期: 2023-07-07
- 刊出日期: 2023-06-27

Application of three-dimensional printing spinal orthosis combined with Schroth orthopedic gymnastics in patients with adolescent idiopathic scoliosis

Department of Rehabilitation, Sichuan Orthopedic Hospital of Sichuan Province, Chengdu, Sichuan, 610041

摘要

摘要:
目的
观察三维(3D)打印脊柱矫形器联合施罗斯矫形体操在青少年特发性脊柱侧凸患者中的应用效果。
方法
选取110例青少年特发性脊柱侧凸患者作为研究对象，按照随机数字表法分为对照组(3D打印脊柱矫形器联合常规康复模式)和观察组(在对照组基础上联合施罗斯矫形体操)，每组55例。比较2组患者的临床疗效，并比较治疗前后2组患者脊柱活动度、腹背肌耐力、腰背痛症状[简化McGill疼痛问卷(SF-MPQ)评分]、Oswestry功能障碍指数(ODI)和生活质量评分。
结果
观察组显效率高于对照组，有效率低于对照组，差异有统计学意义(P < 0.05); 治疗后, 2组Cobb角和躯干旋转角度(ATR)均小于治疗前，且观察组Cobb角和ATR小于对照组，差异有统计学意义(P < 0.05); 治疗后, 2组腹肌、背肌耐力评分均低于治疗前，且观察组腹肌、背肌耐力评分低于对照组，差异有统计学意义(P < 0.05); 治疗后, 2组SF-MPQ评分和ODI评分均低于治疗前，且观察组评分低于对照组，差异有统计学意义(P < 0.05); 治疗后, 2组患者生活质量(精神健康、自我形象、功能、疼痛、治疗满意度)评分均高于治疗前，且观察组评分高于对照组，差异有统计学意义(P < 0.05)。
结论
3D打印脊柱矫形器联合施罗斯矫形体操对青少年特发性脊柱侧凸具有较好的矫正效果，能够缓解患者腰背痛症状，改善脊柱活动度，增强腹背肌耐力，提高生活质量。
- 三维打印脊柱矫形器 /
- 施罗斯矫形体操 /
- 青少年特发性脊柱侧凸 /
- 腰背痛 /
- 脊柱活动度
Abstract:
Objective
To observe the application effects of three-dimensional(3D)printing spinal orthosis combined with Schroth orthopedic gymnastics in patients with adolescent idiopathic scoliosis.
Methods
A total of 110 adolescents with idiopathic scoliosis who were treated in the hospital were included in the study. All patients were divided into control group (55 cases, 3D printing spinal orthosis combined with conventional rehabilitation model) and observation group (55 cases, additionally given Schroth orthopedic gymnastics on the basis of control group) according to the random number table method. The clinical efficacy of the two groups was compared. The spinal range of motion, abdominal and dorsal muscle endurance, low back pain symptoms [simplified McGill Pain Questionnaire (SF-MPQ) score], Oswestry Disability Index (ODI) and quality of life score before and after treatment were compared between the two groups.
Results
The markedly effective rate in the observation group were significantly higher, and effective rate was lower than those in the control group (P < 0.05). After treatment, the Cobb angle and angle of trunk rotation (ATR) in both groups were reduced compared with those before treatment, and the Cobb angle and ATR in the observation group after treatment were significantly lower than those in the control group (P < 0.05). The abdominal muscle endurance and dorsal muscle endurance in the two groups after treatment were decreasedcompared to before treatment, and were significantly lower in the observation group than those in the control group after treatment (P < 0.05). After treatment, the scores of SF-MPQ and ODI were lower in both groups compared with those before treatment, and were significantly lower in the observation group than those in the control group (P < 0.05). After treatment, the scores of quality of life (mental health, self-image, function, pain and treatment satisfaction) scores in both groups were higher compared to that before treatment, and these scores were significantly higher in the observation group than those in the control group (P < 0.05).
Conclusion
3D printing spinal orthosis combined with Schroth orthopedic gymnastics has a good correction effect in the treatment of adolescent idiopathic scoliosis, and it can alleviate the low back pain symptoms, improve the spinal range of motion, enhance the abdominal and dorsal muscle endurance, and improve the quality of life.
- three-dimensional printing spinal orthosis /
- Schroth orthopedic gymnastics /
- adolescent idiopathic scoliosis /
- low back pain /
- spinal range of motion

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青少年特发性脊柱侧凸是一种发生于青春期前后的病因不明的脊柱和躯干发育异常，是最常见的脊柱侧凸类型^[1]。患者脊柱弯曲角度(Cobb角)大于40°时，通常首选矫正手术进行治疗，以免脊柱过度弯曲导致生理结构变化，Cobb角小于40°时，大多选用脊柱矫形器、理疗和健康锻炼等保守方法治疗即可^[2]。然而，长时间佩戴矫形器可能会引起背痛，甚至导致脊柱正常生理曲线丧失，即平背现象^[3]。因此，如何有效延缓脊柱侧凸的进展和提高患者生活质量，一直是临床治疗中的重点与难点。相关研究^[4]发现，矫形器结合康复治疗的效果优于单一矫形器治疗。施罗斯矫形体操有着悠久历史和广泛应用范围，可通过肌肉圆柱运动、三维(3D)运动等康复矫正措施增强患者的肌肉力量，对改善患者体态和生活质量具有重要意义^[5]。本研究将3D打印脊柱矫形器与施罗斯矫形体操联合应用于青少年特发性脊柱侧凸患者的康复治疗中，观察其疗效及对生活质量的影响，现报告如下。

1. 资料与方法

1.1 一般资料

选取本院2019年3月—2022年3月收治的110例青少年特发性脊柱侧凸患者作为研究对象。纳入标准: ①符合青少年特发性脊柱侧凸诊断标准^[6]者; ②年龄10~18岁者; ③ Cobb角为20~45°者; ④ risser征0~4级者; ⑤能配合研究且临床资料齐全者; ⑥知晓本研究并同意参加研究者。排除标准: ①存在生长发育障碍者; ②存在四肢畸形者; ③心、肺功能不全者; ④脊髓损伤者。将110例患者按照随机数字表法分为对照组(3D打印脊柱矫形器联合常规康复模式)和观察组(在对照组基础上联合施罗斯矫形体操)，每组55例。2组患者性别、年龄、病程、Cobb角和脊柱侧凸类型等一般资料比较，差异无统计学意义(P>0.05), 具有可比性，见表 1。

表 1 2组患者一般资料比较(x±s)[n(%)]

组别	n	性别		年龄/岁	体质量/kg	病程/年	Cobb角/°	脊柱侧凸类型
组别	n	男	女	年龄/岁	体质量/kg	病程/年	Cobb角/°	胸腰双弯型	胸弯型	腰弯型
对照组	55	30(54.55)	25(45.45)	14.89±2.02	48.34±2.58	2.57±0.86	27.41±1.47	20(36.36)	17(30.91)	18(32.73)
观察组	55	27(49.09)	28(50.91)	14.25±2.15	48.25±2.36	2.54±0.98	27.35±1.58	21(38.18)	19(34.55)	15(27.27)

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1.2 方法

对照组: 采用3D打印脊柱矫形器联合常规康复模式进行治疗，持续6个月。根据患者柔韧性、脊柱X线片、脊柱侧凸程度等综合情况，设计适合各患者的3D打印脊柱矫形器。嘱患者佩戴矫形器后的前2周内除洗澡、运动和睡觉外，每天选取合适时间段佩戴3~4次，每次佩戴结束后休息30~60 min可重新佩戴。第1~2天，每次佩戴1 h; 第3~4天，每次佩戴2 h，夜间入睡前佩戴1 h; 第5~14天，每次佩戴4 h; 第3周起，每天佩戴18 h以上，直至研究结束。常规康复模式包括健康宣教，每日300次深呼吸心肺功能训练以及平衡功能训练等。

观察组: 在对照组的基础上联合应用施罗斯矫形体操(在康复治疗师指导下进行)进行治疗，持续6个月。整体评估每例患者的身体柔韧性和脊柱侧凸情况，制订科学合理且具有针对性的行为标准以及姿态教育策略等。根据不同分型开展有针对性的训练和纠正措施，包括纠正患者的坐姿、站姿和卧姿，配合螺旋角腹式呼吸法，进行卧位肌肉圆柱运动、池塘上的青蛙运动、日常活动姿势纠正、门柄运动、提起骨盆训练、俯卧位腰大肌协同训练、悬挂练习等，每次90 min, 每周3次。见图 1。

图 1 3D打印脊柱矫形器联合施罗斯矫形体操治疗方法

A: 呼吸训练; B: 日常生活指导(站姿、坐姿); C: 门柄运动; D: 3D打印脊柱矫形器穿戴; E: 提起骨盆训练; F: 池塘上的青蛙运动; G: 卧位肌肉圆柱运动。

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1.3 观察指标

① 疗效^[7]: 显效，侧凸改善, Cobb角改善5 °及以上或Cobb角 < 10 °; 有效, Cobb角改善5 °以下，侧凸稍有改善; 无效，侧凸无明显变化, Cobb角变大或无任何变化。总有效率=显效率+有效率。②脊柱活动度: 治疗前后，由同一位康复治疗师和骨科医生对患者脊柱正位片进行Cobb角测量; 患者双腿间距与肩同宽站立，双手掌心相对，手肘伸直，腰部慢慢向前弯曲，康复技师将脊柱侧凸水平角度尺垂直于第7颈椎棘突处，匀速移动至骶椎处，测量患者躯干旋转角度(ATR)。③腹背肌耐力: 分别于治疗前后嘱患者取仰卧位，双腿伸直并拢，抬高30 °, 保持姿势并记录能保持的最长时间，以此测得腹肌耐力值; 嘱患者取俯卧位，双手抱头，固定双腿，向后挺直脊柱，保持头部不动并将上身抬高至最大可承受高度，记录可以维持的最长时间, 60 s为正常记为0分，每缩短1~5 s则增加1分，总分11分，得分越低表示耐力越好。④腰背痛症状和Oswestry功能障碍指数(ODI): 治疗前后，采用McGill疼痛问卷(SF-MPQ)^[8]评估患者腰背痛症状，包括神经病理性疼痛、阵发性疼痛、持续性疼痛和情绪4个维度，共22个条目，每个条目0~10分，得分越高表示患者腰背痛症状越严重; 治疗前后，采用ODI对患者生活自理能力、坐位、睡眠、步行、站立、性生活、提物、社会生活等多方面情况进行评估^[9]，每个条目0~5分，满分50分，评分越高表示患者症状越严重。⑤生活质量: 治疗前后，采用脊柱侧凸22项问卷^[10](SRS-22)评估患者的生活质量，包括精神健康、自我形象、功能、疼痛和治疗满意度5个维度，共22个条目，每个条目1~5分，得分越高表示生活质量越好。

1.4 统计学分析

采用SAS 24.0软件分析数据，计数资料以[n(%)]表示，比较采用χ²检验或连续矫正χ²检验，计量资料以(x±s)表示，组内比较采用配对样本t检验，组间比较采用独立样本t检验, P < 0.05表示差异有统计学意义。

2. 结果

2.1 疗效比较

观察组显效率高于对照组，有效率低于对照组，差异有统计学意义(P < 0.05); 2组总有效率比较，差异无统计学意义(P>0.05)。见表 2。

表 2 2组患者临床疗效比较[n(%)]

组别	n	显效	有效	无效	总有效
对照组	55	24(43.64)	27(49.09)	4(7.27)	51(92.73)
观察组	55	38(69.09)^*	15(27.27)^*	2(3.64)	53(96.36)
与对照组比较, *P < 0.05。

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2.2 脊柱活动度比较

治疗后, 2组Cobb角和ATR均小于治疗前，且观察组Cobb角和ATR小于对照组，差异有统计学意义(P < 0.05), 见表 3。

表 3 2组患者脊柱活动度比较(x±s) °

组别	n	Cobb角		ATR
组别	n	治疗前	治疗后	治疗前	治疗后
对照组	55	24.41±1.47	20.86±1.25^*	5.25±1.23	4.54±1.02^*
观察组	55	24.35±1.58	18.04±1.34^*#	5.32±1.20	3.88±1.33^*#
ATR: 躯干旋转角度。与治疗前比较, *P < 0.05; 与对照组比较, #P < 0.05。

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2.3 腹背肌耐力比较

治疗后, 2组腹肌、背肌耐力评分均低于治疗前，且观察组腹肌、背肌耐力评分低于对照组，差异有统计学意义(P < 0.05), 见表 4。

表 4 2组患者腹肌、背肌耐力评分比较(x±s) 分

组别	n	腹肌耐力		背肌耐力
组别	n	治疗前	治疗后	治疗前	治疗后
对照组	55	6.75±1.40	5.86±1.26^*	6.51±1.40	5.30±1.74^*
观察组	55	6.74±1.32	5.05±1.47^*#	6.52±1.25	4.46±1.26^*#
与治疗前比较, *P < 0.05; 与对照组比较, #P < 0.05。

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2.4 SF-MPQ评分和ODI比较

治疗后, 2组SF-MPQ评分和ODI评分均低于治疗前，且观察组评分低于对照组，差异有统计学意义(P < 0.05), 见表 5。

表 5 2组患者SF-MPQ评分和ODI评分比较(x±s) 分

组别	n	SF-MPQ评分		ODI评分
组别	n	治疗前	治疗后	治疗前	治疗后
对照组	55	86.02±4.20	65.44±3.51^*	33.25±4.47	25.24±3.44^*
观察组	55	85.45±4.31	60.36±3.64^*#	33.42±4.25	20.34±3.23^*#
SF-MPQ: McGill疼痛问卷; ODI: Oswestry功能障碍指数。与治疗前比较, *P < 0.05; 与对照组比较, #P < 0.05。

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2.5 生活质量评分比较

治疗后, 2组患者精神健康、自我形象、功能、疼痛、治疗满意度评分均高于治疗前，且观察组各维度评分高于对照组，差异有统计学意义(P < 0.05), 见表 6。

表 6 2组患者生活质量评分比较(x±s) 分

生活质量	时点	对照组(n=55)	观察组(n=55)
精神健康	治疗前	15.30±1.32	15.24±1.25
	治疗后	18.69±1.02^*	20.31±1.10^*#
自我形象	治疗前	14.28±1.53	14.20±1.65
	治疗后	18.32±1.52^*	20.63±1.42^*#
功能	治疗前	15.30±1.55	15.42±1.52
	治疗后	18.54±1.72^*	21.02±1.63^*#
疼痛	治疗前	15.41±1.35	15.37±1.58
	治疗后	18.44±1.36^*	20.36±1.42^*#
治疗满意度	治疗前	4.28±1.15	4.25±1.20
	治疗后	6.02±1.05^*	7.82±0.97^*#
与治疗前比较, *P < 0.05; 与对照组比较, #P < 0.05。

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3. 讨论

青少年特发性脊柱侧凸是一种脊柱畸形，不仅会影响患者骨盆、脊柱、胸廓等多种组织，而且可能对脊髓功能造成严重影响，因此早期矫正及控制畸形非常重要^[11]。目前，特发性脊柱侧凸的确切发病机制尚不清楚，但可能与遗传、生长激素、结缔组织发育不良、神经-平衡系统功能障碍等因素密切相关^[12]。研究^[13]表明，矫正器具有矫形轻中度脊柱侧凸并防止脊柱侧凸进一步发展的作用。传统矫形器的生产需要花费大量时间和材料，且石膏加工过程中的较高膨胀系数和材料冷却引起的回弹会在一定程度上降低矫形器的精度^[14]。近年来，3D打印技术逐渐受到康复医学专家的关注，且因具有个性化生产和高效率等优势已被广泛应用于各个领域。3D打印方法通过分析有限元对矫形效果进行预测并对矫形器结构进行优化，可以很好地消除误差，提高矫正器精确度，使生产结构更适应人体力学，增强定制矫形器的实用性和美观性，并提高患者佩戴舒适度和匹配性^[15]。然而，长时间佩戴矫形器容易引起腰背肌力下降、腰部疼痛、胸廓继发畸形、皮肤溃疡和肺功能下降等并发症，大多数患者由于并发症难以坚持佩戴矫形器，造成畸形不可避免地复发甚至加重^[16-17]。鉴于此，本研究将3D打印脊柱矫形器和物理治疗施罗斯矫形体操有机结合，以期起到更为有效的矫正效果。

本研究结果显示，观察组治疗显效率显著高于对照组, Cobb角、ATR显著小于对照组，腹背肌耐力评分、SF-MPQ评分和ODI评分显著低于对照组，表明3D打印脊柱矫形器联合施罗斯矫形体操治疗能有效提升矫正效果，改善患者Cobb角和ATR, 增强腹背肌耐力，缓解腰背痛症状。分析原因为：施罗斯矫形体操治疗的作用机制主要是针对脊柱侧凸的凹凸两侧进行针对性矫正训练，患者根据康复师指导调整呼吸和矫正姿势，通过不同的坐姿、躺姿、卧姿等摆位向脊柱侧凸相反方向调整身体，打开凹侧侧凸，尽可能延展脊柱，使其回到中线，然后配合螺旋角呼吸调节并矫正脊柱水平面旋转，吸气时将更多的空气吸入背部左侧和右前方的胸部，呼气时收紧躯干并保持旋转直立，这种呼吸技术有助于打开脊柱凹侧，增加肺活量，有助于脊柱恢复正常位置，确保脊柱两侧平衡，亦在一定程度上改善“剃刀背”畸形^[18-19]。本研究结果还显示，观察组患者生活质量(精神健康、自我形象、功能、疼痛和治疗满意度)评分显著高于对照组，表明3D打印脊柱矫形器联合施罗斯矫形体操治疗能有效提高患者生活质量。腰部疼痛减轻，腰背肌力提高，侧凸曲线进展得到控制，体态得以改善，对患者生活质量的提升均具有积极影响。然而，施罗斯矫形体操治疗亦存在不足之处，例如该方法需要患者长期坚持和有效训练，对患者依从性的要求较高，此外为了达到目标肌群训练的目的，康复师必须对患者的每个动作进行指导和监督。

综上所述, 3D打印脊柱矫形器联合施罗斯矫形体操对青少年特发性脊柱侧凸具有较好的矫正效果，能够缓解患者腰背痛症状，改善Cobb角和ATR, 增强腹背肌耐力，提高患者生活质量。

图 1 3D打印脊柱矫形器联合施罗斯矫形体操治疗方法

A: 呼吸训练; B: 日常生活指导(站姿、坐姿); C: 门柄运动; D: 3D打印脊柱矫形器穿戴; E: 提起骨盆训练; F: 池塘上的青蛙运动; G: 卧位肌肉圆柱运动。

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表 1 2组患者一般资料比较(x±s)[n(%)]

组别	n	性别		年龄/岁	体质量/kg	病程/年	Cobb角/°	脊柱侧凸类型
组别	n	男	女	年龄/岁	体质量/kg	病程/年	Cobb角/°	胸腰双弯型	胸弯型	腰弯型
对照组	55	30(54.55)	25(45.45)	14.89±2.02	48.34±2.58	2.57±0.86	27.41±1.47	20(36.36)	17(30.91)	18(32.73)
观察组	55	27(49.09)	28(50.91)	14.25±2.15	48.25±2.36	2.54±0.98	27.35±1.58	21(38.18)	19(34.55)	15(27.27)

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表 2 2组患者临床疗效比较[n(%)]

组别	n	显效	有效	无效	总有效
对照组	55	24(43.64)	27(49.09)	4(7.27)	51(92.73)
观察组	55	38(69.09)^*	15(27.27)^*	2(3.64)	53(96.36)
与对照组比较, *P < 0.05。

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表 3 2组患者脊柱活动度比较(x±s) °

组别	n	Cobb角		ATR
组别	n	治疗前	治疗后	治疗前	治疗后
对照组	55	24.41±1.47	20.86±1.25^*	5.25±1.23	4.54±1.02^*
观察组	55	24.35±1.58	18.04±1.34^*#	5.32±1.20	3.88±1.33^*#
ATR: 躯干旋转角度。与治疗前比较, *P < 0.05; 与对照组比较, #P < 0.05。

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表 4 2组患者腹肌、背肌耐力评分比较(x±s) 分

组别	n	腹肌耐力		背肌耐力
组别	n	治疗前	治疗后	治疗前	治疗后
对照组	55	6.75±1.40	5.86±1.26^*	6.51±1.40	5.30±1.74^*
观察组	55	6.74±1.32	5.05±1.47^*#	6.52±1.25	4.46±1.26^*#
与治疗前比较, *P < 0.05; 与对照组比较, #P < 0.05。

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表 5 2组患者SF-MPQ评分和ODI评分比较(x±s) 分

组别	n	SF-MPQ评分		ODI评分
组别	n	治疗前	治疗后	治疗前	治疗后
对照组	55	86.02±4.20	65.44±3.51^*	33.25±4.47	25.24±3.44^*
观察组	55	85.45±4.31	60.36±3.64^*#	33.42±4.25	20.34±3.23^*#
SF-MPQ: McGill疼痛问卷; ODI: Oswestry功能障碍指数。与治疗前比较, *P < 0.05; 与对照组比较, #P < 0.05。

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表 6 2组患者生活质量评分比较(x±s) 分

生活质量	时点	对照组(n=55)	观察组(n=55)
精神健康	治疗前	15.30±1.32	15.24±1.25
	治疗后	18.69±1.02^*	20.31±1.10^*#
自我形象	治疗前	14.28±1.53	14.20±1.65
	治疗后	18.32±1.52^*	20.63±1.42^*#
功能	治疗前	15.30±1.55	15.42±1.52
	治疗后	18.54±1.72^*	21.02±1.63^*#
疼痛	治疗前	15.41±1.35	15.37±1.58
	治疗后	18.44±1.36^*	20.36±1.42^*#
治疗满意度	治疗前	4.28±1.15	4.25±1.20
	治疗后	6.02±1.05^*	7.82±0.97^*#
与治疗前比较, *P < 0.05; 与对照组比较, #P < 0.05。

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参考文献(19)

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1. 资料与方法
1.1 一般资料
1.2 方法
1.3 观察指标
1.4 统计学分析
2. 结果
2.1 疗效比较
2.2 脊柱活动度比较
2.3 腹背肌耐力比较
2.4 SF-MPQ评分和ODI比较
2.5 生活质量评分比较
3. 讨论

三维打印脊柱矫形器联合施罗斯矫形体操在青少年特发性脊柱侧凸患者中的应用

通讯作者: 张鑫, E-mail: kangfuke2008@163.com

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