利用个性化3D生物模型促进羊膜带综合征患者的伤口愈合：以那位芭蕾舞者为例

《Advances in Skin & Wound Care》：Functional Wound Recovery in Amniotic Band Syndrome Via Personalized 3D Biomodels: The Case of the Ballet Dancer

　　摘要
目的：探讨针对患有羊膜带综合征的芭蕾舞者，采用个性化磁共振成像引导的3D打印假体在压力分布改善和疼痛缓解方面的临床、影像学及功能效果。方法：一名14岁的芭蕾舞者患有羊膜带综合征，存在反复出现的脚趾溃疡、疼痛及指甲畸形，因此接受了高分辨率3T磁共振成像检查，以进行解剖结构评估和3D重建。通过MeshLab和3ds Max处理体积数据，设计出符合芭蕾舞动作生物力学特点及压力分布需求的定制假体外壳。这些假体由弹性光敏树脂制成。经过1年的随访，使用视觉模拟评分法评估疼痛程度，使用足踝功能测定量表评估功能状况。结果：磁共振成像显示该患者存在复杂的先天性前足异常以及发育不全的异位指甲基质。通过保守治疗控制了疑似感染，效果良好。定制假体有效改善了压力分布，提升了患者对足尖站立动作的耐受能力。视觉模拟评分从10/10降至7/10；足踝功能测定量表中的日常生活活动评分从45%上升至82.5%，运动功能评分从12.5%上升至70.8%，均超过临床显著差异阈值。患者满意度高达9/10，能够重新开始芭蕾训练，且1年内未出现病变复发。结论：磁共振成像引导下的3D打印假体是一种可行、低成本且有效的解决方案，可帮助应对羊膜带综合征带来的复杂生物力学问题，尤其适用于像芭蕾舞者这类对功能要求较高的患者。该方法有助于功能恢复、减轻疼痛，并预防软组织损伤的再次发生。

引言
羊膜带综合征是一种罕见但影响严重的先天性疾病，其特征为肢体缺失、压迫性带状结构以及颅面和内脏缺陷。该病最早由Torpin在1965年描述，其发病率约为每1200到1500名活产婴儿中有1例。羊膜带综合征的成因较为复杂，主要理论包括：早期羊膜破裂导致纤维带缠绕胎儿结构；血管受损引发血液供应不足和组织坏死；以及胚胎发育异常导致体壁闭合障碍。

病例报告
本文介绍了一名14岁芭蕾舞者的病例，她患有羊膜带综合征，表现为下肢结构异常及指甲畸形。她在练习芭蕾时经常感到脚趾疼痛，左脚的第一、二趾及右脚的第二趾曾出现过溃疡、化脓性肉芽肿及肉芽组织增生。如图1A–C所示，该患者存在多处远端指骨的先天性缺失，以及患处脚趾的角化过度现象。

伦理问题
本病例报告的撰写遵循《赫尔辛基宣言》的原则。已获得患者法定监护人的书面知情同意，同时该未成年患者也同意将其临床图像及身份信息用于报告发表。

影像学检查
在非负重状态下，使用高分辨率3T磁共振成像技术结合各向同性3D序列及专用表面线圈进行了检查，未使用光学3D扫描仪。右脚的磁共振成像结果显示前足存在先天性形态结构异常，包括拇趾远端指骨缺失、拇趾近端指骨发育不全、第二至第四趾的远端指骨缺失、第二至第四趾的中段指骨发育不全，以及第五趾的中段指骨与远端指骨融合。在第三趾远端内侧发现了发育不全的异位指甲基质（见图2A–B），而第二趾则未见指甲基质残留。未发现关节积液或滑膜增厚，屈肌和伸肌肌腱的形态及信号强度均正常，周围皮下组织也表现正常。相比之下，左脚的磁共振成像显示第二趾的远端及近端指骨均存在先天性缺失，且无异位指甲基质。值得注意的是，该趾近端指骨存在明显的骨髓水肿，同时远端趾的真皮层及皮下组织也有弥漫性增厚和水肿现象。此外，在足底及足背皮质附近还可见积液，提示可能存在感染。图2A为右脚第三趾的T1加权序列图像，可见远端指骨内侧有发育不全的异位指甲基质，其信号强度介于周围软组织之间；图2B为STIR序列图像，同一区域显示出高信号，表明存在局部水肿。这些表现提示可能为早期骨髓炎，但骨科医生指出骨髓水肿并非特异性表现，也可能反映局部蜂窝织炎。鉴于诊断存在不确定性、无骨坏死迹象且患者病情稳定，医生决定采取保守治疗措施。治疗包括使用阿莫西林-克拉维酸钾口服4周（每日两次，每次875/125毫克），进行局部伤口护理，并定期监测病情。由于患者病情迅速好转，最初并未进行进一步影像学检查。综合考虑良好的临床疗效，该病例也可被视为通过口服抗生素、伤口护理及减轻负荷成功治愈的局部蜂窝织炎病例。

3D生物建模与假体参数设计
磁共振成像获得的体积数据被用于脚趾及前足表面的重建（见图3A）。原始网格数据在MeshLab软件中经过后处理（去除伪影、平滑处理、重新建模、确保几何结构完整），然后在3ds Max软件中进一步优化，控制外壳壁厚（目标值为1.5至2.0毫米），对边缘进行圆润处理，并根据芭蕾舞鞋的规格调整尺寸。这对假体的总重量约为70克（每只约35克），外壳厚度为1.5至2.0毫米，在受力较大的部位，厚度可增至3.0至3.5毫米。选用了50A v1型弹性光敏树脂（Formlabs公司生产），因其硬度适中，能够适应软组织的弹性特性，同时具备抗撕裂性和在反复足尖站立受力情况下的耐用性。假体边缘经过倒角处理，以便更好地适配足尖鞋内部结构。通过分析胼胝分布、既往溃疡位置、足尖站立时的动作要求以及检查过程中的疼痛分布，确定了高压力区域，这些信息被用于设计假体的局部凸起结构及内部几何形状（见图3B–D）。

结果
安装假体后，患者报告疼痛有所减轻，1年后的视觉模拟评分及足踝功能测定量表评估结果也证实了功能有所改善。视觉模拟评分从10/10降至7/10；足踝功能测定量表中的日常生活活动评分从45%上升至82.5%，超过了8分的临床显著差异阈值；运动功能评分从12.5%上升至70.8%，超过了9分的临床显著差异阈值。患者对假体的满意度为9/10，尤其对其外观非常满意。她表示：“有了这个假体，我的舞蹈水平得到了提升，跳舞时也更有安全感。”为了实现更好的贴合效果及压力分布，研究人员尝试了多种不同厚度和规格的填充物（见图4A），从而让患者能够安全地处于足尖站立姿势（见图4B），并重新开始训练（见图4C）。1年的随访显示，患者的疼痛显著减轻，功能明显改善，且未出现病变复发。

讨论
羊膜带综合征的管理需要多学科协作。通过3D/4D超声进行早期检测至关重要，这有助于制定更合理的诊疗方案。皮肤表现，如异常的皮肤纹理和先天性指甲排列异常，可反映出压迫带对血管的影响。尽管对于严重病例，手术仍是必要的治疗手段，但3D打印技术为处理遗留并发症提供了经济且可定制的解决方案。不过，高昂的初始成本以及缺乏具备影像学和建模技能的专业人员，限制了该技术的广泛应用。在本例中，考虑到树脂成本和打印时间，每对假体的成本约为30美元，这一数值尚未包括初始设备投资和操作人员的时间成本。由此可见，尽管3D打印机及配套材料的初始成本较高，但定制化假体的单件成本实际上相对较低。这与近期研究结果一致，即3D打印假体可作为过渡性且可定制的解决方案，帮助患有先天性肢体缺陷的儿童提升大肌肉群的运动能力及心理社会状况，尽管他们在精细动作方面可能存在一定局限。

患者在练习芭蕾时持续存在的脚趾疼痛，体现了舞蹈动作带来的生物力学变化如何加剧压力相关损伤。以往针对舞蹈动作的3D足部建模研究显示，足外翻动作会导致后足外翻和中足外展，从而增加第一跖趾关节及周围软组织的机械应力。这些研究结果进一步强调了需要设计符合芭蕾舞生物力学特性的压力分散装置。最近的一项系统评价指出，芭蕾舞中常见的过度使用性损伤，尤其是足部和踝部的损伤，往往与足外翻代偿及反复的机械负荷有关。由于髋关节外旋能力有限，女舞者常常采取足内旋和中足外展等代偿动作，这会导致胫股关节的扭转应力增加、髌股关节不稳定以及足底筋膜炎。这些机械负荷可能会加重羊膜带综合征等先天性疾病的潜在结构问题。此外，对无症状专业舞者的磁共振成像研究显示，他们也存在较高的骨髓水肿、关节积液及肌腱异常发生率，尤其是距骨、第一跖骨及长屈肌腱部位，这说明即使没有疼痛症状，也存在亚临床层面的过度负荷。这些发现进一步凸显了在个体化治疗方案中结合生物力学分析及影像学检查结果的重要性。疼痛程度通过视觉模拟评分法进行评估，功能状况则通过足踝功能测定量表中的日常生活活动及运动功能子量表进行评定。足踝功能测定量表是一种基于患者自我报告的结局评估工具，用于评估患有足部和踝部疾病的人们的功能能力。该量表已被证明具有较高的有效性、可靠性及敏感性，其巴西葡萄牙语版本也已针对跟腱病患者得到验证，说明其在不同文化背景下的适用性。各项指标的变化幅度均超过了临床显著差异阈值，表明确实存在临床改善，而非测量误差。

局限性
本研究的局限性包括仅为单一病例研究，未使用压力计进行足底压力检测，且依赖临床压力分布评估方法。未来的研究应结合足底压力分析及多次磁共振成像检查，以提高对早期骨髓炎与蜂窝织炎之间差异的诊断准确性。作者认为，若能在更多病例中进行验证，并纳入客观的生物力学数据，将进一步提升研究结果的普遍适用性及实际意义。由于本报告仅聚焦于一个创新性病例，其主要目的是记录定制化3D打印假体的可行性及其临床效果。

结论
羊膜带综合征是一种复杂的疾病，通过个性化3D打印等创新技术进行治疗可取得良好效果。这类解决方案对于那些有特殊功能需求的人群，如运动员而言尤为有用，因为它们能够有效缓解机械压力，防止进一步的组织损伤。