葉 鑫, 楊 寧, 劉 震

體位性斜頭畸形(positional plagiocephaly,PP)是嬰幼兒體位性頭型異常的最常見(jiàn)類型之一。PP患者頭顱骨四周形態(tài)異常,輕則影響美觀,重則影響腦部正常發(fā)育。頭顱骨應(yīng)力異常是引起大多數(shù)PP的主要因素。目前針對(duì)PP治療的最佳方法是利用力學(xué)因素進(jìn)行頭顱矯形。研究證實(shí),利用力學(xué)進(jìn)行頭顱矯形不會(huì)對(duì)個(gè)體的認(rèn)知和智力發(fā)育產(chǎn)生不良影響[1],但在矯形過(guò)程中存在一定風(fēng)險(xiǎn),量化好施力方式、施力部位、施力面積、施力時(shí)長(zhǎng)及預(yù)期形態(tài),是開(kāi)展生物力學(xué)頭顱矯形的關(guān)鍵。本文檢索了數(shù)據(jù)庫(kù)相關(guān)文獻(xiàn),基于嬰幼兒頭顱矯形的應(yīng)力機(jī)制以及PP的遠(yuǎn)期危害,對(duì)嬰幼兒頭顱力學(xué)的有限元分析(finite element analysis,FEA)和各類力學(xué)治療方式進(jìn)行綜述,尋找能夠開(kāi)展生物力學(xué)精準(zhǔn)頭顱矯形的依據(jù),為未來(lái)拓展頭顱矯形治療技術(shù)拓寬思路。

1 頭顱矯形應(yīng)力機(jī)制

1.1頭顱形變機(jī)制 嬰幼兒頭顱形變過(guò)程依賴于顱縫和囟門(mén)在應(yīng)力下的代償變化以及顱骨在力學(xué)作用下的成骨與破骨。顱縫和囟門(mén)是顱骨間的可形變關(guān)節(jié),由膠原纖維橋接形成,其將顱骨固定在一起,并允許機(jī)械應(yīng)力傳遞和變形[2]。通過(guò)對(duì)患兒頭顱施力,可使其頭顱發(fā)育趨勢(shì)向不受應(yīng)力限制的區(qū)域進(jìn)行。當(dāng)受力點(diǎn)或面的邊緣靠近顱縫和囟門(mén)這些結(jié)締組織結(jié)構(gòu)時(shí),應(yīng)力的分布難以預(yù)測(cè)[3]。向顱縫施加拉伸力時(shí),在1周內(nèi)可觀察到縫合線寬度變化和新骨形成[4]。但力學(xué)設(shè)備向顱縫施加擠壓力時(shí),可引起代償性的顱縫過(guò)早骨化愈合[5],過(guò)早使用機(jī)械應(yīng)力進(jìn)行頭顱矯形并非正面事件,選用合理的施力方式是頭顱矯形的關(guān)鍵。在顱骨具有極大發(fā)育潛能的早期,應(yīng)以牽拉力為主,以引導(dǎo)頭顱骨生長(zhǎng)作為治療策略。對(duì)于8個(gè)月齡以上患兒,顱骨發(fā)育處于減慢階段,則可施加擠壓力開(kāi)展矯形,增加短期獲益。

1.2應(yīng)力的量化方式 從施力方式上看,用量級(jí)較低的高頻振動(dòng)力來(lái)調(diào)節(jié)顱縫結(jié)構(gòu),發(fā)現(xiàn)骨小梁數(shù)量和骨小梁分離量增加,骨小梁厚度降低[6]。向顱縫施加拉伸力可使骨縫擴(kuò)大,而連續(xù)的拉伸力比間歇的拉伸力更有效[7],施加擠壓力時(shí),可使顱骨骨質(zhì)發(fā)生變形、加速顱縫骨化以及骨吸收,使骨體積減少[8]。因此,從療效上看,間歇的擠壓力和連續(xù)的拉伸力是最佳的選擇。Rasheed等[9]基于自制的頭顱約束帶開(kāi)展FEA,對(duì)顴骨、額骨、頂骨、顳骨和枕骨進(jìn)行力學(xué)干預(yù)和頭顱形態(tài)分析,觀察到垂直位移的變化較大,而水平位移的程度較小。該研究從力的大小上分析了頭顱形變的情況,隨著干預(yù)應(yīng)力的增大,頭顱按預(yù)期形態(tài)變化的程度越大。對(duì)于使顱縫發(fā)生最佳的形變力,Liu等[10]發(fā)現(xiàn)顱縫的骨化量隨著力的增加而增加,呈動(dòng)態(tài)變化過(guò)程,說(shuō)明頭顱矯形過(guò)程中需根據(jù)顱骨變化對(duì)應(yīng)力進(jìn)行個(gè)性化調(diào)整。目前,通過(guò)添加應(yīng)力干預(yù)嬰幼兒頭顱的臨床研究較少,給患兒配置可施加應(yīng)力的矯形裝置尚停留在FEA模型上。目前可通過(guò)對(duì)手法醫(yī)學(xué)的探究,積累利用應(yīng)力治療PP的臨床經(jīng)驗(yàn),為未來(lái)制作智能化頭顱矯形頭盔做好鋪墊。

2 嬰幼兒頭顱FEA

嬰幼兒頭顱FEA用于研究顱骨在外力作用下的應(yīng)力分布、變形情況以及骨結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性等問(wèn)題。有研究對(duì)9具不同月齡的嬰兒尸體的頂骨和枕骨進(jìn)行材料參數(shù)分析,發(fā)現(xiàn)彎曲模量隨供體年齡的增加而顯著增加;與枕骨相比,頂骨具有更高的模量和極限應(yīng)力,這說(shuō)明產(chǎn)生頂骨形變需要更大的力[11]。Cyganik等[12]開(kāi)展利用宏觀尺度下骨密度與力學(xué)性能之間的關(guān)系預(yù)測(cè)骨小梁楊氏模量的研究,通過(guò)數(shù)學(xué)關(guān)系推算楊氏模量,說(shuō)明數(shù)學(xué)關(guān)系預(yù)測(cè)骨骼材料屬性是可行的研究方向。國(guó)內(nèi)學(xué)者針對(duì)1～2歲幼兒的顱骨和顱縫進(jìn)行力學(xué)的FEA,發(fā)現(xiàn)額骨極限應(yīng)力和彈性模量均高于頂骨,冠狀縫合線和矢狀縫合線在極限應(yīng)力、彈性模量和極限應(yīng)變方面無(wú)差異,額骨和頂骨的極限應(yīng)力和彈性模量高于矢狀縫合線和冠狀縫合線,而極限應(yīng)變結(jié)果與前者相反[13]。Remesz等[14]研究發(fā)現(xiàn),力學(xué)干預(yù)環(huán)境下二維變量模型和三維變量模型之間的位移和應(yīng)變平均值相似,但考慮到空間變異性和局部機(jī)械應(yīng)力反饋,仍需要建立三維模型開(kāi)展復(fù)雜的預(yù)測(cè)。Gibbons和Chen[15]對(duì)幾種常見(jiàn)的顱縫模型進(jìn)行參數(shù)模擬,比對(duì)出不同顱縫結(jié)構(gòu)的材料學(xué)特性。Li等[16]開(kāi)發(fā)出適用于0～1歲嬰兒的顱骨動(dòng)力響應(yīng)模型,顯示出良好的生物保真度,可用于快速預(yù)測(cè)0～1歲嬰兒頭部任何位置的動(dòng)力響應(yīng)。通用的FEA模型對(duì)精準(zhǔn)化矯形十分重要。通過(guò)三維掃描獲取顱骨外觀數(shù)據(jù),利用嬰兒的月齡與體重參數(shù)換算成骨質(zhì)材料參數(shù),快速獲得患兒顱骨的虛擬參數(shù);再將顱骨外觀形態(tài)離散為許多小的有限元單元,根據(jù)換算而來(lái)的顱骨材料特性和外力條件,建立當(dāng)前患兒顱骨的有限元?jiǎng)恿憫?yīng)模型;通過(guò)對(duì)模型進(jìn)行數(shù)值計(jì)算,得到顱骨在不同外力作用下的應(yīng)力、應(yīng)變分布以及整體的變形情況,模擬出相應(yīng)的矯形結(jié)局,最終用于修正矯形方案。開(kāi)展應(yīng)力治療PP,也需基于FEA模型考量不同體重和月齡的顱骨生物學(xué)特性,篩選出最佳的應(yīng)力,從而提高療效和降低臨床風(fēng)險(xiǎn)。

3 PP遠(yuǎn)期結(jié)局

目前已有較多學(xué)者觀察到PP對(duì)患兒運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)的影響,因此,探究PP的遠(yuǎn)期結(jié)局需從人體生物力線的角度切入。Fludder和Keil[17]的研究發(fā)現(xiàn)PP會(huì)引起患兒頸部運(yùn)動(dòng)受限和運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)發(fā)育異常,寰枕關(guān)節(jié)活動(dòng)受限與PP具有相關(guān)性(P<0.05)。Kreutz等[18]研究發(fā)現(xiàn)PP可引起面部發(fā)育不對(duì)稱,早期干預(yù)PP可改善面部發(fā)育不對(duì)稱的問(wèn)題。Kluba等[19]研究發(fā)現(xiàn)PP可引起兒童乳牙咬合異常與頜骨不對(duì)稱,雖然結(jié)果并不明顯,但是仍可將其視為牙頜畸形的致病因素。Verdier等[20]也證實(shí)PP患者在遠(yuǎn)期對(duì)口腔正畸的需求明顯更大。Ma等[21]的研究發(fā)現(xiàn),頜面畸形可能會(huì)改變顳下頜關(guān)節(jié)窩內(nèi)的髁突位置,從而減少關(guān)節(jié)間隙并增加顳下頜關(guān)節(jié)內(nèi)壓力,下頜骨不對(duì)稱患者的顳下頜關(guān)節(jié)非偏斜側(cè)將承受更大壓力,PP成為顳下頜關(guān)節(jié)紊亂病的遠(yuǎn)期危險(xiǎn)因素。Hong等[22]研究發(fā)現(xiàn)面部發(fā)育不對(duì)稱與脊柱側(cè)彎的彎曲度具有相關(guān)性(P<0.05),說(shuō)明PP在遠(yuǎn)期的不良影響可能下行至脊柱。Nakashima等[23]的研究同樣支持了此觀點(diǎn)。PP是影響人體生物力線正常發(fā)育的危險(xiǎn)因素,在早期控制PP進(jìn)展是規(guī)避面部發(fā)育不對(duì)稱、牙頜畸形、顳下頜關(guān)節(jié)紊亂病和脊柱側(cè)彎的一級(jí)預(yù)防策略。

4 頭顱矯形方案

4.1矯形頭盔治療 針對(duì)PP采取較多的治療方式為矯形頭盔治療。隨著初始治療年齡的增加,治療效果將呈現(xiàn)出不同程度的下降,其主要原因與顱縫和囟門(mén)的開(kāi)放程度有關(guān)。雖然大齡嬰幼兒仍可在矯形頭盔治療中得到改善,但是獲益降低。國(guó)內(nèi)學(xué)者劉震[24]在3D打印技術(shù)的基礎(chǔ)上使用聚酰胺12熱塑材料制作矯形頭盔,在頭盔外層制作圓形透氣孔,內(nèi)襯輔以親膚紋路,保證使用的舒適度和支撐力;同時(shí)將頭盔分為前、后兩個(gè)部分,通過(guò)卡扣賦予頭盔伸展功能,延長(zhǎng)頭盔使用壽命至頭顱發(fā)育末期;3D打印技術(shù)保證頭盔的高效生產(chǎn),解決了進(jìn)口矯形頭盔價(jià)格昂貴和舒適度低的問(wèn)題。該技術(shù)具有輕便透氣、造價(jià)低、舒適度高和使用壽命長(zhǎng)等優(yōu)點(diǎn)。國(guó)外學(xué)者同樣使用聚酰胺12熱塑材料制作矯形頭盔,頭盔頂部呈鏤空結(jié)構(gòu),頭盔主體僅限制了枕骨、顳骨、蝶骨和額骨的生長(zhǎng),對(duì)頂骨并未做限制處理,雖然結(jié)構(gòu)可減少打印材料的損耗,但是在矯形階段易出現(xiàn)高顱頂?shù)呐R床表現(xiàn)[25]。個(gè)性化設(shè)計(jì)的矯形頭盔治療已成為4～8個(gè)月齡嬰兒頭顱畸形的首選治療方式,在矯形頭盔中添加應(yīng)力裝置是克服年齡限制的重要途徑,是矯形頭盔迭代發(fā)展的關(guān)鍵;FEA技術(shù)的發(fā)展是開(kāi)發(fā)智能化矯形頭盔的軟件基礎(chǔ)。

4.2手法治療 手法治療是PP患者早期提升治療效果的方法。Mills[26]鼓勵(lì)使用手法早期干預(yù)PP,同時(shí)指出此類手法不僅能解決PP,還可解決患兒脊柱高張力、消化問(wèn)題和吮吸障礙等問(wèn)題。有研究認(rèn)為對(duì)于此類患兒的手法治療不能局限于顱骨,當(dāng)范圍擴(kuò)展至脊柱、骨盆和下肢時(shí),姿勢(shì)管理不良的患兒的獲益度大幅度上升[27]。Lessard等[28]通過(guò)對(duì)12例中度、重度PP患兒進(jìn)行整骨治療,觀察整骨手法對(duì)PP的治療效果,嬰兒每隔2周接受4次整骨療法,其采用的手法技術(shù)有顱縫減壓術(shù)、顱骶筋膜釋放術(shù)、顱骨成形術(shù)等,結(jié)果顯示整骨療法能顯著降低6.5個(gè)月以下嬰兒的顱骨不對(duì)稱指數(shù)(P<0.05),但該研究缺少對(duì)照組。隨機(jī)對(duì)照比較整骨手法和撫觸手法在健康教育的基礎(chǔ)上對(duì)頭顱形態(tài)的影響,納入96例PP患兒,整骨手法組和撫觸手法組各48例,年齡3.1～3.2個(gè)月,第1次干預(yù)在入組第1周,第2次和第3次分別在入組后的第2周和第3周進(jìn)行,在第3次干預(yù)后每3周進(jìn)行3次治療,全套整骨手法每次需要15 min評(píng)估時(shí)間和30 min治療時(shí)間,結(jié)果發(fā)現(xiàn)整骨手法的矯形效果更為顯著(P<0.05)[29]。一項(xiàng)隨機(jī)對(duì)照試驗(yàn)選取年齡小于7個(gè)月齡、頭顱對(duì)角直徑差異大于5 mm的34例PP受試者,隨機(jī)分為手法治療組和對(duì)照組,在10周里手法治療組接受手法治療和體位健康教育,對(duì)照組僅接受體位健康教育。研究發(fā)現(xiàn),手法治療加體位健康教育對(duì)早期PP患兒治療效果更為顯著(P<0.01),且患兒家屬反饋較好[30]。另一項(xiàng)手法治療PP患兒的隨機(jī)對(duì)照試驗(yàn)發(fā)現(xiàn),手法治療組主要采用顱骶手法,經(jīng)過(guò)干預(yù)的患兒頸部活動(dòng)度得到較大提升,手法治療組頸部旋轉(zhuǎn)增加[(29.68±18.41)°],明顯高于僅接受康復(fù)教育的對(duì)照組[(6.13±17.69)°],差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P<0.01)[31]。有學(xué)者招募24例PP患兒接受運(yùn)動(dòng)療法和手法治療,療程共16次,40 min/次,1次/周,持續(xù)4個(gè)月,長(zhǎng)期隨訪中發(fā)現(xiàn)手法治療組頭顱形態(tài)改善率較高[32]。也有學(xué)者將矯形頭盔治療和物理治療作對(duì)比,頭盔治療組的頭顱不對(duì)稱指數(shù)在最終評(píng)估中降至4.07%,而物理治療組降至5.85%,兩種療法比較差異無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P>0.05),兩組頭顱不對(duì)稱指數(shù)均有明顯改善[33]。有研究將46例重度PP患兒分為手法治療組和對(duì)照組,手法治療組在常規(guī)頭盔矯形治療的基礎(chǔ)上附加手法治療,結(jié)果證實(shí)手法治療可縮短治療時(shí)間,手法治療組的治療時(shí)間短于對(duì)照組[(109.84±14.45)d vs (148.65±11.53)d],差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P<0.01)[34]。矯形頭盔治療比手法治療更具優(yōu)勢(shì),但手法治療可作為矯形頭盔治療的補(bǔ)充,縮短康復(fù)時(shí)間,避免二次配置矯形頭盔的經(jīng)濟(jì)支出。目前,該手法技術(shù)仍處于臨床試驗(yàn)階段,循證數(shù)據(jù)較少,尚未形成統(tǒng)一的操作體系。

4.3其他方式 除了矯形頭盔治療和手法治療外,運(yùn)動(dòng)干預(yù)和體位限制對(duì)輕度、中度的PP有較好療效。此類干預(yù)手段比頭盔治療更實(shí)惠、獲取難度更低和可操作性更強(qiáng)。體位限制裝置是根據(jù)患兒頭型設(shè)計(jì)的矯形工具,可通過(guò)3D打印技術(shù)制作,根據(jù)嬰兒仰臥位枕部生物力學(xué)關(guān)系,為患兒在睡眠時(shí)提供支撐力,從而達(dá)到預(yù)防和治療PP的目的[24]。因此,將體位限制、運(yùn)動(dòng)干預(yù)與小兒整骨手法進(jìn)行結(jié)合,亦可提升患兒康復(fù)質(zhì)量[35]。

5 結(jié)語(yǔ)

綜上所述,PP的力學(xué)治療有多種方式。對(duì)于4～8個(gè)月齡的PP患兒,矯形頭盔治療是首選方式。1～3個(gè)月齡的PP患兒則應(yīng)首選手法治療和體位管理,過(guò)早配置頭盔易對(duì)患兒家庭造成經(jīng)濟(jì)負(fù)擔(dān)。大齡PP患兒雖可進(jìn)行矯形頭盔治療,但療效不佳。因此,矯形頭盔治療聯(lián)合手法治療或許是大齡PP患兒快速獲益的關(guān)鍵。在基礎(chǔ)頭盔上增添施力裝置可能是開(kāi)展大齡PP患兒頭顱矯形的重要技術(shù),FEA技術(shù)的發(fā)展可推動(dòng)施力裝置更精準(zhǔn)。