3d打印技术在脊柱外科中的应用

蒋欢 罗德发 欧亚新 石寿勇 赵清源 陈明荠

（贵州省大方县人民医院 贵州 大方 556100）

脊柱手术风险高、手术难度大，对医生的心理素质、空间想象能力以及解剖知识等方面具有极高的要求。即便医生具备了上述知识、技术以及心理素质，也会因不同患者的脊柱个性化、不同脊柱骨折部位而出现困扰。对于脊柱手术来说，脊柱内固定是非常关键的环节，置钉位置准确性、手术部位与内固定物的匹配程度与手术成功率之间密切相关。

1.3d打印技术简介

3d打印技术也成为快速成型技术，这属于新型增材制造技术的一种，其以三维数字模型为基准，通过计算机辅助技术进行分层加工、叠加等方式制造物体。与减材制造技术相比较，3d打印技术在产品成型过程中无需模具支持，只利用CAD图形就可设计产品，大大提高了制图效率。3d打印技术通过个性化的导航模板、针对性内置物以及脊柱实物模型，为医生了解骨折部位解剖结构、设计手术方案、模拟手术过程、进行手术参照、设计个性化内置物、辅助置钉等提供了简单、有效、直接、客观的数据支持。

2.3d打印技术在脊柱外科中的应用

2.1 辅助椎弓根置钉

①3d打印技术辅助椎弓根置钉。患者接受脊柱后路椎弓根螺钉植入术，先进行螺旋CT扫描处理，获得相关文件后导入形成椎体断层图像，通过调整对比度以及灰度等方式，去除影响手术操作和视野的结构。设定目标窗口椎体图像阈值，及时修补和擦除椎体断面影像部分，然后充分利用conclude 3D获得完成的三维图像模型。使用STL模式将其导入到打印机中进行模型打印。科学评估3D打印图像，确定精准的进钉方向、进针点一级螺钉在椎弓根中的具体位置。将上述图像进行低温消毒处理，带入手术台，指导整个手术操作过程。刘正蓬、王雅辉、明颖等人的研究指出：观察组（使用3d打印技术）置钉准确率100%、并发症几率8.6%，对照组（未用3d打印技术）置钉准确率91.4%，观察组对照组并发症几率20.0%，组间差异具有统计学意义（P＜0.05）[1]。②3d打印技术在颈椎手术中的应用。众所周知，颈椎部位的解剖结构非常复杂、进行手术操作的风险非常高，而且，很容易并发神经血管并发症。3d打印技术在颈椎手术中的应用能全面提升颈椎手术的准确性和安全性。相关研究学者使用3d打印技术辅助颈二椎板关节突螺丝内固定治疗寰枢椎不稳，结果3d打印技术辅助置钉后的螺钉位置均在允许范围内[2]。③3d打印技术在胸椎手术中的应用。相比于颈椎和腰椎部位的生理结构来说，胸椎部位的椎弓根更细、更小，在置钉过程中很容易累及周围的神经、脊髓、主动脉等组织。而通过胸椎个体化到肝及时的应用，能全面提升胸椎置钉的准确性。我国研究学者通过胸椎个体化导板辅助胸椎椎弓根置钉，螺钉均穿破椎弓根骨皮质，置钉成功率高达100%，提示：个体化导向模板在胸椎手术中的重要性及价值[3]。④3d打印技术在腰骶椎手术中的应用 腰骶椎的椎弓根比较粗，故而，在腰骶椎手术中很少用到个体化定位导向技术。但大量临床实践证实，在腰椎手术中使用3d打印技术，能有效提高穿刺准确性，缩短置钉时间，尽可能降低突破椎弓根皮质的风险。有研究学者将腰椎患者20例纳入研究，随机分为两组，对照组接受传统质量，观察组接受3d个体化导板辅助治疗，结果观察组的置钉时间显著低于对照组，置钉准确率显著高于对照组[4]。

2.2 准确划定截骨减压范围

在脊柱后路减压、脊柱畸形等手术过程中，经常会需要截骨治疗。由于脊柱部位的神经密集，这对手术医生的操作技术提出了较高要求，稍有不慎，就可能导致失血过多，严重的还会导致患者瘫痪。在传统手术过程中，手术人员通过影像学资料辅助确定这些规划，依靠医生的肉眼判断和经验确定截骨线位置，再加上患者脊柱个体化差异大，医生无法获得准确的脊柱三维解剖图像，故而手术净赚度比较差，手术风险较高。通过3d打印技术的应用，能及时还原患者脊柱实物模型，从而更加精确、科学的设计截骨线。相关研究学者指出，在脊柱截骨减压手术中，使用3d打印截骨导板的观察组其手术时间、术中出血量以及手术费用均低于传统截骨方式的对照组，组间差异具有统计学意义（P＜ 0.05）[5]。

2.3 个体化内置物定制

个体化内置物定制需要满足多向性、复杂性以及快速性等特点。有研究学者通过3d打印技术打印椎体，然后将其置入到实验猪体内，结果实验猪后腿感觉性以及活动性良好，置入的椎体位置正常[6]。而且，3d打印内置物更满足生物力学、解剖学以及生态学等需求。3d打印技术和生物力学的联合，更符合有机体生理特点，且制作更加简便。

综上所述，脊柱骨折是临床发病率较高的骨折类型，随着医学技术的进步，植入椎弓根螺钉技术因生物力学性能良好得到了广泛应用并取得了良好效果[1]。但脊髓部位、神经部位与椎弓根结构相邻，再加上不同患者脊柱直径与方向存在明显差异，在置入椎弓根螺钉时难度较大。3d打印技术在脊柱外科中的应用效果显著，能有效提升置钉准确率，大幅度降低并发症几率，提高手术成功率，值得临床推广。