3D打印技术出现于20世纪80年代,是一种快速成形技术(rapid prototyping),它是一种新型的增材制造技术。医学领域中可通过CT、MRI扫描得到数据,以物体的三维数字模型为基础,在计算机控制下通过塑料或金属粉末等可黏性材料以分层加工、逐层叠加的方式制造物体。3D打印模型可使医生更加立体、直观、准确地发现传统影像学资料隐藏的信息,进行精确诊断和制定个体化的治疗方案，可模拟手术操作,还可以根据患者病情需要设计、研制个性化器械,甚至打印人体组织、器官等,是实现各种骨科手术个体化、精确化的有效手段。近年来在骨科领域，3D打印技术的应用越来越普遍[1-5]，本文就3D打印技术在儿童脊柱外科的应用进行概述，并对其未来的发展提出展望。

一、可精确诊断脊柱疾病

脊柱的解剖结构复杂,又有神经、脊髓、大血管、重要脏器等组织结构毗邻,加之脱位、骨折、畸形、占位等因素对手术医生的临床经验和空间想象力提出很大挑战。面对复杂的脊柱疾病，特别是儿童先天性脊柱畸形,由于传统影像学检查无法让医生更直观、精确的了解其解剖位置关系,可能导致对疾病的认识不足,影响疾病的准确诊断,进而影响疾病的治疗及预后。3D打印技术通过提取患者脊柱的CT、MRI资料信息可以重建脊柱的三维解剖结构,显著提高疾病的诊疗质量。与X线片、CT、MRI等传统影像学资料相比,3D打印实体模型可以提供更加立体、直观、详细、现实的解剖学信息[6]，可以帮助临床医生对手术部位毗邻组织和细节进行立体全面的了解,进而更加精确地诊断疾病[7],如复杂脊柱骨折的分型、脊柱侧弯畸形的分型、脊柱肿瘤的鉴别等[8-9],减少复杂疾病的漏诊和误诊[6]。

二、可用于制定手术计划及模拟手术操作

对于复杂脊柱畸形患儿，3D打印模型可以清晰显示脊柱的畸形情况,术者可以通过三维模型选择手术路径，确定钉道深度和角度, 划定截骨范围，模拟截骨、固定、融合等手术操作,并可就术中应避开的神经、脊髓、人体组织、血管等复杂情况提前进行演练,保护神经、脊髓、血管等重要组织,避免和减少术中术后并发症。

传统术前截骨计划大多是通过对术前影像学资料评估分析来实现的，而畸形的脊柱本身解剖结构复杂,存在一定的个体差异,常涉及多种解剖结构的变异,如椎体旋转、脊柱侧弯、椎弓根缺如、脊髓纵裂、脊柱后凸、甚至椎体分节不良等畸形[10]。脊柱又毗邻脊髓神经等重要组织结构,术者很难获得术区直观的三维解剖信息,以致截骨线的设计精确性较低。3D打印技术可以重现脊柱病变区的解剖结构，从而为截骨线的设计提供立体、直观、感性的实物模型,帮助医生设计更加科学严谨的截骨线[11]。

我院自2012年开始使用3D打印模型辅助手术，并对22例颈椎畸形伴上颈椎不稳患儿使用个体化颈椎3D打印模型,通过模拟置钉和内固定手术,进行一期后路矫形及内固定手术治疗,所有手术病例均未出现神经血管损伤和内固定松动断裂,提高了置钉成功率,有利于保护椎动脉,提高了手术安全性[12]。Guarino等[13]运用3D打印技术治疗10例小儿脊柱侧凸,结果表明该技术可提高椎弓根螺钉置入准确率,减少术后并发症，并缩短手术时间。

三、可制定个体化定位导航模板

椎弓根螺钉是目前治疗脊柱疾病的主要内固定方法之一,具有维持脊柱三柱稳定的生物力学优势。椎弓根毗邻血管、脊髓、神经根等重要结构,螺钉误置可能造成大出血、瘫痪,甚至危及生命。对于严重脊柱畸形、寰枢椎损伤、脊柱骨折、肿瘤等疾病,椎弓根变异较大,缺乏明确固定的解剖标志给置钉带来很大风险。传统徒手置钉方法对术者手术操作技术要求很高,且存在穿透椎弓根、钉道偏离、副损伤风险高、需多次透视等不足之处。个体化定位导向模板是新兴的个体化辅助置钉工具,在脊柱外科的应用已经由实验阶段逐渐进入临床阶段[14]。可以借助3D打印技术在三维模型上规划出椎弓根的最佳进针点、进针深度和进针方向,同时建立与脊柱解剖形态相匹配的反向模板,最后将最佳进针通道与反向模板相结合,即可制定出个体化定位导向模板。该导向模板可与脊柱表面完全贴合,螺钉的大小、进钉角度、植入深度得到科学计算,有效避免对重要神经和血管的损伤[15-21] 。

四、可打印个体化内植物

目前骨科临床工作中，标准内植物能够满足大多数患者的需求，但特殊情况下，对于解剖变异或个体差异及部分肿瘤患者,标准的内植物不能与患者个体解剖形态良好匹配,内植物与机体骨骼表面贴合度差,不能有效分散应力,甚至会引起固定物应力集中,影响固定的安全性、有效性及术后融合效果。运用3D打印技术打印个体化内置物已逐渐进入临床应用阶段[22]。根据患者自身特点和实际需要定制个体化、符合生物力学及解剖特性、适宜骨长入的内植物是亟待解决的问题。3D打印内植入物较传统植入物的最大优势是真正做到“量体裁衣”,术中不需要再次裁剪,具有良好的解剖形态匹配,并且能够打印出与植入物一体的仿生骨小梁微孔结构,从而有利于骨长入,实现真正意义的精准化和个体化治疗。

文章来源：《现代制造技术与装备》 网址: http://www.xdzzjsyzb.cn/qikandaodu/2021/0320/792.html