3D打印技术在脊柱侧弯矫形中的应用进展

甘肃医药2021年40卷第3期Gansu Medical Journal ，2021，Vol.40，No.3
3D 打印技术（three dimensional printing technology ）是一种快速成型技术，运用计算机建模生成的三维数据模型，使用可黏合材料，通过逐层打印的方式精准制造出实体模型［1-2］。

该技术越来越多地用于医疗保健、航空工业等各大领域［3-5］，3D 打印技术作为医学现代化的高度体现，将脊柱疾病的治疗带入了个体化、精准化的新时代。

脊柱侧弯畸形对青少年的生长发育产生了极大的负面影响，需要尽早发现，及时处理［6-7］。

本文对3D 打印技术在脊柱侧弯矫形中的应用现状做一综述。

13D 打印技术
3D 打印技术是一种可以将三维的数字模型通过金属粉末或塑料等可粘性材料打印为实物模型的快速成型技术。

打印材料有塑料、金属、陶瓷、树脂、粉末、液体及活细胞等［8-9］。

3D 打印技术分类更加丰富，如立体平版印刷、喷墨印刷、选择性激光烧结等［10］。

该技术首先对目标区域进行螺旋CT 扫描，将CT 得到的图像数据另存为DICOM 格式，下一步将收集的数据导入Mimics 软件，重建出三维模型。

最后将重建的结果以STL 格式导入3D 打印机，按照三维模型逐层叠加打印出1∶1解剖模型［11］。

23D 打印在脊柱侧弯矫形中的应用
脊柱侧弯是指脊柱的一个或多个节段向侧方弯曲，并且伴有椎体旋转的三位脊柱畸形。

国际脊柱侧弯
研究学会对脊柱侧弯的定义如下：应用Cobb 法测量站立正位X 线片的脊柱侧方弯曲，测量上终椎上缘延长线的垂线与下终椎下缘延长线的垂线相交所形成的
角，如果此角大于10°则将其定义为脊柱侧弯［12］。

对于严
重的脊柱侧弯，由于椎体旋转，使得原来正常的椎弓根发生该改变，此时椎弓根缺少固定的解剖标志，增加了手术的风险性。

目前3D 打印技术已经广泛地应运到脊柱侧弯矫形的临床治疗中。

2.1
3D 打印1∶1脊柱侧弯实物模型
通过收集脊柱
侧弯患者的CT 数据资料，运用3D 打印技术可重建患者脊柱的三维解剖结构，得到病变的实体模型，其提供的立体内部结构更加清晰直观，解剖信息更加详细具体，可以帮助医生全面认识疾病，了解脊柱侧弯的分型，进而做出正确的诊断，为后期制订合理的手术方案打下基础。

此外还可以对手术方式进行直观的探讨分析及模拟，使手术更加精准，手术时间缩短，安全性提高，治疗效果理想［13］。

麦合木提江·穆海麦提等［14］对一例应用3D 打印精准手术治疗脊柱侧弯的病例进行报告。

患者术前X 片中测量的侧弯Cobb 角49.31°，后弯Cobb 角52.40°，术中应用3D 打印模型，术后完善X 线片、CT 及MRI 检查，术后Cobb 角9.21°，后弯Cobb 角8.33°。

在3D 打印技术的辅助下可以打印出1∶1大小的实物模型，使医生更加精准的把握病情，制定手术方案，从而提高疾病的诊治率，降低了手术的风险。

2.2
3D 打印用于脊柱侧弯矫形的术前规划
在3D
打印模型上进行直观的测量，评估患者脊柱畸形的情况，对病情直观的分析评估，观察相邻节段椎体的解剖关系，可在模型上确定椎弓根螺钉的最佳置入点和角度，确定需要固定的节段，在变节段上选择不同的截骨
第一作者：张同同，男，硕士在读，脊柱外科研究方向通信作者：刘林，男，主任医师，从事脊柱外科临床工作。

E-mail ：****************
3D 打印技术在脊柱侧弯矫形中的应用进展
张同同1，2刘林2
1.甘肃中医药大学第一临床医学院，甘肃兰州730000；
2.甘肃省人民医院，甘肃兰州730000
【摘要】3D 打印技术是一种新型的快速成型技术，该技术以数字模型为基础，以逐层打印的方式将可黏合材料打印出1∶1实体模型。

近年来越来越多地用于医药卫生、生物医学工程、汽车工业及航天工业各大领域。

目前该技术受到医学界的广泛关注，在脊柱侧弯的诊治过程具有广阔的应用前景，其主要应用于打印1∶1解剖模型、术前规划、手术钻孔导板、极重度脊柱侧弯及医患沟通和临床教学等方面，然而时间过长、成本过高限制了3D 打印技术在临床中进一步的发展和应用。

本文将综合阐述3D 打印技术在脊柱侧弯矫形中的应用现状，以期为3D 打印技术的进一步发展和应用提供借鉴。

【关键词】3D 打印；脊柱侧弯；矫形中图分类号：R687.3
文献标识码：A
文章编号：1004-2725（2021）3-0205-03
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甘肃医药2021年40卷第3期Gansu Medical Journal ，2021，Vol.40，No.3
图13D 打印1∶1解剖模型图
部位和截骨角度，比较不同方案，确定一套最佳的手术
方案［20］。

杨阳等［15］对32例重度僵硬脊柱侧后弯畸形
患者研究，其研究结果表明在3D 打印技术的辅助下医师可制定个详细的置钉及截骨方案，增加手术安全性，减少手术所带来的创伤，减少术后并发症发生率。

2.33D 打印脊柱侧弯钻孔导板
对于严重的脊柱侧
弯，正常的解剖结构发生变化，给置钉带来极大风险。

传统徒手置钉方法又存在着钉道偏离、穿透椎弓根、损伤脊髓等缺点［16］。

李宝杰等［17］报道，脊柱徒手置钉的过程中，椎弓根螺钉错位发生率未20％～30％，大概有2％的患者会出现严重的血管及神经并发症。

提高置钉的成功率一直是骨科医师重点关注的内容之一。

个性化的3D 打印钻孔导板辅助椎弓根螺钉置入，在术前可预先清楚螺钉大小，置入螺钉的角度及置钉路径，提高置钉成功率；手术时间减少、减少术中出血量、术中透视次数减少；降低术后并发症及伤口愈合好等优点［18-22］。

Lu 等［23］以16例脊柱侧弯患者为研究对象，在术中运用3D 打印导板进行置钉，结果表明有157枚螺钉位于椎弓根内，11枚螺钉穿破皮质（0～2mm ），无穿破皮质＞2mm 螺钉置钉准确率（螺钉穿破皮质不超过2mm ）100％。

Putzier 等［24］对4例脊柱侧弯患者在3D 打印导板辅助下置钉，共置入76枚螺钉，其中84％螺钉在椎弓根内，96.1％穿破皮质＜2mm 。

借助3D 打印钻孔导板可提高螺钉置入的准确性、安全性。

2.43D 打印在重度脊柱侧弯中的应用
当Cobb 角＞
90°时为重度脊柱侧弯，随着Cobb 角的增大会导致严重的心肺功能障碍［25］，重度脊柱侧弯患者的治疗方式为，一期头盆环牵引，二期截骨矫形。

在牵引的过程中需要使用导针从上侧髂前嵴上2cm 出内外板间穿入，由髂后嵴穿出
［26］。

针道周围存在有重要血管，神经和
盆腔重要脏器，具有损伤的风险。

应3D 打印导板辅助髂骨导针置入，能够降低血管神经损伤风险
［27］。

极重
度脊柱侧弯术中置钉难度高、风险高，脊柱3D 打印联合椎弓根导向器辅助置钉技术提高了置钉准确率、缩
短手术时间、减少术中出血和并发症［28］。

2.5
医患沟通与临床教学
医患沟通，以患者为中心
是医疗服务的首要任务之一。

脊柱侧弯患者的解剖结构复杂难懂，单纯的运用二维影像学数据向患者解释病情，患者很难理解。

3D 打印模型真实地还原了病变组织，对于疾病的认识更加清晰、直观，使患者理解
疾病情况和手术方式，以达到改善医患沟通的效果［29-30］。

此外在临床教学中3D 打印技术在脊柱外科手术培训及临床教学中起到非常重要的作用，它的出现弥补了青年医师早期不能实际操作的不足，运用3D 打印技术来打印复杂的脊柱解剖模型，在实践课中利用三维模型授课能够使医学生理解的更加深刻、通透［31］。

谢炜星等［32］研究发现3D 打印获得的脊柱侧弯模型可直观地显示复杂的脊柱解剖结构，形象直观，对医学生而言可增强动手能力，加强临床思维的培养，能够更好地将理论知识运用于临床，显著提高临床教学水平。

3总结与展望
3D 打印技术为脊柱外科医生在进行脊柱侧弯疾病诊断、术前规划设计、医患沟通及临床教学等方面提供了新思路、新方法。

通过二维的影像数据借助3D 打印技术打印出1∶1解剖模型，其三维可视性使得医生在复杂的脊柱侧弯手术上获得了以前通过平面影像资料无法获得的精确数据。

目前该技术处于发展阶段，对仪器和材料的要求比较高，增加患者住院费用，会加重患者的经济负担。

从采集数据到打印出模型需要一定的时间，不适用于急诊患者［33］。

科学技术飞速发展，相信该技术也会得到进一步的发展，克服上述
的缺点。

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（本文编辑：马佰菁）
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