張同同 劉林

1.甘肅中醫(yī)藥大學第一臨床醫(yī)學院，甘肅 蘭州730000；2.甘肅省人民醫(yī)院，甘肅 蘭州730000

3D 打印技術（three dimensional printing technology）是一種快速成型技術，運用計算機建模生成的三維數(shù)據(jù)模型，使用可黏合材料，通過逐層打印的方式精準制造出實體模型［1-2］。該技術越來越多地用于醫(yī)療保健、航空工業(yè)等各大領域［3-5］，3D 打印技術作為醫(yī)學現(xiàn)代化的高度體現(xiàn)，將脊柱疾病的治療帶入了個體化、精準化的新時代。脊柱側彎畸形對青少年的生長發(fā)育產(chǎn)生了極大的負面影響，需要盡早發(fā)現(xiàn)，及時處理［6-7］。本文對3D 打印技術在脊柱側彎矯形中的應用現(xiàn)狀做一綜述。

1 3D 打印技術

3D 打印技術是一種可以將三維的數(shù)字模型通過金屬粉末或塑料等可粘性材料打印為實物模型的快速成型技術。打印材料有塑料、金屬、陶瓷、樹脂、粉末、液體及活細胞等［8-9］。3D 打印技術分類更加豐富，如立體平版印刷、噴墨印刷、選擇性激光燒結等［10］。該技術首先對目標區(qū)域進行螺旋CT 掃描，將CT 得到的圖像數(shù)據(jù)另存為DICOM 格式，下一步將收集的數(shù)據(jù)導入Mimics軟件，重建出三維模型。最后將重建的結果以STL 格式導入3D 打印機，按照三維模型逐層疊加打印出1∶1 解剖模型［11］。

2 3D 打印在脊柱側彎矯形中的應用

脊柱側彎是指脊柱的一個或多個節(jié)段向側方彎曲，并且伴有椎體旋轉(zhuǎn)的三位脊柱畸形。國際脊柱側彎研究學會對脊柱側彎的定義如下：應用Cobb 法測量站立正位X 線片的脊柱側方彎曲，測量上終椎上緣延長線的垂線與下終椎下緣延長線的垂線相交所形成的角，如果此角大于10°則將其定義為脊柱側彎［12］。對于嚴重的脊柱側彎，由于椎體旋轉(zhuǎn)，使得原來正常的椎弓根發(fā)生該改變，此時椎弓根缺少固定的解剖標志，增加了手術的風險性。目前3D 打印技術已經(jīng)廣泛地應運到脊柱側彎矯形的臨床治療中。

2.1 3D 打印1∶1 脊柱側彎實物模型 通過收集脊柱側彎患者的CT 數(shù)據(jù)資料，運用3D 打印技術可重建患者脊柱的三維解剖結構，得到病變的實體模型，其提供的立體內(nèi)部結構更加清晰直觀，解剖信息更加詳細具體，可以幫助醫(yī)生全面認識疾病，了解脊柱側彎的分型，進而做出正確的診斷，為后期制訂合理的手術方案打下基礎。此外還可以對手術方式進行直觀的探討分析及模擬，使手術更加精準，手術時間縮短，安全性提高，治療效果理想［13］。麥合木提江·穆海麥提等［14］對一例應用3D 打印精準手術治療脊柱側彎的病例進行報告?；颊咝g前X 片中測量的側彎Cobb 角49.31°，后彎Cobb 角52.40°，術中應用3D 打印模型，術后完善X 線片、CT 及MRI 檢查，術后Cobb 角9.21°，后彎Cobb角8.33°。在3D 打印技術的輔助下可以打印出1∶1 大小的實物模型，使醫(yī)生更加精準的把握病情，制定手術方案，從而提高疾病的診治率，降低了手術的風險。

圖1 3D 打印1∶1 解剖模型圖

2.2 3D 打印用于脊柱側彎矯形的術前規(guī)劃 在3D打印模型上進行直觀的測量，評估患者脊柱畸形的情況，對病情直觀的分析評估，觀察相鄰節(jié)段椎體的解剖關系，可在模型上確定椎弓根螺釘?shù)淖罴阎萌朦c和角度，確定需要固定的節(jié)段，在變節(jié)段上選擇不同的截骨部位和截骨角度，比較不同方案，確定一套最佳的手術方案［20］。楊陽等［15］對32 例重度僵硬脊柱側后彎畸形患者研究，其研究結果表明在3D 打印技術的輔助下醫(yī)師可制定個詳細的置釘及截骨方案，增加手術安全性，減少手術所帶來的創(chuàng)傷，減少術后并發(fā)癥發(fā)生率。

2.3 3D 打印脊柱側彎鉆孔導板 對于嚴重的脊柱側彎，正常的解剖結構發(fā)生變化，給置釘帶來極大風險。傳統(tǒng)徒手置釘方法又存在著釘?shù)榔x、穿透椎弓根、損傷脊髓等缺點［16］。李寶杰等［17］報道，脊柱徒手置釘?shù)倪^程中，椎弓根螺釘錯位發(fā)生率未20%～30%，大概有2%的患者會出現(xiàn)嚴重的血管及神經(jīng)并發(fā)癥。提高置釘?shù)某晒β室恢笔枪强漆t(yī)師重點關注的內(nèi)容之一。個性化的3D 打印鉆孔導板輔助椎弓根螺釘置入，在術前可預先清楚螺釘大小，置入螺釘?shù)慕嵌燃爸冕斅窂?，提高置釘成功率；手術時間減少、減少術中出血量、術中透視次數(shù)減少；降低術后并發(fā)癥及傷口愈合好等優(yōu)點［18-22］。Lu 等［23］以16 例脊柱側彎患者為研究對象，在術中運用3D 打印導板進行置釘，結果表明有157 枚螺釘位于椎弓根內(nèi)，11 枚螺釘穿破皮質(zhì)（0～2mm），無穿破皮質(zhì)＞2mm 螺釘置釘準確率（螺釘穿破皮質(zhì)不超過2mm）100%。Putzier 等［24］對4 例脊柱側彎患者在3D 打印導板輔助下置釘，共置入76 枚螺釘，其中84%螺釘在椎弓根內(nèi)，96.1%穿破皮質(zhì)＜2mm。借助3D 打印鉆孔導板可提高螺釘置入的準確性、安全性。

2.4 3D 打印在重度脊柱側彎中的應用 當Cobb 角＞90°時為重度脊柱側彎，隨著Cobb 角的增大會導致嚴重的心肺功能障礙［25］，重度脊柱側彎患者的治療方式為，一期頭盆環(huán)牽引，二期截骨矯形。在牽引的過程中需要使用導針從上側髂前嵴上2cm 出內(nèi)外板間穿入，由髂后嵴穿出［26］。針道周圍存在有重要血管，神經(jīng)和盆腔重要臟器，具有損傷的風險。應3D 打印導板輔助髂骨導針置入，能夠降低血管神經(jīng)損傷風險［27］。極重度脊柱側彎術中置釘難度高、風險高，脊柱3D 打印聯(lián)合椎弓根導向器輔助置釘技術提高了置釘準確率、縮短手術時間、減少術中出血和并發(fā)癥［28］。

2.5 醫(yī)患溝通與臨床教學 醫(yī)患溝通，以患者為中心是醫(yī)療服務的首要任務之一。脊柱側彎患者的解剖結構復雜難懂，單純的運用二維影像學數(shù)據(jù)向患者解釋病情，患者很難理解。3D 打印模型真實地還原了病變組織，對于疾病的認識更加清晰、直觀，使患者理解疾病情況和手術方式，以達到改善醫(yī)患溝通的效果［29-30］。此外在臨床教學中3D 打印技術在脊柱外科手術培訓及臨床教學中起到非常重要的作用，它的出現(xiàn)彌補了青年醫(yī)師早期不能實際操作的不足，運用3D 打印技術來打印復雜的脊柱解剖模型，在實踐課中利用三維模型授課能夠使醫(yī)學生理解的更加深刻、通透［31］。謝煒星等［32］研究發(fā)現(xiàn)3D 打印獲得的脊柱側彎模型可直觀地顯示復雜的脊柱解剖結構，形象直觀，對醫(yī)學生而言可增強動手能力，加強臨床思維的培養(yǎng)，能夠更好地將理論知識運用于臨床，顯著提高臨床教學水平。

3 總結與展望

3D 打印技術為脊柱外科醫(yī)生在進行脊柱側彎疾病診斷、術前規(guī)劃設計、醫(yī)患溝通及臨床教學等方面提供了新思路、新方法。通過二維的影像數(shù)據(jù)借助3D 打印技術打印出1∶1 解剖模型，其三維可視性使得醫(yī)生在復雜的脊柱側彎手術上獲得了以前通過平面影像資料無法獲得的精確數(shù)據(jù)。目前該技術處于發(fā)展階段，對儀器和材料的要求比較高，增加患者住院費用，會加重患者的經(jīng)濟負擔。從采集數(shù)據(jù)到打印出模型需要一定的時間，不適用于急診患者［33］?？茖W技術飛速發(fā)展，相信該技術也會得到進一步的發(fā)展，克服上述的缺點。