3d打印技術在脊柱外科中的應用

蔣歡 羅德發 歐亞新 石壽勇 趙清源 陳明薺

（貴州省大方縣人民醫院 貴州 大方 556100）

脊柱手術風險高、手術難度大，對醫生的心理素質、空間想象能力以及解剖知識等方面具有極高的要求。即便醫生具備了上述知識、技術以及心理素質，也會因不同患者的脊柱個性化、不同脊柱骨折部位而出現困擾。對于脊柱手術來說，脊柱內固定是非常關鍵的環節，置釘位置準確性、手術部位與內固定物的匹配程度與手術成功率之間密切相關。

1.3d打印技術簡介

3d打印技術也成為快速成型技術，這屬于新型增材制造技術的一種，其以三維數字模型為基準，通過計算機輔助技術進行分層加工、疊加等方式制造物體。與減材制造技術相比較，3d打印技術在產品成型過程中無需模具支持，只利用CAD圖形就可設計產品，大大提高了制圖效率。3d打印技術通過個性化的導航模板、針對性內置物以及脊柱實物模型，為醫生了解骨折部位解剖結構、設計手術方案、模擬手術過程、進行手術參照、設計個性化內置物、輔助置釘等提供了簡單、有效、直接、客觀的數據支持。

2.3d打印技術在脊柱外科中的應用

2.1 輔助椎弓根置釘

①3d打印技術輔助椎弓根置釘。患者接受脊柱后路椎弓根螺釘植入術，先進行螺旋CT掃描處理，獲得相關文件后導入形成椎體斷層圖像，通過調整對比度以及灰度等方式，去除影響手術操作和視野的結構。設定目標窗口椎體圖像閾值，及時修補和擦除椎體斷面影像部分，然后充分利用conclude 3D獲得完成的三維圖像模型。使用STL模式將其導入到打印機中進行模型打印。科學評估3D打印圖像，確定精準的進釘方向、進針點一級螺釘在椎弓根中的具體位置。將上述圖像進行低溫消毒處理，帶入手術臺，指導整個手術操作過程。劉正蓬、王雅輝、明穎等人的研究指出：觀察組（使用3d打印技術）置釘準確率100%、并發癥幾率8.6%，對照組（未用3d打印技術）置釘準確率91.4%，觀察組對照組并發癥幾率20.0%，組間差異具有統計學意義（P＜0.05）[1]。②3d打印技術在頸椎手術中的應用。眾所周知，頸椎部位的解剖結構非常復雜、進行手術操作的風險非常高，而且，很容易并發神經血管并發癥。3d打印技術在頸椎手術中的應用能全面提升頸椎手術的準確性和安全性。相關研究學者使用3d打印技術輔助頸二椎板關節突螺絲內固定治療寰樞椎不穩，結果3d打印技術輔助置釘后的螺釘位置均在允許范圍內[2]。③3d打印技術在胸椎手術中的應用。相比于頸椎和腰椎部位的生理結構來說，胸椎部位的椎弓根更細、更小，在置釘過程中很容易累及周圍的神經、脊髓、主動脈等組織。而通過胸椎個體化到肝及時的應用，能全面提升胸椎置釘的準確性。我國研究學者通過胸椎個體化導板輔助胸椎椎弓根置釘，螺釘均穿破椎弓根骨皮質，置釘成功率高達100%，提示：個體化導向模板在胸椎手術中的重要性及價值[3]。④3d打印技術在腰骶椎手術中的應用 腰骶椎的椎弓根比較粗，故而，在腰骶椎手術中很少用到個體化定位導向技術。但大量臨床實踐證實，在腰椎手術中使用3d打印技術，能有效提高穿刺準確性，縮短置釘時間，盡可能降低突破椎弓根皮質的風險。有研究學者將腰椎患者20例納入研究，隨機分為兩組，對照組接受傳統質量，觀察組接受3d個體化導板輔助治療，結果觀察組的置釘時間顯著低于對照組，置釘準確率顯著高于對照組[4]。

2.2 準確劃定截骨減壓范圍

在脊柱后路減壓、脊柱畸形等手術過程中，經常會需要截骨治療。由于脊柱部位的神經密集，這對手術醫生的操作技術提出了較高要求，稍有不慎，就可能導致失血過多，嚴重的還會導致患者癱瘓。在傳統手術過程中，手術人員通過影像學資料輔助確定這些規劃，依靠醫生的肉眼判斷和經驗確定截骨線位置，再加上患者脊柱個體化差異大，醫生無法獲得準確的脊柱三維解剖圖像，故而手術凈賺度比較差，手術風險較高。通過3d打印技術的應用，能及時還原患者脊柱實物模型，從而更加精確、科學的設計截骨線。相關研究學者指出，在脊柱截骨減壓手術中，使用3d打印截骨導板的觀察組其手術時間、術中出血量以及手術費用均低于傳統截骨方式的對照組，組間差異具有統計學意義（P＜ 0.05）[5]。

2.3 個體化內置物定制

個體化內置物定制需要滿足多向性、復雜性以及快速性等特點。有研究學者通過3d打印技術打印椎體，然后將其置入到實驗豬體內，結果實驗豬后腿感覺性以及活動性良好，置入的椎體位置正常[6]。而且，3d打印內置物更滿足生物力學、解剖學以及生態學等需求。3d打印技術和生物力學的聯合，更符合有機體生理特點，且制作更加簡便。

綜上所述，脊柱骨折是臨床發病率較高的骨折類型，隨著醫學技術的進步，植入椎弓根螺釘技術因生物力學性能良好得到了廣泛應用并取得了良好效果[1]。但脊髓部位、神經部位與椎弓根結構相鄰，再加上不同患者脊柱直徑與方向存在明顯差異，在置入椎弓根螺釘時難度較大。3d打印技術在脊柱外科中的應用效果顯著，能有效提升置釘準確率，大幅度降低并發癥幾率，提高手術成功率，值得臨床推廣。