3D打印技术的快速发展，为脊柱疾病的形态判断、手术治疗的精确有效以及医疗质量和安全的保障提高提供了强有力的技术支持，也为相关的疗效预测、评估和基础研究开拓了新天地。
作为骨科领域中解剖结构最为复杂的脊柱外科，加之各种原因导致的畸形、骨折、脱位、结构破坏等各种因素，使得临床医师对该类疾病的术前判断缺乏较为明确直观的了解。
建立患处乃至整条脊柱的3D模型，可以使术者在术前即形成较为立体的概念，有助于了解和掌握患处的立体结构细节，并依此制定手术策略，明确手术的具体方案，做好充分的术前准备。从而使术者在手术时最大限度地提高脊柱骨折的复位、畸形矫正和固定的效果，并在术中提高操作的精度、有效保护术区周围的重要组织和器官，缩短手术时间，降低手术风险，辅助术后疗效评估。
1.术前影像学图形处理和3D建模技术
在整个脊柱外科手术中，脊柱解剖关系最为复杂，毗邻的重要神经、血管最多，特别是颈椎手术。
对于严重的脊柱骨折、脊柱侧弯、脱位等疾患，在CT扫描及MRI扫描的基础上进行3D建模，不仅可以提供较为全面、直观、立体的脊柱骨骼和血管的大体情况，还可以使术者在计算机上通过各个角度和不同层面来观察局部的细节情况，为实现该区复杂伤病精准手术的实施提供良好的依据。
如目前脊柱外科的难点之一的脊柱侧弯和后凸畸形来说，由于属于冠状面、矢状面、水平面的三维立体畸形，单纯的X线片、CT或MRI平片显示均有明显缺陷。
运用全脊柱3D建模技术可以辅助术者正确了解和掌握脊柱畸形的立体结构和细节，进而指导手术策略的制定，对提高矫形手术成功率、避免术中并发症具有非常重要的意义。
椎弓根大小、长度、方向测量
术前实体模型测量确定测量效果
2.术前手术规划及模拟手术技术
3D辅助手术规划是指根据术前获取的医学图像建立患体的3D模型，利用计算机技术进行手术方案的思考和仿真，是目前3D技术与临床医学结合最为密切的研究领域之一。
具体的手术规划包括：
在3D模型上对患体进行尺寸、面积和体积测量；确定手术路径、组织的切割与移位，确定组织间、组织与手术器械间的位置关系等，在此基础上制定手术方案，并利用后续的个性化医疗导板，使临床中该手术方案得以精确完整地实现。
对复杂的脊柱疾患进行三维建模之后，通过对拆分模型进行旋转、平移等操作，结合观察轴位、冠状位及矢状位可以方便地从任意角度对脊柱进行立体测量：包括各椎体及附近的相邻关系、形态，椎弓根的横径、矢状径，与脊柱相邻的骨性结构如胸廓、骨盆的毗邻关系和变形情况等)，同时可以更全面、清晰地了解脊柱畸形的整体和细节，从而有助于选择合适长度和直径的椎弓根螺钉以及判断椎弓螺钉的进钉点、角度和方向等。
在脊柱侧弯方面，以往脊柱矫形截骨的设计往往采用二维方式或凭经验来进行裁剪决定手术截骨的节段及截骨块的大小，这种费时费力的方式目前已被3D打印技术辅助所替代。
在脊柱3D模型建立成功后，可以在计算机上进行虚拟截骨手术，包括确定截骨平而和截骨角度等步骤，可即时获得截骨的效果，并可在计算机上随意更改、调整直至最佳效果，并依此进行手术，以获得满意的实际效果。
个性化置钉导向模板
3D打印的1:1脊柱侧弯实体模型
3.3D置钉导向模板技术
3D置钉导向模扳技术是在获得脊柱3D建模的基础上，利用计算机设计出用于术中置钉的导向模板，并采用3D打印技术将其打印成为实体的方法。该技术制造出的模板能契合患者的脊柱骨性结构，引导术者准确置入螺钉，较之传统的眼-手配合或者经验置钉的方法具有操作简便、定位精确的优势。
具体方法是：
首先在电脑软件平台上重建脊柱的3D解剖表面模型；
然后运用患者1:1脊柱模型进行定量分析与设汁，根据最大螺钉通道半径大小和螺钉规格选择合适的螺钉，得到该方向椎弓根通道及其最大螺钉通道在椎板的定位区、进钉轴范围及最佳中心轴；
最后利用3D打印技术将模型和模板的实物模型同时制作出来；
制作成功后在体外将模板和椎体贴合，进行模拟置钉操作，在证实模扳导向的准确性后，将模板消*以备术中辅助置钉之用。
以下为一例实际病例：
患者反复腰部疼痛伴左臀部、小腿麻木2年。
查体：脊柱生理性弯曲变直，腰椎活动受限，左侧直腿抬高试验（+），加强实验（+），双下肢肌力4-5级。
入院后予以腰部X线片、CT检查，发现患者为
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1.腰椎管狭窄症：L2/3.L3/4.L4/5.L5/S1椎间盘突出2.L2椎体向前Ⅰ°滑脱3.腰椎退行性变。
借助3D打印技术来做此手术：采用患者薄层CT扫描获取病变部位的二维数据,运用计算机辅助技术行腰椎三维重建解剖学模型,快速成型制作出与实体1∶1大小的腰椎模型，并打印出1∶1大小的腰椎实体3D模型，通过软件在3D模型上对患椎进行尺寸、面积和体积测量，确定手术路径、组织的切割与移位，确定组织间、组织与手术器械间的位置关系等，在此基础上制定手术方案。
同时可以了解脊柱畸形的整体和细节，选择合适长度和直径的椎弓根螺钉以及判断椎弓螺钉的进钉点、角度和方向等，并制作出置钉模板，制作成功后在体外将模板和椎体贴合，进行模拟置钉操作，在证实模扳导向的准确性后，将模板消*备术中辅助置钉用。
患者在麻醉成功后，C臂定位，常规消*，铺无菌手术巾。以腰3/4为中心，作后正中切口，长约10cm，切开皮肤、皮下组织，显露腰背筋膜，侧方切开胸腰筋膜，保留棘上韧带、棘间韧带，侧方切开骶棘肌并钝行剥离显露出腰2、3、4、5椎板及关节突外侧，巾钳提棘突确定腰椎2/3、3/4、4/5椎间隙。
用术前制作好的椎弓根置钉模板引导腰2双侧、腰3左侧、腰4右侧、腰5双侧旋入共6枚椎弓根钉（其中腰2双侧为6.5x40mm，其它为6.5x45mm）。
C臂透视位置正确。行L2/3双侧开窗、L4全椎板切除及L5椎板后上半部双侧切除，切除*韧带，牵开及保护硬脊膜、神经根，见L2/3、L3/4、L4/5椎间盘突出明显，神经根管狭窄，神经根受压。
从后方切除L2/3、L3/4、L4/5椎间盘髓核组织，扩大狭窄根管。置入2根术前预弯好的连接棒于双侧椎弓根钉尾，通过复位钳提拉复位L2椎体；撑开器适当撑开L2/3、L3/4、L4/5椎间隙，上紧螺母，保护硬脊膜、神经根，椎板挫处理L2/3、L3/4、L4/5间上下终板。
于左髂后上棘处做3cm切口，显露髂脊。骨刀取髂骨约5ml。把减压取出的骨头与取出髂骨为植骨材料。行L2/3、L3/4、L4/5椎体间植骨，L2-5横突间植骨。松开椎弓根钉尾螺母，加压器适当加压L2/3、L3/4、L4/5椎间隙，旋紧钉尾螺母。
取出钉长尾。置入横连。检查L2/3、L3/4、L4/5神经根松弛无受压，冲洗伤口，止血，清点手术器械、纱布对数，伤口内留置1根引流管，分层缝合手术伤口。留置引流片1条，术程顺利，术中出血ml。术毕安返病房。
透视查看椎弓根钉在椎体的效果
*注：本文医院医院丁焕文主任图片一张，湘雅老牛3D图片一张，已获得本人同意，在此表示感谢。
本文为周倬瑜医师授权CAOS发表，未经授权，不得转载。
周倬瑜
本期大厨
医院外二科主任，第一*医大学毕业，湘雅医学院研究生。在广医院医院工作30余年，医院骨科主任及脊柱脊髓科主任。主要开展各种复杂骨盆手术、关节置换及脊柱矫形手术治疗。率先使用计算机辅助设计及3D打印技术精确复位治疗四肢、骨盆、脊柱、颌面、头颅等部位骨折，已获有省、市、区级多项科研立项。
