2   结果   Results 
2.1   文献检索结果   文章最终纳入52篇文献进行综述，纳入研究的文献包括研究原著、综述、临床试验和述论等。文献检索流程见图1。




2.2   3D打印
2.2.1   3D打印历史发展背景   3D打印是一种数字化三维重建及快速成型技术，也称为快速原型制作(RP)。它是一种增材制造技术，其工作原理是从头开始构建模型，然后逐层沉积材料[6]，它描述了一种以计算机辅助设计(CAD)为基础，通过逐层方式来构建产品的过程。与注射成型等传统制造工艺相比，3D打印进入了设计自由化的时代，并能够快速生产出具有复杂几何形状的定制对象。3D打印的主要优点之一是能够以方便、经济高效的方式将概念产品直接转换为最终产品，它有效地消除了产品开发的中间阶段，并且随后通过减少材料和人工费用而节省了资金，从而在总体上降低了成本[7]。
3D打印在1980年代后期首次使用，将计算机辅助设计的精确度与功能应用于制造业，利用该技术，可以快速生产出能够准确代表工程师草图的原型。随后该技术被飞机和汽车工业迅速采用，以快速生产原型零件。1987年出现了第一台商用3D打印机，这显著增加了使用快速原型制作的机会[8]。最近十年3D打印被投入到医学应用中。目前，立体光刻、多喷射建模、选择性激光烧结、粘结剂喷射和熔融沉积建模等方法仍在临床研究中不断探索[7]。
2.2.2   3D打印临床应用   在过去的10年中，随着医疗卫生研究人员越来越多地利用3D打印技术在生物制造方面的独特灵活性，使得3D打印的使用率不断提升，并在医疗应用中变得越来越普遍[9]。
在医学外科领域，3D打印的生物模型可应用于以下方面：颌面外科手术中眼眶和下颌骨的重建；神经外科中颅面、颅底和颈椎重建；骨科手术中骨固定板的预制及骨病变的切除；心胸外科手术和心脏移植术中复杂的先天性心脏缺陷和变异气管支气管的绘制；泌尿外科中肾脏肿瘤部分肾切除术的模拟；耳鼻喉手术中额窦缺损的骨形成性皮瓣重建以及一般外科手术中肝切除和肝移植等。
在医学的其他领域，3D打印有助于法医进行复杂的临床诊断，改革解剖学教育，帮助规划Charcot足病变的修复，定制牙科种植体及生产针对患者的3D打印药物并在再生医学中设计并组装组织支架等[10]。此外，3D打印还可为不同的手术患者定制合适的植入物，以便提高定制植入物的快速生产效率。在教育方面，3D打印的触觉生物模型可用于对患者及外科学员进行相关医疗培训。
2.3   有限元分析
2.3.1   有限元分析历史背景介绍   有限元分析(Finite Element Analysis，FEA)是利用数学近似的方法对真实物理系统(几何和载荷)进行模拟。有限元分析是用较简单的问题代替复杂的问题后再求解。有限元分析是应力分析的重要分析方法之一，主要用于对可能难以获得解析的复杂结构和系统进行应力分析[11]。
有限元分析法是于70年前开发的分析方法，可用于评估航天、汽车及建筑等诸多行业中的复杂结构的设计，解决土木和航空工程中存在的复杂结构问题，以维护各行业的安全性为目的。20世纪70年代后期，有限元分析的应用正在迅速渗透到生物医学工程领域，在30多年的研究分析中，研究人员证实了有限元分析在解决骨科生物力学问题和心室系统问题上具有巨大的潜力[12]，与动物模型实验和力学实验相比，有限元分析更容易提供完整的现场数据并且可以用来快速、经济地研究许多变量的影响因素[13]。近年来，随着成像技术的不断进步，使得人体组织和器官的力学研究更为精确，为特定患者的治疗提供更加有效的策略。
2.3.2   有限元分析临床应用   近年来，随着有限元分析的应用广泛涉及医学领域，尤其是外科领域，越来越多的研究人员通过合理地使用成像技术与有限元分析结合来解决难以克服的医学难题。如今，随着计算机技术和生物力学的发展，基于计算机断层扫描(CT)的有限元分析可以广泛应用于股骨的力学分析，对交通事故后股骨的骨折模型和关节置换后的应力分布进行模拟[14]；基于CT的有限元分析还可以比较普通脊柱和髋部骨折与骨质疏松型骨折之间的区别并对骨折的风险进行评估[15]；有研究根据临床CT图像，构建了精确的3D上颌犬模型[16]，使用有限元分析方法对不同牙齿运动的正畸力进行了计算，从而得出最佳正畸力；有研究发现了基于定量CT的有限元分析(QCT/FEA)是一种很有前途的评估骨质强度和硬度的工具，因为它可以考虑到脊柱椎体的准确几何形状、结构和异质性分布[17]。对于腰椎椎体，QCT/FEA比单纯QCT测量的骨矿物质密度更加准确，可用于临床骨质强度的评估。
有限元分析是一项评估物体承受载荷时变形和应力的技术。在临床外科中使用有限元分析进行的生物力学研究可以帮助阐明不同骨结构的复杂生物力学特性，包括不同条件下的应力、应变性和载荷[18]。在口腔医学中，由于牙齿结构的复杂性使得计算牙齿种植体周围骨骼中的咬合力和种植体内部的应力变得困难，而通过使用有限元分析的力学评估能力成功预测了实际情况下结构内的应力和应变性[19]。有研究总结了有限元分析在评估肱骨近端骨折中的应用，介绍了有限元分析如何研究应变性和应力分布以及植入物与肱骨骨骼之间的载荷转移[20]。
2.4   脊柱侧凸矫形的应用进展
2.4.1   3D打印在脊柱侧凸矫形中的应用   3D打印是一种变革性技术，其对于骨科脊柱外科手术领域具有极大的影响力。脊柱畸形疾病是脊柱外科最为常见的脊柱疾病，其中脊柱侧凸畸形的矫正成为近年来脊柱外科手术的重点与难点，使用3D打印技术模拟脊柱侧凸矫形可提供更为精确、更加有效和安全的治疗环境。目前，3D打印在脊柱外科手术中的应用可大致分为以下4个领域：①使用3D打印的解剖模型进行术前规划及模拟手术；②创建患者专用的手术器械，例如椎弓根螺钉钻具或夹具；③打印定制的植入物，并进行优化[21]。
(1)术前规划：脊柱外科医生常常在设计规划脊柱侧凸手术时会遇到的许多复杂的问题，其中包括椎骨旋转、椎弓根缺失或节段异常等，这些问题常会改变椎弓根植入的解剖学标志，为手术的顺利进行造成了阻碍和困扰。3D打印现已成为术前规划阶段最常用的方法。3D成像已成为外科手术计划过程中不可或缺的一部分，因为与通过CT和MRI创建的2D图像相比，它有助于更直观地了解解剖结构[22]。3D打印的脊柱模型在术前计划中能够逼真地模拟外科手术，这对于准备复杂的脊柱畸形可能非常有利。IZATT等[23]进行了详细的生物模型效用调查，并发现在65%的脊柱畸形和肿瘤混合病例中该3D生物模型的解剖学细节具有更好的可视化效果。
在另一方面，使用3D模型的数据可用于术前计算椎弓根螺钉大小以及螺钉植入角度[24]。在纠正脑膜脊髓膨出症患儿的脊柱畸形中，个性化3D打印已用于创建手术模型和定制手术器械[25]。MAO等[26]的研究涉及了16例复杂的严重脊柱畸形，并应用了术前3D重建和快速原型制作技术。他们认为，使用3D模型可以提供更准确的结构与形态信息，并有助于对复杂的严重脊柱畸形进行手术矫正。有研究回顾性分析了使用3D打印的脊柱模型进行术前规划并对Lenke 1型青少年特发性脊柱侧凸(AIS)进行后路矫正手术，在与传统矫形手术相比后，研究发现术前手术时间明显缩短，失血量和输血量也明显减少[27]。因此，3D模型出色的准确性和精确度使3D打印在脊柱侧凸矫形手术术前规划中具有明显的临床实用性，这对于脊柱外科医生在畸形矫形方面的研究与拓展至关重要。
(2)术中应用
引导系统的应用：3D打印在脊柱外科中的主要临床应用是创建用于植入椎弓根螺钉的3D引导模板，以解决早期图像引导导航系统的一些缺点，其中包括立体定向矩阵较差的灵活性、技术开发成本高、外科医生的能力限度以及手术时间增长等问题[28]。颈椎椎弓根螺钉固定由于其生物力学优势而非常适合颈椎后路固定，虽然颈椎椎弓根螺钉的狭窄间隙会增加神经和血管损伤的风险，但3D打印模板引导系统的应用成为了降低该风险的有效解决方案[29]。椎弓根螺钉的3D模板引导放置也已经在胸椎上进行，同样具有高质量的准确性、安全性和便利性[30]。最近，椎弓根螺钉在矫正脊柱侧凸矫形手术中的应用变得越来越普遍，因为椎弓根螺钉具有相对优越的主体曲线矫正和生物力学性能。有研究利用高度还原真人的3D打印脊柱模型[31]，在严重畸形或脊柱解剖结构明显改变的情况下进行外科手术规划和徒手植入椎弓根螺钉。他们发现，使用3D模板引导器进行徒手椎弓根螺钉固定可以帮助脊柱外科医生更好地掌握严重脊柱畸形中复杂的脊柱解剖结构，并使徒手椎弓根螺钉的植入更为安全。SUGAWARA等[32]通过一项多中心前瞻性试验研究发现在103例3D打印脊柱模型患者中使用3D模板引导植入的813颗螺钉中，98.5%的螺钉完全包含在椎弓根内，且没有血管或神经损伤。因此，3D打印模板引导系统的应用，在保持经济成本稳定的同时，不仅可以提高椎弓根螺钉植入的准确性，减少手术时间，减少放射线照射，还为手术的安全性提供保障。
植入物的应用：椎弓根螺钉是脊柱畸形矫正手术中最重要的植入物工具之一。然而，异常的解剖结构和椎弓根形态增加了椎弓根螺钉植入的难度。旋转畸形使确定椎弓根螺钉的合适植入角度和判断椎弓根断裂的难度加大[33]。由于脊柱侧凸椎体在横切面上发生旋转，会发现螺钉植入时发生错位现象，根据报道螺钉植入错位发生率为20%-30%；这些患者中有1%可能发生严重的神经血管并发症。尽管已使用多种方法和手术技术来降低错位率和神经血管并发症，但由于这些技术的作用有限，术中效果常不尽人意[27]。3D打印技术的兴起可以有效地开发并定制契合的手术工具和植入物，植入物有效改善了承重表面的压力，降低了植入物错位和下陷的速度，提供了良好的脊柱稳定性，缩短了手术时间，促进了畸形矫正，减少了失血量，并降低了神经血管受损的风险[30]。
椎间融合器(cage)是脊柱畸形矫形手术中另一重要工具，其主要作为稳定器，应用于椎体间应力分配和维护椎间及椎间孔的高度。椎间融合器通常由纯钛(PTi)，钛复合材料/合金，陶瓷-通常是氮化硅或塑料-通常是聚醚醚酮(PEEK)或另一种生物惰性塑料制成。椎间融合器是多孔的，可以使骨骼通过它们生长并使相邻椎体稳定。如今使用最多且最受欢迎的材料是钛复合材料(钛-铝-钒，Ti6Al4V)和聚醚醚酮[34]，见表1。纯钛和钛合金由于其高的抗断裂性和生物相容性而成为外科植入物中的首选金属。与不锈钢和钴等材料相比，钛具有更好的生物相容性，耐腐蚀性和杨氏模量，见图2。有研究通过3D打印技术对不同材料生物特性进行研究比较，会发现涂覆或掺杂钛合金可以有效改善骨的结合[35]。








目前，虽然脊柱植入物的生物材料发展以及3D打印专用植入物之类的新技术的出现，使脊柱器械在生物相容性方面取得了令人难以置信的进步，但脊柱外科医师仍应对脊柱畸形矫形手术的最新文献和技术的发展保持客观理性的学习。
(3)局限性：尽管3D打印是一项很有前途的新兴技术，但并不是适应于所有的脊柱畸形矫正手术，其仍还有自身的缺陷与局限。首先，在许多脊柱外科手术研究中，3D模型的创建所需的时间是令人担忧的，仅3D打印过程本身(包括在软件上创建计算机辅助设计模型)通常需要10-12 h。这使得3D打印技术在紧急情况下以及在具有高产量需求和高周转率的医院中无法使用。然后对于任何医院而言，拥有3D打印设施的成本都是相当可观的，更不用说很少需要处理复杂脊柱病例的医院了。这些费用包括购买计算机辅助设计软件、相机、维护3D打印机以及其他辅助费用[36]。最后，由于用于临床用途的3D打印发展的时间较短，因此当前有关3D植入物的研究明显缺乏术后临床结果的长期随访数据。另一方面为了患者的安全性，在将3D打印的植入物植入患者体内之前，食品与药物管理局的批准也至关重要[30]。
2.4.2   有限元分析在脊柱侧凸矫形中的应用
(1)脊柱侧凸的有限元模型建立：有限元分析是一种有效的生物力学研究方法，其在测量模型以及载荷与运动之间的力学分析方面都具有较高的精确度，因此与传统的动物实验和标本实验相比，有限元分析更受青睐[37-38]。有限元模型可以准确地帮助研究人员模拟截骨术和内固定方式，反复进行生物力学分析，并且合理地计划手术术式并指导手术过程[39]。生物力学因素是引发脊柱疾病的最重要因素，在科学研究中具有重要意义。有限元模型主要通过几何建模、3D坐标仪器建模和图像建模来建立。图像建模是目前在临床生物力学研究中常用的建模方法。通常研究样本的CT和MRI数据已预先收集完毕，并已生成兼容的文件格式，然后输入到有限元建模软件中。
有限元技术在生物力学领域的应用发展迅速。国外学者率先建立了腰椎的3D有限元模型并模拟了生物力学分析。国内研究已从建立独立的椎体模型逐渐发展为整个脊柱模型，从建立脊柱的有限元模型到研究了脊柱疾病的基本发病机制、术前计划和术后评估[40]。有研究通过对1例55岁的女性退行性脊柱侧弯(DS)患者的T12-S1的CT进行采集，最终通过有限元建模系统成功构建了一个完整的退行性脊柱侧弯有限元模型[41]。有研究通过Mimics软件，Geomagic Studio 12软件和UG 8.0软件成功构建了有效的3D特发性脊柱侧凸FE模型，并对其有效性进行了测试[1]。研究发现基于3D有限元软件的有限元模型效率很高，其数值模拟准确，这对于后续的骨科生物力学分析具有重要意义。综上所述，高质量的动态有限元模型可以更好地反映了脊柱侧凸稳定性的生物力学变化，为疾病的影像学诊断提供可靠的理论基础，并具有重大的科研价值[42]。
(2)生物力学分析
植入物的选择：脊柱侧凸是脊柱的3D变形，涉及在冠状平面内的左右弯曲以及在横向平面内椎骨的轴向旋转。患有严重或进行性畸形的患者通常需要外科手术治疗，其矫形目的在于通过降低Cobb角来阻止曲线进展并最大程度地改善畸形，同时将手术并发症的风险降至最低[43]。因此，选择合适的植入物尤为重要。不同类型的脊柱侧凸所需的植入物也存在明显的差异。青少年特发性脊柱侧凸的手术治疗特点是需要特殊的生物力学模式，该模式可能与成人侧凸矫形手术所需要的模式有很大不同。青少年特发性脊柱侧凸的外科治疗涉及三维曲线矫正，其中多节椎弓根螺钉需连接到双侧矫形棒上。较大的矫正力会在棒上施加高水平的应力，而棒承受这些应力却不易发生变形的能力取决于棒的生物力学性能，这些属性又取决于棒的材料、直径和形状。用于青少年特发性脊柱侧凸矫正手术最常见的几种棒材分别是不锈钢(SS)或超高强度不锈钢(UHSS)、钛合金(Ti)和钴铬(CoCr)，见表2。与不锈钢，超高强度不锈钢和钴铬相比，钛合金的特点是屈服强度高但疲劳强度低。另外，钴铬具有较高的疲劳强度最近被采用到了青少年特发性脊柱侧凸手术中，但因其屈服强度较低，在使用时仍需认真考虑进行选用。由于具有高度的生物相容性、耐腐蚀性和磁共振成像兼容性，钛合金在成人和青少年脊柱畸形手术中应用较多[44]。
植入物矫形的应力分析：椎弓根螺钉是脊柱手术中最重要的植入物，螺钉植入脊柱椎体后，骨中应力过大会导致局部骨质被破坏和螺钉的松动，进而导致植入物也被破坏。同样，螺钉上应力的增加甚至会导致螺钉的断裂。在椎间稳定系统(棒、板)固定过程中，相对于脊柱长轴以一定角度植入螺钉已被作为一种增强结构整体稳定性、避免植入物破坏椎体的方法，其最大的特点便是提供了更有利的应力分布，降低了失败的风险[45]。近年来，脊柱器械的材料性能的改善已为脊柱侧凸患者带来更好的畸形矫正效果。有人对20例接受重建脊柱侧凸手术的的青少年特发性脊柱侧凸患者(1例男孩和19例女孩)进行了研究[46]，所有患者均采用双棒同时旋转技术对直径为6 mm的钛棒进行脊柱侧凸矫正，术后通过有限元分析方法评估并分析了施加于椎弓根螺钉上的矫正力与拔出力。实验表明使用有限元分析方法可以对脊柱侧凸手术矫正操作期间的矫正力和作用在每个椎弓根螺钉上的拔出力进行分析，通过对体内数据的精确模拟计算使难以进行的脊柱侧凸手术得到了科学验证，从而提高了畸形矫正的安全性和有效性。
(3)治疗与预防：有限元模型可以正确模拟脊柱的力学反应并预测潜在的临床治疗及预防方法。例如，DU等[47]用有限元模型在施加预紧力的情况下研究了腰椎小关节的生物力学响应；LI等[48]建立了脊柱有限元模型并研究了特发性脊柱侧凸对轴向循环载荷的动力响应；还有研究对16例小儿特发性脊柱侧凸患者(10.5-15.4岁，平均Cobb角为33°)的正常站立和自我矫正姿势进行了CT扫描和3D射线照相并建立了有限元模型[49]，其目的在于通过对两种姿势矫正的生物力学分析来评估支架治疗对特发性脊柱侧凸患者的治疗效果。这些研究表明，有限元分析为评估脊柱的几何和结构变化，及时发现脊柱损伤和骨折，避免不切实际或理论性结果提供了一种有效的方法[50]。

[1] CHEN XH, CAI HH, ZHANG GD, et al. The construction of the scoliosis 3D finite element model and the biomechanical analysis of PVCR orthopaedy. Saudi J Biol Sci. 2020;27(2):695-700. [2] KHASHAB M, ALMAEEN BN, ELKHALIFA M, et al. Scoliosis Associated with Lumbar Spondylolisthesis: Spontaneous Resolution and Seven-Year Follow-Up. Cureus. 2020;12(2):e6904. [3] SHI B, XU L, MAO S. Abnormal PITX1 gene methylation in adolescent idiopathic scoliosis: a pilot study. BMC Musculoskeletal Disorders. 2018;19(1):138. [4] BUCKLEY CT, HOYLAND JA, FUJII K. Critical aspects and challenges for intervertebral disc repair and regeneration-harnessing advances in tissue engineering. JOR Spine. 2018;1(3):1029. [5] KUZNIA AL, HERNANDEZ AK, LEE LU. Adolescent idiopathic scoliosis: common questions and answers. Am Fam Physician. 2020;101(1):19-23. [6] WILCOX B, MOBBS RJ, WU AM, et al. Systematic review of 3D printing in spinal surgery: the current state of play. J Spine Surg. 2017;3(3):433-443. [7] CHAE MP, ROZEN WM, MCMENAMIN PG, et al. Emerging Applications of Bedside 3D Printing in Plastic Surgery. Front Surg. 2015;2:25. [8] HOANG D, PERRAULT D, STEVANOVIC M, et al. Surgical applications of three-dimensional printing: a review of the current literature & how to get started. Ann Transl Med. 2016;4(23):456. [9] WONG KC. 3D-printed patient-specific applications in orthopedics. Orthop Res Rev. 2016;8:57-66. [10] TUMBLESTON JR, SHIRVANYANTS D, ERMOSHKIN N, et al. Additive manufacturing. Continuous liquid interface production of 3D objects. Science. 2015;347:1349-1352. [11] LIANG L, LIU ML, MARTIN C, et al. A deep learning approach to estimate stress distribution: a fast and accurate surrogate of finite-element analysis. J R Soc Interface. 2018;15(138):20170844. [12] ERDEMIR A, GUESS TM, HALLORAN J, et al.Considerations for Reporting Finite Element Analysis Studies in Biomechanics. J Biomech. 2012;45(4):625-633. [13] HU P, WU T, WANG HZ, et al. Influence of Different Boundary Conditions in Finite Element Analysis on Pelvic Biomechanical Load Transmission. Orthop Surg. 2017;9(1):115-122. [14] WAKO Y. Finite element analysis of the femoral diaphysis of fresh-frozen cadavers with computed tomography and mechanical testing. J Orthop Surg Res. 2018;13:192. [15] KOPPERDAHL DL, ASPELUND T, HOFFMANN PF, et al. Assessment of Incident Spine and Hip Fractures in Women and Men using Finite Element Analysis of CT Scans. J Bone Miner Res. 2015;29(3):570-580.  [16] WU JL, LIU YF, PENG W, et al. A biomechanical case study on the optimal orthodontic force on the maxillary canine tooth based on finite element analysis. J Zhejiang Univ Sci B. 2018;19(7):535-546. [17] ZHANG M, GAO J, HUANG X, et al. Effects of scan resolutions and element sizes on bovine vertebral mechanical parameters from quantitative computed tomography-based finite element analysis. J Healthc Eng. 2017;2017:5707568. [18] BRASSEY CA, GARDINER JD, KITCHENER AC. Testing hypotheses for the function of the carnivoran baculum using finite-element analysis. Proc Biol Sci. 2018;285(1887):20181473. [19] TANG CB, LIU SY, ZHOU GX, et al. Nonlinear finite element analysis of three implant-abutment interface designs. Int J Oral Sci. 2012;4(2):101-108.  [20] YE YY, YOU W, ZHU WM, et al. The Applications of Finite Element Analysis in Proximal Humeral Fractures. Comput Math Methods Med. 2017;2017:4879836. [21] HSU MR, HALEEM MS, HSU W. 3D printing applications in minimally invasive spine surgery. Minim Invasive Surg. 2018;2018:4760769. [22] COOTE JD, NGUYEN T, THOLEN K, et al. Three-Dimensional Printed Patient Models for Complex Pediatric Spinal Surgery. Ochsner J. 2019;19(1):49-53. [23] IZATT MT, THORPE P, THOMPSON RG. The use of physical biomodelling in complex spinal surgery. Eur Spine J. 2007;16(9):1507-1518. [24] GOEL A, JANKHARIA B, SHAH A, et al. Three-dimensional models: an emerging investigational revolution for craniovertebral junction surgery. J Neurosurg Spine. 2016;25:740-744. [25] KARLIN L, WEINSTOCK P, HEDEQUIST D, et al. The surgical treatment of spinal deformity in children with myelomeningocele: the role of personalized three-dimensional printed models. J Pediatr Orthop B. 2017;26:375-382. [26] MAO K, WANG Y, XIAO S, et al. Clinical application of computer-designed polystyrene models in complex severe spinal deformities: a pilot study. Eur Spine J. 2010;19:797-802. [27] MINGYUAN YANG, CHAO LI, YANMING LI, et al. Application of 3D rapid prototyping technology in posterior corrective surgery for lenke 1 adolescent idiopathic scoliosis patients. Medicine (Baltimore). 2015;94(8):e582. [28] CAI H, LIU ZJ, WEI F, et al. 3D printing in spine surgery. Adv Exp Med Biol. 2018; 1093:345-359. [29] BUNDOC RC, DELGADO GG, GROZMAN SA. A novel patient-specific drill guide template for pedicle screw insertion into the subaxial cervical spine utilizing stereolithographic modelling: an in vitro study. Asian Spine J. 2017;11:4-14. [30] CHO W, JOB AV, CHEN J, et al. A Review of current clinical applications of three-dimensional printing in spine surgery. Asian Spine J. 2018;12(1):171-177.  [31] TAN LA, YERNENI K, ATUCHMAN A, et al. Utilization of the 3D-printed spine model for freehand pedicle screw placement in complex spinal deformity correction. J Spine Surg. 2018;4(2):319-327. [32] SUGAWARA T, KANEYAMA S, HIGASHIYAMA N, et al. Prospective multicenter study of a multistep screw insertion technique using patient-specific screw guide templates for the cervical and thoracic spine. Spine (Phila Pa 1976). 2018; 43:1685-1694. [33] CHEN PC, CHANG CC, CHEN HT, et al. The accuracy of 3D printing assistance in the spinal deformity surgery. Biomed Res Int. 2019;2019:7196528. [34] MCGILVRAY KC, EASLEY J, SEIM HB, et al. Bony ingrowth potential of 3D-printed porous titanium alloy: a direct comparison of interbody cage materials in an in vivo ovine lumbar fusion model. Spine J. 2018;18:1250-1260. [35] WARBURTON A, GIRDLER SJ, MIKHAIL CM, et al. Cho SKBiomaterials in Spinal Implants: a review. Neurospine. 2020;17(1):101-110. [36] GARG B, MEHTA N. Current status of 3D printing in spine surgery. J Clin Orthop Trauma. 2018;9(3):218-225. [37] BESS S, HARRIS JE, TURNER AW, et al. The effect of posterior polyester tethers on the biomechanics of proximal junctional kyphosis: a finite element analysis. J  Neurosurg Spine. 2017;26(1):125-133. [38] WANG T, CAI Z, ZHAO Y, et al. The influence of cross-links on long-segment instrumentation following spinal osteotomy: a finite element analysis. World Neurosurg. 2019;123:e294-e302. [39] WANG TH, CAI Z, ZHAO YF, et al. Development of a three-dimensional finite element model of thoracolumbar kyphotic deformity following vertebral column decancellation. Appl Bionics Biomech. 2019;2019:5109285. [40] WANG XD, FENG MS, HU YC. Establishment and finite element analysis of a three-dimensional dynamic model of upper cervical spine instability. Orthop Surg. 2019; 11(3):500-509. [41] ZHENG J, YANG YH, LOU SL, et al. Construction and validation of a three-dimensional finite element model of degenerative scoliosis. J Orthop Surg Res. 2015;10:189. [42] MACKIEWICZ A, BANACH M, DENISIEWICZ A, et al. Comparative studies of cervical spine anterior stabilization systems-finite element analysis. Clin Biomech. 2015;32:72-79. [43] LITTLE JP, IZATT MT, LABROM RD, et al. An FE investigation simulating intra-operative corrective forces applied to correct scoliosis deformity. Scoliosis. 2013;8:9. [44] OHRT-NISSEN S, DAHL B, GEHRCHEN M. Choice of rods in surgical treatment of adolescent idiopathic scoliosis: what are the clinical implications of biomechanical properties? - A Review of the Literature. Neurospine. 2018;15(2):123-130. [45] NEWCOMB AG, BAEK S, KELLY BP, et al. Effect of screw position on load transfer in lumbar pedicle screws: a non-idealized finite element analysis. Comput Methods Biomech Biomed Engin. 2017;20(2):182-192. [46] ABE Y, ITO M, ABUMI K, et al. Scoliosis corrective force estimation from the implanted rod deformation using 3D-FEM analysis. Scoliosis. 2015;10(Suppl 2):S2. [47] DU CF, NAN Y, GUO JC, et al. Biomechanical response of lumbar facet joints under follower preload: a finite element study. BMC Musculoskelet Disord. 2016;17:126. [48] LI XF, LIU ZD, DAI LY, et al. Dynamic response of the idiopathic scoliotic spine to axial cyclic loads. Spine. 2011;36:521-528. [49] DUPUIS S, FORTIN C, CAOUETTE C, et al. Global postural re-education in pediatric idiopathic scoliosis: a biomechanical modeling and analysis of curve reduction during active and assisted self-correction. BMC Musculoskelet Disord. 2018;19:200. [50] JIA S, LI Y, XIE J, et al. Differential response to vibration of three forms of scoliosis during axial cyclic loading: a finite element study. BMC Musculoskelet Disord. 2019;20:370. [51] MUHEREMU A, LI H, MA J, et al. Establishment of a three-dimensional finite element model of severe kyphotic deformity secondary to ankylosing spondylitis. J Int Med Res. 2017;45(2):639-646. [52] LASSWELL TL, CRONIN DS, MEDLEY JB, et al. Incorporating ligament laxity in a finite element model for the upper cervical spine. Spine J. 2017;17:1755-1764.

[1]	胡 凯, 乔晓红, 张永红, 王 栋, 秦泗河. 空心螺钉和钢板内固定修复移位型跟骨关节内骨折：基于15篇随机对照试验的Meta分析[J]. 中国组织工程研究, 2021, 25(9): 1465-1470.
[2]	黄登承, 王志科, 曹学伟. 体外冲击波疗法治疗中老年膝骨关节炎短期疗效对比的荟萃分析[J]. 中国组织工程研究, 2021, 25(9): 1471-1476.
[3]	徐 峰, 康 辉, 魏坦军, 席金涛. 椎弓根螺钉不同固定方法治疗胸腰椎骨折的生物力学分析[J]. 中国组织工程研究, 2021, 25(9): 1313-1317.
[4]	姜 勇, 罗 翼, 丁永利, 周 勇, 闵 理, 唐 凡, 张闻力, 段 宏, 屠重棋. 骶骨精准切除影响骨盆稳定性的冯米斯应力特征及临床验证[J]. 中国组织工程研究, 2021, 25(9): 1318-1323.
[5]	鲁德志, 梅 钊, 李向磊, 王彩萍, 孙 鑫, 王孝文, 王金武. 3D打印脊柱侧凸矫形器的数字化设计及效果评估[J]. 中国组织工程研究, 2021, 25(9): 1329-1334.
[6]	张同同, 王中华, 文 杰, 宋玉鑫, 刘 林. 3D打印模型在颈椎肿瘤手术切除与重建中的应用[J]. 中国组织工程研究, 2021, 25(9): 1335-1339.
[7]	张 宇, 田少奇, 曾国波, 胡 川. 初次下肢全关节置换后发生心肌梗死的危险因素[J]. 中国组织工程研究, 2021, 25(9): 1340-1345.
[8]	韦 玮, 李 剑, 黄林海, 兰敏东, 卢显威, 黄绍东. 全膝或全髋关节置换后老年人首次活动时跌倒恐惧的影响因素[J]. 中国组织工程研究, 2021, 25(9): 1351-1355.
[9]	王金军, 邓增发, 刘 康, 何智勇, 余新平, 梁建基, 李 晨, 郭洲洋. 全膝关节置换静脉滴注氨甲环酸联合含氨甲环酸鸡尾酒局部应用的止血效果及安全性[J]. 中国组织工程研究, 2021, 25(9): 1356-1361.
[10]	肖国庆, 刘选泽, 严钰皓, 钟喜红. 后交叉韧带替代型假体全膝关节置换术后屈曲受限的影响因素[J]. 中国组织工程研究, 2021, 25(9): 1362-1367.
[11]	彭智浩, 冯宗权, 邹勇根, 牛国庆, 吴 峰. 活动平台单髁置换后下肢力线与外侧间室骨关节炎进展的关系[J]. 中国组织工程研究, 2021, 25(9): 1368-1374.
[12]	黄泽晓, 杨 妹, 林诗炜, 何和与. 血清n-3多不饱和脂肪酸水平与全膝关节置换早期股四头肌肌力变化的相关性[J]. 中国组织工程研究, 2021, 25(9): 1375-1380.
[13]	张 冲, 刘志昂, 姚帅辉, 高军胜, 姜 岩, 张 陆. 局部应用氨甲环酸减少老年股骨颈骨折全髋关节置换后引流的安全和有效性[J]. 中国组织工程研究, 2021, 25(9): 1381-1386.
[14]	姚汝斌, 王仕永, 杨开舜. 微创经椎间孔椎间融合治疗单节段腰椎管狭窄症对腰椎-骨盆平衡的改善作用[J]. 中国组织工程研究, 2021, 25(9): 1387-1392.
[15]	王海莹, 吕 冰, 李 辉, 王顺义. 减压植骨融合内固定治疗退变性腰椎滑脱：基于脊柱骨盆参数预测患者的功能预后[J]. 中国组织工程研究, 2021, 25(9): 1393-1397.

脊柱侧凸又称为脊柱侧弯，是指脊柱形态上发生了一种复杂的三维畸形改变。简单来说，脊柱侧凸就是脊柱发生了三维空间的弯曲，包括了冠状面上的侧弯、矢状面上生理性前凸和后凸角度的增加或减少及在横轴位上椎体的旋转。该畸形多好发于儿童和青少年，最常见类型多为特发性[1]。通过使用Cobb角测量方法，Cobb角≥10°可成为诊断脊柱侧凸的依据[2]。脊柱侧凸使患者的身体形态受到影响，导致患者身材矮小伴有腰背部的疼痛，在严重情况下甚至还会出现心脏及肺功能障碍等症状[3]。严重的脊柱侧凸(Cobb≥40°)不仅给患者带来身体上的伤害，还会给患者带来心理障碍，给患者家属带来负面情绪，并给患者及其家属造成严重的心理创伤[4-5]。因此，严重的脊柱侧凸患者应接受适当的手术治疗。由于手术难度较大、风险较高，并且容易发生术后并发症，术前对脊柱侧凸畸形具体形态的评估，选择合理的手术方式，制定出个体化完美的手术方案成为治疗的关键。
随着数字化三维重建及快速成型技术和有限元分析方法在医学领域中的逐渐应用，人们开始认识到3D打印技术可以快速模拟脊柱模型而有限元分析方法更是能够准确还原人体脊柱结构并进行相关的力学分析，其可有效地弥补3D打印模型的不足，同时3D打印的快速成型弥补了有限元分析的非具现化能力，为脊柱畸形手术规划提供直观的模型。总之，两者的结合既可以弥补彼此的不足还能够成为脊柱畸形矫形的必要及实用性工具。
文章就三维(3D)打印技术与有限元分析方法在脊柱侧凸矫形中应用及进展进行综述。
中国组织工程研究杂志出版内容重点：人工关节；骨植入物；脊柱；骨折；内固定；数字化骨科；组织工程

1.1   资料来源   由第一作者应用计算机检索PubMed数据库和中国知网数据库中2000至2020年出版的文献，英文检索词为“scoliosis，3D printing，finite element analysis”；中文检索词为“脊柱侧凸、3D打印、有限元分析”。
1.2   纳入和排除标准
1.2.1   纳入标准   ①论述脊柱侧凸矫形治疗的文章；②论述3D打印应用于脊柱侧凸矫形的文章；③论述有限元分析应用于脊柱侧凸矫形的文章。
1.2.2   排除标准   排除重复性研究和与文章内容不相关的研究。 
1.3   文献质量评估   通过计算机检索与手工检索，按入选标准进行人工筛选，排除与主题相关性差及重复、陈旧的文献。
1.4   数据的提取   研究文献由相互独立的2人提取并通过多次讨论解决分歧，信息记录侧重于3D打印技术与有限元分析应用于脊柱侧凸矫形的研究进展。 

自1970年代以来，有限元分析的发展以及3D建模和生物力学的进步使脊柱外科手术能够进行3D分析。完整的3D有限元模型可以有效结合有限元分析方法模拟矫形截骨术，以预测和分析植入物及相邻结构之间的应力变化，并可以进一步比较使用定制植入物与使用传统植入物时的潜在应力，辅助术前规划并指导手术过程[51-52]。但目前，对于有限元分析应用于脊柱侧凸矫形的相关文献及报道相对较少，文章涉及的脊柱畸形疾病只是脊柱侧凸类型中的几种，例如：Lenke 1型青少年特发性脊柱侧凸已有关于有限元分析的报道，但Lenke分型还包括Lenke 2，3，4型，并不能代表整个青少年特发性脊柱侧凸患者。因此，还需进行相关的临床研究与数据收集，以创建和完善应用有限元分析进行脊柱侧凸矫形手术的数据库。
脊柱侧凸是脊柱外科中常见但手术治疗难度较大的一类脊柱畸形疾病， 常导致严重脊髓损伤和矢状失衡，易引起下腰痛甚至可能影响生活质量。在这种情况下，通常须进行脊柱矫形截骨术以纠正畸形。严重的脊柱侧凸常还会导致胸腰椎后凸畸形，如果不及时进行手术，那么对于患者的身心健康会造成严重的伤害[39]。3D打印技术和有限元分析方法的结合与应用，可以更好地反映脊柱侧凸稳定性的生物力学变化。通过构建脊柱侧凸3D打印模型模拟手术，有效地缩短了手术时间，改善了畸形的矫正，减少了失血量，并降低了神经血管受损的风险。目前，虽然对于3D打印与有限元分析在脊柱侧凸畸形矫形中应用的相关文献及报道并不完整且还存在
一定局限性，但通过文章综述可使人们认识到两者对脊柱侧凸矫形手术的重要性，以及两者在医学领域的发展前景是值得期待的。
中国组织工程研究杂志出版内容重点：人工关节；骨植入物；脊柱；骨折；内固定；数字化骨科；组织工程

文题释义：#br# 3D打印技术：是一种数字化三维重建及快速成型技术，也称为快速原型制作。它是一种增材制造技术，其描述了一种以计算机辅助设计为基础，通过逐层方式来构建产品的过程。#br# 有限元分析：是利用数学近似的方法对真实物理系统进行模拟。用较简单的问题代替复杂的问题后再求解，主要用于对可能难以获得解析的复杂结构和系统进行应力分析。#br#

中国组织工程研究杂志出版内容重点：人工关节；骨植入物；脊柱；骨折；内固定；数字化骨科；组织工程

	阅读次数
	全文
	摘要