个性化3D打印导板引导下胸腰椎手术皮质骨轨迹螺钉置入准确性

doi:10.12307/2026.156

中国组织工程研究 ›› 2026, Vol. 30 ›› Issue (15): 3862-3870.doi: 10.12307/2026.156

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个性化3D打印导板引导下胸腰椎手术皮质骨轨迹螺钉置入准确性

朱寅，王黎明，沙卫平，宋锦程，林小龙，曹泽，盛晓磊

苏州大学附属张家港医院(张家港市第一人民医院)骨科，江苏省张家港市 215600

接受日期:2025-05-20 出版日期:2026-05-28 发布日期:2025-11-06
通讯作者: 盛晓磊，副主任医师，苏州大学附属张家港医院(张家港市第一人民医院)骨科，江苏省张家港市 215600
作者简介:朱寅，男，1987年生，江苏省张家港市人，硕士，副主任医师，讲师，主要从事脊柱外科、创伤骨科的基础与临床研究。
基金资助:
张家港市科学技术局医疗卫生科技创新指导性项目(ZKYL2243)，项目负责人：朱寅；苏州市科技发展计划项目(SKYD2023052)，项目负责人：朱寅；张家港市第一人民医院临床研究攀登计划项目(ZJGSYY003)，项目负责人：朱寅

Accuracy of personalized 3D printed guide plate guided cortical bone trajectory screw placement during thoracolumbar spine surgery

Zhu Yin, Wang Liming, Sha Weiping, Song Jincheng, Lin Xiaolong, Cao Ze, Sheng Xiaolei

Department of Orthopedics, Zhangjiagang Hospital Affiliated to Soochow University (Zhangjiagang First People’s Hospital), Zhangjiagang 215600, Jiangsu Province, China

Accepted:2025-05-20 Online:2026-05-28 Published:2025-11-06
Contact: Sheng Xiaolei, Associate chief physician, Department of Orthopedics, Zhangjiagang Hospital Affiliated to Soochow University (Zhangjiagang First People’s Hospital), Zhangjiagang 215600, Jiangsu Province, China
About author:Zhu Yin, MS, Associate chief physician, Lecturer, Department of Orthopedics, Zhangjiagang Hospital Affiliated to Soochow University (Zhangjiagang First People’s Hospital), Zhangjiagang 215600, Jiangsu Province, China
Supported by:
Medical and Health Technology Innovation Guidance Project of Zhangjiagang City Science and Technology Bureau, No. ZKYL2243 (to ZY); Suzhou Science and Technology Development Program, No. SKYD2023052 (to ZY); Clinical Research Climbing Program of Zhangjiagang First People's Hospital, No. ZJGSYY003 (to ZY)

摘要/Abstract

摘要：

文题释义：
个性化3D打印导板：运用医学数字化技术、3D打印技术及逆向工程软件设计和制造出可准确置钉的个体化导航模板，用于术中准确定位，辅助术中精确建立孔道、截面、空间距离、相互成角关系及其他复杂空间结构等，已被广泛应用于个体化的外科治疗。
皮质骨轨迹螺钉内固定：是一种新的胸腰椎置钉技术，置钉方向以头倾、外展角度置入，穿过3层皮质骨结构，增加了螺钉与皮质骨接触面积，有利于保持螺钉-骨的稳定性，受骨质疏松的影响较小，同时进钉点更靠近胸腰椎中线且螺钉轨迹远离椎管，具有椎旁肌剥离少、上关节突侵犯风险小、创伤小、术后发生感染机会少等优势。

摘要
背景：与传统椎弓根螺钉相比，皮质骨轨迹螺钉通道全程均为皮质骨，具有更牢靠的生物力学优势，然而安全、准确地置入皮质骨轨迹螺钉对脊柱外科医师技术要求较高。理论上在3D 打印个性化导板引导下能有效提高一次性置钉的准确度、简化置钉操作、提高手术效率，但目前国内外相关报道较少。
目的：探讨应用个性化3D打印导板辅助皮质骨轨迹螺钉置入治疗合并骨质疏松胸腰椎骨折的准确性与安全性。
方法：选择2020年1月至2024年1月行皮质骨轨迹螺钉内固定的58例合并骨质疏松的胸腰椎(T11-L4)骨折患者，共置入348枚螺钉。根据置钉方案分为2组，3D导板组30例行个性化3D打印导板辅助置钉，共置入螺钉180枚；对照组28例行徒手方式置钉，共计置入螺钉168枚。通过比较两组间手术相关指标、置钉情况、伤椎的复位与脊柱后凸畸形矫正情况以及术后疗效等，评估不同置钉方案的效果和适用性。
结果与结论：①3D导板组在切口长度、手术时间、置钉时间、术中透视次数、术中出血量、术后引流量以及住院天数方面均显著优于对照组(P < 0.05)，但是两组的总费用相比差异无显著性意义(P > 0.05)；②3D导板组的置钉准确率高于对照组，螺钉对上关节突的侵犯率低于对照组，差异有显著性意义(P < 0.05)；③术后评估结果显示，两组在伤椎前缘高度百分比、Cobb角、目测类比评分以及Oswestry功能障碍指数方面均较术前有所改善，且差异有显著性意义(P < 0.05)；组间相比，3D导板组的Oswestry功能障碍指数更低，显示出更佳的胸腰椎功能(P < 0.05)，而在术后伤椎前缘高度百分比、Cobb角及目测类比评分方面，两组之间无显著性差异(P > 0.05)；④在围术期及随访期间，两组患者均未出现并发症；⑤提示个性化3D打印导板辅助皮质骨轨迹螺钉置入治疗合并骨质疏松的胸腰椎骨折是一种可行的方式，具有微创、高效、精准及安全等优势，可获得满意的临床效果。

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

关键词: 胸腰椎骨折, 骨质疏松, 皮质骨轨迹螺钉, 内固定, 3D打印导板, 置钉准确性

Abstract: BACKGROUND: Compared with traditional pedicle screws, cortical bone trajectory screw provides a more secure fixation by running entirely through cortical bone. However, precise and safe implantation of cortical bone trajectory screws requires high technical expertise from spine surgeons. Theoretically, the use of personalized guides produced with 3D printing technology can potentially enhance accuracy, streamline the procedure, and enhance surgical efficiency, but there is limited scholarly literature available on this topic.
OBJECTIVE: To investigate the accuracy and safety of utilizing personalized 3D printed guide plates to assist in the placement of cortical bone trajectory screws in thoracolumbar fractures complicated with osteoporosis.
METHODS: A total of 58 patients with thoracolumbar spine fractures (T11-L4) complicated with osteoporosis who underwent internal fixation using cortical bone trajectory screws between January 2020 and January 2024 were selected for this study. In total, 348 screws were analyzed, and the patients were divided into two groups based on the surgical approach. The 3D guide group consisted of 30 patients who received personalized 3D printing-assisted screw placement, accounting for 180 screws. The control group comprised 28 patients, in which a total of 168 screws were placed manually. The effectiveness and applicability of the different surgical methods were evaluated by comparing operative indicators, the accuracy of screw placement, the reduction of injured vertebrae, the correction of kyphotic deformity, and postoperative outcomes between the two groups.
RESULTS AND CONCLUSION: (1) The 3D guide group demonstrated significant improvements over the control group across several operation-related metrics, including incision length, operation time, screw placement time, fluoroscopy times, intraoperative blood loss, postoperative drainage volume, and length of hospitalization (P < 0.05). However, there was no significant difference in the total cost between the two groups (P > 0.05). (2) The accuracy of screw placement was higher in the 3D guide group, with a significantly lower invasion rate of screws to the upper articular process compared with the control group (P < 0.05). (3) Postoperative evaluations revealed that the anterior vertebral height, Cobb angle, visual analog scale score, and Oswestry disability index improved for both groups relative to pre-surgery measurements, with these differences being statistically significant (P < 0.05). Compared with the other groups, the 3D guide group had a lower Oswestry disability index, indicating superior thoracolumbar function (P < 0.05). However, no significant differences were observed between the groups regarding postoperative anterior vertebral height, Cobb angle, and visual analog scale scores (P > 0.05). (4) Throughout the perioperative and follow-up periods, no complications were reported in either group. (5) It is indicated that the use of a personalized 3D printed guide plate for assisting in the placement of cortical bone trajectory screws in the treatment of thoracolumbar fractures with osteoporosis is feasible approach, offering advantages such as minimal invasiveness, efficiency, accuracy, safety, and satisfactory clinical outcomes.

Key words: thoracolumbar vertebral fractures, osteoporosis, cortical bone trajectory screw, internal fixation, 3D printed guide plate, screw placement accuracy

中图分类号:

朱寅, 王黎明, 沙卫平, 宋锦程, 林小龙, 曹泽, 盛晓磊. 个性化3D打印导板引导下胸腰椎手术皮质骨轨迹螺钉置入准确性[J]. 中国组织工程研究, 2026, 30(15): 3862-3870.

Zhu Yin, Wang Liming, Sha Weiping, Song Jincheng, Lin Xiaolong, Cao Ze, Sheng Xiaolei. Accuracy of personalized 3D printed guide plate guided cortical bone trajectory screw placement during thoracolumbar spine surgery[J]. Chinese Journal of Tissue Engineering Research, 2026, 30(15): 3862-3870.

图/表（结果） 5

2.1 参与者数量分析 根据纳排标准共纳入合并骨质疏松的胸腰椎骨折患者 58例，按置钉方案分为2组，3D导板组30例和对照组28例，全部进入结果分析，无脱落。
2.2 试验流程图 见图2。
2.3 基线资料比较 两组患者年龄、性别、骨密度、伤椎节段、损伤原因、AO分型以及胸腰椎创伤分类与严重程度评分等一般资料比较，差异均无显著性意义 (P > 0.05)，具有可比性，见表3。

2.4 两组患者手术指标比较 与对照组比较，3D导板组在切口长度、术中透视次数、手术时间、置钉时间、术中出血量、术后引流量及住院时间上均显著减少，而手术费用显著增加，差异均有显著性意义 (P < 0.05)。但是两组的总费用相比差异无显著性意义(P > 0.05)，见表4。

2.5 两组患者置钉情况比较 两组患者共置入348枚皮质骨轨迹螺钉，3D导板组置入180 枚，按Kaito分级0级162枚、1级13枚、2级5枚、3级0枚；按Babu分级0级162枚、1级11枚、2级7枚、3级0枚；对照组置入168枚，按Kaito分级0级97枚、1级40枚、2级31枚、3级0枚；按Babu分级0级98枚、1级34枚、2级21枚、3级15枚，两组比较差异有显著性意义(P < 0.05)。与对照组比较，3D导板组置钉满意率增高，上关节突关节侵犯率降低，差异均有显著性意义(P < 0.05)，见表5。

2.6 两组患者术后结果比较 与术前相比，术后两组在伤椎前缘高度百分比、Cobb角方面均获得显著改善 (P < 0.05)；两组之间比较差异无显著性意义 (P > 0.05)。两组患者术后目测类比评分、Oswestry功能障碍指数均较术前明显改善，差异有显著性意义(P <
0.05)；与对照组比较，3D导板组术后Oswestry功能障碍指数更低，差异有显著性意义(P < 0.05)，而两组间目测类比评分比较无统计学差异(P > 0.05)。见表6。

2.7 植入物置入后的不良反应 两组均未发生感染、血管神经损伤、脑脊液漏及螺钉松动或断裂等并发症；亦均无植入物过敏反应、免疫反应或排斥反应。
2.8 典型病例 女性患者，60岁，骨密度T值为-2.9 SD，因“车祸致胸腰部疼痛伴活动受限2 h”入院，诊断：合并骨质疏松T12骨折，行个性化3D打印导板辅助置入皮质骨轨迹螺钉内固定治疗，骨折椎体高度以及脊柱后凸Cobb角矫正良好，螺钉位于椎弓根内，评估为Kaito 0级、Babu 0级，螺钉未侵犯上关节突关节。术后3，12个月复查，椎体高度、后凸Cobb角度有效保持，未见螺钉松动或断裂。骨折愈合去除内固定后复查X射线片未见骨折椎体高度、后凸Cobb角度明显丢失，见图3。

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引言

随着中国人口老龄化进程的加快，伴有骨量减少、甚至骨质疏松的胸腰椎骨折发病率日益增加，这类患者如果存在不稳定需进行手术干预，采用短节段椎弓根螺钉固定技术的松动率超过60%[1]；此外，远期可能会发生螺钉-骨界面松动，进而导致螺钉拔出、内固定失败以及交界性后凸等并发症[2-3]。鉴于此，临床上从内固定方式上进行了探索与实践，通常选择长节段固定、增加螺钉长度与直径及骨水泥强化钉道来增强内固定的生物力学稳定性，但这些措施牺牲了胸腰椎活动度，加速邻近节段的退变，增加了手术创伤及风险[4-6]。2009年SANTONI等[7]提出皮质骨轨迹螺钉内固定技术，因螺钉通道全程均为皮质骨，受骨质疏松椎体骨质影响极小，具有更牢靠的生物力学优势，可以进行短节段固定，避免上述不足。然而安全、准确地置入皮质骨轨迹螺钉对脊柱外科医师技术要求高。
3D打印技术的问世为个性化生产精准的3D打印模型、导板以协助精确置入皮质骨轨迹螺钉创造了条件，理论上在准确CT数据制作的个性化1∶1导板引导下能有效提高一次性置钉的准确度[8-10]。然而个性化3D打印导板辅助皮质骨轨迹螺钉置入在临床实践中是否具有优势，国内外相关研究较少。故此次研究将合并骨质疏松的胸腰椎骨折患者分为3D导板组及对照组，3D导板组患者在个性化3D打印导板引导下置入皮质骨轨迹螺钉，对照组患者徒手置钉，探讨个性化3D打印导板辅助皮质骨轨迹螺钉置入治疗合并骨质疏松胸腰椎骨折的准确性与临床疗效，以期为此类患者的个体化治疗提供参考。
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

材料方法

1.1 设计 对比观察试验。
1.2 时间及地点 试验于2020年1月至2024年1月在苏州大学附属张家港医院脊柱外科和3D打印中心完成。

1.3 材料 万向型椎弓根皮质骨轨迹螺钉介绍见表1。

1.4 对象 以苏州大学附属张家港医院2020年1月至2024年1月接受后路皮质骨轨迹螺钉内固定治疗合并骨质疏松胸腰椎(T11-L4)骨折的患者为研究对象。
纳入标准：①经影像学检查证实为单节段胸腰椎骨折，伤椎节段T11-L4，AO分型为A2-A4型，胸腰椎创伤分类与严重程度评分≥4分；②双能X射线骨密度测量T值< -2.5 SD；③完成12个月以上的随访。
排除标准：①既往有脊柱骨折史；②椎体病理性骨折；③椎弓根骨折、小关节峡部骨折；④椎体发育异常或脊柱畸形；⑤伴有手术禁忌证的合并症(如帕金森病、精神疾病)，伴有类似疾病和全身性疾病，不能耐受手术。
根据上述纳排标准和手术方式分为2组，3D导板组30例行个性化3D打印导板辅助置入皮质骨轨迹螺钉，对照组28例徒手置入皮质骨轨迹螺钉。3D导板组男17例，女13例；年龄52-70岁，平均 (61.93±4.71) 岁；骨密度(T值)-3.5 SD至-2.6 SD，平均(-1.68±0.29) SD；损伤原因：交通伤9例，坠落伤16例，重物砸伤5例；AO分型：A2型17例，A3型10例，A4型3例；胸腰椎创伤分类与严重程度评分4-6分，平均(5.17±0.46)分。对照组男18例，女10例；年龄54-71岁，平均(62.11±3.75)岁；骨密度(T值)-3.3 SD至-2.6 SD，平均(-1.67±0.33) SD；损伤原因：交通伤11例，坠落伤14例，重物砸伤3例；AO分型：A2型13例，A3型13例，A4型2例；胸腰椎创伤分类与严重程度评分4-6分，平均(4.96±0.43)分。两组间基线资料比较，差异均无显著性意义(P > 0.05)，具有可比性。
此次研究经苏州大学附属张家港医院医学伦理委员会批准(ZJGYYLL-2022-11-040，2022-11-07)，所有患者自愿接受相应手术方案，并签署知情同意书。
1.5 方法
1.5.1 个性化3D打印导板的设计与制作术前行胸腰椎薄层CT扫描(美国 GE，电压130 kV，电流120 mA，螺距0.625，层距和间隔均3 mm，准直器宽度1.2 mm)，获取椎体的DICOM数据，将其导入Mimics软件中进行三维模型重建。完成重建后，导出STL文件并在3-Matic软件中进行处理，通过在三维界面上旋转椎体，观察不同角度的椎体视图，在椎弓根峡部的中心位置建立基准面和基准轴，并以此生成一条截面直径为5.0 mm的理想钉道，检查钉道四周的皮质是否完好。按照此理想钉道的轴心线，设计出内径为2.0 mm、外径为9.0 mm、长度为30.0 mm的导向孔。在Geomagic Studio软件中提取了胸腰椎椎板表面以及棘突等结构所需的解剖数据，并将其导入Magics软件进行反向偏移处理，设定偏移值为2.0 mm。此步骤将偏移后的表面与原始表面进行了优化、合并与填充，从而建立了与胸腰椎后部解剖形态一致的基座。最后，将导向孔的数据与基座的数据合并，并导入导板的原始形态，通过布尔运算贯通模板钉道，并对边界进行进一步优化，最终完成了辅助皮质骨轨迹螺钉置入的个性化3D打印导板的设计，随后将设计数据输入到3D打印机进行打印制作。制作完成的个性化3D打印导板经过环氧乙烷低温消毒处理后，可供后续手术使用，如图1所示。

1.5.2 手术方法两组手术均由同一组人员完成，其中包括主任医师1名，副主任医师1名。
3D导板组：全麻后，腹部悬空俯卧于手术床，行脊柱过伸间接复位，透视定位后以伤椎棘突为中心行后正中入路，显露伤椎及其上下椎体的棘突和椎板。将个性化3D打印导板与手术节段的椎板及棘突精确贴合后，助手负责固定导板，术者将导针沿导向套筒钻入，深度为术前软件中所测得。取下导板后，使用开路椎沿通道方向缓慢钻入至一定深度。用球探确认钉道周围的骨性结构完整，并在实测钉道深度后攻丝。然后，沿螺钉通道置入合适长度的5.0 mm椎弓根螺钉，并利用C臂机(SIEMENS，Cios Flow)透视查看椎弓根螺钉的位置及伤椎高度恢复情况，安装连接杆并锁紧固定。完成后大量生理盐水冲洗切口，止血，放置负压引流管，最后逐层缝合切口，顺利完成手术。
对照组：麻醉、间接复位方法以及入路与3D导板组一致。在充分显露棘突、椎板及关节突后，以上关节突的垂直中线与横突下1 mm水平线的交点为进针点[11]。进钉方向为由尾向头倾角8°-9°，由内向外倾角25°-26°方向，放置定位针后C臂机多次透视修正，以确认位置良好。随后，丝攻、探查钉道，测量钉道深度，置入椎弓根螺钉，之后的处理同3D导板组。
1.5.3 术后处理术后给予抗生素预防感染(至术后24 h)、镇痛、通便及预防深静脉血栓等，术后48-72 h，引流量< 50 mL拔除引流管，常规复查胸腰椎正侧位X射线片、三维重建CT。所有患者术后4周佩戴腰围下地行走，同时给予抗骨质疏松药物口服治疗。
1.6 主要观察指标
1.6.1 手术相关指标包括切口长度、透视次数、手术时间、置钉时间、术中出血量、术后引流量、住院时间、手术费用及总费用。
1.6.2 评价置钉情况根据术后CT，采用Kaito分级评估两组螺钉的置钉准确度，采用Babu分级评估螺钉对上关节突的侵犯情况[12-13]，见表2，并计算出置钉满意率和侵犯率。置钉满意率=[(0级+1级)/

(0级+1级+2级+3级)]×100%；上关节突关节侵犯率=[(2级+3级)/(0级+1级+2级+3级)]×100%。

1.6.3 影像学指标术前、术后7 d、3个月及12个月对患者行X射线片、CT检查，并测量伤椎前缘高度百分比和后凸Cobb角，其中伤椎前缘高度百分比=伤椎前缘实际高度/邻近上下两椎体前缘高度平均值×100%，Cobb角则为伤椎上下终板夹角。
1.6.4 手术疗效指标 ①术前、术后7 d及1个月采用目测类比评分法评估患者主观疼痛程度，给予0-10分评定，评分越高提示疼痛程度越高；②术前、术后7 d、3个月、12个月采用Oswestry功能障碍指数对患者进行伤椎功能评估，包括社会活动、性功能情况等10个方面，指数越高表示功能障碍越严重。
1.6.5 并发症统计患者是否出现感染、血管神经损伤、脑脊液漏、螺钉松动或断裂等并发症以及植入物过敏反应、免疫反应或排斥反应。
1.7 统计学分析 采用SPSS 26.0软件进行统计分析，其中计量资料以x±s表示，满足正态分布时采用t检验，不满足正态分布时用Mann-Whitney检验；计数资料以构成比或百分比表示，无序资料行χ2检验，有序资料行秩和检验。P < 0.05表示差异有显著性意义。文章统计学方法已经过苏州大学附属张家港医院生物统计学专家审核。

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

讨论

胸腰椎体骨折是一种常见的骨科疾病，合并骨质疏松的胸腰椎骨折多由于轻微外力所致，多为压缩性骨折，但爆裂性骨折也时有发生，常伴有椎体前缘高度的丢失和后凸畸形，可引起顽固性疼痛、神经运动功障碍等[14-16]。目前的观点普遍认为手术治疗是较为良好的治疗方式，内固定系统可以提供骨折椎体的即刻稳定、更好地恢复椎体高度以及纠正脊柱生理曲度，提高患者生活质量、维持良好的临床疗效[17-19]。然而，如何有效地提升合并骨质疏松的胸腰椎骨折患者椎弓根螺钉的稳定性，一直以来都是学术界关注和探讨的重点领域[20]。已有研究证实，骨质疏松对骨松质的影响显著大于骨皮质，皮质骨轨迹螺钉主要与椎体的皮质骨进行把持，具有更强的螺钉把持力，主要用于合并骨质疏松的胸腰椎退行性疾病[21-24]。生物力学研究表明，与椎弓根螺钉应用于骨质疏松性胸腰椎中相比，皮质骨轨迹螺钉具有更高的插入扭矩、更高的最大轴向拔出力以及更优的周期疲劳性能，并且皮质骨轨迹螺钉的生物力学性能与骨密度没有相关性[25-27]。然而，关于合并骨质疏松创伤性胸腰椎骨折手术效果的研究报道相对较少，亟需进一步的探讨与研究。此次研究纳入58例合并骨质疏松的胸腰椎骨折患者，分为3D导板组和对照组，进行对比研究发现两组在治疗合并骨质疏松的胸腰椎骨折方面都取得了良好的疗效。两组术后末次随访伤椎前缘高度百分比、Cobb角及目测类比评分均较术前显著改善(P < 0.05)；术前、术后两组间上述指标对比差异均无显著性意义(P > 0.05)；术后末次随访3D导板组
Oswestry功能障碍指数显著低于对照组，差异有显著性意义(P < 0.05)。两组患者在术后12个月及去除内固定后的随访中均未发生感染、血管神经损伤、脑脊液漏等并发症，亦均无植入物过敏反应、免疫反应或排斥反应，伤椎均获得骨性愈合，并且未出现椎体塌陷、矫正后凸Cobb角的丢失以及螺钉的松动或拔出等不良现象。此次研究所有患者采用皮质骨轨迹螺钉内固定技术联合脊柱过伸间接复位治疗合并骨质疏松症的胸腰椎骨折均获得了良好的效果，与以往研究一致[28-31]。个性化3D打印导板主要起到辅助置入皮质骨轨迹螺钉的作用，因此两组在伤椎前缘高度百分比、Cobb角及目测类比评分方面的改善没有差异；但是3D导板组的Oswestry功能障碍指数显著降低，说明3D导板组患者可以获得更好的胸椎功能，这可能与个性化3D打印导板辅助置钉对患者的创伤更小有关。两组患者术后随访过程中均未见并发症，这可能与作者选择的研究对象为胸腰椎骨折患者有关，此类患者一般在术后10-12个月骨折均已达到愈合标准，可取出脊柱内固定，因而随访时间不够长。
皮质骨轨迹螺钉固定的出现在一定程度上解决了传统椎弓根螺钉使用中的一些不足之处。与传统椎弓根螺钉技术不同，皮质骨轨迹螺钉的置钉方式采用了“外八字”的置钉轨迹，进针点则靠近腰椎的中线。MATSUKAWA等[32]阐述了皮质骨轨迹螺钉置钉点位于上关节突中心与横突下缘下1 mm的交界处，置钉方向为头倾25°-30°、外倾10°-20°。随后IWATSUKI等[33]又提出一种峡部引导的置钉定位方法：置钉点位于峡部外缘偏内3 mm处，术中透视腰椎侧位片，螺钉位于椎间孔上缘。然而，通常横突的下缘是向上翻转的，并不像假设的那样是水平的，致使缺乏易于识别和可以复制的进钉点，因而徒手置入皮质骨轨迹螺钉过程中需要尽可能多地剥离椎旁肌肉，会增大手术创伤和延长手术时间，而过多剥离椎旁软组织还可能加速邻近节段退变。此外，徒手置钉时没有松质骨骨道的手感，置钉点位置和置钉角度稍有偏差，容易造成置钉通道的破裂及上关节突的侵犯，导致血管神经脊髓的损伤和远期邻近节段退变的发生，给患者带来难以挽回的灾难性后果。另外，在追求皮质骨接触面最大化的过程中，可能会钻破皮质骨，造成相应的损害；而如果过于强调安全性，可能会导致螺钉的轨迹发生偏移，从而降低固定的强度。因此，皮质骨轨迹螺钉的准确置入对维持螺钉的稳定性至关重要，掌握这项技术不仅需要一定的学习曲线，而且相较于椎弓根螺钉的操作，皮质骨轨迹螺钉的技术难度更大。
目前O臂导航技术和三维计算机导航系统逐渐应用于临床，国内外学者证实O臂导航技术和三维计算机导航系统的使用使得置入皮质骨轨迹螺钉更为方便快捷精准，但由于成本高、学习曲线长、操作繁琐，限制了该技术在临床实践中的推广应
用[34-36]。近年来，3D打印技术在骨科领域的应用逐渐增多[37-39]，通过术前扫描和计算机辅助预设钉道，打印出可准确置钉的个体化导航模板，缩短了手术时间，减少术中出血量和辐射暴露次数，提高了置钉的准确率，成为个体化精准治疗的一种有效辅助手段[40]。有研究显示，个体化3D打印导向模板辅助强直性脊柱炎患者颈椎椎弓根螺钉置入可显著提高置钉的准确性和安全性，降低螺钉置入的风险[41]；在3D打印导板辅助下，可提高经腰椎后路椎弓根螺钉置钉的精准度，减少手术并发症，显著改善患者临床症状[42]。此次研究基于患者的薄层CT数据，建立了胸腰椎骨折的3D模型，并利用该模型制作了个性化3D打印导板，旨在应用于辅助置入皮质骨轨迹螺钉固定合并骨质疏松的胸腰椎骨折的治疗过程，结果表明，3D导板组切口长度、术中透视次数、手术时间、置钉时间、术中出血量及术后引流量明显低于对照组，差异有显著性意义(P < 0.05)。主要因为个性化3D打印导板提前规划了皮质骨轨迹螺钉的置钉点、方向以及尺寸，置入皮质骨轨迹螺钉之前并不需要对椎旁软组织进行过多的暴露，同时合适的螺钉长度避免再次调换螺钉的机会，缩短了切口长度、术中透视次数、手术时间、置钉时间、术中出血量及术后引流量，因此个性化3D打印导板辅助皮质骨轨迹螺钉治疗合并骨质疏松的胸腰椎骨折相对于徒手置钉创伤更小。特别值得注意的是，此次研究中两组患者共置入348枚皮质骨轨迹螺钉，3D导板组置入180枚，对照组置入168枚；根据KAITO等的分级方法评价置钉精准度，3D导板组0级162枚、1级13枚、2级5枚、3级0枚；对照组0级97枚、1级40枚、2级31枚、3级0枚，两组之间差异有显著性意义(P < 0.05)；3D导板组置钉满意175枚，置钉满意率为97.2%，高于对照组置钉满意137枚，置钉满意率为81.6%，差异有显著性意义
(P < 0.05)。所有皮质骨轨迹螺钉对上关节突侵犯情况通过Babu分级法进行评估，3D导板组0级162枚、1级11枚、2 级7枚，3级0枚；对照组0级98枚、1级34枚、2级21枚、3级15枚，两组之间差异有显著性意义(P < 0.05)。3D导板组上关节突关节侵犯率为3.9%，对照组为21.4%，两组比较有显著性差异(P < 0.05)，由此得出与徒手置钉相比，个性化3D打印导板辅助置钉精度更高，螺钉对上关节突关节侵犯率更低，主要由于个性化3D打印导板引导孔的方向是基于CT基础上进行3D规划，其置钉精准性不依赖于患者椎骨解剖结构以及术中视野的挑战。此外，个性化3D打印导板辅助置钉的微创性以及较低的上关节突关节侵犯率能够更好地保护手术节段的上关节突关节，理论上可能降低远期邻近节段退变的发生风险，亦是3D导板组获得更好的胸椎功能的另一原因。
个性化3D打印导板在应用过程中确实存在一些限制：①它对打印机的性能和所使用材料的要求相对较高，这使得在基础设施相对欠缺的基层医院中难以推广，并且个性化设计的特点使得这种导板无法实现大规模生产，进而导致设计和导板的生产成本较为昂贵，这无疑会增加患者在医疗过程中的额外经济负担。但是在此次研究中发现虽然个性化3D打印导板增加了手术费用，但是3D导板组的住院天数更短，术后费用更少，因而与对照组比较，两组的总费用没有统计学差异。②制作的个性化3D打印导板的精准度受CT数据的采集层厚影响，需高分辨率CT设备，基层医院可能无法完成。③由于数据处理人员在脊柱外科领域的专业知识相对不足，因此在沟通过程中可能会产生理解上的偏差，这使得他们难以迅速且合理地设计出理想的导板。④制作个性化3D打印导板需要较长的时间，不适合急诊手术。但是，将来可以建立标准化模板，术前只需将胸腰椎CT数据导入后快速建模打印导板来解决这个问题。此外，此次研究仅聚焦于胸腰椎的单椎体骨折，对于更为复杂的情况，如多节段或跨节段的椎体骨折的胸腰椎骨折，仍然需要进行更深入的探索和研究。此次研究样本量不大，存在一些潜在的偏差或异质性可能会影响结果，需扩大样本量，证实研究结论。
综上所述，个性化3D打印导板在辅助皮质骨轨迹螺钉的置入方面展现出了良好的可行性，并且取得了显著的临床疗效，这一技术能够有效减少术中的X射线透视次数，缩短置钉所需的时间，提高术中置钉的精准度，同时降低手术风险。因此，个性化3D打印导板在胸腰椎骨折皮质骨轨迹螺钉内固定术中，不仅增强了治疗的精准性与微创性，亦提升了整体的有效性，充分展示了作为精准治疗辅助手段的潜力，值得在临床上推广与应用。

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

个性化3D打印导板引导下胸腰椎手术皮质骨轨迹螺钉置入准确性

Accuracy of personalized 3D printed guide plate guided cortical bone trajectory screw placement during thoracolumbar spine surgery

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