精准化、智能化、微创化是骨科未来的发展方向，骨科3D打印技术将在未来骨科手术的各方面起到重要的作用。3D打印骨科手术导板操作简单、不增加手术步骤、不受体位影响、术中指示解剖位置与精准导航，可对术者进行规范化教学，缩短学习曲线，便于新技术的开展和加快中青年医生成长。该技术的临床普及应用使手术操作的精准性和安全性大大提高，手术时间缩短，术中出血和副损伤减少，对C型臂、术中CT等设备的使用频次减少，从而减少了手术室射线污染，降低手术相关并发症的发生，将极大改善和提高临床救治水平^[1]。

20世纪90年代德国教授Klaus Radermacher首先提出计算机辅助骨科手术导板这一概念，但局限于当时的设备、材料、计算机运算能力及软件的限制，实际的使用价值不大。随着计算机技术和3D打印装备的发展，骨科手术导板从单纯引导置钉发展到截骨、定位、矫正畸形、辅助骨折复位等功能，从而大大提高了手术效率和手术精度。本文回顾了3D打印导板的发展历史、基本类型及作用。分析了3D打印导板的优势与不足，提出现阶段存在的问题，展望3D打印导板的未来。

1986年，美国科学家Charles Hull开发了第一台商业3D印刷机；1993年麻省理工大学教授EmanuaI Sachs发明了3D喷印技术；同年基于CT数据规划和CAD设计的骨科手术3D打印导板首次制作并进行尸体可行性研究，通过X线扫描、视觉和触觉对透明导板的准确性进行验证。随着3D打印导板技术的发展，逐渐应用于髋臼周围截骨、个体化全膝关节置换等。2003年（208次香山科学会议）：规划出“中国数字化虚拟人体的研究的发展和应用”纲要，至此揭开我国数字化研究序幕同时也迎来了高速发展的机遇。国内陆声教授团队2006年最早使用手术导板技术辅助上颈椎及脊柱侧弯置钉方面取得了良好的临床疗效，随后在关节置换、骨盆骨折微创置钉、膝关节高位截骨等领域获得了满意的应用效果。随着临床应用的深入，国内不同单位相继报道了3D打印导板在骨科应用的案例，目前在脊柱、创伤、关节、畸形矫正、骨肿瘤领域的应用尤为广泛。

3D打印骨科手术导板的信息主要来源于患者医学影像资料，如CT、MRI扫描结果，相应的断面数据在采集后，通过数字化软件根据临床需求分割兴趣区域、完成模型三维重建。然后根据具体临床需求、手术入路、显露范围相关的参数进行处理，并据此设计出具有导向作用的圆管或横槽用作术中导航装置。在此基础上建立起三维逆向导板与导向装置相拟合，对所得的导板数据转换处理成可打印的格式，基于临床要求进行处理而确定出合适的3D打印方式、材料，然后根据采集的截面信息进行一定堆积后建立起相应的实体导板。具体技术操作流程如图 1所示：

图 1(Fig.1)

图 1 3D打印骨科手术导板制作技术流程图 Fig.1 Flowchart of design and manufacturing of orthopedic 3D printed navigational template.

针对临床中3D打印骨科手术导板的用途，可将导板分为钉道导板、截骨导板和其他系列导板共计3类，以下将介绍其在各自领域中的部分运用。

脊柱及骨盆区域毗邻重要血管神经，骨性解剖结构复杂，如螺钉置入位置、角度产生明显的偏差，则会对相邻的脊髓、神经产生影响，且导致固定强度明显的降低，严重情况下还会导致椎动脉损伤，引发明显的出血问题。患者同时存在脊柱畸形问题情况下，精确地进行椎弓根置钉的难度进一步增加。国内一批学者已经建立用于脊柱椎弓根螺钉置钉、椎板螺钉置钉、经S2骶髂螺钉置钉，脊柱后凸畸形截骨矫正等相关的一系列导板。这些导板可对置钉的位置、方向进行精确的确定，降低了手术的难度，且在术前可测定螺钉参数，这对精确的置钉提供了可靠的支持，3D打印导板已被广泛应用于以上区域术中钉道导航。Lu等^[2]通过导板对25名颈椎病患者C2-7节段置入88枚螺钉，术后证实置钉导板具有良好的精确性及适用性，减少了手术时间及医患的辐射暴露。胡勇等^[3]对不稳定寰椎骨折采用辅助导板置入螺钉，术中及术后没有出现血管及神经损伤，螺钉置入轨迹优良。脊柱畸形患者由于解剖形态改变及椎体空间位置旋转，不同患者之间也存在一定的个体差异性，而脊柱畸形的产生原因很复杂，可能存在椎弓根缺如、椎体旋转、椎体分节异常等畸形，运用传统的术前规划技术进行处理，术者很难获取直观而精准的三维解剖信息，存在明显的局限性，常规的解剖标志进针点难已辨认。文献报道^[4]脊柱畸形患者椎弓根螺钉置入不良率可达29.1%。3D打印置钉导板摒弃了既往采用的椎体表面解剖结构定位同时克服空间椎体结构的改变，能够提高置钉准确性。Riccardo等^[5]将29例脊柱畸形手术矫正患者随机分为A组（导板组）和B组（徒手组）。A组置入297枚椎弓根螺钉，B组243枚螺钉。术后比较两组螺钉置入准确性，导板组96.1%螺钉位于安全区、徒手组82.9%螺钉位于安全区。国内王文刚等^[6]利用个性化椎弓根置钉导向器治疗重度脊柱畸形，成功置入232枚椎弓根螺钉, 成功率97.5%（232/238），准确率为84.1%（195/232）。结论认为3D置钉导板对于重度脊柱畸形可提供较高的术中置钉准确性。田野等^[7]通过对比研究3D打印导板与计算机导航辅助置人C2椎弓根、侧块螺钉均较徒手置入准确性高，但导板技术在C2椎弓根螺钉置入准确率方面更优于导航技术。既往置钉导板均贴附于椎板表面，需要对椎板软组织广泛剥离，已确保导板稳定。Takemoto等^[8]使用点接触钛导板置入胸椎椎弓根螺钉，选取椎板表面的特征性部位，在不破坏稳定性的情况下减少导板接触面积。近年来有学者在椎体成型术及椎间孔镜技术中尝试使用经皮导板穿刺技术^{[9 10]}，虽然在理论上导板能够达到精确置钉，然而由于软组织滑动和缺乏稳定的贴合面，如何解决经皮穿刺导板准确匹配仍是需要解决的问题。

股骨颈骨折是临床上比较常见的一种关节内骨折，随着人口老龄化以及社会快速发展过程中创伤患者的不断增加，GardenⅠ、Ⅱ型老年病人及GardenⅠ~Ⅳ型的年轻病人，多枚空心钉内固定治疗股骨颈骨折是目前比较公认的手术方法。王思哲等^[11]通过3D打印导板辅助多枚空心螺钉置入，可以实现术中精确置钉，减少辐射及手术时间。近年来骨盆螺钉技术的发展应用，减少了传统手术的创伤同时具有较好的生物力学性能。然而骨盆螺钉置入需要精确的轨迹，术者需有长期经验积累同时术中往往需要多角度反复透视确定解剖关系。Merema等^[12]、穆卫庐等^[13]、马宇龙等^[14]报道临床使用3D打印个性化导板置入髋臼、经骶2髂骨及耻骨上支螺钉，手术过程中将导向模板贴附于相应预设区域骨面达到与术前设计匹配，依据导板指向置入螺钉，术后复查螺钉位置良好。

既往截骨多采用在X线片绘图法，术中截骨角度与原设计角度难以有效执行。传统的关节置换术中医生在确定截骨量和范围时，主要是根据术前影像资料和术中截骨导向器等进行，术前规划很难在术前通过量化的形式体现在手术当中，因此术中的精确截骨是非常困难的，对手术效果也产生了很不利的影响，根据统计结果表明超过半数的初次关节置换和二期翻修失败病例都是因为术中截骨不合理引发的。而在个体化3D打印膝关节定制截骨导板被设计出后，可在术前进行精确的规划，可以显著的降低术中截骨操作难度，缩短反复截骨时间，减少人为因素影响，力线定位出错的可能性也显著降低，由此而导致的手术风险也相应减少，有极高的临床和科研应用价值。不必通过传统批量化制造的截骨器械，转而利用数字化软件方法处理影像数据而个体化的确定出假体型号和患膝截骨平面，在逆向处理基础上而3D打印出患者的截骨导板，实现精准解剖截骨的目的。3D打印导板的应用显著提高了全膝关节置换手术的准确性和可重复性，在改善手术效果、提高下肢力线精确度、软组织平衡调节以及改善手术后关节活动度方面有重要的临床意义。

2006年Hafez等^[15]在尸体标本上进行实验研究，首次利用膝关节CT数据制作个体化截骨模板应用于TKA术中，与既往方式对比表明模板操作简单，侵入性小，节省时间。国内孙茂淋等^[16]采用导航模板应用于60例全膝关节置换术中，术后近期效果满意，导板引导截骨具有术前确定截骨量、术中出血及术后引流量小、旋转对线精准的特点。Kunz等^[17]对45名表面髋关节表面置换患者采用3D打印截骨技术，结果表明个体化模板与传统的电脑辅助设计一样准确。

樊志强等^[18]利用3D打印截骨导板为7例肘内翻儿童设计最佳截骨角度，手术时将截骨导板与截骨部相吻合，沿截骨导板进行截骨，缓慢闭合截骨间隙后行钢板内固定。术后7例患者截骨角度满意，肘关节功能优5例，良1例，可1例。Pérez-Ma?anes等^[19]对于膝关节骨性关节病患者利用3D导板行胫骨高位截骨术，取得满意的临床疗效。董谢平等^[20]采用截骨导板治疗踝关节内骨折畸形愈合同时设计接力导板可在较小的显露空间内，为缺少表面特征的骨结构提供多平面截骨。施忠民等^[21]对比传统截骨与3D打印个性化导板截骨治疗内翻性踝关节炎，其临床矫正效果基本一致，导板截骨明显缩短手术时间、减少术中出血量和术中透视次数。

脊柱截骨术被广泛应用于脊柱畸形矫形并取得良好的临床疗效，规范的术中操作以及精确截骨、良好截骨面对合是手术成功的关键。脊柱又毗邻脊髓神经，因而在矫形过程中可能导致这些神经造成损伤。而截骨线在规划过程中，应该综合考虑脊柱矢状位和冠状位的平衡、脊髓神经的松弛程度有无过度牵拉，心肺功能状态和椎前血管顺应性等因素，此外还需要明确肌肉的牵拉程度，这样才可以确定出合适的截骨区域。截骨减压范围小，则无法有效的改善外观畸形、充分减压和实现脊柱平衡，而相反情况下如果对应的截骨范围过大，则脊柱结构稳定性受到影响，且容易造成神经功能的损伤，因此为了有效的提高手术效果，很有必要对截骨范围进行精确的术前规划与设计。基于患者个体化设计的3D打印脊柱截骨导板，可以对手术进行精确导引，从而显著提高手术效果，使得脊柱截骨摆脱经验的制约，而转向数字化阶段，同时也简化了手术步骤。

曾参军等^[22]对于骨盆骨折先行三维复位、3D打印骨折复位后形态、预弯钢板及设计螺钉置入轨迹并在术中应用。这种依靠三维模型导板预弯钢板指引骨折复位及置钉的方式，为导板技术应用于骨折复位提供了有意义的尝试。Tomaževič等^[23]的一项实验研究表明，对于髋臼骨折3D打印个性化导板有助于骨折的精确复位。施凤伟等^[24]报道采用3D打印髋臼定位导板辅助骨盆肿瘤切除后精确重建。通过对侧髋臼位置及形态，根据切除后的骨盆结构设计髋臼定位导板，引导假体精确置入。其他如个性化引导矫形导板、个性化骨缺损修复导板等仍在研究探索中。

3D打印导板技术已经成为了手术过程中的补充性技术。与其他方式相比，3D打印导板制作并不依赖于规模化的工业基础，成本较低。在骨科手术中，可以缩短手术时间、减少术中出血及辐射，提高了手术效率。医师参与手术导板的研发设计，可提升对患者解剖形态的三维空间认识，缩短学习曲线，同时在导板设计中不断优化手术方案。3D打印实物模型可以直观地向患者解释病情和治疗过程，增加医患互信。

导板的前期设计会增加骨科医生的工作量及手术成本，同时也不能满足急诊手术的需求。导板稳定性往往与剥离范围成正相关，这可能增加了患者医源性创伤。现有导板多用树脂等非金属材料，存在打印精度误差、易损坏变形等问题，近年来钛合金3D导板应用能够提供更好强度与精度，然而昂贵价格及对打印设备的要求制约了其广泛应用^[25]。3D导板与传统手术方式相比尚缺乏大样本量的长期病例研究。

3D打印导板在骨科领域快速发展同时也出现了一些问题。如骨科导板使用适应范围，影像数据的精度要求、数据格式的传输和存档的规范化，3D材料及加工方式的选择, 以及导板消毒灭菌方法及材料生物相容性等诸多方面亟待解决及规范。随着3D打印行业指南和法规的出台，将规范导板从设计到生产使用各个环节，促进其良性发展。2017年为儿童规划3D打印手术截骨导板获得美国食品药品监督管理局（FDA）的生产许可，使患有先天性骨疾病或骨骼受损的儿童可以得到更好的治疗。但我国目前尚未见相关的政策法规来支持骨科手术导板的合法性。目前众多国内学者都在积极推动骨科手术导板的法规和标准的制定，2019年我国第一个3D打印骨科手术导板专家共识已在《中华创伤骨科杂志》发表，同时对于3D打印骨科手术导板的国家团体标准也已经顺利发布，希望在不久的将来，随着各种法规的建立，可以规范对3D打印骨科手术导板的使用，从而更健康的推进3D打印手术导板的发展。

骨科导板的临床应用近年来取得了飞速的发展，许多医院配备了数字化工作室，方便了医师参与导板设计，缩短了生产周期。但同时可能也存在巨大资源浪费，如何合理配置及整合区域医疗资源是后期相关部门需要进一步研究规划的。

在科技日新月异的今天，骨科导板发展迎来了巨大的机遇。在5G、云运算及大数据的背景分析支持下更佳精确、快捷、可靠的骨科导板将呈现，兼顾个性化与共性的通用导板也在探索研发中。未来通过混合现实技术的虚拟化导板应用于临床工作，将极大提高工作效率，节省医疗资源。4D打印概念的提出，给予我们新的探索空间，3D打印成形物在外界环境的刺激下，依据个性化需求随着时间的推移而发生形状、性能和功能的变化^[26]。

笔者相信随着材料科学、机械工业及3D打印相关软件的发展，以及导板相关行业标准的制定。未来将有越来越多充满智慧的医务人员加入，将迸发出更多的创造性的思维，3D打印导板在骨科应用中进一步升华，更优质的服务于广大患者。