椎弓根螺钉是植入脊柱手术最常用固定方法，在脊柱退行性疾病、创伤、感染、肿瘤等疾病中广泛应用，术中通过椎体后方狭长的椎弓根植入螺钉，螺钉位置的准确性对脊柱手术成功至关重要。胸椎椎弓根具有细、短、窄的结构特点，皮质薄且脆，因此很容易断裂。此外，植入胸椎椎弓根螺钉的角度往往不一致，使得一次性放置胸椎椎弓根螺钉的错误率很高，从而损伤周围组织，造成严重后果[6]。在复杂椎体骨折或椎体畸形中，胸椎椎弓根植钉难度和风险更高，容错率大大降低，螺钉植入过程的任何错误都可能导致周围神经、血管和脊髓损伤[2, 7]。因此，螺钉植入失败引起的脊髓破坏、椎体周围大血管损伤、椎弓根骨折、胸神经根损伤等并发症时有发生，故胸椎椎弓根螺钉植入在技术操作上具有挑战性。胸椎椎弓根螺钉植入方法最早为 Roy-Camille 等[8]报道的徒手植钉法。在传统后路手术中，椎弓根螺钉植钉的准确性主要由徒手植钉技术和术中影像学透视结果决定，这往往依赖于术者对椎弓根解剖结构的判断，有较高的植钉失败率。随着脊柱外科的发展以及植钉技术不断创新，临床中逐渐出现“funnel technique”植钉法、“3D图像引导”[9]、“超声辅助”[10]等技术，一定程度上提升了植钉技术，提高了植钉准确性和安全性，降低了周围神经、血管和脊髓损伤风险，临床效果尚满意。但新兴技术的应用往往存在硬件设施配备受制或学习曲线长、对技术操作要求过高等问题，在临床上难以普及。

数字化技术的发展和应用为骨科手术开辟了新的前景，3D 打印技术的广泛应用为脊柱外科手术精准化提供了新平台[11]。3D 打印技术又称快速成型技术，是利用分层制造和叠加成型模式，通过层层递增方式，将计算机处理的数据打印成 1∶1三维实物，独有的精准化、个性化特点使其在脊柱外科的应用逐渐深入。Xu 等[12]研究发现 3D 打印技术是胸椎椎弓根螺钉植入直观有效的辅助技术，不仅提高了徒手植钉的准确性，还减少了经验误差。对于复杂的脊柱手术，合理、精确的手术方案制定尤为重要，3D 打印技术凭借其个性化特点实现了 “量身定制”。Tan 等[13]发现在复杂脊柱畸形矫正中使用 3D 打印脊柱模型辅助徒手植钉，可提高植钉安全性和准确性，且无神经或血管并发症发生。同样，Tu 等[14]首先设计 3D 打印导向模板用于复杂强直性脊柱炎后凸畸形矫形手术中，结果显示，3D打印技术同时满足了患者和术者对矫正严重胸腰椎后凸畸形的特殊要求，且有利于术后脊柱功能恢复。

随着医疗技术的发展，计算机导航、术中 CT导航以及机器人技术逐渐成为脊柱植钉技术的新生力量，这些新兴技术的临床应用大大提高了植钉准确性，但由于其设备特殊、操作复杂、成本高昂，较难在短期内推广使用。本研究团队通过观察、理解胸椎椎弓根解剖空间特点，以临床手术经验为基础，自主研制出一种新型胸椎椎弓根螺钉钉道探测器，并获得国家使用新型专利。此探测器简单分为 4 个功能部位：开口端、弧形端、膨大端和手柄。尖端部位主要为开口、突进功能；15°的弧形过渡区域顺应了椎弓根的角度，可以减少尖端进入椎弓根后的突进力量，方便进一步深入探测；渐膨大的柄部起限深作用，防止操作者因力量控制不佳导致的探测器刺破椎弓根；球形手柄易于把握、操作，方便操作者对力量把控。利用新型钉道探测器结合 3D 打印技术科辅助术前规划、制定个体化手术方案。部分学者发现胸椎椎弓根解剖具有很强特异性，快速、精准寻找椎弓根螺钉最佳植入轨迹尚具有一定难度[11, 15]。本研究发现，通过术前预先应用新型钉道探测器在 3D 打印胸椎模型上进行模拟手术，与传统徒手植钉相比，具有以下特点：① 能够很大程度上减少椎弓根螺钉植钉时间，增加了一次性植钉成功率，提高了整体手术满意度。② 植钉时间缩短相应减少了整体手术时间，术中出血量大幅度减少，大大提升了患者术后生活质量。③ 快速、精准化植钉，避免了传统手术因植钉效果不理想而对螺钉位置反复调整[16]，从而避免了周围神经、血管损伤以及钉道强度丢失，减少术中透视次数，降低医疗辐射对患者和医务人员的损伤。④ 解决了传统胸椎椎弓根螺钉植入过程中因过多去除椎弓根骨质，造成椎弓根螺钉固定力减弱的问题，应用该新型探测器术中几乎不咬除骨皮质，开口器仅刺破进钉点骨质，减少了胸椎椎弓根螺钉植入时骨量丢失，以提高螺钉强度及钉道把持力。

通过临床实践，我们对 3D 打印技术结合新型胸椎椎弓根螺钉钉道探测器辅助植钉有以下体会：① 脊柱外科医生通常通过读取二维图像在大脑中构建三维图像，以“想象”手术难度。而 1∶1的三维实体脊柱模型提供了与手术对象非常相似的视觉辅助，能够消除对二维图像理解时的个体差异。② 对于胸椎椎弓根螺钉植入困难，尤其是需要长节段螺钉植入的患者，可术前使用钉道探测器在 1∶1 胸椎模型上模拟植钉，避免因螺钉直径和长度选择错误或者植钉角度方向不佳引起的并发症，并缩短了手术时间；③ 该钉道探测器以及 3D打印技术成本低、制作便捷，易于在基层医院推广。④ 降低学习曲线，使青年脊柱外科医生对胸椎椎弓根螺钉植入建立信心。

但本研究还存在一定局限性，由于病例数较少，纳入椎体节段不一致，缺乏节段不同造成植钉难度不同的独立分析对照；且实际手术中椎体解剖显露与模型有一定差距，对进钉点的判断可能产生一定误差。