3D打印在骨科手術(shù)中的安全性和有效性：系統(tǒng)綜述和Meta分析

孫果梅，劉群，劉永章

上海市食品藥品監(jiān)督管理局認證審評中心 a. 質(zhì)量管理部；b. 醫(yī)療器械體系部，上海 200020

引言

3D打印技術(shù)，又稱為增材制造技術(shù)，作為個性化、精準治療的重要技術(shù)近年來已逐步應(yīng)用于臨床，特別是在骨外科中應(yīng)用最為廣泛。3D打印技術(shù)在骨外科的應(yīng)用方式主要為個性化植入物和手術(shù)工具的設(shè)計和制造，治療范圍包括膝關(guān)節(jié)、髖關(guān)節(jié)、脊柱、足跟骨、四肢骨、頜面骨等全身大部的骨結(jié)構(gòu)，治療種類覆蓋骨關(guān)節(jié)炎、骨折、畸形、骨腫瘤等多種常見的骨科疾病[1-10]。3D打印技術(shù)應(yīng)用于骨外科手術(shù)的研究已有報道，部分研究結(jié)果證明3D打印植入物和手術(shù)工具能有效減少術(shù)中出血量、術(shù)中引流量和術(shù)中射線暴露次數(shù)，縮短手術(shù)時間、住院時間、術(shù)后愈合時間和患處功能恢復(fù)時間[1-30]。在提高手術(shù)準確率（如提高脊柱畸形治療的置釘準確率[2,27,30]）、降低病人手術(shù)損傷（如降低評估疼痛的視覺模擬評分VAS值[2,25-26]和減少術(shù)后并發(fā)癥[1-3,21-26]）、加強手術(shù)效果（如提高術(shù)后關(guān)節(jié)活動度[16,28]、增加手術(shù)結(jié)果優(yōu)良數(shù)[2,3,19]和術(shù)后功能評分[1,2,25-31]）等方面3D打印技術(shù)也發(fā)揮了積極作用。本研究檢索了該領(lǐng)域的文獻報道進行系統(tǒng)綜述，從手術(shù)指標（手術(shù)時間、術(shù)中出血量、術(shù)中射線暴露次數(shù)）、安全性指標（術(shù)后并發(fā)癥人數(shù)）和有效性指標（手術(shù)結(jié)果優(yōu)良數(shù)、術(shù)后功能評分）三方面應(yīng)用meta分析研究3D打印技術(shù)應(yīng)用于骨外科手術(shù)的效果。

1 材料與方法

1.1 文獻檢索與納入排除標準

1.1.1 文獻檢索

（1）以主題詞“3D打印”和“骨”檢索中國知網(wǎng)-醫(yī)藥衛(wèi)生科技目錄。

（2） 以題名或關(guān)鍵詞“3D打印”和“骨”檢索維普數(shù)據(jù)庫。

（3） 以題名或關(guān)鍵詞“3D打印”和“骨”檢索萬方醫(yī)學(xué)網(wǎng)。

1.1.2 納入排除標準

納入標準：① 以人為研究對象；② 隨機對照臨床研究；③ 應(yīng)用3D打印技術(shù)的骨科手術(shù)。排除標準：① 重復(fù)文獻；② 綜述類；③ 臨床研究；④ 觀察性研究（無對照組）或案例報道；⑤ 主題不一致。

1.2 數(shù)據(jù)分析

對符合納入標準的文獻進行數(shù)據(jù)提取，包括第一作者、發(fā)表年份、手術(shù)部位、手術(shù)方式、樣本量等基本信息，手術(shù)時間、術(shù)中出血量、術(shù)中射線暴露次數(shù)等手術(shù)指標，術(shù)后并發(fā)癥人數(shù)等安全性指標和手術(shù)結(jié)果優(yōu)良數(shù)、術(shù)后功能評分等有效性指標。應(yīng)用Microsoft Office Excel 2007進行數(shù)據(jù)采集，應(yīng)用Stata/SE 11.0進行meta分析。應(yīng)用Q檢驗統(tǒng)計量和I2統(tǒng)計量評估納入研究的異質(zhì)性：各研究無異質(zhì)性（P>0.100，I2<50%）時，采用固定效應(yīng)模型分析；若存在異質(zhì)性，根據(jù)臨床特征分亞組分析，異質(zhì)性無法消除則采用隨機效應(yīng)模型分析。采用Egger法和Harbord法評估發(fā)表偏倚，采用剪補法進行敏感性分析。

2 結(jié)果

2.1 納入文獻及研究

從三個數(shù)據(jù)庫共檢索文獻807篇，最終納入文獻78篇[1-78]。文獻篩選路徑，見圖1。

圖1 文獻篩選路徑

78篇文獻中一篇包含3項研究，一篇包含5項研究，因此共納入84項研究，研究對象共4290人次，其中3D打印組2077人次，對照組2213人次。根據(jù)疾病特征和臨床手術(shù)情況可分為5個亞組，分組情況、研究數(shù)、樣本量和主要術(shù)式，見表1。

表1 納入文獻的分組及主要特征

2.2 手術(shù)指標研究

在本研究中，手術(shù)指標主要包括手術(shù)時間、術(shù)中出血量、術(shù)中射線暴露次數(shù)這三個方面（圖2）。

（1）手術(shù)時間。66項研究采集到了手術(shù)時間指標，異質(zhì)性分析顯示P<0.001，I2=92.4%，因此分亞組分析并選用隨機效應(yīng)模型。結(jié)果顯示5個亞組中3D打印組的手術(shù)時間均少于對照組，差別均有統(tǒng)計學(xué)意義。

（2）術(shù)中出血量。48項研究采集到了術(shù)中出血量指標，異質(zhì)性分析顯示P<0.001，I2=93.3%，因此分亞組分析并選用隨機效應(yīng)模型。結(jié)果顯示5個亞組中3D打印組的術(shù)中出血量均少于對照組，差別均有統(tǒng)計學(xué)意義。

（3）術(shù)中射線暴露次數(shù)。18項研究采集到了術(shù)中射線暴露次數(shù)指標，其中膝關(guān)節(jié)研究組未采集到該指標。異質(zhì)性分析顯示P<0.001，I2=91.5%，因此分亞組分析并選用隨機效應(yīng)模型。結(jié)果顯示4個亞組中3D打印組的術(shù)中射線暴露次數(shù)均少于對照組，差別均有統(tǒng)計學(xué)意義。

2.3 安全性指標研究

56項研究采集到了術(shù)后并發(fā)癥人數(shù)指標，異質(zhì)性分析顯示P=0.993，I2<0.1%，因此選用固定效應(yīng)模型。結(jié)果顯示3D打印組的術(shù)后并發(fā)癥發(fā)生率低于對照組，差別均有統(tǒng)計學(xué)意義，分亞組分析也得到了相同的結(jié)果（圖3）。

2.4 有效性指標研究

（1）手術(shù)結(jié)果優(yōu)良數(shù)。36項研究采集到了手術(shù)結(jié)果優(yōu)良數(shù)指標，異質(zhì)性分析發(fā)現(xiàn)P=0.872，I2<0.1%，因此選用固定效應(yīng)模型。結(jié)果顯示3D打印組的手術(shù)結(jié)果優(yōu)良比例高于對照組，差別均有統(tǒng)計學(xué)意義，分亞組分析也得到了相同的結(jié)果（圖3）。

（2）術(shù)后功能評分。44項研究采集到了術(shù)后功能評分指標，根據(jù)臨床意義分為5個亞組，分別為膝關(guān)節(jié)功能評分、髖關(guān)節(jié)功能評分、脊柱畸形矯治率、足功能評分和骨腫瘤切除術(shù)后功能評分。異質(zhì)性分析發(fā)現(xiàn)5個亞組均為P<0.010且I2>50%，因此選用隨機效應(yīng)模型。結(jié)果顯示3D打印組的術(shù)后功能評分均高于對照組，差別均有統(tǒng)計學(xué)意義（圖3）。

圖2 手術(shù)指標（手術(shù)時間、術(shù)中出血量、術(shù)中射線暴露次數(shù)）森林圖

圖3 安全性指標（術(shù)后并發(fā)癥人數(shù)）和有效性指標（手術(shù)結(jié)果優(yōu)良數(shù)、術(shù)后功能評分）森林圖

2.5 發(fā)表偏倚研究

偏倚研究結(jié)果顯示手術(shù)結(jié)果優(yōu)良數(shù)（P=0.928）和術(shù)后并發(fā)癥人數(shù)（P=0.399）指標納入的研究未見發(fā)表偏倚，而手術(shù)時間（P<0.001）、術(shù)中出血量（P<0.001）、術(shù)中射線暴露次數(shù)（P=0.011）和術(shù)后功能評分（P=0.006）指標納入的研究存在發(fā)表偏倚。

2.6 敏感性分析

針對存在發(fā)表偏倚的研究指標使用剪補法開展了敏感性分析，結(jié)果顯示，術(shù)后功能評分指標納入的研究未執(zhí)行剪補，結(jié)果穩(wěn)定；手術(shù)時間指標需要補充9項研究，術(shù)中出血量指標需要補充9項研究，術(shù)中射線暴露次數(shù)指標需要補充1項研究，但對最終結(jié)論均無影響，結(jié)果較穩(wěn)定。

3 討論

3D打印技術(shù)近年來廣泛應(yīng)用于骨外科手術(shù)中，文獻報道了3D打印骨科植入物和手術(shù)工具在提高手術(shù)效率、安全性和有效性等方面的優(yōu)勢。本研究通過對該領(lǐng)域78篇文獻進行meta分析，驗證了3D打印技術(shù)的優(yōu)勢。

手術(shù)指標方面，5個亞組中3D打印組的手術(shù)時間均少于對照組，其中膝關(guān)節(jié)、足跟骨和其他三組差異更明顯，髖關(guān)節(jié)和脊柱兩組的差異相對較小。5個亞組中3D打印組的術(shù)中出血量均少于對照組，其中膝關(guān)節(jié)、脊柱和其他三組差異更明顯，髖關(guān)節(jié)和足跟骨兩組的差異相對較小。在術(shù)中出血量較少（<50 mL）的跟骨骨折治療[11-14]或拇外翻截骨矯治術(shù)[15]等手術(shù)中觀察到3D打印組與對照組術(shù)中出血量無顯著差異。通過3D打印技術(shù)制造的個性化手術(shù)導(dǎo)引模板提高了截骨精準度，減少了手術(shù)步驟與手術(shù)時間；個性化植入物與個體病例的骨骼匹配度更高，減少創(chuàng)傷和術(shù)中出血量。以3D打印技術(shù)臨床應(yīng)用最廣泛的全膝關(guān)節(jié)置換術(shù)為例，本研究發(fā)現(xiàn)3D打印組的平均手術(shù)時間（75.7 min）比對照組（95.8 min）減少約20 min，3D打印組的平均術(shù)中出血量（286.2 mL）比對照組（446.9 mL）減少約160 mL。4個亞組中3D打印組的術(shù)中射線暴露次數(shù)均少于對照組。在骨折復(fù)位和畸形矯治等手術(shù)中，根據(jù)手術(shù)進展需多次進行影像學(xué)檢查，以確保骨骼的位置和角度正確，本研究發(fā)現(xiàn)3D打印組的平均射線暴露次數(shù)（4.7次）比對照組（9.4次）減少約一半，3D打印技術(shù)帶來的精準個性化治療對減少術(shù)中射線暴露次數(shù)成效顯著。

安全性指標方面，3D打印組的術(shù)后并發(fā)癥發(fā)生率低于對照組，其中膝關(guān)節(jié)、脊柱和其他三組差異更明顯，髖關(guān)節(jié)和足跟骨兩組的差異相對較小。本研究發(fā)現(xiàn)3D打印組的術(shù)后并發(fā)癥發(fā)生率（5.1%）遠低于對照組（13.0%）。有效性指標方面，根據(jù)文獻所用不同方法計算了手術(shù)結(jié)果優(yōu)良數(shù)和術(shù)后功能評分兩個指標，結(jié)果顯示3D打印組的手術(shù)結(jié)果優(yōu)良比例和術(shù)后功能評分均高于對照組。以本研究中跟骨、四肢骨的骨折復(fù)位和治療為例，3D打印組的手術(shù)結(jié)果優(yōu)良比例可達到91.8%，高于對照組的75.1%。功能評分方面膝關(guān)節(jié)平均分3D打印組（90.1分）略高于對照組（87.5分），骨腫瘤切除術(shù)后平均分3D打印組（22.5分）略高于對照組（20.3分）。3D打印技術(shù)提高了手術(shù)的精準性，在減少術(shù)后并發(fā)癥方面效果顯著，對術(shù)后效果和病例功能恢復(fù)也有一定程度的提升。

4 結(jié)論

本研究根據(jù)meta分析的結(jié)果，驗證了3D打印技術(shù)應(yīng)用于骨科手術(shù)在減少手術(shù)時間、術(shù)中出血量和術(shù)中射線暴露次數(shù)，降低術(shù)后并發(fā)癥發(fā)生率，增加手術(shù)結(jié)果優(yōu)良數(shù)、提高術(shù)后功能評分等方面的優(yōu)勢，特別是在減少術(shù)中射線暴露次數(shù)和減少術(shù)后并發(fā)癥方面效果顯著，具有重要的臨床意義。