3D打印輔助脊柱側(cè)凸矯形手術(shù)效果的Meta分析

張勇偉 李 凱 薛旭紅 趙 彬

脊柱側(cè)凸是指脊柱在冠狀面上一個或多個節(jié)段偏離身體中線向側(cè)方彎曲，同時伴有脊柱旋轉(zhuǎn)、矢狀位上前后凸改變以及肋骨骨盆畸形和椎旁韌帶肌肉的異常。脊柱側(cè)凸發(fā)生率為1%～2%，如果未能及時、有效處理，可造成脊柱運動功能障礙或骨盆傾斜后的跛行[1]；還會因胸廓畸形而造成不同程度的心肺功能障礙，嚴(yán)重影響患者的生活質(zhì)量及勞動能力[2，3]。

如今最為常見和成熟的技術(shù)為三維矯形技術(shù)和椎弓根螺釘固定技術(shù)[4]。通過該技術(shù)患者一般可以獲得良好的手術(shù)矯形，然而椎弓根螺釘置入難度大、風(fēng)險高，安全準(zhǔn)確地螺釘置入方法成了當(dāng)前研究的熱點。3D打印技術(shù)的出現(xiàn)，為提高椎弓根螺釘置入的準(zhǔn)確性和安全性提供了一種新思路。

國內(nèi)外關(guān)于比較3D打印技術(shù)輔助脊柱側(cè)凸矯形手術(shù)和傳統(tǒng)矯形手術(shù)的文獻(xiàn)較多，但是大多數(shù)研究樣本量較少。本文旨在運用循證醫(yī)學(xué)方法，對國內(nèi)外正規(guī)期刊公開發(fā)表的比較3D打印技術(shù)輔助脊柱側(cè)凸矯形手術(shù)和傳統(tǒng)手術(shù)的研究進(jìn)行客觀評價，以期為脊柱側(cè)凸矯形手術(shù)效果及安全性提供客觀依據(jù)。

資料與方法

1.檢索策略:兩名研究者獨立檢索Cochrane、Embase、Pubmed、Web of Science、中國知網(wǎng)、萬方、維普數(shù)據(jù)庫中于2020年4月前發(fā)表的有關(guān)3D打印輔助脊柱側(cè)凸矯形手術(shù)與傳統(tǒng)手術(shù)效果對比的隨機(jī)對照試驗、病例對照研究，其中中英文檢索詞為：3D打印(Printing, Three-Dimensional OR 3 Dimensional Printing OR 3D Printing)、脊柱側(cè)凸(Scoliosis)。

2.納入標(biāo)準(zhǔn)：①研究對象：行脊柱側(cè)凸矯形手術(shù)的患者，不分年齡、性別;②干預(yù)措施：實驗組為3D打印輔助脊柱側(cè)凸矯形手術(shù)，對照組為傳統(tǒng)矯形手術(shù);③研究類型：研究類型為隨機(jī)對照試驗或臨床對照試驗；④結(jié)局指標(biāo)：主要結(jié)局指標(biāo)為椎弓根螺釘置釘準(zhǔn)確率，其他結(jié)局指標(biāo)包括手術(shù)時間、術(shù)中失血量、術(shù)中透視次數(shù)。

3.排除標(biāo)準(zhǔn)：①Meta分析、動物實驗、案例報告、會議論文、無對照的試驗；②不描述具體的納入和排除標(biāo)準(zhǔn)；③沒有或缺少評價手術(shù)療效及安全性的指標(biāo)、無法獲取全文的文獻(xiàn)。

4.文獻(xiàn)篩選:文章的篩選由兩位研究者按照納入及排除標(biāo)準(zhǔn)同時獨立進(jìn)行，通過閱讀文獻(xiàn)標(biāo)題和摘要，排除不相關(guān)及非對照試驗的文獻(xiàn)，剩下符合納入的文獻(xiàn)通過閱讀全文，決定是否納入研究。如遇分歧則討論解決或交由指導(dǎo)老師裁定是否納入。

5.文獻(xiàn)質(zhì)量評價：采用改良Jadad量表對隨機(jī)對照試驗進(jìn)行質(zhì)量評價，Jadad量從隨機(jī)方法、分配的選擇、是否盲法和失訪共4個方面進(jìn)行評價，最高7分，其中大于3分被認(rèn)為是高質(zhì)量文獻(xiàn)[5]。采用MINORS量表(methodological index for non-randomized studies)對非隨機(jī)對照試驗進(jìn)行質(zhì)量評價，MINORS量表評價指標(biāo)共12條，每條最高2分，共計24分，將其中>13分的文獻(xiàn)納入研究，兩名研究者分別對納入文獻(xiàn)進(jìn)行質(zhì)量評價，意見不一致時通過討論或協(xié)商解決分歧[6]。

6.數(shù)據(jù)提取:提取文獻(xiàn)基本資料，包括第一作者、發(fā)表年份、研究對象的基本信息(病例數(shù)、年齡和性別等)、干預(yù)措施、結(jié)局指標(biāo)等。其中結(jié)局指標(biāo)包括主要結(jié)局指標(biāo)：椎弓根螺釘置釘準(zhǔn)確率，其他結(jié)局指標(biāo)：手術(shù)時間、術(shù)中失血量、術(shù)中透視次數(shù)。

7.統(tǒng)計學(xué)方法：使用Review manager 5．3軟件對提取的數(shù)據(jù)進(jìn)行Meta分析。二分類變量采用比值比(odds ratio，OR)及95%可信區(qū)間(confidence interval，CI)表示，連續(xù)性變量采用均數(shù)差(mean difference，MD)及95% CI表示，計算I2值檢驗異質(zhì)性，當(dāng)I2≥50%時，提示研究間的異質(zhì)性較大，此時分析異質(zhì)性原因，并采用隨機(jī)效應(yīng)模型(random effect)；若I2<50%時，提示研究間的異質(zhì)性較小，則采用固定效應(yīng)模型(fixed effect)。

結(jié) 果

1.文章篩選結(jié)果:共初步檢索了430篇文獻(xiàn)，排除其中67篇重復(fù)文獻(xiàn)后，通過閱讀標(biāo)題與摘要初步排除321篇不相關(guān)及非比較研究文獻(xiàn)，初步篩選其余42篇文獻(xiàn)，閱讀全文并按照嚴(yán)格的納入及排除標(biāo)準(zhǔn)，最后納入8篇文獻(xiàn)[7～14](圖1、表1)。其中有2篇為隨機(jī)對照研究，改良Jadad量表評分均>3分，符合納入標(biāo)準(zhǔn)，6篇為回顧性病例對照研究，MINORS量表評分均>13分，符合納入標(biāo)準(zhǔn)。共計納入423例患者，其中3D打印組194例，傳統(tǒng)手術(shù)組229例。

圖1 文獻(xiàn)篩選流程和結(jié)果

表1 納入文獻(xiàn)的基本特征

2.Meta分析結(jié)果

(1)置釘準(zhǔn)確率:7項研究比較了3D打印技術(shù)輔助脊柱側(cè)凸矯形手術(shù)和傳統(tǒng)矯形手術(shù)的置釘準(zhǔn)確率，共納入297例患者，置釘3610枚，其中3D打印組144例，置釘1671枚，傳統(tǒng)手術(shù)組153例，置釘1939枚，各篇文獻(xiàn)之間異質(zhì)性檢驗無統(tǒng)計學(xué)意義(I2=0，P=0.62)，采用固定效應(yīng)模型[8～14]。Meta分析結(jié)果顯示，3D打印技術(shù)輔助脊柱側(cè)凸矯形手術(shù)和傳統(tǒng)矯形手術(shù)的置釘準(zhǔn)確率比較，差異有統(tǒng)計學(xué)意義(OR=2.93，95% CI:2.33～3.69，P=0.000,圖2)。

圖2 3D打印技術(shù)輔助螺釘置入準(zhǔn)確率與傳統(tǒng)手術(shù)比較的Meta分析

(2)手術(shù)時間:5項研究比較了3D打印技術(shù)輔助脊柱側(cè)凸矯形手術(shù)和傳統(tǒng)矯形手術(shù)的手術(shù)時間，共納入301例患者，其中3D打印組139例，傳統(tǒng)手術(shù)組162例，各篇文獻(xiàn)之間異質(zhì)性檢驗差異較小(I2=38%，P=0.17)，采用固定效應(yīng)模型[7～9,12,13]。Meta分析結(jié)果顯示，3D打印技術(shù)輔助脊柱側(cè)凸矯形手術(shù)和傳統(tǒng)矯形手術(shù)的手術(shù)時間比較，差異有統(tǒng)計學(xué)意義(MD=-27.82，95% CI:-29.99～-25.64，P=0.000,圖3)。

圖3 3D打印技術(shù)輔助手術(shù)時間與傳統(tǒng)手術(shù)比較的Meta分析

(3)術(shù)中失血量:4項研究比較了3D打印技術(shù)輔助脊柱側(cè)凸矯形手術(shù)和傳統(tǒng)矯形手術(shù)的術(shù)中失血量，共納入269例患者，其中3D打印組124例，傳統(tǒng)手術(shù)組145例，各篇文獻(xiàn)之間異質(zhì)性檢驗差異明顯(I2=91%，P=0.000)，采用隨機(jī)效應(yīng)模型[7,9,12,13]。Meta分析結(jié)果顯示,3D打印技術(shù)輔助脊柱側(cè)凸矯形手術(shù)和傳統(tǒng)矯形手術(shù)的術(shù)中失血量，差異有統(tǒng)計學(xué)意義(MD=-144.67，95% CI:-227.47～-61.87，P=0.000,圖4)。

圖4 3D打印技術(shù)輔助術(shù)中失血量與傳統(tǒng)手術(shù)比較的Meta分析

(4)平均透視次數(shù):3項研究比較了3D打印技術(shù)輔助脊柱側(cè)凸矯形手術(shù)和傳統(tǒng)矯形手術(shù)的平均透視次數(shù)，共納入152例患者，其中3D打印組78例，傳統(tǒng)手術(shù)組74例，各篇文獻(xiàn)之間異質(zhì)性檢驗差異明顯(I2=99%，P=0.000)，采用隨機(jī)效應(yīng)模型[10,12,13]。Meta分析結(jié)果顯示,3D打印技術(shù)輔助脊柱側(cè)凸矯形手術(shù)和傳統(tǒng)矯形手術(shù)的平均透視次數(shù)比較，差異有統(tǒng)計學(xué)意義(MD=-13.76，95% CI:-22.42～-5.17，P=0.002,圖5)。

圖5 3D打印技術(shù)輔助手術(shù)平均透視次數(shù)與傳統(tǒng)手術(shù)比較的Meta分析

討 論

椎弓根螺釘固定技術(shù)在脊柱外科手術(shù)中應(yīng)用廣泛，然而椎弓根螺釘置入難度大、風(fēng)險高，尤其是脊柱側(cè)凸患者，存在椎體三維解剖結(jié)構(gòu)變異及弓根發(fā)育異常，為椎弓根螺釘?shù)臏?zhǔn)確置入帶來了一定困難及風(fēng)險[15]。而椎弓根螺釘置釘成功與否，是手術(shù)矯正側(cè)凸的關(guān)鍵技術(shù)之一，傳統(tǒng)的矯形手術(shù)螺釘放置通常采用徒手技術(shù)，由脊柱外科醫(yī)生憑借手感徒手置入，此過程極易鉆出椎弓根皮質(zhì)，導(dǎo)致螺釘誤置，造成周圍組織損傷，具有較高的風(fēng)險。在早期的研究中，椎弓根螺釘誤置率為1.5%～58.0%[16,17]。

3D打印技術(shù)廣泛應(yīng)用于骨科、神經(jīng)外科、頜面外科、心血管內(nèi)科及臨床教學(xué)等方面[18,19]。目前，3D打印技術(shù)在骨科的應(yīng)用日益成熟，尤其是對一些復(fù)雜的骨折和畸形，術(shù)前可利用3D技術(shù)打印出1∶1的三維實體模型，通過對3D模型的直觀地觀察，了解脊柱畸形的全貌，明確分型，進(jìn)行術(shù)前評估、診斷，然后通過測量，選擇合適的手術(shù)入路，特別是選擇合適的椎弓根螺釘進(jìn)釘點，螺釘直徑及長度、置入角度、深度等。甚至模擬預(yù)手術(shù)操作，制定出詳盡、個體化的手術(shù)方案，節(jié)約手術(shù)時間，避免反復(fù)透視，減少手術(shù)并發(fā)癥，縮短住院日和降低成本，取得了良好的療效。

本次Meta分析中3D打印技術(shù)輔助脊柱側(cè)凸矯形手術(shù)和傳統(tǒng)矯形手術(shù)比較，其在置釘準(zhǔn)確率等方面占有明顯的優(yōu)勢，差異有統(tǒng)計學(xué)意義。置釘準(zhǔn)確率是衡量脊柱側(cè)凸矯形手術(shù)安全性的一項重要指標(biāo)，在Abul-Kasim等[20]的研究中，對116例青少年特發(fā)性脊柱側(cè)凸患者置釘準(zhǔn)確率進(jìn)行評估，研究共置釘2201枚，螺釘誤置率為14%，同時發(fā)現(xiàn)螺釘誤置率與患者數(shù)量呈反比關(guān)系，隨著開展手術(shù)的增多，螺釘?shù)恼`置率從早期的20%降至11%，表明對于脊柱側(cè)凸復(fù)雜的解剖結(jié)構(gòu)，脊柱側(cè)凸矯形手術(shù)螺釘誤置率與外科醫(yī)生的經(jīng)驗密切相關(guān)，存在一定的學(xué)習(xí)曲線。而3D打印在臨床上廣泛應(yīng)用，為提高椎弓根螺釘置入的準(zhǔn)確性和安全性提供了一種新思路。Wu等[21]對34例先天性脊柱側(cè)凸患者開展了應(yīng)用3D打印技術(shù)置入椎弓根螺釘?shù)臏?zhǔn)確性研究，共置釘383枚，準(zhǔn)確率為97.9%，與傳統(tǒng)矯形手術(shù)比較極大地提高了椎弓根螺釘置入的準(zhǔn)確性。

本次Meta分析研究中3D打印技術(shù)輔助脊柱側(cè)凸矯形手術(shù)和傳統(tǒng)手術(shù)比較，其在手術(shù)時間、術(shù)中失血量、平均透視次數(shù)等方面占有明顯的優(yōu)勢，原因可能是在傳統(tǒng)手術(shù)中，而且采用徒手置釘，憑借外科醫(yī)生的手感和經(jīng)驗，需要在術(shù)中反復(fù)透視和調(diào)整螺釘，這無疑增加了脊柱側(cè)凸矯形術(shù)的手術(shù)時間、透視次數(shù)和術(shù)中出血量。而應(yīng)用3D打印技術(shù)輔助脊柱側(cè)凸矯形手術(shù)，通過對術(shù)前3D模型的全面了解，選擇合適的手術(shù)方案和合適的椎弓根螺釘，無需術(shù)中反復(fù)透視，大大減少手術(shù)時間、術(shù)中透視次數(shù)及術(shù)中失血量，減少了醫(yī)護(hù)工作者和患者手術(shù)輻射量。

本研究中存在的不足：①納入的8篇文獻(xiàn)中，僅2篇為隨機(jī)對照試驗，其余6篇均為回顧性病例對照試驗；②所納入的文獻(xiàn)數(shù)量較少，且多為小樣本量試驗；③其他結(jié)局指標(biāo)異質(zhì)性較高，采用了隨機(jī)模型來控制異質(zhì)性，并未分析異質(zhì)性的具體來源；④部分原始文獻(xiàn)缺乏對手術(shù)并發(fā)癥的報道，本次研究沒有對短期及長期手術(shù)并發(fā)癥進(jìn)行比較；⑤本次研究缺乏如畸形矯正率等臨床療效的比較，無法為臨床脊柱畸形矯形手術(shù)的療效提供參考。