3D打印在骨科手術中的安全性和有效性：系統綜述和Meta分析

孫果梅，劉群，劉永章

上海市食品藥品監督管理局認證審評中心 a. 質量管理部；b. 醫療器械體系部，上海 200020

引言

3D打印技術，又稱為增材制造技術，作為個性化、精準治療的重要技術近年來已逐步應用于臨床，特別是在骨外科中應用最為廣泛。3D打印技術在骨外科的應用方式主要為個性化植入物和手術工具的設計和制造，治療范圍包括膝關節、髖關節、脊柱、足跟骨、四肢骨、頜面骨等全身大部的骨結構，治療種類覆蓋骨關節炎、骨折、畸形、骨腫瘤等多種常見的骨科疾病[1-10]。3D打印技術應用于骨外科手術的研究已有報道，部分研究結果證明3D打印植入物和手術工具能有效減少術中出血量、術中引流量和術中射線暴露次數，縮短手術時間、住院時間、術后愈合時間和患處功能恢復時間[1-30]。在提高手術準確率（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]和減少術后并發癥[1-3,21-26]）、加強手術效果（如提高術后關節活動度[16,28]、增加手術結果優良數[2,3,19]和術后功能評分[1,2,25-31]）等方面3D打印技術也發揮了積極作用。本研究檢索了該領域的文獻報道進行系統綜述，從手術指標（手術時間、術中出血量、術中射線暴露次數）、安全性指標（術后并發癥人數）和有效性指標（手術結果優良數、術后功能評分）三方面應用meta分析研究3D打印技術應用于骨外科手術的效果。

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-醫藥衛生科技目錄。

（2） 以題名或關鍵詞“3D打印”和“骨”檢索維普數據庫。

（3） 以題名或關鍵詞“3D打印”和“骨”檢索萬方醫學網。

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 應用3D打印技術的骨科手術。排除標準：① 重復文獻；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 數據分析

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

2 結果

2.1 納入文獻及研究

從三個數據庫共檢索文獻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。根據疾病特征和臨床手術情況可分為5個亞組，分組情況、研究數、樣本量和主要術式，見表1。

表1 納入文獻的分組及主要特征

2.2 手術指標研究

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

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

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

（3）術中射線暴露次數。18項研究采集到了術中射線暴露次數指標，其中膝關節研究組未采集到該指標。異質性分析顯示P<0.001，I2=91.5%，因此分亞組分析并選用隨機效應模型。結果顯示4個亞組中3D打印組的術中射線暴露次數均少于對照組，差別均有統計學意義。

2.3 安全性指標研究

56項研究采集到了術后并發癥人數指標，異質性分析顯示P=0.993，I2<0.1%，因此選用固定效應模型。結果顯示3D打印組的術后并發癥發生率低于對照組，差別均有統計學意義，分亞組分析也得到了相同的結果（圖3）。

2.4 有效性指標研究

（1）手術結果優良數。36項研究采集到了手術結果優良數指標，異質性分析發現P=0.872，I2<0.1%，因此選用固定效應模型。結果顯示3D打印組的手術結果優良比例高于對照組，差別均有統計學意義，分亞組分析也得到了相同的結果（圖3）。

（2）術后功能評分。44項研究采集到了術后功能評分指標，根據臨床意義分為5個亞組，分別為膝關節功能評分、髖關節功能評分、脊柱畸形矯治率、足功能評分和骨腫瘤切除術后功能評分。異質性分析發現5個亞組均為P<0.010且I2>50%，因此選用隨機效應模型。結果顯示3D打印組的術后功能評分均高于對照組，差別均有統計學意義（圖3）。

圖2 手術指標（手術時間、術中出血量、術中射線暴露次數）森林圖

圖3 安全性指標（術后并發癥人數）和有效性指標（手術結果優良數、術后功能評分）森林圖

2.5 發表偏倚研究

偏倚研究結果顯示手術結果優良數（P=0.928）和術后并發癥人數（P=0.399）指標納入的研究未見發表偏倚，而手術時間（P<0.001）、術中出血量（P<0.001）、術中射線暴露次數（P=0.011）和術后功能評分（P=0.006）指標納入的研究存在發表偏倚。

2.6 敏感性分析

針對存在發表偏倚的研究指標使用剪補法開展了敏感性分析，結果顯示，術后功能評分指標納入的研究未執行剪補，結果穩定；手術時間指標需要補充9項研究，術中出血量指標需要補充9項研究，術中射線暴露次數指標需要補充1項研究，但對最終結論均無影響，結果較穩定。

3 討論

3D打印技術近年來廣泛應用于骨外科手術中，文獻報道了3D打印骨科植入物和手術工具在提高手術效率、安全性和有效性等方面的優勢。本研究通過對該領域78篇文獻進行meta分析，驗證了3D打印技術的優勢。

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

安全性指標方面，3D打印組的術后并發癥發生率低于對照組，其中膝關節、脊柱和其他三組差異更明顯，髖關節和足跟骨兩組的差異相對較小。本研究發現3D打印組的術后并發癥發生率（5.1%）遠低于對照組（13.0%）。有效性指標方面，根據文獻所用不同方法計算了手術結果優良數和術后功能評分兩個指標，結果顯示3D打印組的手術結果優良比例和術后功能評分均高于對照組。以本研究中跟骨、四肢骨的骨折復位和治療為例，3D打印組的手術結果優良比例可達到91.8%，高于對照組的75.1%。功能評分方面膝關節平均分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打印技術提高了手術的精準性，在減少術后并發癥方面效果顯著，對術后效果和病例功能恢復也有一定程度的提升。

4 結論

本研究根據meta分析的結果，驗證了3D打印技術應用于骨科手術在減少手術時間、術中出血量和術中射線暴露次數，降低術后并發癥發生率，增加手術結果優良數、提高術后功能評分等方面的優勢，特別是在減少術中射線暴露次數和減少術后并發癥方面效果顯著，具有重要的臨床意義。