3D打印導板輔助置釘技術與傳統置釘技術治療寰樞椎不穩有效性與安全性的Meta分析▲

鐘遠鳴 吳卓檀 鐘錫鋒 萬 通 何炳坤 吳思賢

(1 廣西中醫藥大學第一附屬醫院骨科，南寧市 530001，電子郵箱：zym196395@sina.com；2 廣西中醫藥大學研究生院，南寧市 530299)

寰樞椎連接著顱骨和下頸椎,其內部椎管容納著高位頸髓,是神經中樞所在的區域[1-2]。寰樞椎不穩是指發育畸形、炎癥、感染、創傷、腫瘤、先天性疾病及退變等因素致使寰樞關節或寰枕關節失去正常的對合關系,從而產生神經壓迫或者關節功能障礙的病理改變[3-4]。寰樞椎不穩以頸區敏感或僵直、四肢共濟失調或輕癱等為主要特征，其發病隱匿，如得不到及時有效的診治則可能會造成遲緩性脊髓損傷，所以需要對該病患者進行早期干預，以解除脊髓壓迫和恢復寰樞椎的穩定性[5-7]。

后路椎弓根螺釘置釘技術用于治療寰樞椎不穩最早由Resnick提出,其憑借著較高的骨性融合效果及優良的生物力學性能等優勢，被逐漸普及并運用于寰樞椎不穩的治療[8-9]。傳統置釘技術采用的是結合影像設備徒手進行置釘，但寰樞椎與下頸椎的解剖結構存在著很大的差異性，置釘過程中容易因釘道產生偏差而造成神經血管的損傷，從而給螺釘置入造成了極大的困難[10-11]。有研究表明，采用傳統置釘技術進行椎弓根螺釘置入的失誤率為20.0%～30.0%，這可能帶來嚴重的安全隱患，并有可能導致嚴重的術后并發癥[12]。近年來，基于快速成型技術發展而來的3D 打印導板輔助置釘技術是一種用于提高寰樞椎椎弓根螺釘置釘準確性的新興技術，理論上這種技術可以提高傳統內固定手術的有效性與安全性。近年來，已有不少學者報告了3D打印導板輔助置釘技術與傳統置釘技術治療寰樞椎不穩的療效差異，但這兩種技術的優劣仍有較大爭議，且尚未有系統評價結果予以論證。因此，本文通過Meta分析的方法系統比較兩種技術的療效差異，以期為臨床與科研提供循證醫學依據。

1 資料和方法

1.1 文獻檢索 計算機檢索知網、維普、萬方、PubMed、中國生物醫學文獻服務系統、Cochrane Library、Embase等數據庫，時間自建庫至2020年8月，搜集有關3D打印導板輔助置釘技術與傳統置釘技術治療寰樞椎不穩的臨床對照試驗，并手工檢索相關論文，語種為中英文。中文檢索詞包括3D打印、快速成型技術、導板、導航模板、寰樞椎、內固定、輔助手術、輔助技術；英文檢索詞：3D printing、3-dimensional printed、template、navigational guiding template、guide plate、atlantoaxial instability、rapid prototyping technology、pedicle screw。

1.2 文獻的納入與排除標準

1.2.1 納入標準：(1)研究類型為目前已經公開發表的關于3D打印導板輔助置釘技術與傳統置釘技術治療寰樞椎不穩的臨床對照試驗；(2)研究對象為臨床上被確診為寰樞椎不穩并行后路內固定手術的患者；(3)干預措施，導板組應用3D打印導板輔助置釘技術，傳統組應用傳統置釘技術；(4)觀察指標包括術后視覺模擬量表(Visual Analogue Scale，VAS)評分、術后日本骨科協會(Japanese Orthopaedic Association，JOA)評分、手術時間、術中出血量、置釘準確率、透視次數、并發癥發生率，其中置釘準確的評價標準為螺釘完全置于椎弓根內部。

1.2.2 排除標準：(1)研究類型不符合的文獻，如動物實驗、綜述、病例報告、尸體研究等；(2)無法獲取全文且聯系作者困難的研究；(3)分組不明確、數據不完整的研究。

1.3 文獻篩選、資料提取 由兩名研究員負責檢索文獻，分別獨立提取文獻資料后再進行相互核對，資料核對過程如有意見分歧則通過進一步討論解決。文獻篩選流程為：通過閱讀題目和摘要將明顯不符合的文獻排除，進一步閱讀全文結合排除標準與納入標準判定是否納入。需要提取的資料包括第一作者、文獻發表時間、樣本量、性別、年齡、隨訪時間及觀察指標等。

1.4 文獻質量評價 對于納入的隨機對照研究，采用Cochrane評估工具進行質量評估，評價的內容涉及隨機序列的生成、隱藏與盲法的實施、結局指標的完整性、選擇性報道及其他偏倚等方面。對于納入的非隨機對照研究，采用紐卡斯爾-渥太華量表(Newcastle-Ottawa Scale,NOS)[13]的相關條目進行質量評價，總分為9分，分數越高則文獻質量越好，以5分以下者為低質量研究。NOS的具體條目：(1)暴露組的病例是否具有代表性；(2)非暴露組的選擇方法是否與暴露組來自同一社區；(3)暴露因素的確定方法是否可靠；(4)確定研究時是否確定結局指標；(5)研究是否控制了年齡和其他重要因素；(6)結局的評價是否充分；(7)隨訪時間是否足夠長；(8)隨訪病例是否足夠充分。

1.5 統計學分析 采用Stata/SE 12.0軟件進行Meta分析。二分類變量使用相對危險度(relative risk，RR)和95%CI進行分析；連續性變量數據使用加權均數差(weighted mean difference，WMD)及95%CI進行分析；P<0.05時說明差異有統計學意義。數據間的異質性運用P值及I2進行判斷，若P≥0.1且I2≤50%可判定為存在異質性的可能性小，使用固定效應模型分析；反之則使用隨機效應模型分析，同時分析數據的異質性來源，可采用亞組分析或敏感性分析對數據做進一步處理。Meta分析的發表偏倚由Egger′s定量檢驗的結果進行判斷，當P>0.05時可判定為存在發表偏倚的可能性較小。

2 結 果

2.1 文獻篩選結果及基本信息 共檢索到文獻278篇，其中中文文獻211篇，英文文獻67篇，經剔重后獲得132篇；根據納入、排除標準，通過閱讀題目及摘要后選出76篇文獻；最后精讀全文選出9篇文獻納入研究。文獻資料情況見表1。

2.2 文獻質量評價 納入的9個研究均為回顧性隊列研究，采用NOS量表對文獻質量進行評價，其中4個隊列研究的質量評價得分為8分，5個隊列研究為7分。見表1。

表1 納入研究的基本特征

2.3 Meta分析結果

2.3.1 術后VAS評分：共4個研究[16,18-19,21]比較了兩組患者治療后的VAS評分。各研究間存在異質性的可能性大(I2=98.3%,P<0.001)，采用隨機效應模型進行分析。Meta分析結果顯示，兩組術后VAS評分差異無統計學意義[WMD(95%CI)=-0.36(-0.84，0.12)，P=0.144]。見圖1。

根據治療后VAS評分的評估時間點進行亞組分析，部分亞組中各研究間存在異質性的可能性較大(I2>50%或P<0.1)，均采用隨機效應模型進行分析。Meta分析結果顯示，兩組術后3 d、6個月的VAS評分差異均無統計學意義[WMD(95%CI)=-0.01(-0.28，0.25)，P=0.914；WMD(95%CI)=-0.61(-1.59，0.37)，P=0.225]；術后12個月，導板組VAS評分低于傳統組[WMD(95%CI)=-0.23(-0.32，-0.15)，P<0.001]。見圖1。

圖1 導板組與傳統組術后VAS評分比較的森林圖

2.3.2 術后JOA評分：共4個研究[16，18-19,21]比較了兩組患者治療后的JOA評分。各研究間存在異質性的可能性大(I2=75.0%,P<0.001)，采用隨機效應模型進行分析。Meta分析結果顯示，兩組術后JOA評分差異無統計學意義[WMD(95%CI)=0.39(-0.21，0.98)，P=0.204]。見圖2。

根據治療后JOA評分的評估時間點進行亞組分析，部分亞組中各研究間存在異質性的可能性較大(I2>50%或P<0.1)，均采用隨機效應模型進行分析。Meta分析結果顯示，術后3 d、6個月、12個月，兩組的JOA評分差異均無統計學意義[WMD(95%CI)=0.24(-0.47，0.94)，P=0.510；WMD(95%CI)=0.45(-0.82，1.71)，P=0.487；WMD(95%CI)=0.21(-0.24，0.66)，P=0.352]。見圖2。

圖2 導板組與傳統組術后JOA評分比較的森林圖

2.3.3 手術時間：共9個研究[14-22]比較了兩組患者的手術時間。各研究間存在異質性的可能性小(I2=91.7%,P<0.001)，采用隨機效應模型進行分析。Meta分析結果顯示，導板組的手術時間短于傳統組[WMD(95%CI)=-22.30(-33.80，-10.80)，P<0.001]。見圖3。

圖3 導板組與傳統組手術時間比較的森林圖

2.3.4 術中出血量：共9個研究[14-22]比較了兩組患者的術中出血量。各研究間存在異質性的可能性小(I2=96.4%,P<0.001)，采用隨機效應模型進行分析。Meta分析結果顯示，導板組的術中出血量少于傳統組[WMD(95%CI)=65.71(-101.29，-30.13)，P<0.001]。見圖4。

圖4 導板組與傳統組術中出血量比較的森林圖

2.3.5 置釘準確率：共8個研究[14-16,18-22]比較了兩組患者的置釘準確率。各研究間存在異質性的可能性小(I2=85.2%,P<0.001)，采用隨機效應模型進行分析。Meta分析結果顯示，導板組的置釘準確率高于傳統組[RR(95%CI)=1.26(1.12，1.42)，P<0.001]，見圖5。

圖5 導板組與傳統組置釘準確率比較的森林圖

2.3.6 透視次數：共6個研究[15-16,18-19,21-22]比較了兩組患者的術中透視次數。各研究間存在異質性的可能性大(I2=95.6%,P<0.001)，采用隨機效應模型進行分析。Meta分析結果顯示，導板組的透視次數少于傳統組[WMD(95%CI)=-3.34(-4.67，-2.01)，P<0.001]。見圖6。

圖6 導板組與傳統組置透視次數比較的森林圖

2.3.7 并發癥發生率：共4個研究[15-16,19,21]比較了兩組患者治療后的并發癥發生率。各研究間存在異質性的可能性小(I2=0.0%,P=0.801)，采用固定效應模型進行分析。Meta分析結果顯示，導板組的并發癥發生率低于傳統組[RR(95%CI)=0.33(0.11，0.97)，P=0.044]。見圖7。

圖7 導板組與傳統組并發癥發生率比較的森林圖

2.4 發表偏倚 本次分析共納入9個研究，以手術時間為例分析發表偏倚。分析結果顯示，經Egger′s定量檢驗，P=0.401，提示存在發表偏倚的可能性小，見圖8。

圖8 手術時間的Egger′s檢驗圖

3 討 論

寰樞椎不穩的手術治療主要是采用椎弓根螺釘進行內固定，其治療目的是恢復椎體穩定性和正常的椎間高度及曲度[23-24]。自1969年計算機成像技術發明以來，手術醫生可通過透視設備觀察患者脊柱的形態并制定手術方案[25-26]。隨著科學技術的發展，目前3D打印技術已被應用于醫療的相關領域，相關技術不斷得到革新，3D打印導板輔助置釘技術憑借其顯著的置釘效果正逐漸在脊柱矯形領域普及，并推動手術向精準化和個體化發展[6,27]。本次Meta分析結果顯示，3D打印導板輔助置釘技術和傳統置釘技術的術后VAS評分、術后JOA評分以及并發癥發生率差異均無統計學意義(均P>0.05)，說明兩種技術均能取得良好的療效。

寰樞椎椎弓根螺釘置釘的難點在于該部位存在著重要的血管神經及復雜的解剖結構[28-29]。然而，傳統置釘技術主要是依靠影像學數據及骨性標記來完成置釘[28,30-31]，這種徒手置釘技術的效果很大程度上取決于術者的臨床經驗，因此會不可避免地導致螺釘的誤置。例如，Rajasekaran等[32]的研究表明，徒手置釘的準確率約為60%，并且認為螺釘置釘位置的不準確將增加神經血管損傷的風險。相關研究顯示，采用徒手置釘時，需要頻繁采用術中透視來了解螺釘的位置，這樣會增加手術時間及患者所受的射線劑量，從而增加手術的風險[33]。分析原因可能為：傳統的徒手置釘技術依靠的是二維平片形式的影像學資料，這些資料缺乏立體的感觀，同時該技術的操作步驟復雜，需要經過高強度的學習和經驗積累才能在置釘過程中靈活應對寰樞椎形態的個體化差異；此外,椎弓根的大小和患者的頸椎對位情況也會影響螺釘插入的準確性,這些因素使得傳統置釘技術存在很大的操作難度和諸多的手術風險。

與傳統置釘方式不同，采用3D打印導板輔助置釘時，需要采用特定軟件將患者寰樞椎的CT掃描數據進行三維重建,并根據剖面及三維結果對椎弓根螺釘的釘道做合適的調整以確保釘道的安全性和準確性，完成導板設計后可通過快速成型技術將寰樞椎仿真模型及導向模板打印出來[34-36]。故術前可以驗證3D打印的導板與寰樞椎實體后部骨性結構的表面是否吻合良好，同時可以通過模擬置釘驗證釘道是否安全有效；術中可將3D打印的導板附著于寰樞椎相應部位并將椎弓根螺釘從釘道內置入，從而發揮導板輔助置釘的作用[33,35]。本次Meta分析結果顯示，3D打印導板輔助置釘技術在手術時間、術中出血量、置釘準確率、透視次數及并發癥發生率等方面均優于傳統置釘技術，說明3D打印導板輔助置釘技術具有更高的安全性。相關研究也表明，3D打印導板輔助置釘技術具有顯著的優勢：Chen等[34]發現，通過3D 打印導航模板的輔助可以顯著提高椎弓根螺釘置入的準確率；Tan等[37]使用3D打印模型輔助置釘技術在術中置入494顆螺釘，其滿意率高達96.3%，且術后未發現神經、血管損害情況；Chen等[38]在3D 打印技術輔助下對脊柱畸形患者進行椎弓根螺釘置釘，最終置釘滿意率高達97.1%，同樣也并未發現神經、血管損害情況；Cecchinato等[39]認為3D打印技術可以有效提高椎弓根螺釘置入的準確率、減少術中放射劑量及手術出血量等。由此可見,相對于傳統置釘技術，3D打印技術加深了術者對寰樞椎病理狀態的認知，同時術者可以通過3D打印導板獲取寰樞椎最合適的螺釘進針點和釘道方向，且不會因為體位變化而發生錯位失效現象；同時3D打印導板輔助置釘技術還具有置釘操作更簡單、定位更準確、手術創傷更小等優點。

隨著社會的發展及技術的創新，矯形手術在脊柱畸形方面的療效已得到普遍認可，新技術的革新為患者創造了更優良的矯形效果，本次Meta分析的結果也表明新技術具有顯著的優勢。但是，其局限性也應受到重視：有學者認為CT掃描建模時的體位與術中體位的差異，可能會影響到椎弓根螺釘通道的吻合度[40]；也有學者認為3D打印模型輔助置釘技術應該是集醫學影像學、數字化三維重建技術、逆向工程、快速成型技術等于一體的系統性技術，但目前仍然缺乏相關的規范標準[41-42]。此外，3D打印模型輔助置釘技術是一種新技術，其潛在的技術風險仍不明確。相關研究仍需深入和完善，以便為患者及臨床工作者提供更為安全有效的治療方案。

本次研究的局限性在于：(1)雖然納入研究的質量較高，但文獻均為隊列研究，缺乏高質量的隨機對照研究作為補充；(2)個別指標經亞組分析后仍存在一些異質性；(3)納入研究以國內為主，國外研究較少，使得研究涉及的地域范圍較窄；(4)本文沒有考慮到手術醫生的操作水平、學習曲線等干擾因素，結局指標的測量結果也可能因主觀原因導致一些差異，這可能是本次Meta分析的異質性來源，并且還可能降低最終結論的可信度。鑒于上述局限性，今后需開展更多設計合理的大樣本、多中心隨機對照試驗對這兩種置釘技術的效果進行進一步論證。

綜上所述，3D打印模型輔助置釘技術在提高置釘準確率、縮短手術時間、減少術中透視次數、降低并發癥發生率以及減少術中出血量等方面優于傳統置釘技術，而兩者在術后VAS評分和JOA評分方面比較并無顯著差異，說明兩種技術均能取得良好的療效，但3D打印模型輔助置釘技術具有更高的安全性。