3D打印模型辅助全髋关节置换术治疗成人先天性髋关节发育不良的Meta分析

周建伟 魏锦强 周俊德 吴炳鑫 陈海云

成人先天性髋关节发育不良（developmental dysplasia of the hip，DDH）指由于胚胎时期髋臼软骨发育障碍造成解剖形态及生物力学异常，导致继发性髋关节炎[1-3]。成人DDH患者中，异常的髋关节旋转中心和较小的股骨偏心距，会造成髋关节的稳定性降低，甚至发生关节脱位[4]。目前，对于出现严重骨性髋关节炎的晚期成人DDH患者，人工全髋关节置换（total hip arthroplasty，THA）是首选治疗方式[5]。

然而目前的CT、MRI等影像学检查不能精准、立体、直观地体现出髋关节结构的变异程度，导致传统的THA治疗成人DDH时仍面临如髋臼重建、股骨髓腔处理以及髋关节周围软组织的再平衡等挑战[6]。近年来，随着3D打印技术开始逐渐用于临床，其优点也开始显现出来。利用3D打印技术，打印出1∶1复原的骨盆模型，术者可以术前观摩分析髋关节的变异情况，实现手术的预操作，对假体选择、臼杯大小、安放高度及倾角做预判，从而提高手术效果和安全性[7]，提高手术效益。但目前关于3D打印技术应用于THA治疗成人DDH的临床研究仍较少，且国内外尚无关于相关研究的Meta分析和系统评价，所以有必要针对术前应用3D打印模型辅助THA对比传统THA治疗成人DDH的临床疗效进行Meta分析，以期为相关临床决策提供参考。

1 资料与方法

1.1 一般资料

纳入标准：（1）研究类型：术前应用3D打印模型辅助THA治疗成人DDH的临床对照试验，语言种类限制为英文与中文。（2）研究对象：经CT、MRI等影像学检查确诊为DDH，年龄大于18岁并需要行THA的患者。（3）干预措施：试验组（3D打印组），术前应用3D打印模型辅助THA治疗成人DDH；对照组，传统THA治疗成人DDH。（4）结局指标：至少包含以下结局指标之一：①术中出血量；②手术时间；③术后引流量；④术后Harris评分；⑤术后前倾角偏差；⑥术后外展角偏差；⑦术后髋关节活动度。

排除标准：（1）动物实验；（2）非对照的临床病例报告及综述；（3）重复发表的文献；（4）未提供本研究所需的数据或数据前后不一致的文献。

1.2 文献检索方法

计算机检索以下数据库：（1）中文数据库：CNKI、Wan-Fang Data、CBM、VIP；（2）英文数据库：PubMed、Embase、The Cochrane Library，搜集术前应用3D打印模型辅助THA治疗成人DDH的研究，检索时限设置为从建库至2021年3月。检索词采用主题词和关键词相结合的方式，同时追溯纳入文献中对本研究有意义的参考文献作为补充。中文检索词为#1：“三维打印”或“3D打印”；#2：“成人髋关节发育不良”或“DDH”或“髋关节发育异常”；#3：“髋关节置换”或“全髋关节置换”；#4：#1和#2和#3。外文检索词为#1:“3-DPrinting”or“3DPrinting”or“Three Dimensional Printing”or“3-Dimensional Printing”；#2:“DDH”or“Developmental Dysplasia Of The Hip”；#3:“Hip Arthroplasty”or“Hip Replacement”or“THA”；#4：#1 and#2 and#3。

1.3 文献筛选和数据整理

由2名研究者独立进行筛选文献、整理数据资料并交叉核对。若有分歧，则通过与第三方讨论和协商解决。为获得对本研究有意义的信息，必要时可通过电话、邮件联系作者。数据资料的整理提取包含以下信息：①纳入研究的基本要素，如文献题目、发表时间、第一作者、干预措施、基线特征等；②本研究所需的结局指标及对应的数据；③偏倚风险评价、异质性分析所需的信息。

1.4 纳入研究的质量评价

由2名研究者独立进行纳入研究的质量评价并交叉核对。随机对照研究的质量评价采用Cochrane系统提供的偏倚风险评价工具，非随机对照研究的质量评价采用纽卡斯尔-渥太华量表（Newcastle Ottawa scale，NOS）[8]评分。

1.5 统计学方法

采用RevMan 5.3软件进行Meta分析。纳入研究结果间的异质性采用2定量判断异质性大小，Meta分析的水准设为=0.05。对于连续性变量采用标准化均数差（）及95%，绘制森林图。如果2≥50%，提示各研究间存在统计学异质性，则先分析异质性来源，在排除明显临床异质性的影响后，选用随机效应模型进行Meta分析；如果2＜50%，提示各研究间异质性较小或不存在异质性，选用固定效应模型进行Meta分析。

2 结果

2.1 文献筛选流程及结果

初检出相关文献334篇。根据研究目的、纳入和排除标准进行筛选，阅读摘要剔除重复文献、排除个案报道、非对照分析的文献，最终纳入13篇文献[9-21]，见图1。各篇研究的基线资料均一致。研究设计方面，13篇文献中5篇是随机对照研究[17-21]。本研究纳入文献数据均完整，暂不需要联系作者。

图1 筛选流程图

2.2 纳入研究的基本特征与偏倚风险评价结果

纳入研究的基本特征见表1。采用Cochrane系统提供的偏倚风险评价工具对纳入的5篇随机对照研究进行质量评价，结果见图2。5篇研究[17-21]均采用随机分组的方法，1篇研究[21]未具体阐明所采用的方法。3篇研究[17-18,21]未对分配隐藏进行说明，可能产生一定的选择性偏倚。5篇研究[17-21]均未提及实施盲法、测量盲法和选择性报告实验结果，但均完整提供了实验数据。采用NOS量表对余8篇非随机对照研究[9-16]进行质量评价，结果见表1的NOS评分一列。所纳入的非随机对照研究NOS评分均≥7分，提示文献质量较好。

图2 纳入随机对照研究的偏倚风险评价结果

表1 纳入研究的基本特征

2.3 Meta分析结果

2.3.1 术中出血量的分析

共纳入10篇文献[9-11,13-16,18-20]，其中3篇文献[18-20]为随机对照研究，7篇文献[9-11,13-16]为非随机对照研究。各研究组间存在统计异质性（2=88%），故选用随机效应模型合并结果。Meta分析结果显示，两组术中出血量比较差异有统计学意义，3D模型组手术时间少于对照组[=-1.44，95%（-2.13，-0.75），＜0.000 1]。根据研究类型进行亚组分析结果显示，随机对照研究组中，两组术中出血量比较差异有统计学意义[=-1.57，95%（-2.24，-0.89），＜0.00001]；非随机对照研究组中，两组术中出血量比较差异有统计学意义[=-1.43，95%（-2.38，-0.48），=0.003]，见图3。

图3 术前应用3D打印模型辅助THA与传统THA治疗成人DDH的术中出血量比较的森林图

2.3.2 手术时间的分析

共纳入10篇文献[9-11,13-16,18-20]，其中3篇文献[18-20]为随机对照研究，7篇文献[9-11,13-16]为非随机对照研究。各研究组间存在统计异质性（2=80%），故选用随机效应模型合并结果。Meta分析结果显示，两组手术时间比较差异有统计学意义，3D模型组手术时间少于对照组[=-0.75，95%（-1.24，-0.27），=0.002]。根据研究类型进行亚组分析结果显示，随机对照研究组中，两组手术时间比较差异有统计学意义[=-0.93，95%（-1.40，-0.46），=0.00 01]；非随机对照研究组中，两组手术时间比较差异无统计学意义[=-0.62，95%（-1.32，0.07），=0.08]，见图4。

图4 术前应用3D打印模型辅助THA与传统THA治疗成人DDH的手术时间比较的森林图

2.3.3 术后引流量的分析

共纳入4篇文献[10,13-14,18]，各研究组间存在统计异质性（2=85%），故选用随机效应模型合并结果。Meta分析结果显示，两组术后引流量比较差异有统计学意义，3D模型组术后引流量低于对照组[=-2.31，95%（-3.31，-1.31），＜0.000 01]，见图5。

2.3.4 术后Harris评分的分析

共纳入8篇文献[9,12-14,16,19-21]，其中3篇文献[19-21]为随机对照研究，5篇文献[9,12-14,16]为非随机对照研究。各研究组间不存在统计异质性（2=0%），故选用固定效应模型合并结果。Meta分析结果显示，两组术后Harris评分比较差异有统计学意义，3D模型组术后Harris评分高于对照组[=0.34，95%（0.10，0.57），=0.005]。根据研究类型进行亚组分析结果显示，随机对照研究组中，两组手术时间比较差异无统计学意义[=0.35，95%（-0.03，0.73），=0.07]；非随机对照研究组中，两组手术时间比较差异有统计学意义[=0.33，95%（0.03，0.63），=0.03]，见图6。

图6 术前应用3D打印模型辅助THA与传统THA治疗成人DDH的术后Harris评分比较的森林图

2.3.5 术后前倾角偏差的分析

共纳入4篇文献[12-13,15,17]，各研究组间存在统计异质性（2=83%），故选用随机效应模型合并结果。Meta分析结果显示，两组术后前倾角偏差比较差异有统计学意义，3D模型组术后前倾角与术前设计的偏差小于对照组[=-1.51，95%（-2.47，-0.54），=0.002]，见图7。

图7 术前应用3D打印模型辅助THA与传统THA治疗成人DDH的术后前倾角与术前设计的偏差比较的森林图

2.3.6 术后外展角偏差的分析

共纳入4篇文献[12-13,15,17]，各研究组间有统计异质性（2=74%），故选用随机效应模型合并结果。Meta分析结果显示，两组术后外展角偏差比较差异有统计学意义，3D模型组术后外展角与术前设计的偏差小于对照组[=-2.48，95%（-3.41，-1.56），＜0.000 01]，见图8。

图8 术前应用3D打印模型辅助THA与传统THA治疗成人DDH的术后外展角与术前设计的偏差比较的森林图

2.3.7 术后髋关节外展角的分析

共纳入3篇文献[12-13,19]，各研究组间无统计异质性（2=36%），故选用固定效应模型合并结果。Meta分析结果显示，两组术后髋关节外展角比较差异有统计学意义，3D模型组术后髋关节外展角大于对照组[=0.48，95%（0.08，0.88），=0.02]，见图9。

图9 术前应用3D打印模型辅助THA与传统THA治疗成人DDH的术后髋关节外展角比较的森林图

2.4 发表偏倚分析

选用术后Harris评分这个结局指标制作漏斗图来检验发表偏倚，漏斗图中各个研究点基本呈左右对称分布，表明本研究存在发表偏倚的可能性较小（见图10）。

图10 术前应用3D打印模型辅助THA与传统THA治疗成人DDH的术后Harris评分比较的漏斗图

3 讨论

3.1 3D打印辅助技术在THA治疗成人DDH的应用和意义

3D打印辅助技术能逐层打印出人体骨骼或软组织的三维模型，为术前规划和术中操作提供参考，以达到精准化、个性化治疗的目的[16,22]。3D打印技术目前在医学上的前沿应用主要包括：①生物打印出人体组织和器官；②打印出人体结构模型，指导术前规划。近年来，3D打印技术在骨科领域运用增加[23-24]，国内外关于3D打印模型辅助THA来治疗成人DDH的临床研究也逐渐增多，大部分研究认为相比传统THA，3D打印辅助THA治疗成人DDH在手术时间、术中出血量、术后引流量、术后髋关节外展角等方面更具优势。然而，有部分研究[15-16,19,21]同样对此进行比较，结果并没有出现明显优势。因此，基于3D打印模型辅助THA在治疗成人DDH研究的疗效差异，本研究对此进行Meta分析，以期为相关临床决策提供参考。

3.2 本研究的发现

本研究结果提示，术前应用3D打印模型辅助THA比传统THA治疗成人DDH的临床疗效更佳，差异具有统计学意义。成人DDH患者异常的髋关节解剖形态，导致传统的全髋关节置换术面临诸多难点[25]。首先，在THA术中，术者必须把假体放置于真臼内，这样才可以减少髋关节的异常应力，让髋关节旋转中心和股骨恢复到恰当位置。在真臼内进行髋臼重建有利于人体力学的恢复，降低髋关节应力，降低假体松动和磨损率，使假体长期稳定[26-27]。然而成人DDH患者的真性髋臼浅又小，且大部分伴有前外侧壁缺损，这样的髋臼对股骨头覆盖不足，会导致术中很难寻找真臼。如髋臼假体不能放置在真臼中，假体会因缺少支撑出现松动[28]。其次，为获得足够多的新骨长入，提高关节稳定性，髋臼杯需有至少75%的骨质覆盖，然而DDH患者髋臼的顶壁及侧壁多伴有骨质缺损[29]，骨量不足不利于新骨长入臼杯中，导致关节稳定性不足。这种畸形的髋臼形态不利于术中对髋关节中心的修复和髋臼重建[30-31]。临床上，不良的手术结果往往与髋部畸形的严重程度，以及髋臼杯的倾斜度和位置的确定有关[32]。THA成功的关键是确保术后股骨的旋转中心恢复到恰当位置[33]，而3D打印模型技术可以让医师更好地做术前规划和假体选择，帮助术者精准定位髋关节旋转中心和股骨偏心距，且可以在术前设计好髋臼的打磨深度、选择直径与前倾角大小恰当的假体，从而在术中更好地调节假体的受力和关节周围软组织肌肉张力，进而提高术后患者的髋关节功能及生活质量[9-10]。对于年轻医生，由于经验相对有限，假体的选择及位置正确放置往往充满挑战，术前应用3D打印模型辅助技术能够有效地降低手术难度。而对手术经验丰富的医生，在常见的病例中，术前是否应用3D打印技术对手术结果无明显差别；但是在复杂的、不常见的案例中，应用3D打印模型却可以给手术结果带来良好的效益[34-35]。

有研究提示3D模型组与对照组的术中出血量、手术时间术后引流量的差异无统计学意义（＞0.05）[15-16,21]。但Meta分析合并多个研究后，更大样本量的结果显示，术前应用3D打印模型辅助THA治疗成人DDH比传统THA的术中出血量更少，手术时间更短，术后引流量更少，且差异有统计学意义（＜0.05）。分析其原因，可能因成人DDH患者异常的髋臼—股骨解剖结构，手术需要同时进行植骨、髋臼重建、放置髋臼杯假体、恢复旋转中心等处理，难度较大。传统THA根据在X光、CT等影像学资料上的测量结果做术前设计，选择假体模板，准确率较低[36]。术中往往需要进行多次匹配，这样会导致手术时间延长、出血量增多。而在3D打印技术辅助下，通过三维成像技术制作个体化1∶1骨盆模型，术者能非常清晰地了解患者髋臼壁的病损情况，预计髋臼打磨的位置、角度及深度，髋臼杯的前倾角、外展角、直径等，并且初步估计合适的髋臼杯型号，减少人工假体匹配次数，从而减少术中出血量及手术时间[20,34,37]。根据研究类型进行亚组分析后，在术中出血量方面，无论是随机对照研究还是非随机对照研究，两组间差异均有统计学意义。而在手术时间方面，在随机对照研究中，两组间差异有统计学意义；而在非随机对照研究中，两组间差异无统计学意义。两个亚组都存在较高异质性，但随机对照亚组异质性较低。分析其原因可能与文献质量、术者经验等因素有关。

多个研究提示3D模型组与对照组术后末次随访的Harris评分的差异无统计学意义（＞0.05）[9,12-14,16,19-21]，另外有研究提示两组间的术后髋外展角的差异无统计学意义（＞0.05）[19]。但此次的Meta分析结果显示，术前应用3D打印模型辅助THA治疗成人DDH比传统THA的术后前倾角、外展角与术前设计的偏差更小，且术后Harris评分、术后髋关节活动度更高，其差异有统计学意义（＜0.05）。髋臼杯相对于体轴的位置影响术后疗效，臼杯放置角度的安全范围为前倾角15°±10°，外展角40°±10°[38]。恰当的前倾角可以增加患者THA术后髋关节活动范围[39-40]。一些研究表明，臼杯外展角应该≤45°，因为更大的外展角会加速髋臼的磨损[41-42]。而有研究则认为外展角为45°～55°时，可更好地避免关节间的碰撞[43]。因此，前倾角和外展角的大小对髋关节功能的影响很大，恰当地安防髋臼杯、重建髋臼中心是手术的关键环节[44-46]。3D模型组的术后前倾角、外展角与术前设计的偏差更小，这有利于增加术后髋关节的稳定性和运动范围，降低脱位风险，进而术后Harris评分、术后髋关节活动度更高。根据研究类型进行亚组分析后，在术后末次随访的Harris评分方面，在随机对照研究中，两组间差异无统计学意义；而在非随机对照研究中，两组间差异有统计学意义。两个亚组均无明显异质性，考虑研究方法的不同造成结论不一致，3D打印在改善DDH患者术后Harris评分方面是否优于传统手术仍有待更多高质量研究的进一步验证。

3.3 本研究的局限性

本研究存在以下局限性：①由于各研究所在医疗机构资源水平及医师手术经验等差异，可能存在较大的临床异质性；②纳入研究的方法学质量不高，13篇文献中5篇是随机对照研究，余8篇为非随机对照研究，另外不少研究样本量小，对结果可信度产生一定影响；③由于纳入研究数量有限，本Meta分析无法针对各个年龄段人群，具体手术情况进行亚组分析，无法得出更有针对性的结论；④尽管进行了广泛检索，但最终纳入研究主要为国内文献，存在一定的地域偏倚。

3.4 小结和展望

综上所述，术前应用3D打印模型辅助THA治疗成人DDH比传统THA的术中出血量、手术时间和术后引流量更少，术后前倾角和外展角与术前设计的偏差更小，而术后Harris评分、术后髋关节活动度更高。因此，术前应用3D打印模型辅助THA比传统THA治疗成人DDH的临床疗效更佳。但由于纳入研究的数量和质量有限，以上结论仍需开展更多同质、高质量研究加以验证。