《European Archives of Oto-Rhino-Laryngology》：Three-dimensional printing and cochlear implantation: a systematic review
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目的：本系统综述旨在评估三维（three-dimensional, 3D）打印在人工耳蜗植入（cochlear implantation, CI）中的应用，重点关注其在手术培训、术前规划、术中辅助及装置创新中的作用。方法：对PubMed、Scopus、Web
目的：本系统综述旨在评估三维（three-dimensional, 3D）打印在人工耳蜗植入（cochlear implantation, CI）中的应用，重点关注其在手术培训、术前规划、术中辅助及装置创新中的作用。方法：对PubMed、Scopus、Web of Science和Google Scholar数据库从建库至2025年8月30日进行系统检索。检索关键词包括“Cochlear Implant”或“Cochlear Implantation”与“3D printing”。通过手动交叉引用确定额外文献。符合条件的研究为调查3D打印在CI中应用的英文原创研究文章。排除标准包括综述、会议论文及与CI无关的研究。采用STROBE清单评估报告完整性，同时使用经过验证的领域特异性工具（ROBINS-I、SYRCLE及适应性QUADAS-2领域）独立评估方法学偏倚风险。由于研究间存在高度异质性，进行了叙述性综合。结果：共识别出76篇文献，其中22项研究符合纳入标准，且2021年后文献数量显著增加。纳入文献被分为三个功能领域：教学模型/手术培训（n=13）、临床前研究/装置创新（n=3）以及人类临床/解剖应用（n=6）。所报告的实测精度范围为16至400微米。平均STROBE评分为14.8±3.1，表明报告质量为中至高。然而，严格的方法学评估显示，由于非比较性设计和研究人员缺乏盲法，人类及尸体系列研究的偏倚风险较高，而使用合成模拟器的研究则主要表现出低偏倚风险。结论：本综述强调了3D打印在CI中的变革潜力，尤其是在增强手术培训和改善手术结局方面。作为首个专门聚焦于人工耳蜗特异性应用的系统综述，本研究填补了文献中的关键空白，并为未来研究标准化方法学及探索长期临床影响提供了契机。
主体部分总结
引言
近年来，人工耳蜗植入（cochlear implant, CI）技术的发展受到三维（three-dimensional, 3D）打印、人工智能（artificial intelligence, AI）和机器学习等创新工具整合的推动。这些进展为患者特异性建模、手术精准度及植入体定制开辟了新可能性。例如，Lei等引入了一种共建模框架，利用3D打印仿生耳蜗解释CI患者的电场成像特征，从而增强对患者特异性因素的理解。Murugasu等早期研究则展示了利用磁共振成像（magnetic resonance imaging, MRI）三维重建内耳详细模型的潜力，为CI手术决策提供指导。随着时间推移，3D打印在CI中的应用已从实验性过渡到不可或缺，涵盖术前规划、手术培训、术中辅助及装置原型制作。现代3D打印技术，包括立体光刻（stereolithography）、激光烧结和多材料挤出，能够以无与伦比的精度创建复杂解剖模型和定制化手术导板。生物相容性材料（如混合树脂和硅胶类聚合物）的演进进一步增强了3D打印模型的真实感和实用性。在手术培训中，解剖学精确的颞骨和耳蜗模型为外科医生提供了在受控、无风险环境中磨练技术的机会。在术前规划中，基于高分辨率影像数据（如计算机断层扫描（computed tomography, CT）和MRI扫描）生成的患者特异性3D模型允许外科医生可视化独特解剖特征并模拟复杂手术。术中工具，如3D打印钻孔导板和电极插入模板，进一步提高了关键手术步骤的准确性。此外，3D打印与机器人技术、增强现实等前沿技术的整合正成为趋势，有望优化植入体设计、改善手术工作流程并提升患者结局。3D打印还在装置原型制作和创新中发挥关键作用，快速原型制作允许研究人员设计和测试更贴合个体解剖变异的电极阵列和植入组件。未来，生物制造和组织工程方面的进展有望将3D打印应用于再生医学，可能为听力恢复提供传统CI装置之外的替代方案。
材料与方法
研究设计与方案：本系统综述遵循系统综述和荟萃分析首选报告项目（Preferred Reporting Items for Systematic Reviews and Meta-Analyses, PRISMA）指南进行。综述方案已在开放科学框架（Open Science Framework, OSF）注册。
纳入标准：纳入标准限定为英文原创研究文章，且专门研究3D打印在CI手术中的应用。排除文献综述、社论、会议论文及涉及其他耳科手术中3D打印应用的文章。涉及尸体、人类或动物模型且提供足够方法学细节的研究均被纳入。
检索策略：对PubMed、Scopus、Web of Science和Google Scholar数据库进行从建库至2025年8月30日的系统检索。检索词包括：（“Cochlear Implant” OR “Cochlear Implantation”）AND（“3D printing” OR “three-dimensional printing” OR “additive manufacturing” OR “rapid prototyping”）。并通过手动交叉引用补充文献，删除重复记录。
研究选择：两名独立评审员（AR和FDP）筛选标题和摘要，随后根据纳入和排除标准评估全文。分歧通过咨询第三名评审员（EMCT）讨论解决。
数据提取：两名评审员使用预测试数据提取表独立提取数据。收集研究特征（作者、年份、国家、研究设计、样本量）、3D打印在CI手术中的应用（如手术培训、术前规划、术中用途）、结局（如准确性、可行性、教育影响）和方法学（如3D打印材料、影像模式、打印技术）数据。对于提取的数据，“准确性”被操作性地定义为打印模型相对于其数字设计或参考解剖结构的尺寸保真度，以实测尺寸误差报告（例如，通过卡尺、显微镜或微型CT比较评估的偏差，单位毫米或微米）。这严格区别于打印机的标称规格（如标称XY分辨率或层厚），后者代表机器能力而非经过验证的解剖保真度。若原始研究仅报告打印机标称参数而无独立验证，则明确标记为不可与实测尺寸误差比较。
质量评估与偏倚风险：为严格评估纳入文献，明确区分了报告质量与方法学偏倚风险。报告完整性使用STROBE（Strengthening the Reporting of Observational Studies in Epidemiology）清单评估，STROBE评分（0至22分）仅作为报告质量指标。方法学偏倚风险使用经过验证的领域特异性工具独立评估：临床和人类尸体研究使用非随机干预研究偏倚风险评估工具（Risk of Bias in Non-randomized Studies of Interventions, ROBINS-I）；动物研究使用实验室动物实验系统综述中心（Systematic Review Centre for Laboratory Animal Experimentation, SYRCLE）偏倚风险评估工具；合成模型和实验室研究则根据QUADAS-2原则采用透明的基于领域的检查表。每项研究由两名评审员独立评分，分歧通过共识解决。
数据综合：鉴于研究设计的显著异质性，正式荟萃分析被认为不适宜。叙述性综述按三个预定义功能领域分层构建：教学模型与手术培训、临床前研究与装置创新、临床与人类解剖应用。提取的定量数据仅限于描述性统计，包括绝对计数和比例；物理参数（如打印精度或尺寸误差）以范围（最小值和最大值）总结。
结果
系统检索共识别出76条记录，去除重复记录（n=35）和额外记录（n=2）后，39篇文章进入筛选。其中14条记录因不符合纳入标准被排除，包括非英文文章（n=1）、综述/会议论文或论文海报（n=9）以及与3D打印和人工耳蜗植入无关的手稿（n=4）。在对25篇文章进行详细资格评估后，排除了3项针对其他耳科手术的研究，最终纳入22篇文章。这些研究发表于2017年至2025年间，最近四年出版物显著增加，超过80%于2021年后发表。大多数研究来自欧洲和北美。纳入文章展示了3D打印在人工耳蜗植入中的多种应用，基于证据基础的高异质性分为三个类别：手术培训、临床前研究与装置创新、临床应用。这些研究使用了多种模型类型，包括合成人体模型（n=13）、动物模型（n=3）和人类标本（n=6）。
教学模型与手术培训
总体而言，大多数文献主要将3D打印用于教育和手术模拟目的（n=13；59.1%）。这一领域主要依赖合成台式人体模型和实验室模拟器。所有13项培训研究均采用基于立体光刻的3D打印，凸显了其作为生成解剖模型和颞骨模型首选技术的主导地位。该亚组报告的精度为中等精确（例如高达210微米），能够优化颞骨宏观解剖和中耳间隙的再现，满足住院医师实践培训需求。
临床前研究与装置创新
该中间类别包括专注于原型制作、插入动力学评估及先进药物递送系统实施的研究（n=3；13.6%）。动物模型主要为猪（n=3），为测试新手术方法、优化电极阵列设计和验证用于微尺度药物递送的专用植入体提供了解剖学和生物学相关条件。该临床前亚组中最大的实验系列为Wei等，他们测试了37个猪模型以评估圆窗龛药物治疗。
临床应用与人类解剖
涉及实际临床应用和高保真人类解剖的研究共6篇。然而，考虑所用材料的基本特征，整个综述中涉及人类生物样本的研究共8篇，尸体模型（n=4）与患者特异性模型（n=4）各半。这些研究侧重于术中辅助（n=4；18.2%）和患者特异性术前规划（n=2；9.1%）。关键应用包括定制化患者特异性手术导板、基于高分辨率CT扫描模型的复杂颞骨异常术前模拟，以及术后影像伪影管理。该类别样本量普遍较小（≤5个样本），反映了概念验证性质，但Lei等包括82例仿生耳蜗的系列除外。该临床亚组的制造需要最高精度，报告尺寸公差达到16–30微米，以准确捕捉蜗管等复杂内耳结构。常用材料包括树脂、多材料系统和PSA兼容材料，以立体光刻和激光打印技术为主。报告精度范围为16至400微米，用于精细解剖结构（如耳蜗）的模型精度更高（例如25微米），而用于训练模型的精度为中等（例如210微米）。报告质量（以STROBE评分衡量）平均值为14.8±3.1（范围：8/22至20/22），表明报告完整性总体为中至高。
方法学偏倚风险评估显示，涉及人类受试者和尸体的系列研究（n=8）总体偏倚风险被分类为严重，主要归因于非比较性和描述性设计导致的混杂高风险，以及缺乏研究者盲法导致的结局测量中高风险。仅最大临床队列研究（Lei等，n=82）因大样本量和标准化数据收集而显示出中度总体风险。动物模型（n=3）的偏倚风险被分类为“不清楚”，尽管猪模型的基线特征高度标准化（低风险），但序列生成、分配隐藏和随机化的细节被系统性省略或报告不充分。相反，教育性合成台式模型和模拟器研究（n=13）主要显示低方法学偏倚风险，这些研究表现出高技术熟练度，使用校准力传感器、微型CT验证和标准化自动测试台，最小化了实施和检测偏倚。仅在样本选择方面存在少量关注，因为大多数数字模型来自特定患者解剖结构的便利样本而非随机解剖变异。
讨论
本系统综述分析了22项研究，全面概述了3D打印在CI中的作用。与既往更广泛的耳鼻喉科和耳科综述相比，本研究是首个专门聚焦CI特异性应用的系统综合，建立了专门的研究领域层级。
教学模型与手术培训：大多数纳入研究使用3D打印颞骨或耳蜗模型作为教育工具。Starovoyt等证明了树脂基蜗管模型的解剖学和机械保真度，其微米级精度允许可靠模拟插入力学。Smetak等和Cramer等验证了用于量化电极插入力的合成模型，提供了可重复的培训和研究平台。B?ttcher-Rebmann等描述了基于猪颞骨的通用测试台，可实现可重复的多参数插入测试，从而弥合了合成方法与动物方法之间的差距。这些模型提供超越二维成像或虚拟模拟的触觉反馈和视觉真实感，缩短了初级外科医生的学习曲线，并允许经验丰富的外科医生在罕见或复杂解剖中完善技术。
临床与人类解剖应用：多项研究强调了患者特异性3D打印模型的临床益处。Canzi等报告了定制CI定位在低级别胶质瘤患者中减少MRI伪影的成功应用。Morrel和Markodimitraki等证明了针对个体乳突解剖定制的手术导板的可行性，改善了电极插入轨迹和固定稳定性。Rienas等进一步强调了CT衍生颞骨模型在术前规划、模拟和术中参考中的作用。尽管多数研究仍处于临床前阶段，但这些应用为可行性测试提供了有价值的框架。从技术角度看，3D打印钻孔导板、乳突模板和插入工具显示出增强手术准确性的潜力。Micault等最近进行的临床前尸体研究评估了由定制3D打印模板引导的微创CI装置，结果证实了该方法的可行性和准确性。然而，从实验应用到常规临床实践仍高度依赖于长期临床验证以及克服材料生物相容性和工作流程方面的障碍。
临床前研究与装置创新：综述还揭示了CI装置研究的实质性进展。Lei等开创了仿生耳蜗与机器学习相结合的先例，实现了个体化电场分布预测并促进电极设计优化。Starovoyt等和Hrncirik等表明3D打印蜗管模型可模拟插入力，允许比较测试电极刚度和几何形状。最近，Isaakidou等探索了具有药物递送潜力的多尺度打印CI，而Wei等开发了用于药物治疗的龛植入体，凸显3D打印可能将CI扩展到听觉刺激之外，向联合电声和药理学康复方向发展。3D打印与机器人技术、增强现实和计算建模等新兴技术的整合进一步扩展了其潜力。Bautista-Salinas等将增强现实与3D打印手术工具相结合，Shoman强调了机器人技术与患者特异性规划在减少人为错误方面的协同作用。
尽管本综述聚焦于CI，但其他耳科应用也存在类似进展，如中耳教育模型验证和骨传导植入体规划等。临床上，3D打印已作为手术培训和术前排练的实际资源。解剖学上忠实的颞骨和耳蜗模型为住院医师和初级外科医生提供了安全的电极插入练习环境，并为高级外科医生准备罕见或复杂解剖提供了支持。然而，术中应用（如钻孔导板和插入模板）及药理学创新仍处于实验阶段，灭菌、生产时间和成本等技术障碍仍阻碍其常规使用。此外，患者特异性导板和植入体相关辅助装置可能需要专门的监管审批途径，材料生物相容性、灭菌兼容性、可追溯性和质量管理要求必须得到解决。工作流程整合仍然具有挑战性，分割、虚拟规划、制造周转时间以及与导航、机器人或增强现实平台的互操作性可能显著增加程序复杂性。临床研究共产生8篇文章，表明直接转化为常规临床实践仍然有限。目前，3D打印应被视为培训和术前模拟的优秀工具，其对患者的实际益处和相对于传统方法的临床优越性尚待证明。
当前证据的局限性与未来展望：尽管结果令人鼓舞，但纳入研究在设计、样本量和结局指标方面存在异质性。精度范围广泛（16–400微米），材料从刚性树脂到硅胶类聚合物不一，使比较复杂化。大多数研究为概念验证、尸体或动物研究，临床验证有限且缺乏随机对照试验。长期结局，如植入体存活、言语感知和成本效益，仍基本未被探索。灭菌方案、监管途径和医院工作流程整合也需要标准化。成本效益考量仍基本未被研究，尽管3D打印模型常被描述为低成本解决方案，但很少有研究提供生产成本、时间要求或与传统培训方法相比的成本效益详细分析。未来研究应转向受控的长期临床研究，评估安全性和听力学结局，同时分析经济可持续性。打印方案、材料和灭菌程序的标准化对于确保可重复性和法规遵从至关重要。最后，3D打印向药物递送和生物制造的扩展为新一代多功能CI开辟了道路，能够将电刺激与靶向治疗策略相结合。多中心研究和共享报告标准对于确定3D打印能否在手术培训、术前规划和术中决策中提供可测量的临床益处至关重要。
结论
本系统综述强调了3D打印在CI中的变革潜力，应用涵盖手术培训、术前规划和装置创新。创建精确解剖模型和定制手术工具的能力提高了精度和教育结局，同时加速了植入体设计。特别地，3D打印在复制复杂解剖结构方面显示出巨大价值，使受训者能够熟悉实际病例中可能出现的独特解剖变异。作为首个专门聚焦CI特异性应用的系统综述，本研究填补了文献中的关键空白。未来研究应侧重于标准化方法学和探索长期临床影响，以进一步将3D打印整合到CI实践中。3D打印成功融入CI临床实践将依赖于临床工程师、耳鼻喉科医生、放射科医生和生物信息学专家之间的强大多学科合作。
