中国导航模板数字骨科技术文献计量学分析

doi:10.3969/j.issn.2095-4344.2017.19.012

摘要/Abstract

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文题释义：

导航模板：是基于患者三维重建数据、通过计算机辅助-快速成型技术制作出的用于手术导航的个性化实物模板，目前主要应用于辅助脊柱椎弓根螺钉置钉、引导截骨矫形、辅助肿瘤精确切除与功能重建等，提高了手术的准确性和安全性，改善了手术效果。

摘要

背景：随着数字骨科学的蓬勃发展，导航模板技术目前在骨科领域的应用越来越广泛，但尚未有从文献计量学角度分析国内导航模板数字骨科技术研究现状的文献报道。

目的：基于文献计量学分析，了解导航模板技术在国内骨科领域的应用现状，探讨其发展趋势和研究热点，为国内数字骨科学的发展提供文献计量学依据。

方法：以“导航模板相关关键词 AND骨科学主题词”为检索策略，机检CBMdisc、CNKI、CSPD、CMCI等数据库，同时手检2016年骨科专业主要核心期刊(检索截止日期为2016-12-01)，全文浏览并筛选命中文献，对最终纳入的论文进行文献计量学分析。

结果与结论：①国内最早报道导航模板数字骨科技术的文章发表于2008年，9年间共发表相关论文199篇，2009至2014年每年均产出十余篇文献，2015，2016年则进入快速增长期；②文献主要发表在骨科专业杂志以及与数字骨科学密切相关的生物医学工程、基础医学、数字医学等专业期刊上；国内核心科技期刊为该主题贡献了86.9%的论文；《中华创伤骨科杂志》、《中华骨科杂志》、《中国组织工程研究》等杂志是发表该主题的重要期刊；③论文合著率为99.5%，合著度为6.15，张元智、丁焕文、陆声、陈玉兵、胡勇、黄轩、郑朋飞等为该主题的高产作者，核心作者发表文献占论文总数的53.8%，表明其核心作者群正在形成中；所有论文的第一作者均来自医院和大学院校，成都军区昆明总医院、广州军区广州总医院、内蒙古医学院附属医院、华南理工大学是发文最多的机构；而两个机构以上合作产出的文献占54.8%，提示在大学科研单位的积极参与和强有力支持下，该主题研究科研力量雄厚，发展势头强劲。59.3%的论文获得基金资助，国家级、省部级基金占基金总数(239项)的64.0%，57.6%的基金文章为两项以上基金资助，提示该主题文献具有较高的研究水平和学术价值；④共被引763次，陆声、陈玉兵、张元智为高被引作者，成都军区昆明总医院、广州军区广州总医院、南方医科大学南方医院为高被引机构，《中华创伤骨科杂志》为高被引杂志；⑤主题分析结果表明，在模板设计制作及尸体标本研究的基础上，国内学者将导航模板技术应用于脊柱外科(尤其是颈椎外科)、创伤骨科、关节外科、骨肿瘤科、小儿骨科等各个领域，在辅助螺钉置钉、引导截骨矫形、辅助肿瘤精确切除与功能重建等方面进行了有益的尝试，取得了满意效果，但未有多中心大样本长期随访报道。

中国组织工程研究杂志出版内容重点：人工关节；骨植入物；脊柱；骨折；内固定；数字化骨科；组织工程
ORCID: 0000-0002-5608-3509(白朝晖)

关键词: 骨科植入物, 数字化骨科, 导航模板, 数字骨科学, 文献计量学, 计算机辅助设计, 快速成型, 脊柱, 骨折, 全膝关节置换术, 骨肿瘤, 儿童

Abstract:

BACKGROUND: With the rapid development of digital orthopaedics, navigational template has been widely used in the field of orthopaedics, but the research status of the technique in China based on bibliometric analysis is never reported.

OBJECTIVE: To investigate the application status of navigational template in the orthopaedic field and to explore its tendency and hot spot based on bibliometric analysis, thereby providing reference for the development of digital orthopaedics in China.

METHODS: A computer-based retrieval of CBMdisc, CNKI, CSPD, CMCI databases was conducted for articles published before December 1, 2016 using the keywords of “navigational template” and subject heading “orthopaedics” and the core orthopaedic journals published in 2016 were searched by manual. The articles were screened according to inclusion and exclusion criteria, and finally were analyzed by bibilometric study.

RESULTS AND CONCLUSION: (1) In China, the first paper reporting navigational template was issued in 2008. A total of 199 articles were published in the past 9 years, with more than 10 papers yearly from 2009 to 2014, while there was a rapid increase tendency during 2015 and 2016. (2) The articles were mainly published in the orthopaedic journals and some professional journals closely related to digital orthopaedics, such as biomedical engineering, basic medicine and digital medicine. About 86.9% papers belong to Chinese core journals, including Chinese Journal of Orthopaedic Trauma, Chinese Journal of Orthopaedics, and Chinese Journal of Tissue Engineering Research. (3) There is a 99.5% cooperation rate and 6.15 degree of cooperation. Zhang Yuan-zhi, Ding Huan-wen, Lu Sheng, Chen Yu-bing, Hu Yong, Huang Xuan and Zheng Peng-fei are most productive authors, and core authors contribute to 53.8%, indicating that the group of core authors is being formed. First authors are all from hospitals and universities, mostly from Kunming General Hospital of Chengdu Military Command of PLA, General Hospital of Guangzhou Military Command of PLA, the Affiliated Hospital of Inner Mongolia Medical University and South China University of Technology. The cooperation rate of more than two institutes occupies 54.8%, indicating that the study holds a promising future with the strong support of research institutes in universities. About 59.3% articles are sponsored by funding, the national and provincial foundations accounting for 64.0% in 239 projects, and 57.6% articles were supported by more than two foundations, revealing the high research levels and academic values of this technique. (4) The articles are cited by 763 times; Lu Sheng, Chen Yu-bing, and Zhang Yuan-zhi are the highly cited authors; Kunming General Hospital of Chengdu Military Command of PLA, General Hospital of Guangzhou Military Command of PLA and Nanfang Hospital of Southern Medical University are the highly cited institutes, and Chinese Journal of Orthopaedic Trauma is the highly cited journal. (5) To conclude, based on product design, manufacture and cadaver studies of the navigational template, it has been extensively applied in the spine surgery (especially cervical surgery), orthopaedic traumatology, bone and joint surgery, bone tumor and pediatric orthopaedics, and has obtained satisfactory clinical outcomes in assisting screw placement, osteotomy and precise resection and functional reconstruction. However, there is still a lack of a large-sample, multicenter, and long-term randomized trial.

中国组织工程研究杂志出版内容重点：人工关节；骨植入物；脊柱；骨折；内固定；数字化骨科；组织工程

Key words: Bibliometrics, Spine, Fractures, Bone, Arthroplasty, Replacement, Knee, Computer-Aided Design, Tissue Engineering

中图分类号:

R318

白朝晖，章莹，尹庆水，夏虹，王建华，许俊杰. 中国导航模板数字骨科技术文献计量学分析[J]. 中国组织工程研究, 2017, 21(19): 3023-3030.

Bai Zhao-hui, Zhang Ying, Yin Qing-shui, Xia Hong, Wang Jian-hua, Xu Jun-jie. Navigational template applied in the orthopaedic field in China: a bibliometric analysis [J]. Chinese Journal of Tissue Engineering Research, 2017, 21(19): 3023-3030.

图/表（结果） 6

2.1 年度载文量分布 2008年在《中华创伤骨科杂志》第2期发表的3篇文献是国内最早报道导航模板数字骨科技术的文章^[5-7]，由南方医科大学南方医院、成都军区昆明总医院等单位共同合作，内容是采用数字化技术设计脊柱椎弓根导航模板和半髋关节表面置换定位导航模板。到2016年检索截止之日，国内共发表相关论文199篇，年均产出论文22.1篇。与一般新技术文献产出的规律不同^[8-9]，该技术在国内应用之初的2008年就有6篇文章问世；2009到2014年均产出十余篇；2015年有明显的增加趋势，发文量较前一年增长近2倍(55篇)；2016年文献量持平(55篇)，由于机检数据库在发表时间上有一定的滞后，本文检索的也仅仅是2016年前11个月的文献量，尽管对骨科专业核心期刊进行了手工检索，但在综合性期刊或其他相关期刊上发表而未录入数据库的文献将会遗漏，因此预测2016年整体产出文献将超过2015年。载文量随年代的变化基本揭示了导航模板技术在国内骨科领域的发展态势(图1)。

2.2 期刊分布 载文期刊共计77种，刊均载文量2.6篇。如图2所示，《中华创伤骨科杂志》是发表相关文献最多的期刊(18/199，9.0%)，随后是《中华骨科杂志》、《中国组织工程研究》、《中国脊柱脊髓杂志》、《中华创伤杂志》、《中国矫形外科杂志》、《中国骨科临床与基础研究杂志》等，载文量排名前5位的期刊产出的文献占总文献量的一半左右(98/199)。进一步分析后发现，骨科专业杂志(19种)发表101篇文章(50.8%)、生物医学工程类期刊(3种)发表15篇(7.5%)、医药大学学报(9种)发表14篇(7.0%)、基础医学杂志(6种)发表13篇(6.5%)、数字医学专业杂志(1种)发表7篇(3.5%)。可见，该主题相关文献主要发表在骨科专业杂志以及与数字骨科学密切相关的生物医学工程、基础医学、数字医学等专业期刊上，医学高等院校亦有一定的发文量。其中《中华创伤骨科杂志》先后出版了“数字骨科”、“3D打印骨科技术”等重点刊；《中国组织工程研究》在其主要办刊内容中就重点吸纳了有关计算机辅助骨外科技术的应用基础及临床研究的文章，并专门设有“数字化骨科”专栏；《中国骨科临床与基础研究杂志》亦推出“数字骨科专题”，均吸引了相当数量的导航模板主题文献。

根据2014版《中文核心期刊期刊要目总览》和2016版《中国科技期刊引证报告》对载文期刊的质量进行分析，载文核心期刊共计24种，占载文期刊总量的31.2%(24/77)，共载文106篇(106/199，53.3%)；统计源期刊60种，占载文期刊的77.9%(60/77)，载文量173篇(173/199，86.9%)。大部分该主题论文发表在知名度较高的核心科技期刊，展现了论文较高的学术价值和较好的学术影响力，同时也提示导航模板数字骨科技术目前已成为业内关注的重点和热点。

2.3 作者分布

2.3.1 作者数量分析作者数量分布为1-14人，共计总数为1 224人。其中独著论文1篇、合著论文198篇，合著率为99.5%(198/199)，合著度为6.15(1224/199)。如图3所示，3-9位作者合著是导向模板数字骨科论文最主要的合著方式，其论文比例高达91.5%(182/199)，其中7位作者合著的论文最多，有29篇，占14.6%。论文的合著率和合作度与其学科发展水平和学术质量密切相关^[10]，导航模板数字骨科技术论文的合著率和合作度非常高，表明此类论文著者机构间合作紧密，研究水平较高。

2.3.2 高产作者分析以第一作者为研究对象进行分析，共计123位作者发表该主题论文。其中发表1篇文献的作者有92人，占作者总人数的74.8%。根据核心作者最低发文篇数m=0.749(10)^1/2≈2.3篇(其中10为作者发文最多篇数)，本研究中发文2篇的21人、发文3篇7人、发文超过4篇的有7人(表1)，35位核心作者(28.5%)共发文111篇，占论文总数的55.8%，略高于普赖斯定律核心作者发文量比例(50%)，表明导航模板数字骨科技术核心作者较为集中，作者队伍正在形成中。

2.4 机构分布 以第一作者所在单位为研究对象，199篇论文共涉及82家机构的作者，其中包括65家医院和17所大学院校(表2)。医院和高等院校是发表这一主题的生力军，主要是与导向模板数字骨科技术的性质有关，该技术紧密贴近临床，广泛应用于临床，直接服务于各类骨科手术，因此各大医院的骨科科室对该技术表现出了最大的关注度；17所大学包括11所医学院校和6所非医学院校(华南理工大学、上海交通大学、香港理工大学等)，在这些实力雄厚的大学科研单位的积极参与下，该技术在国内从萌芽、起步、发展，到目前的广泛应用，整体学术水平较高，医工合作成果显著。

65家医院中，9家部队医院发表了65篇文献(约7.2篇/家)，其中以成都军区昆明总医院、广州军区广州总医院发文最多(共49篇)，占全部论文的24.6%；其余56家地方医院产出111篇文献(约2.0篇/家)。值得注意的是，自2015年以来，一些非三级甲等医院，如中山市黄圃人民医院、云南省昭通市第一人民医院、武汉市普仁医院、四川省江油市第二人民医院等相继发表了该技术的相关论文，可以说，随着快速成型技术的不断发展和改进，导航模板应用之初存在的机器材料成本高、制作时间长的问题已得到解决，短短数年之内该技术就渗透、推广至基层中小型医院，并为患者所接受，这在一定层面上也反映了其在国内骨科领域临床应用的成熟程度。
鉴于该主题论文的高合作度，进一步分析论文的合作机构，发现由单一机构产出的文献90篇(医院85篇、大学院校5篇)；两个机构以上产出的文献 109篇(占54.8%，109/199)，其中两个以上医院合作产出的论文64篇、医院与大学合作产出论文74篇。上海交通大学(11篇)、南方医科大学(11篇)、华南理工大学(9篇)和内蒙古医科大学(9篇)是产出论文最多的合作院校，其中上海交通大学生物医学制造及生命质量工程研究所一直致力于面向临床生产和制造可直接用于手术的骨科植入物，其与临床机构合作的紧密度可见一斑。另有医院与公司合作论文4篇、与某疾控中心博士后工作站合作7篇、大学与大学合作1篇。这些数据进一步显示了导航模板技术与骨科临床结合的紧密程度，也说明科研实力雄厚的工科院校及医学院校是该技术基础和临床研究的强大后盾，市场强大需求刺激下的公司也成为一个重要的合作方，在他们的技术和经济支持下，导航模板数字骨科技术在国内刚一出现就孕育着勃勃生机，从工业设计、产品制造、尸体研究、动物实验再到临床应用，不到10年的时间内就有了突飞猛进的发展。

2.5 基金论文分布 199篇论文中118篇(59.3%)为基金论文，共获239项基金资助，其中获1项基金资助的论文50篇、2项42篇、3项10篇、4项13篇，获6、7、10项基金资助的论文分别各1篇；按其基金级别划分，国家级基金58项，包括40项自然科学基金；省(部)级基金95项；市(厅)级基金46项；校(院所)级课题项目27项；军队系统课题12项；其他类型基金1项。从以上数据分析，本研究主题基金论文比例大，基金资助级别高(国家级、省部级基金占基金总数的64.0%，153/239)，是国家和各省市基金重点关注的研究方向，其研究水平和学术价值不容小觑；此外，57.6%(68/118)的基金论文为两项以上基金资助，可见其研究成果是多学科交叉协作的智慧结晶，多项基金的大力投入使该主题研究不断走向深入，极大地推动了这一热点技术的方法创新和临床应用。由图4可以看出，基金开始资助该主题论文的时间为2008年，2009年即有56%(9/16)的论文获基金赞助，也就是说，从该主题刚刚开始进入国内研究者的视线，就已经有相当级别的课题基金参与进来，而随着时间的推移，基金对其的资助热情一直不减，始终保持着相当大的力度。

2.6 引文分析 199篇论文共被引用763次，篇均被引频次3.8次。众所周知，发表年代与被引频次关系密切，被引频次的总体趋势是远期高于近期，国内首篇该主题文献诞生于2008年，发表时间尚短，不足10年；另一方面，2015和2016年发表论文数占论文总数的一半以上(110篇)，当年及次年发表被引用的频率是相对较低的，因此导致该主题文献总被引频次并不高。但仍有高影响力文章出现^[5^，⁷^，^11-21](表3)。陆声、陈玉兵、张元智为高被引作者，成都军区昆明总医院、广州军区广州总医院、南方医科大学南方医院为高被引机构，《中华创伤骨科杂志》为高被引杂志，被引频次前10位文献(共13篇)中获基金资助的有9篇，足见基金文章是高被引文献的重要组成部分，学术质量高，影响力大，具有较高的参考价值。

2.7 研究类型及主题分析

2.7.1 应用领域对导航模板数字骨科技术相关研究论文(剔除综述类文章，共157篇)进行主题分析，发现脊柱外科，尤其是颈椎外科是该技术应用最广泛、研究最深入的领域(表4^[14^，^22-39])。颈椎，尤其是上颈椎位置特殊、解剖结构复杂、功能意义重大，手术操作困难、外科干预风险高，传统徒手置钉要求术者具有较丰富的颈椎外科手术经验，寰枢椎解剖结构的变异及疾病的复杂程度也给术者带来很大的挑战，置钉过程中一旦损伤椎动脉甚至脊髓，后果非常严重。利用计算机辅助快速成型技术制作的个性化手术导航模板，可使复杂的手术简单化，颈椎置钉的准确性大为提高，有效避免了穿破椎弓根皮质等并发症的发生。而在关节外科，2015和2016年研究论文量呈现出迅速增长的态势(分别为16篇和15篇)，主要用于辅助全膝关节置换术^[40-42]，以实现精确定位下肢相关轴线、提高假体置入精确度的目的。在骨肿瘤外科领域，导航模板的主要功能是辅助引导肿瘤精确切除与功能重建及椎管内肿瘤切除减压内固定等；而在儿童这一特殊人群中，该技术的主要应用范围包括四肢畸形截骨矫形、脊柱椎弓根置钉等^[43-44]，充分发挥了导航模板技术个性化精确截骨和精准置钉的特点。

2.7.2 研究类型

基础、临床研究年载文量：157篇研究类文献中基础研究52篇、临床研究110篇，其随年代的分布情况如图5所示，随着对该技术研究的不断深入，基础和临床研究的年载文量都有一定数量的增长，尤其是在2015至2016年，临床研究类论文快速增长，应用范围拓宽到股骨颈骨不连、胫骨畸形、颈胸段后路椎管内肿瘤、儿童髋关节发育不良等疾病的手术治疗领域^[31^，³⁴^，^45-46]。

基础研究主题分析：52篇基础研究中尸体标本研究30篇、动物实验1篇、模板设计制作22篇。从表4可以看出，导航模板数字骨科技术的基础论文主要集中在模板设计制作和尸体标本研究，相关动物实验研究非常少；脊柱外科的基础研究较多，其向临床研究的转化也非常及时，而骨肿瘤领域的基础研究则相当缺乏。而在模板设计方面，国内制作导航模板的主要方法包括光固化成型^[7^，^47]、熔融沉积成型^[48-49]、选择性激光烧结等^[17^，^42]，亦有通过数控机床技术制作而成的导向模板见诸报道^[50]；材料则主要包括光敏树脂^[51]、金属材料^[17]、可降解聚乳酸材料^[48^，^52]、丙烯腈-丁二烯-苯乙烯高分子工程塑料^[53-54]、粉末尼龙^[42]、石膏等^[55]，付军等^[55]还专门对4种3D打印手术导板(熔融沉积成型-丙烯腈-丁二烯-苯乙烯树脂9例、光固化成型-光敏树脂14例、3D印刷工艺-石膏5例、选择性激光烧结-铝合金3例)在骨肿瘤切除重建手术中的应用效果进行比较，评价其在导板制作加工时间、操作环节等方面的优缺点。不少学者还对手术导板进行改良，如姜良海等^[35]在通道型导板的基础上设计的标杆型导板，胡勇等^[56]研发的“定点-定向”双导板等，不同程度地解决了原有椎弓根螺钉置钉导板的一些技术缺陷。

临床研究主题分析：110篇临床研究中包括16篇随机对照研究和16篇回顾性病例对照研究，最大样本量的随机对照试验为吴超等^[30]所报道(观察组18例 vs对照组24例)。开展该技术时间最早的是广州军区广州总医院(2005年)，主要借助该技术辅助创伤骨科和关节外科手术，而脊柱外科领域首先应用该技术的是成都军区昆明总医院(2006年)，内蒙古医学院附属医院(2007年)率先开展了关节外科导航模板的临床研究，2008年夏虹等^[27]和张元智等^[28]分别将该技术成功用于儿童骨科手术。马立敏等^[33]开展的股骨远端骨肿瘤个体化数字导板研究平均随访时间最长(平均48个月)，丁焕文等^[14]则报道了最大的样本量(123例，包括创伤骨科62例、关节外科29例、骨肿瘤科17例、脊柱外科15例)，但目前尚未见有关该技术的大样本长期随访临床报道。.

2.7.3 技术优势对文献内容进行分析，总结其技术优势，主要包括：①根据患者手术部位CT扫描数据设计和制作的导航模板具有个体化优势，极大提高了手术成功率；②操作简单，易于掌握，缩短手术学习曲线，不需特殊的手术经验；③定位及置钉准确率高，减少人为操作失误，降低手术并发症发生率，提高手术安全性；④降低术中透视次数，减少射线暴露，降低医源性损伤；⑤缩短手术时间及住院时间，减少术中出血量，明显减轻术后疼痛，提高患者满意度及生活质量。

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引言

材料方法

讨论

近年来导航模板技术在国内取得飞速进步，尤其是2015和2016年，发文量较前增长2倍，作者单位也从三甲医院和大学院校逐渐渗透到基层中小医院，临床应用越来越广泛和深入，技术的普及和推广也初具规模。

相关文献主要发表在骨科专业杂志以及与数字骨科学密切相关的生物医学工程、基础医学、数字医学等专业期刊上，医学高等院校亦有一定的发文量；国内核心科技期刊为该主题贡献了86.9%的论文；《中华创伤骨科杂志》、《中华骨科杂志》、《中国组织工程研究》等杂志是发表该主题的重要期刊。论文合著率为99.5%，合著度为6.15，张元智、丁焕文、陆声、陈玉兵、胡勇、黄轩、郑朋飞等为该主题的高产作者，核心作者发表论文占论文总数的53.8%，表明其核心作者群正在形成中。所有论文的第一作者均来自医院和大学院校，成都军区昆明总医院、广州军区广州总医院、内蒙古医学院附属医院、华南理工大学是发文最多的机构；两个机构以上合作产出的文献占54.8%，上海交通大学、南方医科大学、华南理工大学和内蒙古医科大学是产出论文最多的合作院校，在大学科研单位的积极参与和强有力支持下，该主题研究学术水平高，医工合作成果显著，发展势头强劲。

该主题论文自国内研究刚起步时就开始获得基金资助，9年来共获基金资助239项，基金论文比例大(59.3%，118/199)，国家级、省部级基金占基金总数的64.0%，57.6%的基金论文为两项以上基金资助，提示该主题文献具有较高的研究水平和学术价值。199篇论文共被引763次，陆声、陈玉兵、张元智为高引作者，成都军区昆明总医院、广州军区广州总医院、南方医科大学南方医院为高被引机构，《中华创伤骨科杂志》为高被引杂志，高被引论文中基金文章占比较高(9/13)。主题分析结果表明，在模板设计制作及尸体标本研究的基础上，人们将导航模板技术应用于骨科各个领域，在辅助螺钉置钉、引导截骨矫形、辅助肿瘤精确切除与功能重建等方面进行了有益的尝试，取得了满意的效果。但也要看到，虽有十余篇随机对照试验文章发表，但样本量较小，亦未见多中心长期随访报道，技术本身也存在导板贴附不佳、与解剖部位不能完全匹配、生物物理性能及尺寸精度有待改进以及骨表面重建数据损失等问题，相信在骨科医疗工作者和工程技术人员的共同努力下，该技术将越来越走向成熟，更好地助益于患者。

中国组织工程研究杂志出版内容重点：人工关节；骨植入物；脊柱；骨折；内固定；数字化骨科；组织工程