颈椎异体骨螺纹融合支架研制中的思路
作者：刘锦波 唐天驷
单位：苏州医学院99级博士生，江苏 苏州 215007
关键词：
医学与哲学000313中图分类号：R653 文献标识码：A
文章编号：1002-0772(2000)03-0034-02
近年来，在总结前人经验教训基础上，我们研制了颈椎异体骨螺纹融合支架，并成功进行了生物力学测试、动物病理学观察。经临床初步应用取得较好的效果[1]。回顾该支架的研制过程，我们深深体会到科学的思维方式发挥的巨大作用。
1 研究背景
颈椎病是骨科的常见病、多发病。因病变的部位较高，周围有重要的血管神经，手术风险大，人们一直将颈椎前路手术视为禁区。1958年Cloward和Smith-Robinson首先报道了颈椎前路减压植骨融合术治疗颈椎病。经过30年的发展，该手术已被骨科、神经外科广泛采用。由于术中取自体髂骨植骨，虽然植骨融合率高，但须另作切口，增加病人的创伤、失血和痛苦，且容易出现供骨区的并发症[2，3]。为避免取自体髂骨，Bertlanffy、Rosenorn等提出切除椎间盘后不植骨方法，导致术后椎间隙狭窄，成角畸形，神经根性颈肩臂痛[4]。Murray用小牛(Kiel骨)植入椎体间，骨融合率低[5]。Zdeblick、Murray用多孔羟基磷灰石作植骨替代，出现植入物的碎裂塌陷、滑出[6，7]。Madawi等用生物相容性多聚体替代植骨，发现其既不融合又不能降解吸收[8]。Yong Awasthi用冻干异体腓骨植骨，骨融合率低，腓骨出现下沉现象[9，10]。因此如何在减压后既不取自体髂骨又能保证较高的椎间融合率，达到稳定颈椎的目的，仍有待进一步的研究。另外，各种移植材料椎间植入后，都存在植入物移位现象，轻者可导致椎间隙狭窄，成角畸形发生，重者可压迫脊髓或食道。Simmons用“Keystone”技术加强固定，未能从根本上消除剪力造成的植入物的移位，且操作难度大。Kostuik、Such用钛合金中空螺钉钢板系统固定植骨块，能有效地消除移位，但断钉率高，钢板还可造成咽部不适，吞咽困难。Vazquez-Seoane和邹德威通过体外实验发现，理想的颈椎固定，应增加移植物与椎体界面间的结合力，从而从根本上克服剪力造成的植入物移位[11，12]。Otero将自体髂骨和异种髂骨表面制成螺纹，有效地消除了植骨块的移位，但螺纹表面容易塌陷，椎间隙不能维持[13]。近年在欧美报道经椎体间钛合金支架融合术(Fusion cage,FC)。此装置带有螺纺，可固定上下椎体，支架内填充自体松质骨片，椎体骨组织将从FC的间隙长入与其中的植骨融合，不但避免植骨块的移位，而且增强了椎间的稳定性。但支架与上下椎体融合成一体后，只能永久置入。金属永久留置体内，有可能产生电解，异物刺激等不良反应。因此，人们期待着一种新型融合支架——植入后不易移位；不另取髂骨，又能保证骨融合率；能为自体骨替代吸收。
, 百拇医药
2 设计思路
从植骨融合率来讲，自体松质骨植骨融合率比同种异体骨和异种骨都高。因此设计中支架应该利用自体松质骨，其来源有两个：一是取自体髂骨，二是椎间减压时废弃的自体松质骨。利用废弃的自体松质骨不需再取髂骨，避免了供骨区的并发症，又能保证骨融合率，所以我们在支架内填充废弃的自体松质骨。
从植入物强度方面考虑，多孔羟基磷灰石、生物相容性多聚体、骨水泥、钛合金支架都具有一定的强度，但不是生物相容性差，就是融合率低，或固定的稳定性差。松质骨则强度太弱，皮质骨应是比较好的选择，即使经过钻孔和表面处理螺纹，也具有较高的强度。
从固定的稳定性来看，Keystone技术和钛合金中空螺钉钢板系统都能加强稳定性。但都未能从根本上消除剪力。螺纹状髂骨和钛合金螺纹支架的成功说明移植物与椎体界面间的结合力，能从根本上克服剪力造成的植入物移位。因此我们的支架将表面制成螺纹状。
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从材料来源来看，取自体骨植骨，虽然排异小，植骨融合率高，但须另作切口，增加病人的创伤、失血和痛苦，且容易出现供骨区的并发症。而同种异体皮质骨经过处理后抗原性于自体皮质骨相近。所以异体皮质骨是理想的材料来源。
综合以上几点，理想的支架应该是由异体皮质骨制备的、表面成螺纹状的、支架内填充废弃的自体松质骨。
3 加工制备
3.1 通过解剖测量，发现椎体矢状径测量值为16.86mm～19.53mm。由于颈椎前路减压支架植入固定时，椎管前方应留置3mm～4mm的缓冲区域，以防止对脊髓压迫，所以支架最佳的长度为12mm～14mm。
3.2 本组椎间隙测量值前方为1.7mm～1.8mm;后方为3.7mm～3.9mm。支架在椎间隙部分的高度应为2mm～3mm，这样才能将椎间隙残余椎间盘组织与植骨块隔开，又最大限度地保持植骨块与椎体植骨床接触。
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3.3 冷冻辐照：冷冻温度越低、辐照强度越高，异体骨抗原性越低。但是温度太低，骨的机械强度就减弱，不能耐压；辐照强度太高，骨的抗扭强度就减弱，不能耐扭转。而耐压耐扭转正是我们必需的。所以选择零下80°和2.0 Mrad处理。
4 哲学思考
4.1 系统非优论认为，系统的本质是优与非优的辩证统一，人类的认识与实践总是在优与非优之间跳动，要实现系统的优化发展，研究系统的优化是重要的。异体骨螺纹融合支架的研制过程就是非优向优转化过程。避免了供骨区的并发症，又能保证骨融合率；克服强度不足的缺陷，又有好的生物相容性和固定的稳定性。
4.2 坚持从整体出发，立足于整体来分析各要素之间的关系，不孤立研究其中某一方面。如果仅看到手术的减压作用，不看到减压带来的不稳；只看到高的骨融合率，不顾供骨区的并发症；看到植入物一定的强度，但不顾生物相容性差，异体骨螺纹融合支架这样就不可能取得好的结果。
, http://www.100md.com
作者简介：唐天驷，导师.
参考文献：
[1]刘锦波，唐天驷，杨惠林.颈椎椎体间异体骨螺纹融合支架的设计和临床应用[J].中华骨科杂志，1999，19(6)：325.
[2]Ban Wart J C,Asher M A,Hassanein R S.Iliac Crest bone graft harvest donor site mobidity.A statistical evaluation[J].Spine,1995,20:1055～1060.
[3]Kreibich D N,Scott I R,Wwlls J M,et al.Donor site morbidity at theiliac crest:comparison of percutaneous and open methods[J].J Bone Joint Surg[Br],1994,76:847～848.
, 百拇医药
[4]Bertalanffy H,Eggert H R.Clinical long-term rusult of anterio discectomy without fusion for treatment of cerrival radiculopathy and myelopathy.A follow-up of 164 cases[J].Acta Neurochir(wien),1998,90:127～255.
[5]Murray M C.The evaluation of kiel bone in spinal fusions[J].J Bone Joint Surg[Br],1982,64:101～104.
[6]Zdebzick T A,Cooke M E,Kunz D N.Anterior cervical discecto-my and fusiou using a porous hydroxyapative bone graft substitue[J].Spine,1994,19:2348～2357.
, 百拇医药
[7]Emery S E,Fuller D A,Sterenson S D.Ceramic anterior spinal fusion[J].Spine,1996,21:2713～2719.
[8]Madawi A A,Dowell M,Crockardn H A.Biocompatible Osteo-conductive polymer versus iliac graft[J].Spine,1996,21(8):2123～2130.
[9]Yong W F,Rosenwasser R H.An early comparative analysis of the use of fibular allograft versus autologous iliac crest graft for interbody fusiou after anferior cerrical discectomy[J].Spine,1993,18:1123～1124.
, 百拇医药
[10]Kostuik J P,Connolly P I,Esses S I.Anterior cerrical plate tixation with the Titanium Holow screw plate system[J].Spine,1993,18:1273～1778.
[11]Vazquez-seoane P,Yoo J,Zou D.Interference screw fixation of cerrical grafts[J].Spine,1993,18:946～954.
[12]邹德威，梁晓伶，海 涌，等.颈椎移植骨块界面间螺钉固定生物力学实验研究[J].中华骨科杂志，1993，13：279～283.
[13]Jose M,Otero Vich.Upute on the coloward procdure:New instruments[J].Neurosurg,1994,81:716～720.
收稿日期：2000-01-11, 百拇医药
单位：苏州医学院99级博士生，江苏 苏州 215007
关键词：
医学与哲学000313中图分类号：R653 文献标识码：A
文章编号：1002-0772(2000)03-0034-02
近年来，在总结前人经验教训基础上，我们研制了颈椎异体骨螺纹融合支架，并成功进行了生物力学测试、动物病理学观察。经临床初步应用取得较好的效果[1]。回顾该支架的研制过程，我们深深体会到科学的思维方式发挥的巨大作用。
1 研究背景
颈椎病是骨科的常见病、多发病。因病变的部位较高，周围有重要的血管神经，手术风险大，人们一直将颈椎前路手术视为禁区。1958年Cloward和Smith-Robinson首先报道了颈椎前路减压植骨融合术治疗颈椎病。经过30年的发展，该手术已被骨科、神经外科广泛采用。由于术中取自体髂骨植骨，虽然植骨融合率高，但须另作切口，增加病人的创伤、失血和痛苦，且容易出现供骨区的并发症[2，3]。为避免取自体髂骨，Bertlanffy、Rosenorn等提出切除椎间盘后不植骨方法，导致术后椎间隙狭窄，成角畸形，神经根性颈肩臂痛[4]。Murray用小牛(Kiel骨)植入椎体间，骨融合率低[5]。Zdeblick、Murray用多孔羟基磷灰石作植骨替代，出现植入物的碎裂塌陷、滑出[6，7]。Madawi等用生物相容性多聚体替代植骨，发现其既不融合又不能降解吸收[8]。Yong Awasthi用冻干异体腓骨植骨，骨融合率低，腓骨出现下沉现象[9，10]。因此如何在减压后既不取自体髂骨又能保证较高的椎间融合率，达到稳定颈椎的目的，仍有待进一步的研究。另外，各种移植材料椎间植入后，都存在植入物移位现象，轻者可导致椎间隙狭窄，成角畸形发生，重者可压迫脊髓或食道。Simmons用“Keystone”技术加强固定，未能从根本上消除剪力造成的植入物的移位，且操作难度大。Kostuik、Such用钛合金中空螺钉钢板系统固定植骨块，能有效地消除移位，但断钉率高，钢板还可造成咽部不适，吞咽困难。Vazquez-Seoane和邹德威通过体外实验发现，理想的颈椎固定，应增加移植物与椎体界面间的结合力，从而从根本上克服剪力造成的植入物移位[11，12]。Otero将自体髂骨和异种髂骨表面制成螺纹，有效地消除了植骨块的移位，但螺纹表面容易塌陷，椎间隙不能维持[13]。近年在欧美报道经椎体间钛合金支架融合术(Fusion cage,FC)。此装置带有螺纺，可固定上下椎体，支架内填充自体松质骨片，椎体骨组织将从FC的间隙长入与其中的植骨融合，不但避免植骨块的移位，而且增强了椎间的稳定性。但支架与上下椎体融合成一体后，只能永久置入。金属永久留置体内，有可能产生电解，异物刺激等不良反应。因此，人们期待着一种新型融合支架——植入后不易移位；不另取髂骨，又能保证骨融合率；能为自体骨替代吸收。
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2 设计思路
从植骨融合率来讲，自体松质骨植骨融合率比同种异体骨和异种骨都高。因此设计中支架应该利用自体松质骨，其来源有两个：一是取自体髂骨，二是椎间减压时废弃的自体松质骨。利用废弃的自体松质骨不需再取髂骨，避免了供骨区的并发症，又能保证骨融合率，所以我们在支架内填充废弃的自体松质骨。
从植入物强度方面考虑，多孔羟基磷灰石、生物相容性多聚体、骨水泥、钛合金支架都具有一定的强度，但不是生物相容性差，就是融合率低，或固定的稳定性差。松质骨则强度太弱，皮质骨应是比较好的选择，即使经过钻孔和表面处理螺纹，也具有较高的强度。
从固定的稳定性来看，Keystone技术和钛合金中空螺钉钢板系统都能加强稳定性。但都未能从根本上消除剪力。螺纹状髂骨和钛合金螺纹支架的成功说明移植物与椎体界面间的结合力，能从根本上克服剪力造成的植入物移位。因此我们的支架将表面制成螺纹状。
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从材料来源来看，取自体骨植骨，虽然排异小，植骨融合率高，但须另作切口，增加病人的创伤、失血和痛苦，且容易出现供骨区的并发症。而同种异体皮质骨经过处理后抗原性于自体皮质骨相近。所以异体皮质骨是理想的材料来源。
综合以上几点，理想的支架应该是由异体皮质骨制备的、表面成螺纹状的、支架内填充废弃的自体松质骨。
3 加工制备
3.1 通过解剖测量，发现椎体矢状径测量值为16.86mm～19.53mm。由于颈椎前路减压支架植入固定时，椎管前方应留置3mm～4mm的缓冲区域，以防止对脊髓压迫，所以支架最佳的长度为12mm～14mm。
3.2 本组椎间隙测量值前方为1.7mm～1.8mm;后方为3.7mm～3.9mm。支架在椎间隙部分的高度应为2mm～3mm，这样才能将椎间隙残余椎间盘组织与植骨块隔开，又最大限度地保持植骨块与椎体植骨床接触。
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3.3 冷冻辐照：冷冻温度越低、辐照强度越高，异体骨抗原性越低。但是温度太低，骨的机械强度就减弱，不能耐压；辐照强度太高，骨的抗扭强度就减弱，不能耐扭转。而耐压耐扭转正是我们必需的。所以选择零下80°和2.0 Mrad处理。
4 哲学思考
4.1 系统非优论认为，系统的本质是优与非优的辩证统一，人类的认识与实践总是在优与非优之间跳动，要实现系统的优化发展，研究系统的优化是重要的。异体骨螺纹融合支架的研制过程就是非优向优转化过程。避免了供骨区的并发症，又能保证骨融合率；克服强度不足的缺陷，又有好的生物相容性和固定的稳定性。
4.2 坚持从整体出发，立足于整体来分析各要素之间的关系，不孤立研究其中某一方面。如果仅看到手术的减压作用，不看到减压带来的不稳；只看到高的骨融合率，不顾供骨区的并发症；看到植入物一定的强度，但不顾生物相容性差，异体骨螺纹融合支架这样就不可能取得好的结果。
, http://www.100md.com
作者简介：唐天驷，导师.
参考文献：
[1]刘锦波，唐天驷，杨惠林.颈椎椎体间异体骨螺纹融合支架的设计和临床应用[J].中华骨科杂志，1999，19(6)：325.
[2]Ban Wart J C,Asher M A,Hassanein R S.Iliac Crest bone graft harvest donor site mobidity.A statistical evaluation[J].Spine,1995,20:1055～1060.
[3]Kreibich D N,Scott I R,Wwlls J M,et al.Donor site morbidity at theiliac crest:comparison of percutaneous and open methods[J].J Bone Joint Surg[Br],1994,76:847～848.
, 百拇医药
[4]Bertalanffy H,Eggert H R.Clinical long-term rusult of anterio discectomy without fusion for treatment of cerrival radiculopathy and myelopathy.A follow-up of 164 cases[J].Acta Neurochir(wien),1998,90:127～255.
[5]Murray M C.The evaluation of kiel bone in spinal fusions[J].J Bone Joint Surg[Br],1982,64:101～104.
[6]Zdebzick T A,Cooke M E,Kunz D N.Anterior cervical discecto-my and fusiou using a porous hydroxyapative bone graft substitue[J].Spine,1994,19:2348～2357.
, 百拇医药
[7]Emery S E,Fuller D A,Sterenson S D.Ceramic anterior spinal fusion[J].Spine,1996,21:2713～2719.
[8]Madawi A A,Dowell M,Crockardn H A.Biocompatible Osteo-conductive polymer versus iliac graft[J].Spine,1996,21(8):2123～2130.
[9]Yong W F,Rosenwasser R H.An early comparative analysis of the use of fibular allograft versus autologous iliac crest graft for interbody fusiou after anferior cerrical discectomy[J].Spine,1993,18:1123～1124.
, 百拇医药
[10]Kostuik J P,Connolly P I,Esses S I.Anterior cerrical plate tixation with the Titanium Holow screw plate system[J].Spine,1993,18:1273～1778.
[11]Vazquez-seoane P,Yoo J,Zou D.Interference screw fixation of cerrical grafts[J].Spine,1993,18:946～954.
[12]邹德威，梁晓伶，海 涌，等.颈椎移植骨块界面间螺钉固定生物力学实验研究[J].中华骨科杂志，1993，13：279～283.
[13]Jose M,Otero Vich.Upute on the coloward procdure:New instruments[J].Neurosurg,1994,81:716～720.
收稿日期：2000-01-11, 百拇医药