超聲骨刀與高速磨鉆在犬脊椎骨雙開門手術中的應用比較

王麗潔，梅超，梁羽，陸晨曦，徐垚宇

蘇州大學 衛生與環境技術研究所，江蘇 蘇州 215123

引言

隨著醫療技術的發展，外科手術對精準度及安全性的要求逐漸提高，在加強外科醫師手術技能的同時，新型手術器械以其獨到的優勢，逐步獲得手術醫師的青睞[1]。在椎管擴大成形術中，傳統使用高速磨鉆開槽，但磨鉆把持較困難，稍有不慎會對周圍神經、血管等造成不可逆損傷，加之頸椎結構復雜，給手術帶來較大難度[2-3]。超聲骨刀作為一種新型、高效的手術器械，因其具有組織選擇性、止血性能、對軟組織損傷小、低產熱、易操作等優勢，目前已廣泛應用于口腔頜面部及耳鼻喉科手術中[4-6]。但在脊柱外科領域，應用超聲骨刀的安全性和有效性是否優于傳統磨鉆，目前正在進一步驗證中[7-10]。本文應用超聲骨刀和傳統高速磨鉆對Beagle犬脊椎骨進行雙開門手術，從宏觀和微觀角度探討比較兩者在手術中的安全性和有效性，為臨床應用提供參考。

1 材料與方法

1.1 主要試劑與儀器

超聲骨刀系統（骨刀：UQD03407A、UMD03713A）和手術動力裝置（高速磨鉆DR2014B150、骨鋸BJP311003）；吸入麻醉機（邁瑞WATO EX-55）；掃描電鏡（日立S-4700）；石蠟切片機（萊卡RM2135）；顯微鏡（萊卡DM750）。

舒泰（法國維克）；速眠新（敦化圣達）；異氟烷（河北一品）；甲醛（國藥集團）；戊二醛（南京森貝伽）；鋨酸（阿法埃莎）；乙醇（國藥集團）；碘伏（上海利康）；0.9%氯化鈉注射液（河北天成）。

1.2 方法

1.2.1 實驗動物及分組

Beagle犬（南京亞東實驗動物研究中心提供），15 kg，檢疫合格，適應飼養7天，經過動物倫理審查。

試驗組：第3、5、7、9、11、13椎骨，使用超聲骨刀系統（片狀和球狀刀頭）。

對照組：第4、6、8、10、12、14椎骨，使用高速磨鉆和骨鋸。

1.2.2 手術過程

動物麻醉后，俯臥位固定，連接呼吸機、監護儀，背部術區剃毛、消毒、鋪單。作頸背后正中縱切口，逐層切開皮膚、皮下組織、深筋膜，直達棘突，鈍性剝離椎旁肌，充分暴露椎板。術中注意止血。

試驗組在雙側椎板外緣以球形刀頭開槽，保留內層皮質骨，以片狀刀片沿棘突正中劈開棘突，注意保護硬脊膜，將椎板向兩側掀起，完成雙開門。對照組在雙側頸椎外緣以高速球形磨鉆開槽，保留內層皮質骨，然后以骨鋸沿棘突正中劈開棘突，當骨鋸片接近椎板的內層皮質骨壓力增大時，降低鉆速，并使骨鋸在剛好鋸開內層皮質骨時停止，掀起椎板完成開門。注意骨鋸鋸開椎板內層皮質骨時有比較明顯的“卸力”感[9]。

術中對比觀察兩組椎板骨皮質和骨松質的顏色及斷面滲血情況。完成所有椎板雙開門手術后，對動物進行安樂死，沿椎體上下軟骨終板切取各節段脊柱，試驗組和對照組各取3節段椎骨（3、5、7和4、6、8節段），用10%福爾馬林固定，然后脫鈣、脫水、石蠟包埋，沿橫截面切片，HE染色后光鏡觀察。試驗組和對照組另各取3節段椎骨（9、11、13和10、12、14節段），標記切割面，將椎骨置于2.5%戊二醛固定，梯度酒精脫水，液氮冷凍，2%鋨酸熏蒸表面固定，真空干燥，噴金膜，掃描電鏡觀察椎板骨組織。

1.2.3 評價指標

有效性指標：完成雙開門手術時間以及術中出血量。

安全性指標：光鏡觀察手術切割部位病理變化（包括骨質、硬膜、脊髓形態是否正常，軟組織有無凝固和損傷跡象），掃描電鏡觀察結構形態變化（包括骨質是否灼傷，膠原是否斷裂變形及骨細胞是否溶解）。

1.2.4 統計學分析

2 結果

2.1 有效性比較結果

試驗組和對照組均能有效完成脊椎骨雙開門手術，試驗組單節椎板開槽和棘突切割完成雙開門時間大于對照組，差異有顯著性（P＜0.05）。試驗組與對照組骨皮質顏色均為白色，骨松質顏色及斷面滲血量結果有明顯差異。兩組有效性比較結果，見表1。試驗組切割面骨松質滲血量較少，第3、5節段骨松質為白色，基本無出血現象，第7、9、11、13節段切割面骨松質有少量出血點，呈淺粉紅色。對照組切割面骨松質滲血量較多，可見較多出血點，呈粉紅色。

表1 超聲骨刀和高速磨鉆評價指標比較

2.2 組織病理學結果

組織病理學檢查結果顯示，試驗組和對照組骨組織周圍軟組織均可見小灶性出血，未見組織凝固、壞死表現，內外層骨皮質、骨松質結構如常，骨皮質骨板、骨松質骨小梁結構正常，脊髓硬膜及脊髓組織形態正常，未見挫傷、出血等異常改變。試驗組和對照組比較未見明顯差異，病理檢查圖片，見圖1。

圖1 椎骨及周圍組織病理圖片

2.3 掃描電鏡結果

掃面電鏡觀察結果顯示，試驗組骨切割面比較平滑而干凈，僅有少量碎片細屑及纖維，對照組骨切割面則比較粗糙，表面存在較多不平坑、碎塊細屑和纖維。對照組膠原出現斷裂，且膠原和骨細胞存在熔融變形現象；試驗組骨細胞形態正常，膠原呈自然舒展狀態，膠原纖維上有大量正常球形羥基磷灰石結晶體（圖2）。

3 討論

超聲骨刀對骨組織的切割是利用超聲刀頭的高頻振動加速度產生切割力，由于其工作頻率和刀頭振幅控制在一定范圍內，軟組織通過彈性振動吸收少量能量的退讓機制可以避免受損[10-11]。本研究中雖然兩組均成功進行雙開門手術，未發生安全事件，但結合術者實際使用體會，手術動力裝置機械壓力大，實際操作時切開內層皮質骨的“卸力”較難控制，造成椎骨內組織機械誤傷幾率高，故需術者具有豐富經驗積累。而超聲骨刀易于操控把握，可明顯避免對椎管結構的沖擊，并實現精準切割，其組織識別功能，能有效避免血管、神經等軟組織損傷，造成意外損傷的風險明顯降低。雖然本研究中超聲骨刀切割時間略長，第一節椎骨手術所用時間最長，推測與術者適應學習有關，樣本量偏小可能也是原因之一。也有研究表明，可能截骨等操作延長了超聲骨刀手術時間，從而掩蓋了手術時間優勢[12-13]。但從實際應用角度來說，兩者手術所需時間均在可接受范圍內。另一方面，在研究中發現兩組切割面滲血量有明顯差異，超聲骨刀明顯改善了骨切面出血情況，有研究表明超聲骨刀的熱效應和空化效應，能使血管收縮、周圍組織乳化碎裂，促使血液凝固變性，產生局部止血作用，很多臨床研究也證實了這一點[14-17]。

圖2 掃描電鏡下骨組織微觀圖片

超聲骨刀和高速磨鉆在手術中均會存在局部高溫、機械振動等現象[12]，雖然臨床應用中關于超聲骨刀安全性方面得到了初步肯定[12-13,15-16]，但由于倫理限制，在體研究非常困難，缺少組織學證據。本研究應用和人解剖結構較類似的高等動物模型，通過光鏡和掃描電鏡等微觀手段觀察，比較了兩組手術骨切面的結構形態改變，從組織學角度比較驗證兩者安全性。研究表明，手術動力裝置其機械和熱能量可引起骨組織細胞的損傷，超聲骨刀系統對骨組織機械損傷較小，也未出現熱損傷情況。尤其是骨細胞和膠原纖維得到了很好的保護，而高速磨鉆則存在不同程度的骨細胞和膠原溶解，這可能是因為超聲骨刀局部產熱低，溫度升高不如高速磨鉆。但應注意，在進行切骨操作時，均需采用生理鹽水噴灑降溫，尤其是長節段切骨操作時，應保持刀頭持續移動，避免刀頭在同一部位停留時間過長，局部組織過熱，增加組織熱損傷的風險[11-12]。

綜上所述，超聲骨刀以其獨特的優越性，正逐漸被廣泛應用，今后通過大批量臨床應用的經驗積累，不斷改進使用方法，可以預見超聲骨刀將在外科中將發揮越來越重要的作用。