超声骨刀与高速磨钻在犬脊椎骨双开门手术中的应用比较
引言
随着医疗技术的发展，外科手术对精准度及安全性的要求逐渐提高，在加强外科医师手术技能的同时，新型手术器械以其独到的优势，逐步获得手术医师的青睐[1]。在椎管扩大成形术中，传统使用高速磨钻开槽，但磨钻把持较困难，稍有不慎会对周围神经、血管等造成不可逆损伤，加之颈椎结构复杂，给手术带来较大难度[2-3]。超声骨刀作为一种新型、高效的手术器械，因其具有组织选择性、止血性能、对软组织损伤小、低产热、易操作等优势，目前已广泛应用于口腔颌面部及耳鼻喉科手术中[4-6]。但在脊柱外科领域，应用超声骨刀的安全性和有效性是否优于传统磨钻，目前正在进一步验证中[7-10]。本文应用超声骨刀和传统高速磨钻对Beagle犬脊椎骨进行双开门手术，从宏观和微观角度探讨比较两者在手术中的安全性和有效性，为临床应用提供参考。
1 材料与方法
1.1 主要试剂与仪器
超声骨刀系统（骨刀：UQD03407A、UMD03713A）和手术动力装置（高速磨钻DR2014B150、骨锯BJP311003）；吸入麻醉机（迈瑞WATO EX-55）；扫描电镜（日立S-4700）；石蜡切片机（莱卡RM2135）；显微镜（莱卡DM750）。
舒泰（法国维克）；速眠新（敦化圣达）；异氟烷（河北一品）；甲醛（国药集团）；戊二醛（南京森贝伽）；锇酸（阿法埃莎）；乙醇（国药集团）；碘伏（上海利康）；0.9%氯化钠注射液（河北天成）。
1.2 方法
1.2.1 实验动物及分组
Beagle犬（南京亚东实验动物研究中心提供），15 kg，检疫合格，适应饲养7天，经过动物伦理审查。
试验组：第3、5、7、9、11、13椎骨，使用超声骨刀系统（片状和球状刀头）。
对照组：第4、6、8、10、12、14椎骨，使用高速磨钻和骨锯。
1.2.2 手术过程
动物麻醉后，俯卧位固定，连接呼吸机、监护仪，背部术区剃毛、消毒、铺单。作颈背后正中纵切口，逐层切开皮肤、皮下组织、深筋膜，直达棘突，钝性剥离椎旁肌，充分暴露椎板。术中注意止血。
试验组在双侧椎板外缘以球形刀头开槽，保留内层皮质骨，以片状刀片沿棘突正中劈开棘突，注意保护硬脊膜，将椎板向两侧掀起，完成双开门。对照组在双侧颈椎外缘以高速球形磨钻开槽，保留内层皮质骨，然后以骨锯沿棘突正中劈开棘突，当骨锯片接近椎板的内层皮质骨压力增大时，降低钻速，并使骨锯在刚好锯开内层皮质骨时停止，掀起椎板完成开门。注意骨锯锯开椎板内层皮质骨时有比较明显的“卸力”感[9]。
术中对比观察两组椎板骨皮质和骨松质的颜色及断面渗血情况。完成所有椎板双开门手术后，对动物进行安乐死，沿椎体上下软骨终板切取各节段脊柱，试验组和对照组各取3节段椎骨（3、5、7和4、6、8节段），用10%福尔马林固定，然后脱钙、脱水、石蜡包埋，沿横截面切片，HE染色后光镜观察。试验组和对照组另各取3节段椎骨（9、11、13和10、12、14节段），标记切割面，将椎骨置于2.5%戊二醛固定，梯度酒精脱水，液氮冷冻，2%锇酸熏蒸表面固定，真空干燥，喷金膜，扫描电镜观察椎板骨组织。
1.2.3 评价指标
有效性指标：完成双开门手术时间以及术中出血量。
安全性指标：光镜观察手术切割部位病理变化（包括骨质、硬膜、脊髓形态是否正常，软组织有无凝固和损伤迹象），扫描电镜观察结构形态变化（包括骨质是否灼伤，胶原是否断裂变形及骨细胞是否溶解）。
1.2.4 统计学分析
对试验组和对照组的相关结果进行统计学处理，用
±s表示，组间差异采用t检验，P＜0.05表示差异有统计学意义。组织病理检查和扫描电镜观察仅对试验结果进行描述。
2 结果
2.1 有效性比较结果
试验组和对照组均能有效完成脊椎骨双开门手术，试验组单节椎板开槽和棘突切割完成双开门时间大于对照组，差异有显著性（P＜0.05）。试验组与对照组骨皮质颜色均为白色，骨松质颜色及断面渗血量结果有明显差异。两组有效性比较结果，见表1。试验组切割面骨松质渗血量较少，第3、5节段骨松质为白色，基本无出血现象，第7、9、11、13节段切割面骨松质有少量出血点，呈浅粉红色。对照组切割面骨松质渗血量较多，可见较多出血点，呈粉红色。
表1 超声骨刀和高速磨钻评价指标比较
注：*与高速磨钻组比较P＜0.05。
组别 手术节段 (节)无出血、少量出血点高速磨钻组 6 4.5±0.5 白色 粉红 较多出血点骨皮质颜色手术时间(min)骨松质颜色断面渗血量超声骨刀组66.7±1.4*白色白色、浅粉红
2.2 组织病理学结果
组织病理学检查结果显示，试验组和对照组骨组织周围软组织均可见小灶性出血，未见组织凝固、坏死表现，内外层骨皮质、骨松质结构如常，骨皮质骨板、骨松质骨小梁结构正常，脊髓硬膜及脊髓组织形态正常，未见挫伤、出血等异常改变。试验组和对照组比较未见明显差异，病理检查图片，见图1。
图1 椎骨及周围组织病理图片
注：a. 试验组周围软组织；b. 试验组骨皮质、骨松质；c. 试验组硬膜、脊髓组织；d. 对照组周围软组织；e. 对照组骨皮质、骨松质；f. 对照组硬膜、脊髓组织。HE×100。
2.3 扫描电镜结果
扫面电镜观察结果显示，试验组骨切割面比较平滑而干净，仅有少量碎片细屑及纤维，对照组骨切割面则比较粗糙，表面存在较多不平坑、碎块细屑和纤维。对照组胶原出现断裂，且胶原和骨细胞存在熔融变形现象；试验组骨细胞形态正常，胶原呈自然舒展状态，胶原纤维上有大量正常球形羟基磷灰石结晶体（图2）。
3 讨论
超声骨刀对骨组织的切割是利用超声刀头的高频振动加速度产生切割力，由于其工作频率和刀头振幅控制在一定范围内，软组织通过弹性振动吸收少量能量的退让机制可以避免受损[10-11]。本研究中虽然两组均成功进行双开门手术，未发生安全事件，但结合术者实际使用体会，手术动力装置机械压力大，实际操作时切开内层皮质骨的“卸力”较难控制，造成椎骨内组织机械误伤几率高，故需术者具有丰富经验积累。而超声骨刀易于操控把握，可明显避免对椎管结构的冲击，并实现精准切割，其组织识别功能，能有效避免血管、神经等软组织损伤，造成意外损伤的风险明显降低。虽然本研究中超声骨刀切割时间略长，第一节椎骨手术所用时间最长，推测与术者适应学习有关，样本量偏小可能也是原因之一。也有研究表明，可能截骨等操作延长了超声骨刀手术时间，从而掩盖了手术时间优势[12-13]。但从实际应用角度来说，两者手术所需时间均在可接受范围内。另一方面，在研究中发现两组切割面渗血量有明显差异，超声骨刀明显改善了骨切面出血情况，有研究表明超声骨刀的热效应和空化效应，能使血管收缩、周围组织乳化碎裂，促使血液凝固变性，产生局部止血作用，很多临床研究也证实了这一点[14-17]。
图2 扫描电镜下骨组织微观图片
注：a. 试验组可见形态正常的骨细胞（×2000）；b. 对照组中骨细胞热熔变形（×2000）；c. 试验组骨组织呈立体三维结构，有脊、沟，羟基磷灰石结晶体为正常球形（×15000）；d. 对照组骨组织熔融后干涸凝结块，呈平面结构，未见羟基磷灰石结晶体（×15000）；e. 试验组胶原纤维交织，立体结构明显呈自然舒展状态，未见明显断裂，羟基磷灰石结晶体成球形（×15000）；f. 对照组多处胶原纤维断裂，且呈现热熔后收缩变形凝结状态，羟基磷灰石结晶体熔融变形（×15000）。
超声骨刀和高速磨钻在手术中均会存在局部高温、机械振动等现象[12]，虽然临床应用中关于超声骨刀安全性方面得到了初步肯定[12-13,15-16]，但由于伦理限制，在体研究非常困难，缺少组织学证据。本研究应用和人解剖结构较类似的高等动物模型，通过光镜和扫描电镜等微观手段观察，比较了两组手术骨切面的结构形态改变，从组织学角度比较验证两者安全性。研究表明，手术动力装置其机械和热能量可引起骨组织细胞的损伤，超声骨刀系统对骨组织机械损伤较小，也未出现热损伤情况。尤其是骨细胞和胶原纤维得到了很好的保护，而高速磨钻则存在不同程度的骨细胞和胶原溶解，这可能是因为超声骨刀局部产热低，温度升高不如高速磨钻。但应注意，在进行切骨操作时，均需采用生理盐水喷洒降温，尤其是长节段切骨操作时，应保持刀头持续移动，避免刀头在同一部位停留时间过长，局部组织过热，增加组织热损伤的风险[11-12]。
综上所述，超声骨刀以其独特的优越性，正逐渐被广泛应用，今后通过大批量临床应用的经验积累，不断改进使用方法，可以预见超声骨刀将在外科中将发挥越来越重要的作用。
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