来源：中南大学湘雅二医院脊柱外科
作者：徐洁涛 王冰
过去的二十年，现代脊柱外科专业领域，尤其在非融合、界面融合、畸形矫正、脊髓刺激和机器人辅助等新技术方面，进入了发展的快车道，取得了令人欣喜的成就。新理论、新技术和新方法层出不穷，百花齐放。然而，如何科学对待、客观分析和理性应用这些成果?
“文章合为时而著”，2018年，脊柱界著名杂志《Spine》邀请了Lenke等多位来自世界各地的著名脊柱外科专家，根据在美国宾夕法尼亚州奥杜邦市举行的第四届肌肉骨骼教育研究年会上精心策划的专题进行了系统总结，并以增刊形式发表。笔者现将其中精华内容翻译整理，以期有助于读者了解脊柱前沿动态。
骨科在线脊柱专业副主编
中南大学湘雅二医院脊柱外科
王 冰
机器人应用——潮流还是噱头
(Nicholas Theodore，马里兰州巴尔的摩约翰霍普金斯湾景医疗中心神经外科)
1908年，Victor Horsley和Robert Clarke首次提出“立体定向”的概念，即应用Cartesian坐标系统在颅骨外标记定位颅内点的方法。使用计算机断层扫描的现代立体定位整合由David Roberts于1986年研发。
2001年，美国食品药品监督管理局(FDA)审查许可达芬奇手术系统在普外科腹腔镜手术中使用，标志着机器人辅助手术新时代的到来。
2004年，第一台脊柱外科机器人手术系统，SpineAssist，(MazorRobotics Ltd.，Casesarea，Israel)接受FDA的审查并获得许可。
2017年，ExelsiusGPSTM(Globus Medical Inc.，Audubon，PA)亦获得FDA许可。ExelsiusGPSTM具有自动化精度、可重复结果、有效整合，自动登记、限制运动的安全性和对患者运动自动校正等等优点，解决了既往机器人系统的诸多不足。
在脊柱外科领域，迄今为止，机器人(RASS)的角色一直是辅助椎弓根螺钉植入，其有效性和安全性已得到验证，并可减少手术室团队的辐射暴露。随着新型末端执行器和软件的出现，RASS有许多更明亮的应用未来，尤其对于复杂脊柱疾患的治疗，如成人脊柱畸形。
成人畸形截骨矫正具有较高的并发症发生率，包括植入物失败、近端交界性后凸和持续性矢状面序列异常。RASS在减少这些并发症方面可能发挥重要作用。
由于术中工作与术前计划不匹配，常发生持续性矢状面异常。RASS的使用将使精确的截骨成为可能，能够精确地匹配术前计划以得到预期的矫正效果。
另外，在微创脊柱外科领域，应用RASS可以进行侧入路椎间融合及经皮椎弓根螺钉，从而避免开放性手术相关并发症。
成人脊柱畸形长节段经皮内固定具有挑战性。传统的髂骨螺钉需要使用连接器，经皮完成连接操作较为困难。解决方案包括：应用S2髂骨翼螺钉，螺钉植入后与椎弓根螺钉平行，使得经皮放置棒成为可能；另外，机器人辅助可以使螺钉置入更为精准。
机器人辅助下行骶髂关节螺钉置入的术前计划窗口_Mazor机器人
自2004年以来，脊柱机器人技术Mazor 系统(Mazor Robotics， Caesarea， Israel)已经在美国使用；然而直到2011年，SpineAssist才得到重视；到2015年，已安装的SpineAssist虽然不到100个，但美国每年有超过3000例机器人手术，机器人产业预计将从2016年的40亿美元增长到2021年的68亿美元，脊柱外科机器人技术很可能会紧随发展。
目前的脊柱机器人只是充当向导，帮助工具定位在理想的位置或轨迹，使得椎弓根螺钉的精确放置成为可能。
然而，其未来存在着巨大的机遇，如外科医生可以用机器人磨除椎板，或者进行截骨手术。改进的用户界面，如类似于达芬奇机器人的带有运动传感器的手套，可使机器人能够在脊柱手术中进行更复杂的组织操作。
脊柱手术中的机器人将继续作为一种提高安全性的工具而得到发展，并帮助提高术者在手术室中的效率和能力。
脊髓电刺激治疗腰椎手术失败综合征——可不可行
脊髓电刺激(SCS)已成为治疗慢性难治性下腰痛(CLBP)的重要工具。腰椎手术综合征(FBSS)在腰骶部手术患者中发生率约为30%。文献显示，对于持续性或复发性CLBP，再手术的失败率很高。
因此，电神经调节作为一种治疗CLBP方法得到了不断的发展，目前针对脊髓电刺激疗法治疗腰椎手术综合征是否可行，业内尚存在争议。
SCS治疗CLBP：可行
(Mohammed Issa，马萨诸塞州波士顿布莱根妇女医院)
研究表明，目前已有高水平的证据显示传统强刺激治疗伴随肢体疼痛的慢性难治性下腰痛的功效和安全性，而无感觉异常的高频刺激和爆发式刺激治疗相对于传统刺激治疗而言更具优势。
爆发式脊髓电刺激治疗下腰痛和腰背痛
背根神经节刺激是另一种新颖的神经调节方式，能够提供更精准的刺激方式。有I级证据证明，背根神经节刺激和高频刺激比传统刺激更为有效。选择不同技术治疗CLBP，最主要的目标应该是以较小的干预达到最好的疼痛缓解效果。爆发式刺激提供了介于强直和无感觉异常的刺激之间的选择，用于无法忍受感觉异常或有轴性腰痛的患者。
DRG：背根神经节；SCS：脊髓电刺激
背根神经节刺激对于传统刺激方式难以覆盖的区域如脚、腹股沟等有效。这些不同的技术为慢性疼痛提供了安全、有效的选择，是可行的。
SCS治疗CLBP：不可行
(Dilip K. Sengupta，德克萨斯州曼斯菲尔德脊柱侧弯和脊柱外科中心)
虽然SCS能够治疗CLBP，但SCS的设备有诸多不足：
(1)不能对脊柱进行进一步的核磁共振(MRI)扫描，虽然一些较新的刺激器为MRI兼容的，但多数兼容性有限，因其有存在加热椎管内电极的风险；
(2)缓解轴性下腰痛有效性不足，而治疗下肢根性疼痛方面更有效。但通常根性疼痛或继发于脊柱疾病的下肢痛可通过直接手术减压获得改善。对术后出现的轴向机械性腰痛很难用通过SCS控制；
(3)设备价格昂贵，与外科手术相比未显著节约成本；
(4)经典的SCS电池寿命有限，需要定期更换；
(5)SCS的植入存在并发症，如铅的迁移。
对脊柱退行性疾病的外科干预并非最终选择。如需手术，往往亦会选择有限干预方式，即以减少风险和解决主要问题为主。例如，单纯椎板或椎间盘切除可以有效缓解根性症状或跛行，无需融合或固定。
但对于伴有椎间盘高度塌陷或退行性滑脱，最终可能出现轴向机械性腰痛或椎板切除术后不稳定。更确切地说，这是一个后遗症而非手术失败。进一步植骨融合手术可能对椎板切除术后不稳定有较好疗效，而不一定要采用SCS植入治疗。
腰背部手术后常发生退行性脊柱后凸，可能需要脊柱截骨术和长节段脊柱融合手术以恢复矢状面、冠状面平衡和纠正代偿性骨盆旋转。手术在解决脊柱脊柱后凸畸形同时可以让患者以最低耗能来获得正常的直立与行走。在该群体中使用SCS效果不佳，原因在于刺激不能减少因站立或后凸姿势行走所带来的高能量消耗引发的疲劳问题。
对于没有可行的手术方案来缓解CLBP时，如粘连性蛛网膜炎、周围神经病变等，可以考虑使用SCS治疗。下图提供2例不恰当使用SCS治疗的病例，通过移除SCS并行进一步手术治疗，情况得到改善。
57岁女性，休门氏脊柱后凸畸形(A和B)。脊髓电刺激器不能缓解症状。
取出刺激器，行脊柱截骨术(C、D)后，患者的症状得到很好改善，畸形获得矫正
65岁女性，椎板切除术后L5/S1椎体滑脱用脊髓电刺激器治疗失败(A和B)，移除SCS(C和D)及滑脱复位固定，症状缓解
脊柱界面融合技术生物学视角 - 现实还是梦幻
纳米粒子表面涂层
(Ira Fedder，马里兰大学圣约瑟夫医疗中心)
组织的愈合、修复和重建需要分子和细胞过程的协调激活。生物活性植入物是指能主动影响周围细胞募集和骨整合，其正在取代过去植入的被动型装置。毫无疑问，这种改进将重塑生物力学，使其从宏观的骨性结构框架转向通过整合素和其他细胞骨架成分与周围基质细胞相互作用的框架。
从宏观到微观再到纳米环境，在特定的长度尺度上，从细胞到分子水平上，利用非机械途径，通过改进表面特性来促进骨融合，是具有划时代意义的技术变革。
既往研究证明，简单粗化的钛表面可以增加细胞的粘附和生长。在适当的环境中，阳极氧化钛不仅可以提高纳米管在体外环境中的黏附力，还可以促进细胞增殖。在活体动物研究中，当放置在经皮针(如外固定系统中的经皮针)上时，使用阳极氧化处理制造钛纳米管可获得更好的愈合和组织贴壁。
脊柱植入物的表面处理
(Christopher D. Chaput，德克萨斯大学健康科学中心)
植入物界面的炎症和血运重建发生的最初几周，可能是骨愈合最关键的时期。表面、化学和结构的改变可以促进早期肉芽形成，并通过促进局部干细胞和骨祖细胞分化为成骨细胞，促进炎症期后骨愈合的进展。
大量经验表明，钛特别有利于骨整合。过去认为，钛表面在体内迅速氧化后就不会再发生反应。而最近的数据表明，氧化钛和磷酸钙之间可能在化学层面上负责骨的整合。
然而，促进远距离骨生长重建(如椎间隙)可能需要不同于传统的钛表面处理和羟基磷灰石涂层技术。大量研究表明，改变表面粗糙度或在钛表面覆盖羟基磷灰石等材料可以增强骨整合，但只有达到纳米级，才会有表面骨整合的细胞反应。
将钛置于电解液中进行电化学阳极氧化，氧化钛纳米管阵列可以在表面自组装。2个纳米管阵列在15-40nm范围内可增强细胞活性和分化，可能是通过基于整合素的局部接触。
有趣的是，50纳米阵列具有负面影响，但当将纳米管阵列增加到100纳米范围时，细胞活性再次得到改善。多数涉及到纳米级表面效应的研究表明，纳米管、纳米颗粒的大小影响着材料的晶体结构和其他表面预处理。
在结构层面上，最近的研究表明，向植入物表面成骨细胞黏附传递适量的拉伸应变可以促进骨形态发生蛋白2的生成，其机理可能是由于机械力作用于局部细胞黏附，从而刺激了信号级联的启动。
目前业内正在尝试利用材料/化学、纳米级表面和结构重建对细胞活动和分化的影响来设计体内植入物，此类技术极富有前景。在获得更可靠的临床数据之前，了解细胞水平的相关机制，可能有助于临床医生对植入物设计做出有价值的判断。
脊柱植入物表面技术
(Paul J. Slosar教授，旧金山脊柱研究所)
随着对纳米级表面特性研究的深入，脊柱植入物表面技术越来越受到商业和科学的关注。这些受生物学启发的表面特征可以被单个细胞“感知”，从而刺激成骨细胞分化，最终促进快速骨形成和骨整合。
为了能够与细胞膜进行相互作用，器械必须具有亚微米规模。纳米技术(10-9)在分子水平上直接与细胞相互作用，产生特定细胞反应来促进融合骨生成，而多孔或微米尺度(10-6)融合骨则无法做到。
通常有两种技术制造植入物：
第一个是添加(涂层/3D打印)法，其中钛层被喷涂到表面，这种方法需要复合材料表面粘合，使其更易于压紧碎片和分层。如果不进行后期加工，添加物就无法达到纳米级特性；
第二种方法是删减法，钛经处理后留下独特的微米(10-6)和纳米(10-9)表面织构，不但不会削弱材料，反而会使其表面在机械嵌入力的作用下保持稳定。
生物力学数据表明，表面覆盖等离子喷涂钛(添加法)的聚醚醚酮(PEEK)植入物可因层离作用产生脱层磨损颗粒，由于慢性炎症反应和骨溶解现象，这些颗粒可能导致手术最终失败，而纳米技术(删减法)则不会出现此现象。
电镜扫描图。钛涂层PEEK cage(左)以及纳米技术(删减法)cage(右)；
表面覆盖等离子喷涂钛(添加法)的聚醚醚酮(PEEK)植入物可因层离产生脱层磨损颗粒，而纳米技术(删减法)未见表面破坏
在无生物激活剂或添加剂的情况下，钛纳米结构表面可上调骨形态发生蛋白的生成，上调血管长入和破骨细胞稳定性相关因子，促进自然生理骨形成。已发表文献表明，微小的表面修饰可以显著改善纳米表面钛植入物的成骨性能，而聚醚醚酮植入物会产生与炎症、纤维化和细胞坏死相关的因子。
最近数据显示，多孔聚醚醚酮的矿物质沉积效果较之光滑聚醚醚酮更好，但只有在培养基中添加成骨激活剂时才会更佳。
值得注意的是，在所使用纳米钛研究中未使用生物添加剂，仍可以刺激细胞反应。这种材料与纳米结构的结合会促进成骨因子生成，而并非需要外源添加剂结合。
目前为止，只有一种脊柱纳米表面植入物通过了美国食品药品管理局(FDA)认证。脊柱植入物表面的纳米技术是一项具有颠覆性的技术进步，具有改善临床结果的潜力。基于此，具有纳米织构表面的钛已经成为在分子水平上与细胞直接作用，促进骨融合的最佳选择。
参考文献：
April 4 , 2018, Spine, 43-7S
作者简介
徐洁涛
中南大学湘雅二医院脊柱外科，硕士研究生，师从国内脊柱外科专家王冰教授
王冰
教授、主任医师，博士生导师
现任中南大学湘雅二医院脊柱外科和湖南省脊柱外科治疗中心副主任，脊柱外科研究室主任。
担任中国康复医学会脊柱脊髓专业委员会青年委员会副主任委员；中国医促会骨科疾病防治委员会脊柱内镜学组副主任委员；中国医师协会骨科医师分会微创专业委员会微创融合学组副组长；中华中医药学会脊柱微创专业委员会常委暨经皮内镜技术研究组副主任委员；中华医学会骨科学分会基础学组委员；中国骨科菁英会脊柱创始会员和执委；中国SICOT骨科分会基础学组常务委员；国际侧方入路手术学会中国部副主任委员；AOSpine中国部讲师；中国脊柱脊髓杂志常务编委；国际The Spine Journal 和Spine杂志中文版编委；湖南省康复医学会脊柱脊髓专业委员会主任委员；湖南省医学会骨科学分会常委；湖南省遗传学会常务理事；白求恩公益基金会骨科基层教育委员会常委和手术指导专家等职。
擅长内镜微创脊柱外科和各类复杂脊柱畸形的矫治。在国家级和国际核心刊物上以第一作者和通讯作者发表论文100余篇，SCI论文30余篇, 主编和参编专著10余部，主持国家自然科学基金4项。
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