椎間融合器研究進展

摘要：腰椎退行性滑脫、節段性不穩、椎間盤源性疾病、外傷性腰椎滑脫所致腰椎失穩引起的下腰痛、肢體運動感覺障礙，對非手術治療無效者一般都需行腰椎固定融合術。近年來隨著材料學和生物力學的進步，椎間融合器（cage）越來越多的用于腰椎融合術。本文擬就椎間融合器發展歷史、使用優點及并發癥、不同類型椎間融合器的使用、單雙型椎間融合器使用療效對比作一綜述。

關鍵詞：椎間融合器；腰椎退行性疾病

1腰椎椎間融合器發展歷史

Cloward等[1]早在50年代便相繼提出在椎管減壓后椎體間植骨以促進脊柱融合的設想，并應用于臨床。然后在隨后的臨床應用中，單純椎間植骨暴露出不少缺陷：①椎體不融合率高且易形成假關節，各家報道不一，可達5%～35%[2]；②Dennis[3]等認為幾乎在100%的患者有術后椎間隙高度丟失，不能從根本上解決根管狹窄，小關節承受異常應力等問題，為了克服這些不足之處，一種被稱為\"Bagby籠子\"的不銹鋼中空內置物由Bagby設計出，起初是用來治療馬頸椎Wobbler綜合征。從 1983年起Bagby和Kuslich在一些機械工程師的幫助下，專門為人體設計出一種類似\"Bagby\"籠子的既堅強又有空隙的網籠結構，即cage裝置，作為脊柱內置物，稱為BAK-cage ，中間可容納松軟的移植骨。這種內置物的強度足以中和椎體間的巨大應力，并于1988年首次報道[4]。此后隨著材料和工藝的不斷改進，種類繁多的cage在椎體間融合技術中得以推廣應用。目前使用的具代表性的 cage可按手術入路歸納為3類[5]：①用于前路椎間融合（ALIF）的cage，如楔形的Synthys-cage，圓柱形的Danek-cage，垂直放置的Moss-cage，帶鋼板的cage等；②用于后路椎間融合（PLIF）的cage，如圓柱中空BAK-cage，線形螺紋狀Ray-TFC，開放性的方柱形CFRP-cage等。近年來國產不銹鋼 TEC開始在臨床試用；③用于外側入路椎間融合的單枚長柱形BAK-cage。目前通用的cage材料有不銹鋼、鈦合金和碳素纖維，可吸收材料正在研究中。Cage 的尺寸依不同部位有不同規格，在腰骶椎一般選用直徑 14～18 mm中到大號的cage作為椎間融合器。

2使用cage行腰椎融合的優點及并發癥

現如今，椎弓根螺釘系統加cage椎間植骨融合已成為腰椎滑脫手術治療的經典應用。Cage作為植骨的載體，基于\"撐開一加壓\"原理，以其堅固的支撐作用，對脊柱的軸向載荷起到了有效的承擔和分擔作用。Cage植入優點在于即刻穩定滑脫椎體，撐開椎間隙，維持椎間高度，恢復椎管容積以及神經通道的高度和面積，為椎體間植骨融合提供了良好的生物力學環境[6]。Cage 單獨在腰椎應用時易出現較高的并發癥。因為cage雖能有效承受壓力載荷，但對牽張力卻無任何控制，因此在伸、屈運動牽張力作用下，極易發生移位、脫出或是穿透上、下終板進入松質骨內。而椎間融合器與椎弓根螺釘系統相結合則可明顯降低并發癥的發生。二者聯合應用優點在于：融合器承擔了椎間的軸向壓力載荷，充分分擔了椎弓根螺釘的壓應力[7]，而椎弓根螺釘又有效控制了節段間的伸、屈運動，去 除了椎間融合器所受的伸、屈牽張力。融合器可使脊柱前、中柱穩定性提高，而 后柱穩定性差，椎弓根內固定系統可使脊柱后柱穩定，而前、中柱穩定性差，所以二者聯合使用可獲得前、中、后三柱良好的穩定性，最符合Dennis 三柱理論，能協同提供真正意義上的三維固定，可最大程度地防止內植物因應力集中所導致的斷棒、拔釘及cage變形、錯位等并發癥出現，提高腰椎滑脫癥治療的療效。盡管使用cage可以達到較高的融合率，但仍不可避免的出現并發癥，包括與手術操作有關的并發癥和融合器本身的并發癥。文獻報道[8]的有：①神經根或馬尾損傷，②硬膜撕裂；③內臟損傷（如腸梗阻，血管破裂，泌尿生殖系統損傷等），主要見于前路手術；④融合器移位或脫出；⑤融合器破裂；⑥醫源性椎間盤突出（見于經腹腔鏡手術者）；⑦椎間隙感染；⑧椎間隙塌陷；⑨融合失敗。

3不同類型椎間融合器（cage）比較

椎間融合器（Cage）的種類很多，如前上所述按手術入路可以分為3類，而按外形功能主要分為[9]螺紋狀融合器（以BAK，TRc為代表）；箱形融合器（以Brantigan1/Fcage為代表）和垂直環狀融合器（以Harm-mesh鈦籠為代表）3種。對比如下。

3.1螺紋狀融合器 該型cage設計基于Bagby提出的\"支撐一壓縮穩定（distrac-don-compressionstabilization）\"原理，即在融合節段的肌肉、韌帶和纖維環的持續張力作用下，兩個椎體與嵌合于其中的融合器達到三維超靜力學固定；同時其表面螺紋在旋人上下終板后有自穩作用。兩者結合提供足夠的支撐力和抗屈伸、側彎、旋轉應力，為骨生長提供良好的生物力學環境。李建明等[9]認為RF系統和單枚BAK椎間融合器聯合應用是治療腰椎滑脫的一種有效和可靠方法。后路椎問植骨融合術（PLIF）一直是腰椎融合術中最經典的手術方法，加上有內固定的保護，愈合率較高。但術中植骨塊要求嚴格，必須帶三面皮質骨的髂骨塊，大小形狀要合適；另外還存在術后供骨區酸痛，植骨塊被吸收，螺釘斷裂等并發癥。BAK椎間植骨融合器的出現，較好的解決了上述問題，它可作為脊柱前中柱穩定可靠的椎體間軸向載荷，既穩定了脊柱，又為植骨提供了良好的內環境，同時分散了椎弓根釘內植物承擔的部分應力。

3.2箱形融合器 該型cage材料為碳纖維，可透X射線，易于進行融合觀察，是目前國外應用最廣的融合器。目前有類似結構的是以鈦金屬為材料的箱形cage。兩者均用于后路椎間融合，須結合椎弓根內固定系統同時使用。相關文獻[10]研究發現與國內普遍使用的水平圓柱狀融合器相比，使用方形的碳纖維融合器，增大了終板的接觸面積，其空心結構大于圓柱狀融合器，可填充大量松質骨，非常有利于植骨的融合。同時該融合器具有足夠的力學強度，其彈性模量接近于椎體皮質骨，減小了金屬融合器如TFC等產生的應力遮擋及下沉風險，有利于植骨融合，更適用于骨質疏松患者。

3.3垂直環形融合器 90年代由Harms設計的Harms-mesh鈦籠是目前應用最為廣泛的融合器之一。與前2種設計不同的是，該型融合器是垂直放置的。可在術中根據融合需要剪切鈦籠調整高度。一般應用于前路融合，并需要配合前路或后路的固定。

4單、雙型椎間融合器使用對比

如前所述，椎間融合器的使用具有增加融合術后的穩定性、減少術后硬膜及神經根的黏連等優點，但需要指出的是，椎間融合器作為一種生物力學材料，其價格往往不菲。尤其是在我國這樣一個發展中國家，人民生活還不太富裕，因而這一問題的研究具有極強的現實意義。為解決這個問題，國內外學者做了大量的研究工作，K.T.Suh[11]等研究發現使用自體骨碎片充填的cage的腰椎后路融合手術都有較低的并發癥發生率和較高的融合率，與使用單cage還是雙cage無關；李欽亮等[12]發現使用單枚箱型cage與雙枚箱型cage行椎間融合聯合椎弓根內同定系統均是治療腰椎不穩癥的有效治療方式，二者在緩解下腰部疼痛、椎間融合率方面效果顯著。單枚箱型cage行椎間融合聯合椎弓根內同定系統行PLIF手術具有手術時間短，出血量少，創傷小，患者醫療費用少等優點，值得臨床推廣應用；范子文等[13]通過生物力學分析發現，單枚椎間融合器置入與雙枚椎間融合器置入的脊柱節段在垂直方向上的生物力學差異無顯著性， 不會增加術后早期下地活動引起螺釘折斷及椎體塌陷的機會，因此應用椎弓根螺釘內固定加后路單枚椎間融合器斜行植入進行腰椎間融合的手術方法是可行的。楊軍林等[14]證明選用單枚椎間融合器斜行植入結合椎弓根螺釘固定的后路椎體間融合方法能夠達到雙枚椎間融合器置入的效果。邵詩澤等[15]認為單枚椎間融合器植骨融合短節段椎弓根螺釘內固定是治療腰椎失穩癥比較可靠的方法，能很好地維持椎間隙的高度和節段的穩定。

5結論

綜上所述，使用cage的腰椎融合內固定術作為一項治療腰椎退行性疾病的成熟技術，正隨著生物力學及臨床研究的深入和完善，而被越來越多的骨科醫生所掌握。其提供優異的節段穩定性及為植入骨創造的良好融合環境等特點已為廣大脊柱外科醫生認可。隨著技術的發展，椎間融合器的種類和椎間植骨填充材料將越來越多，在可預見的將來，可吸收性cage將應用于臨床，從而更好的為患者服務。但如何減少cage使用帶來的并發癥還值得我們進一步探討和研究。而對于單、雙枚cage的使用對比結果已不言而喻，單枚cage的使用不僅能達到雙枚cage使用的融合和固定效果，而且能減少手術并發癥和縮短住院時間，更重要的是能為患者節省醫療費用，值得大范圍推廣應用。

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