第四章 骨科微创的现状及微创技术的种类
微创外科经历了较长的发展历史，问世于20世纪60年代的关节镜被认为是骨科领域最早期的微创术式。20世纪70年代以来，随着医学模式向“生物-心理-社会”医学模式的转变和外科疾病整体治疗观念的形成，推动了微创外科的发展。1985年英国泌尿外科医师Payne和Wickham首次提出“微创外科（minimally invasive surgery，MIS）”的概念，但当时并未引起广泛的关注。直到1987年法国医师Mouret成功施行了世界首例腹腔镜胆囊切除术以后，“微创外科”才逐渐被广泛接受。20世纪后期，由于微电子学、光学、材料学、现代工艺、计算机信息处理和实时成像、三维结构重建等的进步，特别是内镜、腔镜和介入治疗等技术的出现，以及人们对健康和美容提出的更高的要求，促进和加速了微创外科的快速发展。同时，人们也开始用循证医学方法对微创技术的应用进行总结。
所谓微创系指微小创伤（minimally invasive）。顾名思义，微创外科是指以最小的侵袭和最小的生理干扰达到最佳外科疗效的一种新的外科技术，它不是独立的新学科或新的分支学科，而是一种比现行的标准外科手术具有更小的手术切口、更佳的内环境稳定状态、更轻的全身反应、更少的瘢痕愈合、更短的恢复时间、更好的心理效应的手术。不难看出，微创外科绝不等于传统外科手术，也不等于单纯的“小切口”外科。微创技术是一个广义的名词，它有着比单用内镜、腔镜、介入、小切口、显微外科、定向引导外科等更为广泛的内涵。同时微创技术也只是一个相对的概念，随着科技的进步和外科学的发展，新的创伤更小的治疗方法不断涌现，人们对创伤与组织修复过程及机制的认识不断深化，微创技术的内涵将逐步丰富、完善和发展，今天我们认为是微创的治疗，不久的将来必将成为传统外科的一部分。目前，微创外科已由早期传统的内镜、腔镜技术逐渐进展到由影像学、信息科学、遥控技术等高新技术组合的计算机辅助微创技术。
微创涵盖了外科的理念和技术，在临床工作中应以微创理念为指导，微创技术为保证。作为一种理念，微创是外科学追求的境界，但对微创的认识不能单纯局限在手术上。需要指明的是，并非所有外科手术都适宜用微创技术来进行，医师更不应以牺牲治疗效果来一味追求微创手术。例如关节镜下手术治疗关节肿瘤就可能出现关节内种植的不良后果。Joyce等曾报告位于股骨远端和胫骨近端的原发性骨肿瘤11例和骨囊肿1例，经关节镜活检，有4例出现膝关节内种植，使关节外的病变扩展为关节内的病变。
尽管传统的外科手术已经取得非常出色的成就，但人们同时也认识到外科手术是一柄双刃剑，它在去除病灶的同时，也可因手术创伤对患者带来负面效应。近年来，由于高新技术的飞速发展和在医学领域的应用，特别是内镜、腔镜、介入技术的问世和快速发展，以及医师经验的成熟和配套器械的发展，使以人为本的微创外科发展方兴未艾，在骨科领域中应用也日趋广泛。
一、骨折治疗观念的转变体现了微创技术
骨折治疗从原来强调坚强内固定达到一期愈合的生物力学观点，逐步演变为保护骨折局部血运的生物学固定达到二期骨愈合的观点，即生物的、合理的接骨术的观点。对长管状骨骨折的治疗，也由传统的解剖复位坚强固定转变为以维持长骨正常长度、不出现成角及旋转畸形、注意保护骨折局部血供的间接复位相对稳定的微创固定。通过施加牵引力间接复位，不剥离骨折部位的骨膜，尤其是不游离和复位粉碎性骨折块以免破坏其血运，行远离骨折端的固定。在内固定物的设计上，使其弹性模量接近骨骼，并采用生物降解材料或应力松弛钢板，以减少应力遮挡效应。在内固定物的选择上，注意生物固定与机械固定、髓内固定与髓外固定的结合，除关节附近或前臂骨折外，更多地采用对骨膜血运破坏较少的髓内钉，特别是带锁髓内钉或经皮钢板固定；与此同时，不断改进钢板的结构，减少钢板与骨骼的接触面积，以降低或防止局部形成的骨质疏松。此外，骨科医师应树立正确的微创观念，将医源性损伤降低到最低限度，尽量采用简便有效的方法进行稳妥固定，避免忽视非手术治疗和微创治疗的错误倾向。
二、关节镜介导的微创技术
关节镜手术是20世纪骨科技术的重大进步，自60年代应用于临床以来，极大地提高了骨科领域关节疾病的确诊率，特别是可进行许多常规手术难以完成的操作。随着关节镜性能的提高、镜下手术器械的改善和操作技术的成熟，其临床应用范围不断拓展。目前从膝关节到全身各关节，不仅可以检查诊断，而且能进行镜下的手术治疗。关节镜下手术通过很小的皮肤切口，在轻微的组织侵袭下进行，减少了手术创伤和并发症，明显缩短了治疗时间，降低了医疗费用。因此，近年来在临床上的应用得到了惊人的发展，成为骨科领域发展最快的微创外科技术，实现了许多骨科手术的微创。
膝关节是全身发病率最高的关节，关节腔较大而表浅，因此膝关节镜的应用最早也最普遍。膝关节镜下半月板损伤的治疗、前后十字韧带的重建已成为常规定型手术，镜下对关节软骨病灶的清理、打磨、微骨折的治疗等以及滑膜切除、关节粘连松解、胫骨髁间棘与胫骨平台骨折的复位等都取得了较好的临床疗效，镜下操作可最大程度减少手术创伤，简便易行。肩关节镜是继膝关节镜之后发展最快的关节镜之一，现已应用于肩关节病、肩关节损伤的诊断和组织活检，还可进行滑膜刨削、软骨面修整、异物及游离体摘除、盂唇修复、肩峰成形及肩袖损伤的小切口关节镜下手术或完全于关节镜下修补。肘关节镜手术约占所有关节镜手术的10%左右，主要应用于关节炎的清理与滑膜切除、游离体与骨赘摘除、关节粘连松解、桡骨小头切除及软骨损害成形等。髋关节镜为髋关节疾病的诊疗提供了全新的手段，作为一种微侵袭性技术，对不明原因的髋关节疼痛、髋关节骨性关节炎、盂唇病变、髋关节游离体、韧带损伤、化脓性关节炎的诊疗及滑膜病变清理等均极有价值。随着髋关节镜性能的改进和操作技术的提高，其适应证不断扩大，并有由诊断向治疗方向发展的趋势。近年腕关节镜的发展也较快，镜下可以直接观察到韧带损伤的部位、范围和程度，而且可以观察到关节软骨的损害程度和发现局部滑膜炎，并对三角纤维软骨复合体病变、腕关节不稳定及腕管综合征进行诊断和治疗，且手术切口小、创伤轻、出血少、恢复快、并发症明显低于常规手术。此外，还有踝关节镜等其他关节镜应用的报道。
关节镜技术的日臻成熟，使关节镜下的手术适应证不断扩大，激光等高新技术应用于关节镜手术中，可使镜下手术进一步简化，对关节正常生理功能干扰进一步缩小。但由于各关节的发病率和关节结构复杂程度不同，关节镜的应用程度各异；关节镜的复杂操作技术、昂贵的价格及其使用范围的局限性，限制了它的推广。
三、内镜辅助的微创技术
应用内镜技术进行脊柱外科手术始于20世纪80年代，而90年代后，经内镜脊柱外科技术有了长足的进步。目前较具临床实用价值的技术包括内镜辅助下腰椎后方或侧后方入路椎间盘摘除术、腹腔镜辅助下腰椎病灶清除术及胸腔镜辅助下胸椎病灶清除术等。最近有内镜辅助下进行颈椎间盘切除与融合的报道。
近年椎间盘镜的微创手术越来越多地应用于腰椎间盘突出症的治疗。该方法通过术前MRI、CT及术中C型臂X线机的准确定位，切口约2cm，不广泛剥离椎旁肌，只咬除少量椎板下缘骨质完成椎板开窗，进行侧隐窝清理、扩大及髓核摘除术，在保证神经根充分减压的基础上，不干扰正常的脊柱的生物力学结构，具有切口小、出血少、康复快等优点，术后1周即可自由活动，但手术适应证较窄。
胸腔镜辅助胸椎间盘切除、脊柱畸形的前路松解及矫形融合固定、脊柱骨折的前方减压和重建、胸椎病灶活检、清除、感染的清创引流等是近年兴起的微创治疗新技术。Newton等对34例脊柱畸形患者分别采用胸腔镜辅助微创手术（16例）与开胸手术（18例）治疗，结果脊柱侧凸矫正率分别为56%和60%，后凸矫正率分别为88%和94%，失血和并发症两组相似。还有研究认为从组织学、生物力学及影像学上比较，胸腔镜下进行的融合手术与开放式手术并无明显区别。
腹腔镜可经腹腔达到腰椎，也可通过后腹膜充气技术，将腹腔镜经腹膜后放至腰椎病灶处，然后用适配器械进行手术操作。采用这种技术不仅可以做经前路腰椎间盘摘除或腰椎病灶清除，还可施行腰段脊柱的融合手术，目前已有专用内镜和整套的专用器械推出，并为越来越多的人所接受。Hermantin等将经保守治疗无效、无椎管狭窄的60例腰椎间盘突出症患者随机分为2组，分别采用内镜辅助的微创椎间盘手术与常规手术摘除治疗，结果2组疗效相似，但前者能直视椎间盘突出的部位及受累的神经根，患者术后应用止痛药的剂量大为减少，平均住院时间缩短，较早恢复正常工作。无论动物实验还是临床试验均表明经腹腔镜下的腰椎手术较经后腹膜腔入路创伤小，并发症少，手术操作较容易。
经腹膜外内镜下置入椎体间融合器（Cage）是腰椎节段性不稳定及退变性椎间盘病变治疗方法中发展迅速且具较多优点的现代外科技术。McAfee等采用这种技术从侧方放置Cage或骨皮质环治疗了18例腰椎疾病患者，结果所有患者均未出现手术并发症，平均住院时间2.9天，平均随访时间24.3个月，未发现Cage移位、假关节及明显下沉。作者认为，该技术可避免损伤腹膜和腹部大血管，术野显露清楚，操作简便，并发症少，尽管例数较少且未设对照组，但展示了良好的前景。
通常内镜辅助下的微创骨科手术具有创伤小、术后恢复快、住院时间短等诸多优点，是一个很有价值、值得研究和应用的方向。但由于其显露、治疗范围受到一定的限制，远期疗效有待进一步评估，而现阶段由于该技术对人员的要求高，加上设备昂贵，故尚难以在临床上普遍推广应用。
四、经皮微创技术
应用经皮穿刺技术治疗脊柱疾病始于20世纪60年代。最初采用X线透视监测，将蛋白酶注入病变的椎间盘治疗某些经保守治疗无效的单纯性腰椎间盘突出症。但该手术并发症较多，远期疗效受到质疑。70年代后期在此基础上加以改进，在病变的椎间盘内置入套管并通过套管用特制器械对髓核组织进行机械切割，使并发症有所降低。90年代有人通过置入椎间盘的工作套管放入激光光导纤维，利用激光的能量使腰椎间盘髓核组织气化，降低了椎间盘内部的压力，减轻或解除对神经根的压迫，从而使椎间盘突出症的症状消失，达到治疗的目的。由于经皮技术创伤小、恢复快，不干扰椎管内的结构，并发症低，操作简单，疗效较满意，在临床上得到较广泛的应用。
刘晓光等报道的CT监测下经皮穿刺寰枢椎侧块关节植骨融合术，在局麻下操作，手术费用低，出血少，创伤小。术中操作及植骨均在CT监测下进行，能够精确地了解寰枢椎周围的解剖结构，操作安全，术后第1天患者即可恢复术前的各项活动。作者认为，该方法融合时间相对较短，融合率高，与其他方法相比具有明显的先进性。
经皮椎体成形术是一种在影像增强设备或CT监视下，利用微创技术将骨水泥等生物材料经皮及椎弓根注入椎体，以恢复椎体高度，防止椎体进一步塌陷和畸形，减轻患者疼痛并改善功能的新技术。该方法并发症少，安全有效，20世纪80年代后期首先由法国医师采用，随着介入放射技术的发展，该项技术的应用日益广泛，目前欧美国家报道在治疗骨质疏松椎体压缩性骨折引起的疼痛和椎体肿瘤等方面已取得较理想的疗效，可大大提高患者的生活质量，骨痛范围减小，且骨痛减轻可持续较长时间。
为了进一步提高肢体创伤治疗的临床疗效，促进骨折愈合，加速关节功能的恢复，随着微创技术与理论的推广与普及，更多的骨科医师在治疗长管状骨骨折时倾向于采用闭合复位、交锁髓内钉和经皮钢板等微创技术，以达到生物学固定的要求，而不再主张直接复位坚强内固定。由于经皮微创接骨术的手术切口较小，以恢复肢体长度、纠正轴线角度及旋转畸形为目的，在不直接暴露骨折端的情况下进行间接复位，然后进行髓内固定或通过两侧有限皮肤切口间的皮下隧道，在肌肉下方放置钢板进行桥接固定。与传统的开放手术相比，可减少对骨折局部软组织和骨膜血供的破坏，也不干扰髓腔内的血液循环，提供了较理想的组织修复生物学环境，缩短了手术时间，降低了骨不连和感染的发生率，有利于患者术后的功能康复，临床疗效较为满意。
五、计算机辅助的微创技术
近年来，计算机技术的迅速发展促进了可视化技术的进步，将物理学、电子技术、计算机技术、材料学和精细加工等多种高科技手段结合，可将透视成像系统与影像导航结合，逐渐形成了外科导航系统。通过外科导航和远程手术系统，外科医师可以开展更加复杂的手术，甚至可以不直接接触患者，而是通过计算机控制的机器人进行远距离遥控手术。目前该技术可以完成手术某一部分或为手术提供稳定的支持平台，并已应用于骨科领域的脊柱外科手术、全髋与全膝关节置换术、股骨内固定手术、膝关节成形手术、骨盆截骨与内固定手术等临床治疗中，使传统骨科手术理念前进了一大步。不仅缩小了手术切口，简化了手术操作，而且可提高手术精确度，减少手术并发症和缩短患者康复时间。
传统的手术方法对于脊柱的椎弓根钉置入术，由于X线片及CT横断扫描不能清楚显示其表面轮廓和空间结构关系，加上解剖结构复杂，达到治疗区域异常困难，往往影响内固定装置放置的准确性，而手术导航系统则可对手术区附近的结构进行三维定向和定位，安全方便。Amiot比较采用手术导航系统辅助与传统方法进行胸、腰、骶椎椎弓根钉置入准确性的差异。结果100例患者T5～S1采用传统方法固定的544枚椎弓根钉中，准确固定者仅461枚（85%），而采用手术导航系统辅助固定的50例患者T2～S1的294枚钉，准确固定者达278枚（95%），且未能准确定位的椎弓根钉后者的偏移距离也明显小于前者。因神经损伤而再次手术前者7例，而后者无一例再手术。因此，该系统可提高椎弓根钉置入的准确率，特别对颈椎采用椎弓根钉固定时，使用导航系统是较为安全的选择。
DiGionia等介绍的HipNav全髋置换手术导航系统，包括术前计划、关节运动范围模拟、术中定位和引导系统3个部分。该系统能连续准确测量骨盆位置，实时跟踪术中移植物的位置与术前计划的对应关系，并将术中活动经过精确测量后及时反馈，避免由于植入错位引起的全髋关节置换术后的脱臼，确定和尽量增大安全范围，减少植入的股骨头和髋臼之间的磨损。
在四肢骨折的治疗中，计算机辅助手术导航系统可提供术前及术后的三维图像，显示骨折复位与固定情况。在采用带锁髓内钉固定骨折时，将髓内钉由断口或骨的一端穿入，连结骨折近端和远端，用计算机辅助手术导航系统引导插入交锁髓内钉远端的锁钉，可以减少误锁钉，提高手术质量。
此外，计算机辅助设计与制造、医用机器人和手术模拟已成为当今生物医学工程领域的研究热点，并已在计算机辅助矫形外科、袖珍机器人、远程遥控手术以及微创外科手术器械更新等方面的研究取得一些卓有成效的结果，同时也为微创及经皮微创接骨技术提供了新的手段。在关节置换手术中，采用计算机辅助设计（CAD）和计算机辅助制造（CAM）技术，通过对关节CT三维图像的重建，准确定量地描述关节的几何形状，为患者研制的个体化人工髋关节已开始应用于临床。而肩、肘、腕、踝、鞍形假体以及特制肿瘤假体等也有应用于临床的报道。美国的Intergrated Surgical System（ISS）公司发明了一种用于全髋关节置换手术的机器人系统RovDoc及配套的模拟软件Orthodoc。使用该系统时，医师首先将三枚小钉放入患者股骨中，用来获取骨骼的大小、形状、方向等信息，而后进行扫描，将数据传给Orthodoc构建骨骼的三维模型。通过使用可以选择合适的植入物并将其放入正确的位置，同时将一些必要的数据传给RobDoc。RobDoc根据预先放入的小针的位置和从Orthodoc得到的信息，在骨骼上打孔，植入人工材料。在手术过程中，医师监督、校正RobDoc的每一步动作。但由于目前机器人系统体积较大、用途单一，在骨科领域应用范围较局限。
通过良好的人机交互界面与演示技术和计算机可视化技术，可以建立起包括病人手术部位的形态、功能及特征（如骨骼的硬度、关节活动范围等）的计算机三维实体模型和手术场景，在医学教学和手术模拟中可以发挥积极的作用。Tsai等采用具有三维交互功能的虚拟现实矫形外科模拟器，可以让骨科医师使用不同的手术器械在虚拟的骨、假体等刚性结构上进行关节成形、骨折切开复位和截肢等操作，进行骨科手术教学和手术模拟，取得良好的效果。
可以预见，计算机在医学领域的应用将会越来越广泛，利用理想的计算机手术模拟系统可以在术前检验、评价、预测各种可行性手术方案；术中对医师的手术操作进行实时指导和评价；方便外科医师反复进行各种复杂手术的操作训练，而不受病人数量和伦理方面的限制；此外还可以进行远程疑难病例会诊和遥控手术。
六、介入技术介导的微创技术
近年在影像学方面涌现出的新的检测技术对未来临床实践和研究将产生深远的影响。超声影像与CT透视等实时监测的结合，可为手术者提供复杂手术时的迅速、真实的影像反馈。新一代的CT具备速度更快、解析容量更大的特点，而四维CT使CT扫描由层面扫描方式转变为容积扫描方式，使我们可以得到更高质量的动态三维图像，即四维成像。在研究方面，用于骨形态定量学分析的高清晰度显微、用于探查软骨退行性变的和观察关节运动、变形的动态MRI亦相继问世。近年出现的MRCP使介入诊断和治疗更加丰富多彩，MRI引导的激光治疗、冷冻治疗、射频治疗、聚焦超声外科技术等也具有诱人的前景。采用由激光定位系统、重建三维图像立体系统和机械手等组成的CT Pinpoint 系统导引应用于肌肉骨骼穿刺活检，可即时自动显示介入活检的进针点和进针途径，提高活检的准确率，降低并发症，减少活检所需的时间。对合并盆腔血管损伤的严重骨盆骨折患者，采用微创介入治疗可有效控制盆腔血管出血，为抢救患者生命赢得宝贵的时间。
复杂的髋关节骨折脱位采用传统的X线检查及CT横断扫描只能提供单一平面图像，难以为手术设计提供直观的多方位立体图像信息，而螺旋CT扫描三维重建技术利用图像再处理功能可消除某一骨性结构影像，同时保留其余骨结构影像，避免了多骨重叠的影响而提供全面观察的机会，便于临床医师分析骨折情况及移位程度，为制订治疗方案提供了可靠信息。此外还可通过调整下限值消除金属内固定物的伪影，对内固定术后病例复查有独特的作用。
目前，新的影像学技术不断发展和完善，介入放射学诊断与治疗疾病的范围越来越宽，为微创外科提供了强有力的手段，同时也使人们更好地对外科疾病进行早期微创诊断、提高治疗效果和进行在体评估。
七、显微外科中的微创技术
将微创技术应用于显微外科，是减少供区破坏、保存美观的有效手段。应用内镜技术切取皮瓣或处理皮瓣血管蒂，可以在不增加皮肤切口长度的情况下扩大皮瓣切取范围，延长血管蒂的切取长度，方便转移或移植。Hallock等应用内镜技术切取10例患者的游离股薄肌皮瓣，可以在较小的皮肤切口中完成较大的组织瓣的切取，其瘢痕长平均为11.8cm，明显短于16例开放手术的瘢痕27.7cm。近期的实验研究表明，采用内镜辅助可在血管腔内直视下切除静脉瓣以保证充分的回流，也可进一步发展为腔内除栓术，以改善血液流通情况。在采用膈神经移位治疗臂丛神经损伤时，可在胸腔镜直视下于近膈肌处切取全长膈神经，使其有足够的长度直接与受区神经吻合，缩短了膈神经远段至靶器官的距离，从而缩短靶器官失神经的时间，促进膈神经移位术后的功能恢复，以较小的创伤取得与开胸手术相同的疗效。
八、其他
现代科技的发展和微创观念的形成促进了传统外科手术器械的改进，钬激光手术是近年兴起的一项新技术，与传统的电凝、刨削技术比较，钬激光手术后无关节粘连、肿胀，疼痛水平低，因此优于传统的关节镜技术。双极射频汽化仪则是采用了冷融化的技术，它施加一定电压于电极与靶组织之间的导电液上，将导电液转变为离子汽化层或等离子体，通过后者带电颗粒与靶组织的撞击，使靶组织分子链断裂，从而起到组织切割与清除作用。双极射频汽化仪在对靶组织进行冷融化清除的同时，对邻近组织中的小血管起凝固作用，在修整的同时可止血。
近年来，纳米医学的研究已崭露头角，并在纳米材料、纳米器件和纳米检测等领域取得了令人瞩目的成就。纳米技术使疾病的诊断、检测技术一方面朝着微创、微观、微量或无创方向快速发展，另一方面朝着适时遥控、动态和智能化方向发展。用纳米技术制造的纳米物质与其在自然界中的常规状态相比，其物理性质有着巨大的区别。英国Bonfield成功地合成了模拟骨骼亚结构的纳米物质，具有与骨骼相似的强度和密度指数，不易骨折，且与正常骨组织连接紧密，显示了良好的临床应用前景。崔福斋等模仿天然骨骼的形成过程，制备出具有纳米尺寸的羟基磷灰石/胶原复合人工骨材料，在家兔颅颌骨骨缺损的修复实验中发现，其具有良好的生物相容性，能够促进和加速骨折的愈合。而Kikuchi等通过化学反应合成的羟基灰石/胶原复合类纳米材料的机械强度为正常骨组织的1/4，体内实验表明，该材料通过破骨细胞样细胞的吞噬作用降解，并可在材料附近诱导成骨细胞形成新的骨组织。其他可望应用于临床的纳米物质有人工关节面与关节腔、美容植入物等。可进行人机对话的纳米机器人（nanorobot）一旦研制成功，能在一秒内完成数十亿个操作动作，其对纳米医学和微创外科的作用将难以估量。
基因治疗和组织工程研究也为微创外科的发展拓展了更为广阔的空间，目前已成为人们关注的焦点，并展示出诱人的前景。
（谭远超 聂伟志）