随着医疗技术的发展，外科对手术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。超声刀作为一种新型、高效的手术器械，因其具有组织选择性、良好的止血性能、对周围血管神经组织损伤小以及低产热、易操作等优势，已在口腔科、耳鼻喉科、神经外科、整形美容外科等领域获得广泛应用。
近年来，超声骨刀正在逐步替代传统切骨器械，在脊柱外科领域得到一定范围的应用。本文就超声骨刀在脊柱外科手术中的应用现状、较传统手术器械的潜在优势、应用的安全性及有效性、相关并发症以及在使用过程中的注意事项进行综述。
一、超声骨刀的结构及工作原理
目前市面上超声骨刀系统的型号有很多，就其结构而言，主要包括主机、应用软件、附件、脚踏开关4个部分。其中附件包括手柄、各种刀头、冷却系统等。
超声骨刀系统通过压电式转换器将电信号转化为机械振动，使刀头以适当的超声频率及振幅进行振动。由于组织密度及弹性的不同，超声骨刀产生的能量绝大部分被坚硬的骨组织吸收，通过机械碎裂效应及空化效应发挥切骨作用。而在此范围的频率及振幅下，血管、神经、脊髓等软组织由于其与超声刀头的弹性接触，发生位移及轻微振动，并借助振动分散能量，能量在软组织与超声骨刀刀头接触的部位即被完全吸收，因此超声骨刀对血管、神经、脊髓等软组织无切割作用。另外，超声骨刀在工作时，利用其空化效应发挥止血作用¨“。
二、超声骨刀在脊柱外科手术中的应用背景及应用范围
在脊柱外科手术中“切骨”是一项非常关键的步骤，很多情况下由于术野的局限性、切骨部位紧邻神经脊髓等诸多因素的限制，“切骨”成为脊柱外科手术中最具挑战性的步骤之一。
传统的切骨工具主要包括高速磨钻、旋转骨钻、线锯、Kerrison咬骨钳、骨刀等。然而，在其使用过程中，由于热效应、机械振动及卷刮作用容易损伤邻近重要软组织结构，例如硬膜、脊髓、神经根等，造成医源性神经损伤或持久性脑脊液漏。文献报道的医源性硬膜损伤的发生率为0～35％。
研究发现，当在部位较深、术野狭小或翻修手术中进行切骨操作时，术中损伤硬膜及神经的风险大大增加。
在此背景下，近年来超声骨刀开始应用于脊柱外科手术领域，旨在提高切骨精准度，减少术中硬膜撕裂、医源性脊髓神经损伤的发生，进而降低与之相关的可能风险及潜在并发症的发生。
超声骨刀在脊柱外科领域的应用范围相当广泛，不仅适用于脊柱的任何区域，而且适用于椎管减压、椎板成形、椎体切除、截骨、全椎板切除、钙化胸椎间盘切除等多种手术方式。
三、超声骨刀较传统手术器械的优势
1．组织选择性：由于组织密度及弹力属性的不同，超声骨刀在工作时，仅能切割骨组织，而对邻近软组织无切割作用，即超声骨刀的切割作用具有组织选择性。这便保证了在切骨操作时可以将硬膜及神经损伤风险降至最低。尤其在胸椎间盘切除术中，超声骨刀的应用使得可在邻近根动脉的区域进行切骨操作。
2．切骨精准性：超声骨刀系统有多种不同型号的刀头，可以满足不同的切骨需要。切骨时刀头高频纵向振动以完成对骨质的纵向切割。据文献报道，应用超声骨刀的切骨宽度可精确到0.5—0.7mm，而高速磨钻的切骨宽度则为3—5mm，同时由于超声骨刀的止血效应以及“自喷灌”功能，切骨过程中切缘整齐，产生的骨碎片及骨破坏均较小，保证了切割的精准。
3．防卷刮特性：超声骨刀在应用时不会卷刮周围软组织及棉片。因而，与高速磨钻的旋转钻头相比，明显降低了由于钻头卷刮周围血管、神经、硬膜等组织，造成机械损伤的风险。同时，在应用超声骨刀切骨时，可用棉片保护切骨周围的重要组织结构不被刀头损伤或热效应灼伤，而不必担心棉片被刀头卷刮而失去保护作用。
4．止血性能：Hu等认为，超声骨刀较传统手术器械最重要的优势之一是其能够减少术中出血量，便于保持术野清晰。虽然超声骨刀的这种优势难以采取客观的方式进行量化，但是Hu等在手术过程中发现运用超声骨刀进行切骨，切骨断端的出血量明显减少。AI-Mahfoudh等学者的研究也得出了相同的结论。Sanbom等发现应用超声骨刀切骨过程中骨质出血量较传统切骨器械明显减少，并认为这种优势可能归因于超声骨刀的热效应及空化效应所产生的局部止血作用。
5．易操作性：超声骨刀系统的细小刀头，能够安全的插入狭窄的硬膜外间隙对椎板进行切割，降低了操作难度，同时保证了切骨效果。由于超声骨刀的手柄重量轻、切骨时手柄振动幅度小，术中单手操作即可，与高速磨钻相比降低了操作难度，与Kerrison咬骨钳相比显著降低了劳动强度。
6．缩短手术时间：关于超声骨刀能否缩短手术中切骨时间，目前仍存在争议。Nakase等认为虽然超声骨刀的应用能够降低术中医源性损害，并具有操作简便等特点，然而在对较大的骨块或骨化病变进行切骨操作时，切骨效率不如传统的切骨工具高。Nakase等建议在术中可联合应用高速磨钻和超声骨刀，以便同时兼顾安全性和高效性。然而，随着科学技术的发展，超声骨刀也在不断改进、改良。有报道指出，应用超声骨刀进行椎板切除的手术时间较传统器械明显缩短。
7．冷切割：超声骨刀系统包含一个“自喷灌”冷却装置，在切骨过程中，持续喷洒出的足量水流对切骨部位产生润滑及冷却作用，降低了局部热损伤及机械损伤风险的发生，对周围神经、血管、脊髓提供良好的保护作用。而高速磨钻在使用过程中，需要人为进行局部滴水降温，若术中操作范围狭小，切骨区域的水流喷灌欠缺，便不能起到有效的降温作用，容易造成局部过热，进而对邻近的硬膜及神经根产生热损伤。这就限制了高速磨钻在椎间孔扩大术等术式为中的应用。超声骨刀切割骨骼时产生的瞬时切割温度明显低于磨钻和电刀工作时产生的温度，却高于人体血红蛋白的凝固温度。因此超声骨刀在工作时产生的瞬时温度可以促进血红蛋白瞬间凝固，发挥良好的止血作用；同时，与磨钻相比，操作时无烟雾、无焦痂，术野清晰，对周围组织的热损伤小很多。超声骨刀工作时的“自喷灌”装置能冷却操作区域，避免局部过热，进一步降低了周围组织热损伤的风险。
8．促进骨愈合：研究发现，应用超声骨刀切骨时，切割面骨组织的微观结构(骨细胞、胶原纤维等)能得到很好的保护，显著降低了对启动骨愈合进程的细胞因子及生长因子相关的复杂信号级联反应的干扰。另一方面，由于超声骨刀的切骨精准度较高，能显著减少切骨区域以外的骨丢失。Parker等将超声骨刀应用于成骨性椎板成形术，发现在进行双侧椎板开槽的过程中，骨丢失量明显减少，有利于术后局部良好的骨整合及结构重建。因此，从理论上来说，超声骨刀能够保证切割面良好的植骨融合能力以及术后良好的结构重建能力。
9．保护血供：由于超声骨刀的组织选择性，能在保证切骨效果及切骨精确性的同时，最大程度的保护根动脉不受影响，进而保证了脊髓的良好的血液供应，这对于胸段脊髓来说成为重要。超声骨刀工作过程中切骨周围松质骨的流失少，促进了局部的血流灌注及细胞迁移，对骨愈合过程也能起到促进作用。
四、超声骨刀应用于脊柱外科的安全性及有效性
根据超声骨刀的设计理念、工作原理，单从理论上来讲，超声骨刀在脊柱手术中的应用应当具有良好的安全性及有效性。一系列的动物试验、病例总结、技术报告等也都证实了这一点。
近年来，不少学者通过动物试验来探讨超声骨刀应用于脊柱手术的有效性及安全性。孙宇等通过一项动物试验观察超声能量对颈椎皮质骨、松质骨及其周围组织的影响；研究发现超声骨刀与高速磨钻和摆锯相比对骨骼切割效果无明显差异，并具有机械振动轻微、止血效果良好的独特优势，因此，其认为应用超声骨刀行颈椎双开门椎管扩大成形术是安全可靠的。
Sanborn等在动物模型上分别使用超声骨刀、传统切骨工具进行椎板切除术，通过临床体检、术中术后神经功能检测及组织学分析评估二组操作的安全性，通过记录手术时间评价二组操作的有效性。结果显示，超声骨刀的安全性与标准椎板切除术相似，高效性主要体现在行全椎板切除手术过程中。
五、超声骨刀相关并发症及其影响因素
任何一种手术技术或工具都不可能是绝对安全的，虽然超声骨刀具有良好的组织选择性、低产热性、切骨精准、无卷刮、易操作等诸多优势，其安全性及有效性得到了诸多学者的认可。然而，近年来的研究中，仍不乏关于超声骨刀相关并发症的报道。
Ito等对12位患者应用超声骨刀行椎板切开成形术或半椎板切开成形术，其中1例患者由于肿瘤相关的硬膜骨化，术中应用超声骨刀切除肿瘤时出现硬膜撕裂。Hu等在其应用超声骨刀进行脊柱手术的位患者中，有1例发生与超声骨刀热效应相关的硬膜撕裂。究其原因，作者认为是由于超声骨刀在同一部位工作时间过长导致局部组织过热。
Parker等运用超声骨刀对40例患者进行椎板成形术，其中有1例(2.5%)患者出现超声骨刀相关的硬膜损伤，术中第一时间对破损硬膜进行了修补，术后并未产生神经损伤和持续脑脊液漏。作者分析硬膜损伤发生的原因，认为是由于超声骨刀穿透椎板内侧皮质骨后继续向下加压导致局部温度过高从而对硬膜造成热损伤。
综上所述，超声骨刀相关并发症主要为术中硬膜撕裂，神经、脊髓损伤则较罕见。影响硬膜损伤发生的因素主要为不恰当应用超声骨刀引起的热灼伤以及应用超声骨刀处理骨化硬膜引起的硬膜缺损。术中对超声骨刀造成的硬膜损伤进行积极有效的处理，能够有效避免神经损伤及持续脑脊液漏的发生。
六、超声骨刀在脊柱外科使用中的注意事项
软件与硬件的发展应该是相辅相成的，手术工具的功能再强大，若使用方法不恰当，同样不能充分发挥手术工具的先进优势，甚至造成严重并发症的发生。综合既往文献报道，在此对超声骨刀在脊柱外科手术应用中的注意事项进行概括总结：
(1)术者在使用超声骨刀时，尤其进行长节段、深部位的切骨操作时，需保持刀头持续移动，避免刀头在同一部位停留时间过长，导致局部组织过热，进而引起硬膜及神经损伤。
(2)对于术者而言，操作过程中对超声骨刀和传统切骨工具的握持力是不同的。使用高速磨钻时，为了加速骨组织的切割可以增加施于钻头的压力。然而，在应用超声骨刀时，对刀头施加过多的压力不仅不会提高切骨效率，反而会影响刀头的正常振动，导致局部过热，甚至对周围组织造成热损伤。
(3)即使超声骨刀对局部软组织有很好的保护作用，但在行脊柱翻修手术时，由于硬膜可能与周围骨组织粘连过重或者硬膜已经发生骨化，因而术者在处理这类病例时不能掉以轻心，尤其要注意对神经、硬膜的分离和保护，避免术中发生硬膜及神经脊髓损伤。
(4)切骨时，应充分利用超声骨刀不会卷刮棉片的这一特点，术中注意应用棉片保护硬膜，进一步确保硬膜的完整以及神经脊髓的安全。
(5)当怀疑存在硬膜骨化时，由于骨化的硬膜弹性降低、刚度增加，不能有效吸收超声骨刀的能量，此时应避免将超声骨刀直接接触骨化的硬膜组织，以免因局部硬膜损伤造成邻近部位的神经、脊髓发生损伤。
(6)术者，尤其是初次使用超声骨刀者，行切骨操作时保证刀头有足够的水流喷灌，有效冷却因摩擦效应导致的局部温度升高。
(7)为了更好地应用超声骨刀，也为了最大程度的保证手术的安全性。对于初学者，在应用超声骨刀进行手术之前，如条件允许，最好在模型或尸体上进行一段时间的实践培训。
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