顱骨修補術指征與材料的回顧與展望

秦家駿　陳先震

[摘要] 顱骨缺損修補術是神經外科常見術式，該手術常用于前期因顱腦外傷等原因已經接受去骨板減壓術的患者中。然而，目前顱骨修補術的手術指征和選用材料仍有爭議。而顱骨缺損修補術的手術指征、手術時機和術中所用修補材料的特性均可影響術后效果及患者預后。本文擬對有關顱骨修補術當前主要采用的修補材料的特性、手術指征和并發(fā)癥作一回顧，并對顱骨修補材料的未來發(fā)展趨勢進行展望。

[關鍵詞] 顱骨缺損修補術；去骨瓣減壓術；人工可植入性材料；顱內高壓癥

[中圖分類號] R651 [文獻標識碼] A [文章編號] 1673-7210（2017）12（a）-0045-05

[Abstract] Cranioplasty is a common surgical management in the department of neurosurgery， which is usually received in patients with skull defects for decompression craniectomy. However， the surgical indications and materials used for cranioplasty are still controversial. The surgical indications and the characteristics of the materials used in surgery can affect the postoperative outcome and the prognosis of the patients. This paper reviews the characteristics of the materials used currently， the indications and complications of cranioplasty. The future trends of cranioplasty materials are also prospected.

[Key words] Cranioplasty； Decompressive craniectomy； Artificial implants； Intracranial hypertension

去骨瓣減壓術是神經外科中最常用的降低顱內壓的方法，廣泛用于各類顱內高壓綜合征的治療中[1]。目前雖然尚無去骨瓣減壓術實施人群的具體數(shù)據(jù)，但在我國，每年出現(xiàn)難治性高顱壓癥的患者達到220萬～360萬/年[2]。藥物效果不佳或者是進展迅速的顱內高壓癥均需要采用去骨瓣減壓術治療，但這種方法會使患者部分顱骨缺損[3]。缺損不僅影響患者的外貌，而且對腦組織的支持保護和腦脊液的循環(huán)也會產生影響[4，5]。因而顱骨修補成為去骨瓣減壓術后常規(guī)進行的手術。本文對目前顱骨修補術的相關指征及使用材料作一回顧，并對未來發(fā)展進行展望。

1 顱骨修補術的指征與并發(fā)癥

過去認為顱骨修補與去骨瓣減壓的間隔時間應不少于3個月，3個月可使顱內水腫消退，減少術后腦積水和感染的發(fā)生[6]。然而3個月后由于肌肉組織與硬腦膜粘連過緊，手術的難度也會加大，部分專家認為1個月內即可進行手術[7]。在顱骨修補前，缺損部位的頭皮必須血供良好且無感染，并排除顱內高壓、腦疝等情況。有研究表明，顱骨缺損患者腦脊液壓力高于顱骨完好的患者，這表明缺損顱骨可能會導致腦積水的發(fā)生[4]。缺損綜合征是顱骨缺損的另一種常見綜合征，由于缺損部位大氣壓的作用直接阻礙腦脊液的流動和腦內血流，患者出現(xiàn)缺損處凹陷、頭痛、頭暈、癲癇及精神癥狀的一組綜合征。有文獻表明，顱骨修補后此類癥狀可以明顯緩解[5-6，8]。

開顱術后出現(xiàn)感染也是顱骨修補的指征之一，一旦出現(xiàn)這種情況，需先將自體骨瓣去除，感染治愈后才能對遺留的缺損進行修補。開顱手術保持無菌可以避免進行顱骨修補，但在術前準備時，必須要為這種情況的出現(xiàn)做好充分準備。目前尚無骨瓣去除后進行修補的明確時間間隔，有文獻建議時間間隔可大于6周甚至超過1年[1，9]，應根據(jù)具體情況來確定。軟組織的愈合程度和頭皮的松緊度是把握修補時機的關鍵，良好的愈合程度和較松馳的頭皮是進行修補的理想條件。侵犯顱骨的腫瘤一經切除，應立即行顱骨修補，以保證顱骨的完整性。

顱骨修補術后的并發(fā)癥包括自體骨吸收、感染、皮下積液、術區(qū)水腫和腦積水。血供不佳的自體骨瓣，常引起自體骨的失活和吸收，這在骨緣瘢痕沒有徹底刮除的情況下較為常見。感染的危險因素包括局部感染、系統(tǒng)感染、顱骨修補物與額竇間的交通感染、壞死皮瓣或顱骨切除間隔過短。顱骨修補可以促進腦脊液的正常流動和腦組織各部分顱內壓的平衡。在創(chuàng)傷性顱腦損傷和蛛網膜下腔出血中，由于部分腦組織的減少，腦積水可能在顱骨缺損修復后才會表現(xiàn)出來。通常情況下，分流手術在修補的同時或修補后患者情況穩(wěn)定時實施，因修補前實施分流會使骨窗皮瓣下陷，增加手術難度，出現(xiàn)血腫等并發(fā)癥[5，7]。

2 現(xiàn)有顱骨修補材料的特點

目前修補物可通過患者薄層CT的三維重建塑形，采用立體光刻、液體紫外光敏樹脂技術和紫外激光技術對原材料進行塑形已成為當前顱骨修補領域廣泛使用的方法之一。雖然這種方法的價格不菲，但由于其固定方法簡單、塑形效果好等優(yōu)點，因而日益流行[4，7]。

由于顱骨修補的手術方法取決于修補材料的性質和固定方式，故材料的性質直接影響手術風險和手術時間。顱骨修補手術的核心是材料的植入和固定，各種材料有各自不同的手術方式，而由于植入后的修補材料與周圍組織相互作用造成的感染、骨整合不良和腐蝕松動等因素會影響手術的效果和患者的預后，因此，顱骨修補材料的選擇可對顱骨缺損修補術后的效果及并發(fā)癥情況產生影響[1，9-10]。endprint

理想中的修補材料應該具備以下特點：①良好的生物相容性。包括修補材料不會引起周圍組織的免疫反應，可防止纖維組織增生，避免細菌等微生物的定植和具有較強的抗感染能力。②能促進骨組織的生長并可被周圍組織降解。③具有類似自體骨的力學性質。④重量小，對脊柱不會造成額外的壓迫。⑤非磁性，不會對正常生活造成影響。⑥術中易于植入和固定，不會為手術增加額外的難度。⑦制作工藝簡單，成本低廉。理想的顱骨修補材料可以降低手術風險和時間，減輕患者的術后不良反應[11-12]。

目前臨床上可以用到的顱骨修補材料如下：

2.1 鈦板

鈦板可與其他材料聯(lián)合使用，由于它的非腐蝕性和非磁性，使其不會引起任何炎性反應，具有高度的生物相容性。目前認為其感染率極低，且有較好的塑形效果。目前應用鈦板最大的問題是成本過高，長期使用可以發(fā)生形變而影響外形。鈦板還可在CT上顯影，從而干擾對周圍其他組織的分辨[4，7]。

2.2 骨水泥

這種材料成本低廉，可通過粘合與周圍自體骨及肌肉組織連接，并在術中直接進行塑性，力學性質與自體骨相仿。但生物相容性差，并且不可降解。結締組織易在材料周邊形成纖維組織，造成死腔，從而使細菌定植于材料上。此外，植入時的放熱反應會對周圍組織造成損傷。骨水泥冷卻時的放熱反應可使材料周圍溫度達70℃，雖然可以通過持續(xù)的沖水冷卻以避免損傷，但仍會造成一定影響。近10年來，通過成分的改變，新型骨水泥放熱反應已減小，但神經外科正在逐漸棄用這種材料[8]。

2.3 羥基磷灰石

羥基磷灰石是另一種可術中進行塑形的修補材料，它是一種碳化磷酸鈣，硬度類似于礦化骨。使用時粉末狀磷酸鈣與磷酸鈉溶液混合，形成可塑形的膠樣物，凝固后可在酸性環(huán)境中溶解，理論上可被自體生長骨吸收和代替。目前大多數(shù)醫(yī)生把它作為覆層與自體骨和鈦網一起使用，以增加缺損處材料和周圍顱骨的連接強度。由于這種材料可以誘發(fā)顱骨生長，故可被用于兒童顱骨修補[1]。一些專家認為，由于羥基磷灰石較脆，應在骨水泥下層加一層鈦板以增加修補物的強度，同時在材料表面加入抗生素涂層可以大大降低修補物的感染率，但該方法可能會增加細菌的耐藥性[13]。

2.4 多孔聚乙烯

多孔聚乙烯含有高密度的孔狀結構，在CT上不顯影。此材料允許新生肉芽組織從中生長，有利于新生骨組織的生長，這種結構的感染率較低，一項611人的研究顯示，使用該材料的患者無一感染[14]。

2.5 自體骨瓣

將原來切除的自體骨瓣重新放回缺損處，從理論上來講，只要保證骨瓣保存時沒有感染并且血供良好，便可成為理想的缺損修補材料。由于體外保存成本較高，通常放于患者腹部皮下保存[15]。然而大量的前瞻性隊列研究表明[16-18]，自體骨瓣在腹部皮下可出現(xiàn)自行吸收，即使未被吸收，自體骨瓣放回缺損處后仍可出現(xiàn)較高的感染率和自發(fā)吸收率，并且不會促進新骨的生長，這一問題使得自體骨瓣逐漸被棄用[11]。

3 目前材料研發(fā)的趨勢

顱骨修補材料的研發(fā)集中在新材料和現(xiàn)有材料改造兩個方面，由于新材料在特性上仍然或多或少存在各種不足，因此，對現(xiàn)有材料的改造越來越受到重視。目前處于試驗階段的新材料主要分為合金和高分子聚合物兩大類，目前二者的優(yōu)勢和不足闡明如下：

3.1 合金材料

鎂合金由于其優(yōu)異的降解性能、力學性能以及生物相容性逐漸成為可降解生物材料領域的研究熱點，并得到了國內外研究者的廣泛關注[19-20]。Erbel等[21]在2007年發(fā)表了德國Biotronik公司開發(fā)的可吸收鎂支架的63例心臟冠狀動脈植入臨床實驗，證明了可降解鎂合金臨床應用的可行性。2013年發(fā)表的德國Syntellix公司開發(fā)的鎂合金骨釘腳踝植入的臨床試驗報告表明，鎂合金骨釘起到與標準鈦合金骨釘相同的作用，且未見不良反應[22]。與現(xiàn)有顱骨修補材料相比，鎂合金具有以下優(yōu)勢：鎂合金的彈性模量接近骨；體內可降解、避免二次手術；降解產物無細胞毒性[23]；鎂離子還能誘導成骨[24]、促進骨折愈合[25]、并刺激骨生成[26]。這些特性使鎂合金有可能成為理想的顱骨修補材料。

然而，鎂合金的耐腐蝕性能是限制其在可降解骨組織植入材料方面應用的關鍵[27]：鎂合金腐蝕速度過快，使其服役期間力學性能下降也較快，無法滿足材料的降解速度和骨組織修復重建速度的匹配。為了解決鎂合金的降解速度和骨組織修復重建速度的匹配問題，研究者們做了大量工作。一方面，研究者們從材料制備技術角度對鎂合金進行高純化、合金化、第二相細化及晶粒細化等處理[19-20，28-31]，這些技術雖可降低鎂合金的非均勻腐蝕程度，但未對鎂合金耐蝕性能的提高起到突破性作用，其降解速度仍然無法與受損骨組織的愈合速率相匹配。提高鎂及鎂合金耐蝕性能的另一主要途徑是進行表面改性，其優(yōu)勢體現(xiàn)在控制鎂合金降解速率的同時，還能提高表面的生物相容性，促進鎂合金表面骨組織的早期愈合。因此，鎂合金的表面改性成為鎂合金骨植入材料研究的一個重要發(fā)展方向，吸引了國內外研究人員的廣泛關注[32-33]。采用仿生礦化法、化學轉化法、水熱法以及電沉積法在ZK60鎂合金基體上制備了多種類骨鈣磷陶瓷涂層，發(fā)現(xiàn)其耐腐蝕性能和生物相容性比基體有較大的提高[34]。

3.2 高分子聚合物

高分子聚合物主要有多孔聚乙烯板等材料，需根據(jù)缺損形狀提前定制。這類材料生物相容性好，重量輕，多孔結構可以促進成骨，雖然不可降解，但由于其多孔結構使得材料周圍纖維組織和死腔難以形成，故其感染率較低。一項試驗表明[14]，611名受試者尚未出現(xiàn)1例感染報道。高分子聚合物的主要缺點是容易斷裂、力學性質類似于礦化骨質、制作成本較合金高。這種材料也需要通過金屬固定釘固定。

3.3 藥物或生物活性物質

在顱骨修補材料表面固定具有一定功能的藥物或生物活性物質賦予其新功能，可消除由于器械植入而引起的并發(fā)癥，已成為一種新的趨勢。為此，美國FDA還專門做了定義：“a product comprises two or more regulated components，i.e.，drug/device，biologic/device or drug/device/biologic，that are physically，chemically or otherwise combined or mixed and produced as a single entity”。這類器械作為根治與植入物相關的并發(fā)癥策略，引起了制藥和醫(yī)療器械公司的極大關注。endprint

多巴胺是人體內一種重要的神經遞質，材料學的研究表明[35-36]，它在堿性水溶液中能通過自身氧化自聚合形成結合緊密、結構致密的聚多巴胺薄層，這種膜層可以作為一個二次反應平臺對材料表面進行功能化修飾。其次，聚多巴胺具有兩性離子特性，可以利用這一特性進行載藥。再次，雖然聚多巴胺膜層參與機體生理功能的發(fā)揮，含有此類成分的顱骨修補材料可能出現(xiàn)并發(fā)癥，但由于涂層材料的劑量較小，在降解速率較緩慢的情況下，可將其副作用降低。同時，聚多巴胺膜可以提高材料的抗腐蝕性和耐磨性。以具有骨性結合和抗菌特性的殼聚糖基聚電解質材料為活性組分載體，以既具有腐蝕抑制能力，又具有抗感染特性的抗生素為活性組分，可成為材料研發(fā)的新亮點，具有潛在的社會和經濟效益。較成熟的有羥基磷灰石和最新發(fā)展的仿生材料多巴胺，為傳統(tǒng)醫(yī)療器械表面一體化強力結合多功能膜層的制備搭建了橋梁。

4 展望

綜上所述，顱骨修補這一領域已成為在手術方法、手術適應證等方面發(fā)展較為成熟的領域，但目前可應用于臨床的修補材料種類繁多，且各有優(yōu)缺，尚無法將理想材料的要求全部兼顧，因而顱骨修補材料這一領域還有巨大的研發(fā)潛力。納米合金與新型表面涂層的結合是材料研發(fā)的新趨勢，但目前相關報道較少，雖然其在理論上的可行性較高，仍需要進一步的實驗驗證。新材料的發(fā)展，將為推動顱骨修補適應證的擴大和手術方法的簡化發(fā)揮重要作用，具有潛在的經濟和社會效益。

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（收稿日期：2017-08-03 本文編輯：王 娟）endprint