Name: 在山羊动物模型中植入仿生人工椎间盘的手术技术 (视频) | JoVE Journal
Uploaded: 2025-10-10T13:50:00.000+00:00
Duration: 7 min 6 s
Description: 学习在山羊动物模型中植入仿生人工椎间盘BioAID的手术技术，用于恢复颈椎功能。该方法通过荧光透视和计算机断层扫描验证，展示精准放置与即刻稳定性，为人类和犬类临床应用奠定基础。

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本出版物属于 BioAID 项目（项目编号 10025453），由 AES 开放技术计划资助，并由荷兰研究委员会（NWO）部分资助。

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作者声明无任何利益冲突。

这项尸体解剖及 体内 山羊动物模型研究证明了在颈椎C4-C5节段进行人工椎间盘植入术所描述方案的精确性与可重复性。该研究有效评估了该手术技术的可行性，强调了在关键手术步骤中影像学、特定定制器械以及植入物、椎体结构与手术入路之间精确对位的重要性。23.
本研究的一个重要成果是成功可靠地制备出对齐良好的脊状通道，并实现了假体的稳定放置。手术过程中系统性地使用X线透视技术，确保了操作的准确性，尤其是在试模椎间盘放置和最终假体植入阶段。这种基于影像引导的方法旨在最大限度降低假体错位的风险，而错位在此前的人工椎间盘植入研究中曾被报道为一种潜在并发症24。此外，应用Caspar椎体撑开器提供了可控且稳定的手术操作空间，有助于精确切除椎间盘组织并制备脊状通道。在人工椎间盘植入术中使用Caspar椎体撑开器的方法，与颈椎前路减压与固定术中采用的技术高度相似，进一步支持了本操作方案的可转化应用价值25。
骨水泥，尤其是聚甲基丙烯酸甲酯（PMMA），常用于椎体成形术和椎体后凸成形术等治疗，以稳定脊柱压缩性骨折25。骨水泥还被用于改善骨质疏松脊柱中椎弓根螺钉的固定效果，因其已被证实可增强在骨质条件较差情况下的稳定性26。在本项外科技术中，联合使用骨水泥和钛合金锁定钢板，旨在通过锚定假体并限制其移位，从而提高稳定性，同时便于评估人工椎间盘纤维鞘套与椎体终板之间长期的骨整合情况。采取这些措施是为了增强植入物的长期完整性，确保脊柱固定的持久性。然而，额外使用骨水泥和钢板固定很可能增加与植入物相关的并发症风险，例如邻近结构应力增加、骨重塑受损、异物反应或翻修手术困难。未来关于人工椎间盘的长期功能结局研究，还应重点关注这一附加步骤的必要性，以预防假体基座的移位。
尽管这项在山羊中开展的体内研究主要旨在评估人工椎间盘植入的可行性及短期效果，但结果显示，在术后21天内，所有植入操作均成功完成，且未出现任何影像学上的感染迹象、植入物移位或植入材料降解现象。通过功能评估对动物的短期术后恢复情况进行了评价，包括神经功能恢复、疼痛反应、活动能力及整体健康状况的监测。所有四只山羊均表现出正常行为、食欲良好，且无疼痛、跛行或手术部位感染的迹象。这些结果表明，所述实验方案在实验用山羊中具有良好的有效性和耐受性。
针对术中常见问题（如假体位置不良、燕尾槽制备困难或骨水泥应用不当）的潜在解决方案，可通过术前影像学检查精确准备手术方案，并测量椎间盘和椎体尺寸以及使用透视技术来预防或解决。该方法的高效性、可用性和可重复性得到了术中反复使用透视检查的支持，证实了在背卧位时假体的精确定位；同时支持使用针对山羊体型定制的手术器械，并对涉及颈部定位、解剖结构识别正确位置、燕尾槽锯切、燕尾嵌入、假体植入、骨水泥应用及钢板固定的全部手术步骤进行监控。
尽管本研究具有诸多优势，但仍受限于相对较短的随访时间。虽然21天的观察期为术后早期转归提供了重要见解，但长期的生物力学稳定性、骨整合以及功能适应性仍需在更长时间内进一步评估。此外，动物个体间的解剖结构、年龄和骨密度差异可能影响研究结果，在未来的研究中应予以考虑。尽管该人工椎间盘原始版本的生物力学分析已证实其能够模拟天然椎间盘复杂的运动学特性21，但针对最终版本（含新型内核）的力学评估业已完成，相关结果将在未来一项纳入这四只山羊的长期队列研究中发表。
总之，本研究证实了所述人工椎间盘植入方案在 体内 山羊模型。研究结果表明，该技术在保留颈椎活动度的干预措施中具有应用前景，可为后续转化研究提供有价值的理论基础。未来的研究应包括对保留颈椎活动度干预措施的分析，并需延长随访时间，同时进行脊柱功能单位的组织病理学检查，以评估植入物的长期稳定性及终板骨整合情况，从而确定其在犬类乃至人类中的安全性和潜在临床应用价值。

在全球范围内，颈痛是导致残疾的第四大常见原因，每年影响超过30%的个体1。尽管颈痛通常与衰老和退行性改变相关，但由于遗传因素、生活方式习惯和生物力学应变，年轻人和犬类也可能出现颈痛。虽然颈痛可能由多种因素引起，但椎间盘（IVD）疾病是最重要原因之一，尤其因其可导致神经结构受压。
在颈椎部位，椎间盘（IVD）疾病可导致压迫性脊髓病（CCM），这是一种在人类和犬类中均被明确认识的脊柱疾病2,3。在人类中，CCM表现为颈部疼痛、麻木以及运动功能障碍2。类似地，大型犬种如大丹犬和杜宾犬易患颈椎脊髓病（CSM），该病通常被称为“摇摆综合征”（Wobbler syndrome）。CSM是由于椎间盘突出、椎体骨质改变、椎体不稳定以及韧带和小关节的退行性变化所引起的脊髓受压。这些因素共同导致脊髓和神经根受压，从而引发临床症状，例如步态不协调，尤其是后肢明显，并伴有肌力减弱，症状可能逐渐累及前肢。患病犬可能出现颈部疼痛、僵硬以及不愿低头的行为，在触诊时常常表现出不适感4,5。在犬类中，最常见的Wobbler综合征类型是与椎间盘相关的CSM，主要影响C4-C5、C5-C6和C6-C7节段的脊柱6。
通常，患有椎间盘相关脊髓型颈椎病（CCM）的人类患者和患有椎间盘相关脊髓型脊髓病（CSM）的犬类患者对保守性内科治疗、生活方式调整以及物理治疗反应良好。对于人类和兽医临床中更为严重、退行性的椎间盘（IVD）疾病患者，当神经结构受到显著压迫且不再对保守治疗产生反应时，则需采取手术治疗7,8。治疗颈髓病的传统外科技术，例如减压术和牵开-稳定术（脊柱融合术），常用于缓解神经压迫并恢复脊柱稳定性9,10。尽管这些手术方法能有效缓解疼痛，但无法恢复脊柱功能单位的正常功能，且常常导致受累脊柱节段的退变加速或完全丧失活动能力。此外，脊柱融合术还与邻近节段疾病（ASD）的发生相关，因为融合节段的固定可能导致邻近节段机械应力增加，进而加速其退变。然而，这种关联在现有文献中仍存在持续争议9,11。
近二十年来，使用人工椎间盘假体进行椎间盘（IVD）置换（即颈椎间盘成形术，CDA）以保留节段活动性，在2000年代初期获得美国食品药品监督管理局（FDA）批准后，已成为临床实践中成熟的治疗选择12。在临床前研究阶段，研究人员已广泛采用山羊、绵羊和犬等实验动物模型对椎间盘成形术进行深入探索13,14,15。迄今为止，CDA在犬类中的兽医应用仍较为罕见，且缺乏长期随访研究。尽管已有少数研究报道开发了用于维持犬类节段活动性的人工椎间盘16,17，但Falzone等人（2022年）的最新研究揭示了重要局限性。其研究结果表明，接受人工椎间盘（Adamo椎间盘）治疗的犬比接受牵开固定术的犬出现更高发生率和更严重的沉降现象。此外，使用Adamo人工椎间盘治疗的动物中，临床状况恶化及需要翻修手术的情况也更为常见，这引发了对其长期生物力学性能的担忧18。
尽管人工椎间盘置换术（CDA）已获准用于临床，且目前已有多种不同代次的人工椎间盘产品可供选择，但仍存在若干局限性，使得该技术在应用中面临挑战，尤其是对于需要长期植入体稳定性的年轻患者而言19。其中最关键的并发症包括人工椎间盘的移位、脱位和沉降20。因此，一种新型人工椎间盘（BioAID）应运而生，其设计基于模拟天然椎间盘（IVD）结构与生物力学特性的理念，旨在维持生理性的载荷分布模式，并降低邻近脊柱节段退变的风险。
在该仿生人工椎间盘（BioAID）中，天然椎间盘的髓核（NP）由一种黏弹性内核模拟，纤维环（AF）由具有抗张性能的超高分子量聚乙烯（UHMWPE）纤维套管模拟，而椎间盘与相邻椎体之间的连接则通过带有榫状结构的钛合金终板来实现，以确保稳定性、锚定性和抗移位能力。为评估其功能，该植入物需通过颈部腹侧入路，切除原有椎间盘，并使用专为人工椎间盘植入设计的特殊外科器械。由于该人工椎间盘具有独特的结构和功能特性，与传统的颈椎间盘置换（CDA）系统不同，因此需要采用定制的外科手术入路及配套的专用手术器械。本研究旨在将该技术应用于人类及兽医临床实践，提供了一份详细的人工椎间盘植入操作手册，以山羊模型中C4-C5椎间盘水平为例，阐述了手术规划与具体操作方法——山羊因其解剖结构的相关性和实验可及性，常被用于脊柱相关研究。
这种仿生人工椎间盘旨在模拟天然椎间盘的结构与功能（图1A、B）。该植入物的原始设计（参见材料表）由以下部分组成：一种凝胶状的膨胀性水凝胶，用于模拟髓核；包裹水凝胶核心的超高分子量聚乙烯（UHMWPE）膜；代表纤维环的羟基磷灰石涂层高张力UHMWPE纤维织物套层；以及带齿状突起的3D打印钛合金终板（图1C），用于将椎间盘固定于相邻椎体。对该新型人工椎间盘原始设计的生物力学评估表明，其能够模拟被替换椎间盘的运动学行为21。在该植入物的最新版本中，水凝胶内核已被一种粘弹性材料（聚碳酸酯聚氨酯（PCU））所取代（图1D）。人工椎间盘植入物首先接受等离子体蚀刻处理，随后采用环氧乙烷（EO）气体灭菌法（参见材料表）进行灭菌，并通过需氧/厌氧细菌生长（ABG）分析检测其无菌性。
<img alt="包含纤维套、膜和端板组件的生物医学植入物示意图；包含技术规格。" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/68623/68623fig1.jpg" data-altupdatedat="1783396841000" data-alt="图1"> 
图1：人工椎间盘植入物的设计。（A）人工椎间盘植入物的示意图横截面视图。（B）人工椎间盘植入物的实际图像。（C）钛合金端板设计及其相应尺寸。（D）粘弹性内核的示意图表示。改编自 Jacobs 等（2023）21，略有修改。<a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/68623/68623fig1large.jpg" target="_blank">请点击此处查看此图的放大版本。</a>
在本研究中，采用了多种影像学方法，以确保种植体植入的精确定位、术中引导和术后评估。术前影像学检查对于评估解剖结构以及确认种植体的适用性和匹配性至关重要。术中影像学辅助实现精确的手术操作，而术后影像学则用于验证种植体的位置与对位情况。所有影像学检查均依照机构指南及辐射安全法规进行。
术前使用数字化X线设备（参见材料表）进行放射影像学检查，以分析解剖结构并确定椎间盘间隙（IVD）的尺寸，这是术前规划所必需的。通过正确的体位摆放和曝光参数获取标准的腹背位和侧位X线片，以获得最佳图像质量。术中使用C型臂透视设备（参见材料表）引导手术操作，并确认植入物的正确放置。术后采用高分辨率CT扫描仪（参见材料表）评估植入物的位置及解剖对位情况。为进行详细检查，采集薄层轴向图像，以实现多平面重建和三维可视化。为确保对术后效果的准确评估，使用专用软件（参见材料表）进行图像分析。
为了提供人工椎间盘植入的手术指南，本方案描述了术前管理、麻醉、手术步骤以及术后护理。

<table><tbody><tr><td>&lt;强&gt;种植体实验室&lt;/strong&gt;</td><td></td><td></td><td></td></tr><tr><td>3D 实验室</td><td>荷兰乌得勒支大学医学中心3D，乌得勒支，荷兰&amp;nbsp;</td><td></td><td>负责设计植入装置的实验室。[https://www.umcutrecht.nl/nl/3d-lab/] </td></tr><tr><td>&lt;强&gt;软件&lt;/strong&gt;</td><td></td><td></td><td></td></tr><tr><td>Clideo.com</td><td>Clideo Ltd. ，塞浦路斯</td><td></td><td>在线视频编辑器及工具</td></tr><tr><td>Materialise Mimics 软件版本 25.1</td><td>Materialise，比利时鲁汶</td><td></td><td>CT DICOM 数据处理</td></tr><tr><td>3-Matic 软件版本 17</td><td>Materialise，比利时鲁汶</td><td></td><td>设计植入装置的软件</td></tr><tr><td>RadiAnt DICOM Viewer（版本 2024.2）</td><td>Medixant，波兹南&lt;图像替代文本&quot;公式 1&quot; src=&quot;/files/ftp_upload/68623/68623eq1.jpg&quot; 样式=&quot;margin: auto;&quot;/&gt;，波兰</td><td></td><td>CT DICOM 查看器</td></tr><tr><td>&lt;强&gt;植入物制造商&lt;/strong&gt;</td><td></td><td></td><td></td></tr><tr><td>Amnovis</td><td>Amnovis，比利时阿尔斯霍特</td><td></td><td>植入器械的打印及打印后处理，包括试模 Cage 和锯导引器 [https://www.amnovis. com/]</td></tr><tr><td>3D金属打印&amp;nbsp;</td><td>3D金属打印生产 &amp;amp; 工程，Houlle，法国</td><td></td><td>BioAID 钛合金终板的打印与后处理。 [https://www.3d-metalprint.com/]</td></tr><tr><td>OSYPKA AG</td><td>德国莱茵费尔登</td><td></td><td>组装完成后对BioAID植入物进行环氧乙烷（EO）灭菌，将植入物置于含8%环氧乙烷的灭菌器中。灭菌循环在低温（38 °C）下运行。&amp;deg;-42&amp;deg;C）孵育3小时。[https://osypka.de/]</td></tr><tr><td>Empa</td><td>Emp，瑞士圣加仑</td><td></td><td>等离子体刻蚀：在批量反应器中应用两次40分钟的Ar/O₂等离子体，16/4 sccm，30 W，4 Pa [https://www.empa.ch/]</td></tr><tr><td>&lt;强&gt;植入体组件&lt;/strong&gt;</td><td></td><td></td><td></td></tr><tr><td>Bionate&amp;reg; 80A PCU</td><td>DSM Biomedical，荷兰，赫尔伦</td><td>7006035</td><td>硬度平均值：82.6，分子量 Mw：385272 Da，PDI：2.5，抗拉强度：8402.1 psi，厚度&amp;nbsp; 1.8 mm</td></tr><tr><td>超高分子量聚乙烯膜&amp;nbsp;</td><td>DSM Biomedical，荷兰，赫尔伦</td><td></td><td>厚度为38 μm，面密度为5 g/m²，孔径为0.9 μm</td></tr><tr><td>超高分子量聚乙烯编织纤维护套&amp;nbsp;</td><td>Centexbel，Gr&amp;acirc;比利时 ce-Hollogne</td><td></td><td>2/1 织物，每厘米8针</td></tr><tr><td>乌尔捷耶娃纯度&amp;trade;&amp;nbsp;</td><td>DSM Biomedical，荷兰，赫尔伦</td><td></td><td>Ulteeva +HA&amp;nbsp; SGX、dtex110、TS 100，原名Dyneema Purity&amp;reg;</td></tr><tr><td>&lt;强&gt;仪器与设备&lt;/strong&gt;</td><td></td><td></td><td></td></tr><tr><td>ProX DMP320&amp;nbsp;</td><td>美国南卡罗来纳州3D系统公司</td><td></td><td>使用选择性激光熔化技术的直接金属打印设备&amp;nbsp;</td></tr><tr><td>Miele 专业 G 7826</td><td>Miele Nederland B.V.，Vianen，荷兰</td><td></td><td>卫生型洗衣机&amp;nbsp;</td></tr><tr><td>BLUE SEAL 100*360 毫米</td><td>Interster，Wormerveer，荷兰</td><td>3FKFB210819</td><td>透明灭菌覆膜，尺寸 100*360 mm</td></tr><tr><td>MMM 灭菌器 OB10643</td><td>MMM 集团，普拉内格，德国</td><td></td><td>蒸汽高压灭菌器</td></tr><tr><td>NZS 229 荧光透视模型</td><td>飞利浦，埃因霍温，荷兰</td><td></td><td>透视成像</td></tr><tr><td>AGFA DR 600&amp;nbsp;</td><td>AGFA Valory，比利时</td><td></td><td>X射线机</td></tr><tr><td>64排，西门子SOMATOM Definition AS</td><td>西门子医疗美国有限公司，美国</td><td></td><td>CT扫描仪</td></tr><tr><td>10Fr×40cm 导尿管，带10cc气囊</td><td>美国 Teleflex</td><td>170605-12</td><td>Foley 导尿管规格 12</td></tr><tr><td>Ioban 2</td><td>3M，明尼苏达州，美国</td><td>6640EU</td><td>含碘手术铺巾&amp;nbsp;</td></tr><tr><td>2.0 LeiLOX 锁定螺钉 钛</td><td>Rita Leibinger，BW，德国</td><td>245-420-18</td><td>2.4 mm 自攻型锁定钛螺钉</td></tr><tr><td>PDS 2-0 配 CP-1 针</td><td>Johnson &amp;amp; Johnson Medical GmbH，诺德施泰特，德国</td><td>PDP466H</td><td>聚对二氧环己酮加抗菌2-0（可吸收缝合材料）&amp;nbsp;</td></tr><tr><td>Monocryl 2-0 带 Taperpoint Plus 针</td><td>Johnson &amp;amp; Johnson Medical GmbH，德国诺德施泰特</td><td>MCP3170H</td><td>含抗菌剂的聚甘醇碳酸酯25 2-0（可吸收缝合材料）配锥形针</td></tr><tr><td>Monocryl 2-0 带反向切割针</td><td>Johnson &amp;amp; Johnson Medical GmbH，诺德施泰特，德国</td><td>MCP4443H</td><td>含抗菌剂的聚甘醇碳酸酯25 2-0（可吸收缝合线材料）配反向切割针</td></tr><tr><td>Syncage C 短夹具</td><td>SYNTHES 公司，瑞士&amp;nbsp;</td><td>3,96,989</td><td>4.5号试模专用持握器</td></tr><tr><td>Curion&amp;reg; CuriBag 尿袋（2 升），25 个</td><td>Medeco BV，荷兰</td><td>55902</td><td>110 厘米管和一个十字阀</td></tr><tr><td>Shiley&amp;trade; 带TaperGuard的气管插管&amp;trade; 袖带</td><td>美敦力公司，明尼苏达州，美国</td><td>18790S</td><td>带预装导丝的墨菲眼，内径 9.0 mm，外径 12.1 mm</td></tr><tr><td>Collin Baby 自动拉钩</td><td>Brun 公司，德国图特林根</td><td>BV329R</td><td>COLLIN（婴儿）腹部牵开器，自持式，完整牵开器，155 mm（6 1/8）&quot;），带球形按扣，由 BV328R、BV327R、BV326R 组成</td></tr><tr><td>梅茨恩鲍姆钝头剪刀</td><td>Aesculap GmbH，图特林根，德国</td><td>BC601R</td><td>梅茨恩鲍姆剪刀 - 直型 - 钝头/钝头 - 14.5 cm</td></tr><tr><td>盖尔皮拉钩&amp;nbsp;</td><td>Wipro，印度班加罗尔</td><td>051-9970</td><td>HGIII 套件 L=185 mm</td></tr><tr><td>Gelpi拉钩&amp;nbsp;</td><td>Aesculap GmbH，图特林根，德国</td><td>BV996R</td><td>HGIII 套件 L=135mm</td></tr><tr><td>贝弗刀片手柄&amp;nbsp;</td><td>法国里昂，Vet spectrum</td><td>SAH.002544</td><td>4英寸，巴尔德斯编号：64 和 65&amp;nbsp;</td></tr><tr><td>Synthes 2.0 mm 钻头</td><td>SYNTHES 公司，瑞士&amp;nbsp;</td><td>310.19</td><td></td></tr><tr><td>基希纳&amp;nbsp; wiers</td><td>SYNTHES 公司，瑞士&amp;nbsp;</td><td>292.20</td><td>Synthes 2.0 mm KWIRE W/TROCAR POINT 150 mm</td></tr><tr><td>CASPAR，椎体撑开器</td><td>KLS，德国图特林根</td><td>SBH 110-740-02</td><td>左侧，短齿条：110 mm</td></tr><tr><td>C-Lox&amp;nbsp; 脊柱刮匙&amp;nbsp;</td><td>Rita Leibinger，BW，德国</td><td>134-0700-22</td><td>不锈钢 22厘米</td></tr><tr><td>MTI Curette&amp;nbsp;</td><td>MTI，俄亥俄州，美国</td><td></td><td>L = 8.8 mm，总长 = 19 mm &lt;图片替代文本&quot;公式 2&quot; src=&quot;/files/ftp_upload/68623/68623eq2.jpg&quot; 样式=&quot;margin: auto;&quot;/&gt;&amp;nbsp;6.3毫米刮匙，45度刮匙钩&lt;图片替代文本&quot;公式 3&quot; 源文本：src=&quot;/files/ftp_upload/68623/68623eq3.jpg&quot; 样式=&quot;margin: auto;&quot;/&gt;</td></tr><tr><td>切瓦利埃·杰克逊喉用抓钳&amp;nbsp;</td><td>美国密歇根州斯特赖克</td><td>S35.43000</td><td>11.75&amp;Prime; 299MM</td></tr><tr><td>斯科维尔刮匙&amp;nbsp;</td><td>GerMedUSA，美国纽约</td><td>G46-1502</td><td>10&quot; 向下</td></tr><tr><td>锯片</td><td>美国印第安纳州，DePuy Synthes公司</td><td>519.104S</td><td>可用长度：50 mm，切片厚度：0.6 mm，宽度：10 mm</td></tr><tr><td>骨科 COLIBRI II</td><td>美国印第安纳州，DePuy Synthes</td><td>5,32,101</td><td>钻头/摆动锯</td></tr><tr><td>PALACOS&amp;reg; R（骨水泥）</td><td>贺利氏（库尔策），德国</td><td>K202475</td><td>高黏度骨水泥&amp;nbsp;，不透射线，绿色</td></tr><tr><td>LeiLOX 钛合金重建板</td><td>Rita Leibinger，BW，德国</td><td>142-0220-04</td><td>4个孔，两孔间距约9毫米，长度=32.95毫米，最大宽度=5.95毫米，最小宽度=3.6毫米，高度=1.55毫米&amp;nbsp;</td></tr><tr><td>Actimove Cerviroll</td><td>Ottobock，德国德德施塔特</td><td>72859-44</td><td>颈部泡沫护套（大号）</td></tr><tr><td>&lt;强&gt;药物&lt;/strong&gt;</td><td></td><td></td><td></td></tr><tr><td>Dexdomitor 0.5 mg/ml</td><td>Orion Corporation，芬兰埃斯波</td><td>EU/2/02/033/001-002</td><td>盐酸右美托咪定注射液 0.5 mg/ml（10ml）&amp;nbsp;</td></tr><tr><td>布托啡诺 20μm/小时 贴剂</td><td>SANDOZ BV，荷兰阿尔梅勒</td><td>RVG 114802</td><td>透皮贴剂</td></tr><tr><td>丙泊酚 20 mg/ml</td><td>Fresenius Kabi Nederland b.v.，Huis ter Heide，荷兰</td><td>RVG 110811</td><td>注射用或输注用丙泊酚 20 mg/ml 乳剂（50ml）&amp;nbsp;</td></tr><tr><td>氟尼辛葡甲胺 50 mg/ml</td><td>&amp;nbsp;Laboratories Calier S.A.，莱斯弗兰克斯德尔瓦尔&amp;egrave;s，Spian</td><td>ES/V/0127/001</td><td>100 ml 瓶装，QM01AG90 - 氟尼辛</td></tr><tr><td>Neopen&amp;reg;</td><td>MSD intervet，博斯梅尔，荷兰</td><td>REG NL 1556</td><td>新霉素（100 mg/ml）-普鲁卡因青霉素（200 mg/ml）</td></tr><tr><td>瑞芬太尼 2mg</td><td>Mylan B.V.，荷兰阿姆斯特尔芬</td><td>RVG 104757</td><td>盐酸瑞芬太尼 2.19 mg/瓶，相当于瑞芬太尼 2 mg/瓶</td></tr><tr><td>聚维酮碘洗发液</td><td>Mylan B.V.，荷兰阿姆斯特尔芬</td><td>RVG 08943</td><td>聚维酮碘 75 mg/ml（120 ml）</td></tr><tr><td>聚维酮碘溶液</td><td>Mylan B.V.，荷兰阿姆斯特尔芬</td><td>RVG 01331&amp;nbsp;</td><td>聚维酮碘溶液 100mg/ml（500ml）</td></tr><tr><td>阿莫西林/克拉维酸</td><td>SANDOZ BV，荷兰阿尔梅勒</td><td>RVG 29725</td><td>含500 mg阿莫西林和50 mg克拉维酸（粉末）</td></tr><tr><td>HiBiScrub</td><td>M&amp;ouml;lnlycke Health Care AB.，荷兰乌得勒支</td><td>RVG 10156</td><td>氯己定二葡糖酸盐 40 mg/ml（500 ml）</td></tr><tr><td>酒精70%中的氯己定0.5%&amp;nbsp;喷雾（品红色）</td><td>ADDED PHARMA，荷兰奥斯</td><td>ROL. 1642783</td><td>0.5%氯己定溶于70%酒精&amp;nbsp;喷雾（250毫升）</td></tr><tr><td>顺式阿曲库铵 2mg/ml&amp;nbsp;</td><td>德国哈梅林市，哈梅林制药有限公司</td><td>9266716</td><td>1 ml&amp;nbsp;含：苯磺顺阿曲库铵 2.68 mg（相当于顺阿曲库铵 2 mg）</td></tr></tbody></table>

山羊动物模型中仿生人工椎间盘植入的手术技术

Surgical Technique for the Implantation of a Biomimetic Artificial Intervertebral Disc in a Goat Animal Model

颈椎间盘置换术（CDA）已成为治疗退行性压迫性颈椎脊髓病患者的一种外科解决方案，但仍存在局限性，尤其是在实现稳定整合方面。目前人工椎间盘面临的主要挑战之一是由于与相邻椎体骨整合不足，导致移位和脱位的风险。尽管CDA在人类医学中已是一种成熟的治疗方法，但患有颈椎脊髓病的犬通常仍接受减压手术治疗。在兽医学领域，人们对创新疗法（如椎间盘置换术）具有浓厚兴趣。最近，一种新型仿生人工椎间盘（BioAID）被研发出来。该人工椎间盘复制了天然椎间盘的关键特征，包含一个模拟髓核的黏弹性核心和一个模拟纤维环的抗张力纤维套。带翼的钛合金终板可实现牢固固定，而纤维套则促进与相邻椎体的骨整合，从而随时间推移最大限度降低移位风险。由于山羊是脊柱研究中常用且易于获得的动物模型，本研究提供了一套全面且可操作的指南，涵盖假体的设计与制备、实验动物的选择与入组、术前管理、麻醉方案及术后护理，用于在山羊颈椎中植入人工椎间盘装置。文中提供了详细的分步手术方法，并介绍了定制手术器械的设计以及术中和术后所需的影像学技术。该方法弥合了实验研究与临床应用之间的鸿沟。该手术已在四只山羊中成功实施，术后21天的监测证实未发生移位或并发症。这些结果表明，该植入技术可确保初期稳定性，支持其进一步评估的可行性。未来仍需开展研究，以评估长期骨整合效果和生物力学性能，然后才能将该方法转化为人类和犬类临床应用。

采用尸体山羊模型，使手术团队在启动in vivo研究之前熟悉相关操作流程。该尸体操作方案利用山羊尸体模型，使脊柱研究人员和外科医生能够在接近真实手术室的环境中，练习将一种新型人工椎间盘植入C4-C5椎间隙的手术操作。对尸体进行X射线成像，以确认植入后人工椎间盘假体及骨性终板无明显损伤（补充图S1E）。为增强手术训练的真实性，使用新鲜完整的山羊尸体，以便在手术台上实现精确体位摆放，同时保持组织的自然颜色、质地和硬度。手术操作的每一步均暴露颈椎目标区域，并依照标准神经外科操作规范进行22。
在4只山羊中进行的人工椎间盘植入in vivo研究显示，该方案在山羊动物模型的C4-C5节段成功实施，并在手术准确性与植入物即刻稳定性方面获得了可预测的结果。术中及术后影像学检查（如透视成像、X线摄影和CT） consistently 确认了假体在椎间盘（IVD）间隙内的精确定位。
在关键步骤中使用术中透视，例如试模椎间盘植入、锯导板定位以及最终人工椎间盘的置入，可确保操作的精确性并防止手术错误。完成锯切操作后，对制备好的榫槽通道进行检查，显示榫槽轨迹清晰且对位良好，未见明显过度毛刺或周围结构损伤。骨水泥栓在通道内充分起到了防止榫部迁移的腹侧阻滞作用，为人工椎间盘假体提供了稳定的固定基础。
CT被证明是一种有价值的术后影像学方法，可进行多平面重建，从而能够精确评估假体相对于椎间盘间隙和椎体终板的三维位置（图7）。人工椎间盘的正确对位、椎间盘高度的恢复以及对称的翼槽制备均得以实现，且变异极小（图7）。此外，钛合金锁定板的应用有效封闭了骨水泥塞，防止了骨水泥移位。
术后24小时及21天的随访荧光透视成像进一步证实了人工椎间盘的位置以及周围椎体的结构完整性（图9）。
<img alt="山羊手术准备和X射线成像；骨科手术；兽医学研究。" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/68623/68623fig9.jpg" data-altupdatedat="1783396841000" data-alt="图9"> 
图9：人工椎间盘植入术后的随访观察。（A-B）术后24小时对其中一只植入动物的观察情况及其相应的透视图像，显示动物具有良好的疼痛控制和整体健康状态，例如正常体态。（C-D）同一只动物在植入后21天的评估结果，透视图像证实植入物位置稳定。 <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/68623/68623fig9large.jpg" target="_blank">请点击此处查看该图的高清版本。</a>
在所有四只山羊植入后的21天内，评估了包括神经功能恢复和活动能力在内的各项功能学结果。在此期间，所有动物均表现出正常行为，食欲良好，且未出现疼痛、神经功能缺损或跛行等迹象。此外，在术后21天内，根据体温正常、手术部位无肿胀、发红或渗出物、食欲稳定、行为正常以及无跛行或全身性疾病等临床表现，四只山羊均未出现手术部位感染的迹象（补充视频 S1 和 补充视频 S2）。
补充图 S1：利用人工椎间盘假体在山羊尸体颈椎 C4-C5 椎间盘间隙实施椎间盘置换术，以评估植入技术的可行性。 手术步骤如下：（A）椎间盘切除，并沿椎体腹侧中线骨嵴方向在终板骨面上制备通道（绿色箭头所示）。（B）植入人工椎间盘装置。（C）使用电动磨钻扩大所制备的通道（黄色箭头所示）。（D）将骨水泥注入通道内（黑色箭头所示），随后覆盖钛板以防止骨水泥栓脱出。（E）人工椎间盘植入并注入骨水泥后、但在骨水泥栓上方放置钛板前，获得的腹背位（左）和侧位（右）X线影像。人工椎间盘装置的钛合金终板鳍状结构（红色箭头所示）已嵌入各椎体终板的对应鳍槽内。<a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/68623/Supplementary%20Figure%20S1.tif" target="_blank">请点击此处下载该文件。</a>
补充视频 S1： 该视频展示了植入人工椎间盘后第3天的动物情况。 <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/68623/Supplementary%20video%20S1.mp4" target="_blank">请点击此处下载此文件。</a>
补充视频 S2： 该视频记录了人工椎间盘植入后21天的4只实验动物，显示其行为正常。<a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/68623/Supplementary%20video%20S2.mp4" target="_blank">请点击此处下载此文件。</a>

本研究介绍了一种用于植入仿生人工椎间盘（BioAID）的新型外科手术技术。该方法可确保精确放置和稳定性，旨在利用山羊模型恢复颈椎功能。该技术在治疗因颈椎脊髓病而受影响的人类和犬类患者方面具有良好的临床应用前景。

人工颈椎间盘置换术（CDA）已成为治疗退行性压迫性颈椎脊髓病患者的一种外科手术方案，但仍存在局限性，……

本研究介绍了一种用于植入名为BioAID的仿生人工椎间盘的新型外科手术技术。BioAID包含一个黏弹性核心、抗张力纤维套、3D打印的钛合金终板以及用于椎间盘置换的独特器械。首先，将麻醉后的动物置于手术台上，并做一条腹侧正中皮肤切口。切开皮下组织和颈阔肌，分离并牵开胸骨舌骨肌和胸锁乳突肌的肌腹至正中线。然后沿气管右侧进行钝性分离，并将气管连同食管轻柔地向左侧牵开。现在，将右侧颈动脉鞘向右侧横向牵开。通过触诊其向腹外侧延伸的左右两侧较大的横突，辨认第六颈椎。在中线处触诊第五颈椎单一的腹侧突起。接下来，辨认第四颈椎的单一腹侧突起。钝性分离颈长肌以暴露第四和第五颈椎椎体的腹侧面。使用两个自持式Gelpi拉钩牵开颈长肌肌腹，定位位于第四颈椎腹侧棘突下方的C4-C5椎间盘间隙。然后使用 Beaver 刀进行有限的部分椎间盘切除术。接着，在 C4 和 C5 椎体之间的中线位置做标记，用于放置 Caspar 牵开器。使用连接在低速钻上的直径 2 毫米钻头，在标记处钻出引导孔，穿透皮质骨并进入松质骨。使用低速钻头将两根2.5毫米的克氏针插入预钻孔中。然后，通过透视成像确认克氏针位置正确，与C4、C5椎间盘间隙对齐，且未穿透对侧皮质骨。随后，将Caspar椎体牵开器连接至C4和C5椎体上的克氏针上。使用脊柱刮匙和Chevalier Jackson抓取钳彻底清除椎间盘背腹侧中线中央部分。使用Scoville椎间盘刮匙小心地清创软骨终板。接着，插入无翼试模假体以评估人工椎间盘的正确位置，并通过透视成像确认其位置。然后取下无翼缘的试模。将锯导板连接到手柄上，并插入预备好的间隙中。确认锯导板正确插入后，断开并取下手柄。将0.6毫米厚的锯片与锯导板开放槽内的C4和C5椎体腹侧中线骨嵴对齐，使用摆动锯开始锯切。当锯片接触到槽内闭合的背侧钛合金侧壁时停止锯切。保持锯片插入状态下进行透视检查。接下来，将持具重新连接至锯导板，并在使用卡斯帕拉钩维持牵开的同时小心移除锯导板。将带有榫舌的试模椎间盘插入椎间隙，并确保放置到位。使用透视成像确认对位情况。取出带翼试模并拆开人工椎间盘装置。将人工椎间盘纤维外鞘的腹侧牢固地压入椎间盘植入物持取器中，然后将人工椎间盘推入已准备好的椎间隙内。使用透视成像确认人工椎间盘位置正确，并确认头侧和尾侧的背侧翼与腹侧翼均已稳妥嵌入。然后松开卡斯帕牵开器上的牵开力。接着移除卡斯帕牵开器和2.5毫米克氏针。使用高速磨钻，磨出直径为五毫米的圆形骨孔，位置位于C4节段腹侧锯切面的尾侧及C5节段的头侧。最后，按照制造商的说明配制骨水泥。将骨水泥填充至通道孔中，并使其固化约10分钟。使用两块带有三个孔的2毫米钛板覆盖已填充骨水泥的通道，并用两枚2毫米锁定螺钉固定每块钛板。山羊C4、C5节段人工椎间盘的体内植入显示，通过术中及术后影像学检查证实，假体位置准确且具有即刻稳定性。计算机断层扫描成像提供了多平面视图，确认了人工椎间盘与椎间隙及椎体终板的正确对位、椎间盘高度的恢复以及对称的翼道制备。植入后24小时和21天的随访透视检查证实，人工椎间盘位置保持稳定，周围椎体结构完整。本研究提供的生物仿生人工椎间盘置换方案具有安全的植入流程，可实现牢固固定和快速恢复。这种新型人工椎间盘的未来研究将聚焦于骨整合、植入物稳定性、组织反应以及长期的生物力学性能。

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Research

科研

JoVE Journal

Biology

生物学

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