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JournalofClinicalRehabilitativeJune
VoI．14，No．26
TissueEngineeringResearch
数字化三维重建钛网在大面积颅骨缺损修补中的应用★
彭雅滨，毛小林，王晓峰，杨术真，王军，陈勃勃
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一周热点问题
版权所有，并保留所有权利颅骨修补的研究进展和现状
中华临床医师杂志（电子版）
2009年11月,3卷11期
颅骨修补的研究进展和现状
刘生华，李香迎
刘生华、李香迎，济南市第三人民医院神经外科，250101
关键词:颅骨修补；　研究进展和现状
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　　临床上各种原因所致的颅骨缺损十分常见，对颅骨缺损进行修补成形已成为神经外科医生的共识。各国的颅脑创伤救治指南一般推荐以去骨瓣减压术作为治疗恶性高颅压的二线方法中的首选手段[1]，去骨瓣减压术能够有效降低颅内压，减少对脑干生命中枢的压迫。目前，重型颅脑损伤的手术指征渐趋规范，手术治疗仍以传统去骨瓣减压或标准大骨瓣减压为重要方法。随着标准化大骨瓣减压治疗重型颅脑损伤的推广和应用，临床中必然会出现越来越多的大面积颅骨缺损的病例，因此及时修补颅骨缺损是十分必要的。迄今，关于颅骨修补的时机、适应证、禁忌证、修补材料、修补方法等仍有争议。
　　一、颅骨修补的必要性
　　尽管去骨瓣减压术后早期能达到降低颅内压的目的，并增加减压侧的脑灌注压和脑血流；但随之而来，由于失去骨瓣的支撑，大气压的作用使颅内，尤其是去骨瓣侧脑脊液循环动力学紊乱和脑血流灌注压下降，导致大脑代谢紊乱造成潜在的脑组织功能损害[2]。大面积颅骨缺损不仅改变了颅腔内正常压力和颅内血液及脑脊液循环，而且打破了颅内原有的生理平衡，导致颅腔内容物处于可变状态，容易造成脑组织变形、移位，脑室扩大，脑实质内的水分流向紊乱，影响脑脊液的产生、吸收及循环，从而形成外伤性脑积水、脑膨出等并发症。造成患者头痛、头晕、局部触痛、易激怒、焦虑不安、恐惧、不明原因的不适感和各种精神障碍等一系列神经症状，称为trephined综合征。颅骨修补术对外伤后去骨瓣减压患者临床症状的改善早有报道[3]，如trephined综合征症状的缓解，以及认知功能的改善等。Dujovny等[4]发现对双额去骨瓣减压的患者行颅骨修补后，脑脊液的流量明显改善，脑静脉的血流量也有一定的增加。动物实验表明，去骨瓣减压后造成的颅骨缺损对局部的脑血流动力学的改变非常显著，与之相关的引起脑氧代谢率和脑糖代谢率改变，进一步造成脑神经功能受损[2]。Winkler等[5]报道颅骨修补后对修补侧的大脑中动脉和颈内动脉血流动力学紊乱有一定的改善作用，对去骨瓣减压后损伤明显的脑血流储备能力则有明显的改善；颅骨修补后原先颅骨缺损侧的皮质血流灌注障碍能够恢复至接近正常水平[6]。在颅骨缺损的患者中，前额、眉弓轮廓及其相邻的颞顶区颅骨缺损占70%以上[7]，该部位是颜面和五官的重要组成部分。去骨板减压术后常出现颞肌萎缩、颞区瘪陷，甚至改变颞下颌关节的位置，影响咀嚼。颞肌形态和功能的完整依靠它的神经支配、血液供应、完整的肌纤维、适度的肌张力。颞肌萎缩不仅影响患者容貌，还对患者身体和心理造成损害。通过科技创新的手段达到人体损伤后重建与美容的手术效果是医学重建和美容事业发展的必然趋势。Segal等[8]报道，患者颅骨缺损部位的平均血流速度减慢，脉动指数增高，提示血流速度减慢与颅骨缺损面积有关，缺损面积越大，颅内压越低，脑血流速度越慢，引起颅内微循环缺血、缺氧，影响脑组织与血液间的物质交换和颅内压的生理平衡，导致脑功能紊乱。Winkler等[5]对颅骨缺损患者行脑脊液(CSF)动力学、脑血管储备能力及脑葡萄糖代谢方面研究，发现CSF动力学有不同程度紊乱、脑血管储备能力下降、脑葡萄糖代谢减少。行颅骨修补后，随着CSF动力学紊乱纠正，脑血管储备能力恢复，脑葡萄糖代谢增加，患者的神经症状可完全消失或部分改善。
　　二、修补时机
　　颅骨修补术不仅是源于美观的考虑，更重要的是出于治疗的目的。颅骨修补术的作用主要是恢复颅腔的生理完整性，修补后对患者的心理安全及一些神经症状，如头痛、头晕、恶心等有所改善，手术时机的选择应该是为了伤口及受伤的脑组织恢复到较好和稳定的状态。通常认为，颅骨修补宜在去骨瓣减压术后3～6个月以上施行，而对于有感染者至少需延长至去骨瓣减压术后6个月以上[9]。如果时间过长，局部皮肤瘢痕在术后不易愈合，又因为皮肤与硬脑膜或脑组织黏连紧密，增加了手术操作中的分离难度，对皮肤及脑组织损害较大。皮瓣塌陷时间过长，易造成皮瓣缩小，缝合后皮缘紧张易致缺血坏死。有关早期颅骨修补术指征仍需进一步探讨，如颅内压、意识状态、全身状况以及并发症等对手术指征的影响。杜光勇等[10]报道重型颅脑损伤去骨瓣减压后超早期(4～6周)进行颅骨修补是可行的，但是术后4～6周时间伤口和受损脑组织尚未恢复到稳定的水平，笔者认为此时修补不合时宜。李谷等[11]研究表示，早期颅骨修补(＜2个月)患者的预后较延期修补(＞3个月)更好。该研究有一定的临床指导价值，如行前瞻性临床对照研究则更有说服力。
　　随着颅脑损伤规范救治以及标准外伤大骨瓣减压的推广和应用，颅脑损伤的救治成功率得到明显提高，但因手术或外伤本身所导致的颅骨缺损、脑膨出、脑积水等并发症亦日益增多[12-13]。关于外伤性脑积水的报道有很多[14]。去骨瓣减压术后发生脑积水、脑膨出等并发症，传统的治疗方法是先行脑室-腹腔分流术，3～6个月后再行颅骨修补术，很容易错过最佳治疗时期，郭芳等[15]采用同期一次性颅骨修补术及脑室-腹腔分流术对颅脑损伤后颅骨缺损合并脑积水患者进行手术治疗，取得满意效果，明显减少了患者的意识及神经功能障碍。目前，关于早期颅骨修补的报道非常多见，本文认为，进行早期颅骨修补的患者应排除颅内压增高、颅内占位肿块、脑肿胀及脑脊液的不正常，颅内压及其他颅骨修补的禁忌证一旦排除，就应早期行颅骨修补。
　　三、修补材料
　　颅骨修补的材料应具备以下条件[16]：(1)组织反应小，不产生组织排斥反应；(2)物质稳定，在体内不会引起电离反应，而不被组织吸收；(3)质轻，坚固，有一定抗冲击力；(4)有可塑性，成形方便，修补后外观满意；(5)能透X线，使术后患者仍能进行X线、CT、 MRI等复查；(6)导热性能小；(7)使用方便，手术简单；(8)价格低廉，供应便捷。传统的颅骨修补材料主要有有机玻璃、甲基丙烯酸甲酯骨水泥、钛板、硅橡胶板、高分子纤维增强材料和双醋酚丙烯酸酯类微孔可塑性人工颅骨。这些材料大多存在组织相容性差、易感染、易形成皮瓣积液等缺点。临床中常用的颅骨修补材料有自体颅骨、有机玻璃、骨水泥及钛合金材料等。既往曾用过异体骨(新鲜胎儿颅骨)、自体异位骨（如髂骨、肩胛骨、胫骨、肋骨）或同种异体骨。颅骨修补材料分为自体骨和人工材料两类，随着研究的深入和科学技术的发展，更多的人工材料被应用于临床。Dumbach等[17]应用松质骨、羟磷石灰颗粒、钛板，经放射线照射后修补颅骨缺损得到成功。多数人工材料难以在塑形、抗击、耐压、隔温和防寒方面替代自体颅骨。至今，应用较多的人工材料主要是钛网板，由于钛合金材料无毒，致炎及致敏性低，具有良好的生物相容性和较低的生物蜕变性，耐腐蚀性高等特点，得到越来越广泛的临床应用[18]。由于钛网具有较强的抗压性能，组织相容性好，植入人体后，成纤维细胞可以长入钛网的微孔，使钛网与组织融为一体，且有钙化和骨化趋势，是比较理想的人工修补材料。钛合金网虽然在外形美观方面较好，但价格昂贵。截至目前，还没有一种材料能完全符合条件，相比而言，有学者认为自体颅骨是修补颅骨缺损最理想的材料[19] 。最早应用的自体颅骨，仍在临床应用中占据着重要地位。自体颅骨符合自身生理，不存在免疫排斥反应，很少发生感染、积液、松动等人工材料常见的并发症[20]。普通低温保存的自体颅骨植入后可以存活，尤其适用于儿童，而人工材料不可能随头颅的增大而增大[21]。自体颅骨具有经济、不需塑形的优点，但其组织相容性，骨瓣离体后是否还具有正常的生理特点，以及骨膜成骨细胞是否还存活均不明确，此外，还有骨瓣移植后吸收和增生等问题值得进一步研究。
　　四、颅骨保存
　　关于骨瓣如何保存的问题，临床医师做了大量的研究。保存的方法很多，如自体内保存和液氮冷冻保存，前者存在患者痛苦大，后者存在要求设备条件高、价格昂贵等缺点。自体颅骨的保存方法分体内和体外，体内保存的方法主要是将颅骨瓣埋藏于腹壁或大腿皮下，自体皮下包埋颅骨瓣是一种接近生理状态的保存方法，可以较好地保存骨组织细胞的活性和结构，在一定程度上保持了骨瓣的生物学特性，缺陷是保存时间有限，超过12周，骨瓣吸收明显有不同程度的缩小，并且增加了创伤和医疗费用。李耀华等[22]采用颅骨瓣股外侧和腹壁保存的方法行早期(平均61 d)回植，无任何不良反应，无并发症。采用体外保存的自体颅骨，最常见的并发症是感染。回树新等[23]采用－80 ℃的深低温保存骨瓣，待颅内压恢复正常后行颅骨修补，效果良好。自体骨瓣包埋后植骨，比较经济，适合基层医院用，但是面临的问题是，手术操作困难，剥离硬膜时容易出血，还有骨瓣的自溶或增生。近几年不断出现有关深低温冷藏自体颅骨的报道，经深低温保存后的颅骨瓣保持了骨组织细胞的活性，具有使用其他方法保存后相同的骨传导作用，冷冻骨瓣基质中的骨引导物未被灭活，仍保持骨诱导能力，移植后可促进移植骨与受骨区骨的融合[24]。孙鹏等[25]在动物实验的基础上将颅脑创伤和颅内肿瘤患者术后取出的颅骨瓣在深低温(－196 ℃)条件下保存，89例患者实施颅骨回植后均无排异反应和感染发生，临床效果满意，认为深低温保存有如下优点：(1)无免疫排斥反应，术后无并发症；(2)回植的骨瓣可成活，并与周围的骨组织融合为一体，起到了与原颅骨相同的作用；(3)尤其适于儿童；(4)患者心理容易接受；(5)自体颅骨回植后对脑组织有很好的保护作用，如防磁和防电波效果好；(6)骨瓣回植时间不受严格限制。但深低温处理保存颅骨瓣必须具有一定设备条件，费用高，基层医院难以开展。采用冷冻加高温消毒的自体骨瓣进行修补有增加感染和移植骨吸收的缺点[26-27]，其原因可能与高温蛋白质变性有关。韦祖斌等[16]采用无菌技术保存的自体颅骨修复颅骨缺损，结果发现自体骨瓣回植修补与人工材料的疗效无显著差异，而且节约了费用。
　　五、修补方法
　　因创伤及手术等因素造成的颅骨缺损的修复，除非是自体骨瓣，在形态上做到与原缺损部位完全一致十分困难。颅骨缺损的部位、大小、形状各不相同，且术前及术中进行传统模具和手工制作与缺损区难以十分匹配，特别是塑形的钛板修复体与原缺损区生理曲度不符，成形后左右对称性欠佳，美容效果差。既往多数临床医生采用简单工具对钛网进行现场加工制作，医生在术前和术中反复设计、裁剪、塑形，由于术者的经验和制作工具的影响，导致手术效果参差不齐[28]，既延误了手术时间，往往又达不到对称的美容效果。而且70%以上的患者缺损区域在前额、眉弓轮廓及其相邻的额颞顶区域，美容效果直接影响到患者的心理和生理的健康。无模多点成形技术应用于颅骨成形术，标志着颅骨修复体塑形已从手工时代进入了数字化时代。近年来随着计算机和三维图像重建技术的应用以及采用自动模具制作钛板，使塑形更完美、更精确[29-30]。目前，有一种钛合金颅骨修复体的数字化设计与制造技术，这种技术的优点是数字技术结合CT扫描三维成像，能使术前制成的修复体更精确[31]。夏成德等[32]采用电子束三维CT成像技术，将医用钛合金预制成个性化钛植入体，完成4例大面积颅骨缺损的修补。修补术后钛网修复体与健侧颅骨的对称性决定着手术的美容效果，但是计算机辅助设计的颅骨成形术在手术设计时，只是根据患者头颅CT的颅骨信息进行的，舍弃了软组织的信息，若将植入的材料放在头皮和颞肌之间，则根据颅骨信息设计的植入材料就无法匹配[33]，王永等[34]根据CT显示的颅骨和颞肌信息，研究了颞部颅骨缺损患者植入材料的设计和固定方法。随着计算机辅助设计和快速成形技术的发展，颅骨修补材料的个性化设计制造成为可能[35]。赵文旭等[36]采用个性化预制医用树脂和羟基磷石灰复合材料完成48例颅骨缺损的修补，效果满意。利用组织工程技术修补颅骨缺损是近年来发展起来的新方向[37]，在组织工程骨中快速建立血管尤为重要[38]。徐松柏等[39]采用血管内皮生长因子(VEGF)转基因组织工程骨对兔颅骨缺损模型进行修复，对转基因技术在颅骨组织工程方面的应用进行初步探讨，认为VEGF转基因组织工程骨能加快修复区的骨形成，可望为临床大块颅骨缺损修复提供有效方法。
　　六、颅骨修补适应证、禁忌证、并发症
　　颅骨修补要严格掌握适应证。目前国内公认的标准为颅骨缺损直径＞3 cm，特别是重要功能区的缺损，易造成神经功能障碍。冯金周等[40]认为早期颅骨修补的适应证是：(1)患者全身情况良好，神志清楚，无肺部感染；(2)无颅内高压，颅骨缺损区皮瓣有塌陷；(3)无颅内及术区皮肤感染灶；(4)头颅CT检查无术区脑组织明显水肿，中线无明显移位，无脑积水；(5)颅骨缺损＞3 cm以上。既要考虑缺损部位、缺损面积，更要考虑患者的身体状况。下列情况不宜行颅骨修补：局部头皮有感染者，颅内存在感染灶致颅内压增高者，缺损区头皮菲薄者，全身状况差着，神经缺损严重、生活不能自理者。对于早期有颅内感染的患者，切忌早期修补。对于缺损面积较小(＜3 cm)、不影响功能及美观的缺损，则不必修补。尤其对于长期昏迷、植物生存、脑死亡、恶性肿瘤术后等患者，不要盲目修补。颅骨修补的禁忌证应为：高颅内压、颅内占位、脑肿胀、脑脊液不正常。
　　颅骨缺损修补术后较常见的并发症有皮下积液、出血、感染、骨瓣松动下陷、钛钉松脱、有机玻璃破碎、材料裸露等。有研究显示，颅骨修补材料外露率为0.9%～1.7%，感染率为8.1%～14.8%，硬膜下积液发生率为7.6%～12.9%[41]。头皮下积液是最常见的并发症，皮下积液的发生与术中残留硬膜外死腔、局部渗血、脑脊液漏以及修补材料的组织相容性等有关，另外，早期修补脑表面的硬脑膜或纤维结缔组织膜不完整或不够致密，在翻起皮瓣时容易破损导致皮瓣下积液感染。手术中剥离皮瓣时应保持硬膜的完好，止血要彻底，若修补范围较大应在缺损中心位置用丝线悬吊硬膜。术后皮下积液可经皮下穿刺抽液，加压包扎后大部分可愈合。部分皮下积液需要反复抽液，增加了患者的痛苦和精神压力，且易诱发感染。李奋强等[42]报道修补术后采用留置负压引流能明显减少这一并发症，其16例留置负压引流患者均无皮下积液发生。颅骨修补后继发出血的原因可能是因为缺损区脑组织损伤后，新生毛细血管丰富且脆性较大，术中剥离皮瓣时对脑组织过度牵拉，悬吊过深，没有避开大血管。采用体外保存的自体颅骨瓣进行修补，最常见的并发症是感染，预防感染除了术中严格无菌操作外，术前应用庆大霉素溶液或碘伏浸泡，术后常规应用高效价的抗生素，同时注意改善患者的营养状态，对于预防感染是非常重要的。一旦发生感染，要及时去除骨瓣，不要抱侥幸心理。另外，考虑到颅内发生感染的可能性，对于有开放性颅脑损伤或外伤后有颅内感染的病例，切忌行早期颅骨修补术。有机玻璃容易破碎，尽量不要使用，使用后一旦发生破碎应及时取出，更换其他材料。钛钉松脱与手术操作有关，术中颅骨缺损边缘剥离不彻底，钛钉未完全钉入颅骨是主要原因。材料外露是由于破溃部位为原手术切口瘢痕，局部血运差，摩擦坏死所致，发生后行换药处理，给予重新缝合，若仍不愈合则需取出材料。
　　七、展望
　　近年来发展的骨组织工程为颅骨缺损的完全修复提供了新的方法，其主要是应用细胞外基质复合扩增培养的种子细胞，回植入缺损部位，在细胞外基质逐步降解的同时，种植的细胞不断增殖，达到修复颅骨缺损的目的。目前，关于颅骨修补时机、适应证、禁忌证、修补材料、颅骨保存及修补方法等仍没有统一，随着研究的深入和科学技术的发展，无论是应用自体颅骨，还是应用人工材料，方法会更趋合理，材料会不断完善，并发症进一步减少，外形会愈加美观，将有利于改善患者的症状和提高生活质量。
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