2.1  人工颈椎间盘的起源、发展及其经验  1956年Van steenbrugghe第一次提出了人工椎间盘的概念，1966年Fernstrom第一次将1个不锈钢球体作为椎间盘假体用于临床。20世纪80年代，Bristol假体的出现可以算是真正意义上的颈椎间盘，它属于金属对金属的限制性假体，由2片凸凹面对合的不锈钢构件组成，依靠椎体上的螺钉固定，实现即刻固定。在此时期，半限制型ProDisc人工颈椎间盘也被设计出来。20世纪90年代后期出现了Bryan人工颈椎间盘，它拥有第1个人工关节囊设计，与ProDisc一样，Bryan颈椎间盘也有一个髓核，其材料是聚亚安酯，具有较好的震动吸收能力，这被认为是人工椎间盘发展史上的一大进展。进入21世纪以来，人工椎间盘得到了充分的发展，并应用于临床，例如Bryan、Prestige LP、ProDisc-C、SECURE-C、PCM、Mobi-C等等，在人工间盘的发展历程中，虽历经坎坷与挫折，但其研制从未间断。从过去的失败与尝试中，人们总结出人工间盘假体应该符合以下标准[9-12]：①假体材料应具有抗疲劳，耐磨损，耐腐蚀，组织相容性好的特点；②能维持脊柱的正常曲线弧度，可承受长时间的生物力学负荷，能重建脊柱的前凸角度，不可对后方小关节形成过重的生物力学负荷；③可以重建椎间隙的高度和稳定性，缓冲震荡力量，恢复脊柱的生理运动功能；④可以使脊柱在任意方向保持生物力学运动，可以抵抗超负荷运动及对抗轴向压缩。 2.2  人工颈间盘材料类型及其组配  目前市场上人工颈椎间盘种类较多，其使用材料主要为金属、陶瓷和聚合物：①金属材料主要为不锈钢合金、钴铬合金、钛金属；②陶瓷材料主要是氧化铝、氧化锆；③聚合物材料主要为超高分子量聚乙烯及聚氨酯。 假体组配方式主要分为金属-金属、金属-聚合物、陶瓷-陶瓷。例如CerviCore、Kineflex-C属于金属-金属，Bryan、PCM属于金属-聚合物，Cervidisc属于陶瓷-陶瓷类。 2.3  假体结构特点  人工颈椎间盘置换是一项划时代的技术，其结构设计直接影响术后颈椎的生理活动及中长期稳定性，其结构设计必须满足颈椎运动学特点，同时充分考虑旋转中心的运动度，据此可分为限制型、半限制型和非限制型。  2.3.1  限制型假体 (1)结构特点：限制型假体的运动主要由自身控制，容许较小运动度，易保证运动可控性，但对置入位置要求十分严格。限制型假体的典型代表为Prodisc-C，见图2。 Prodisc-C人工颈椎间盘属于球窝关节[13]，由固定在上位椎体的凹陷部分和下位椎体的球形部分组成，其假体材料主要为钴-铬合金和超高分子聚乙烯，终板由2个带矢状面翼状样物构成，终板表面均为钛金属涂层，以利于假体固定在上下椎体上。这种设计能使假体达到即刻稳定和生物固定，并且能够产生3个轴向的旋转，同时限制平移活动，保护小关节免受过度的应力。 (2)临床效果：郭卫春等[14]通过对行ProDisc-C人工颈椎间盘置换与颈前路椎间盘切除融合的患者进行随访分析，发现2组手术时间及术中出血量差异无显著性意义；2组术后目测类比评分、日本骨科协会评分均较术前明显提高，2组之间差异无显著性意义。杨毅等[15]、徐帅等[16]通过对ProDisc-C人工颈椎间盘置换患者进行临床随访，结果表明不仅其临床效果(日本骨科协会评分、颈椎功能障碍指数、目测类比评分)较术前有明显改善，而且颈椎整体活动度以及置换节段平均活动度也得到了保留，术后各时间点手术节段椎间高度均较术前显著改善；术后随访未发生假体材料过敏、假体松动、术后颈椎生理曲度变直等并发症；但术后6个月有58.4%的节段出现异位骨化，随时间延长异位骨化发生率均较术后6个月逐渐增加，但对整体临床疗效的改善无明显影响，仍可获得安全、明确的远期临床疗效。 2.3.2  非限制型假体 (1)结构特点：非限制型假体可以有一定的平移，能保证假体接近正常的物理运动，但也容易出现脱位及过度运动，同时瞬时旋转轴更容易造成小关节应力增加，其典型代表为Bryan及Mobi-C。 Bryan人工颈椎间盘呈一体化设计，由上下2片钛合金外壳和中间的聚亚氨酯髓核构成，在钛合金外壳表面设计有多孔涂层，有利于骨的长入，提供固定的稳定[17]，见图3。聚亚氨酯髓核有2 mm的平移范围和11°的活动度设计。髓核由聚亚氨酯薄膜包裹，然后附着在合金壳内，进而形成一个密室，限制碎屑外漏。密室内的生理盐水主要起到降低摩擦的作用。该假体主要通过骨质长入表面凸起并呈微孔状的终板实现生物固定，表面凸起可以限制假体的后移同时提供置入时的把持固定作用。 "

Mobi-C人工颈椎间盘由上下终板及中间人工髓核构成[18]，上下终板表面喷钛涂层以及设计有倒齿锚，这样更容易实现假体的固定，见图4。髓核的设计可以在运动中自动调节到正常瞬间旋转中心的位置，最大限度模拟正常椎间盘的生理运动功能，同时保持颈椎一定的前凸。 (2)临床效果：赵衍斌等[19]、LEE 等[20]、WALRAEVENS等[21]通过对行Bryan颈椎间盘置换的患者进行随访分析表明，其临床症状(日本骨科协会评分、目测类比评分)显著改善，34%-39%患者出现异位骨化，且是术后中远期的主要并发症，异位骨化不仅可能降低置换节段的活动度，也可能会导致手术节段出现新的神经症状而被迫行二次手术。 鲍达等[22]、田天等[23]通过对行Mobi-C人工颈椎间盘置换的患者进行随访，结果表明其在有效改善患者疼痛症状及颈椎功能障碍、提高生活质量的同时，还能很好地保留颈椎整体及置换节段局部曲度、活动度。谭俊铭等[24]研究认为，术后颈椎高度和生理曲度的恢复对维持颈椎的远期稳定性、恢复颈椎的生物力学环境、防止邻近节段及整个颈椎的进一步退变产生积极影响。因此Mobi-C置换对颈椎远期稳定性、恢复生物力学环境及防止邻近节段及整个颈椎的进一步退变都具有重要意义。 2.3.3  半限制型假体 (1)结构特点：半限制型假体即可限制过度运动，但也存在应力增加的问题，此外其对假体植入位置要求相对宽松。典型代表为Prestige LP及Discover。 Prestige-LP人工颈椎间盘是一个由球形的上终板[25]，椭圆形的下终板构成的，属于半限制型假体，上终板能够在水平方向上前后移动，见图5。该假体保证了假体与椎板固定滑轨的藕和，并且有2个金属嵴，提供即刻稳定性，其粗糙面的设计，则有利于骨质长入，形成生物固定。 "

Discover人工颈椎间盘是一种由钛合金终板和超高分子量聚乙烯制成的球窝关节[26]， 聚乙烯核固定于下终板，是一种固定于旋转中心的关节面设计，见图6。上下终板表面均设有倒齿结构以固定，并喷涂有羟基磷灰石涂层以利于骨细胞长入。 (2)临床效果：ZENG等[27]、黄波等[28]、吴廷奎等[29]对行Prestige LP假体治疗颈椎病的患者进行随访分析，均显示出良好的临床效果(日本骨科协会评分、目测类比评分、颈椎功能障碍指数均显著改善)，术后各个时间点的颈椎生理曲度均有显著改善，颈椎的整体活动度、置换节段活动度基本恢复至术前水平。贡雯韵等[30]通过对101例颈椎病患者进行研究，结果表明Discover人工椎间盘置换组与颈椎前路减压融合组之间的手术时间及出血量无明显差异；同时2组均未发现假体松动、移位、断裂；2组的临床效果(神经功能、目测类比评分及 颈椎功能障碍指数)显著，但2组之间差异无显著性意义。RO?ANKOVI?等[31]对Discover椎间盘置换组术后的患者进行随访发现，术后各随访时间点的目测类比评分、颈椎功能障碍指数均有明显改善，未发现假体移位，但出现4例异位骨化现象，导致置换节段的活动度丢失。 2.4  人工颈椎间盘最新进展 2.4.1  国外进展 (1)Kinetics M6-C人工颈椎间盘：Kinetics M6-C人工颈椎间盘完全模仿人体颈椎间盘结构而设计[32]，见图7。通过人工髓核与纤维环的结合，复制天然椎间盘的解剖结构，由可压缩的多聚体髓核、外周编织状的模拟纤维环的聚乙烯纤维及上下金属终板组成。假体的可压缩聚合物核是为了模拟天然髓核的功能，而周围的多层高强度纤维环是为了提供对运动的渐进阻力和控制运动范围。纤维环以一种独特的方式附着在钛终板上，允许在伸曲、侧弯、轴向旋转和压缩时等角度的生理运动。该装置还具有聚合物护套包裹其髓核和纤维结构，以阻止组织向内部生长以及捕获潜在的磨损碎片。上下终板通过其表面的3个龙骨与椎体相连，表面涂有多孔钛，增加骨接触面积，为椎间隙内的假体提供即时固定。以前的人工颈椎间盘大多不能完全复制正常的椎间盘粘弹性结构，缺乏内部弹性刚度或约束，轴向压缩性差，而且剥夺了原椎间盘固有的三维活动度，可能无法为患者提供最大的临床利益，但目前该M6-C人工椎间盘的独特设计允许其在6个方向自由活动，包括屈伸、侧向弯曲和轴向旋转的角度运动，以及沿3个解剖平面(前后、左右和轴向压缩)的独立平移。 "

 OLTULU等[33]对43例行M6颈椎间盘置换的患者进行随访，平均时间为(34.12±6.70)个月，随访结果表明，其临床效果值得肯定(颈椎功能障碍指数从术前的53.86±9.77降至术后的22.69±7.26，目测类比评分从8.74±0.58降至1.88±1.14)，术后置换节段活动度、椎间高度显著增加；随访期间未发现严重的器械相关不良事件、异位骨化、假体移位或脱出的影像学证据。BYVAL'TSEV等[34]对112例采用M6-C人工椎间盘置换的患者随访36个月，发现其临床效果明显，颈部平均目测类比评分、上肢平均目测类比评分、平均颈椎功能障碍指数均明显改善，手术节段的平均运动范围由术前的(6.4±2.5)°增加到术后36个月的(8.8±2.6)°。在整个随访期间，分别有17例(15.1%)和12例(10.7%)患者出现初级和中度异位骨化征象，这与OLTULU等[33]的研究结果有较大差别，可能与其术后服用非类固醇抗炎药物以及研究对象较少有关。2.8%的病例发生邻近节段变性，4.4%的患者出现术后并发症，比如吞咽困难、发音困难，其可能与气管、食管牵拉及神经支配有关。 (2)AxioMed Freedom人工颈椎间盘：AxioMed Freedom人工颈椎间盘呈一体化设计[35]，它由钛合金终板和具有黏弹性的聚合物核芯组成，终板表面设计有2排倒齿锚及串珠样涂层，这样更容易实现假体的固定，见图8。该假体的黏弹性可以模拟正常颈椎间盘中的动态刚度和载荷分配，保持屈曲、伸展、侧弯、旋转和压缩的生理活动范围，并提供正确的脊柱对齐和脊柱前凸。CHIN等[35]对39例行AxioMed Freedom人工颈间盘置换的患者随访2年，结果表明其临床效果值得肯定，平均颈椎功能障碍指数、平均目测类比评分及神经学结果(反射功能、感觉功能、运动功能)均明显改善。 (3)Baguera C人工颈椎间盘：Baguera C人工颈椎间盘由2个钛制终板及超高分子聚乙烯髓核组成，见图9。外部为多孔涂层，内部为类金刚石碳涂层，上下终板各有3个倒齿锚，提供即刻固定[36]。该人工椎间盘允许其在6个方向(屈伸、侧弯和轴向旋转)自由活动，以及前后平移、左右平移和轴向压缩，此外还具有震荡吸收作用及MRI检查的兼容性。FRANSEN等[36]通过对95例行Baguera C人工颈椎间盘的患者术后随访2年，其结果表明，颈椎功能障碍指数改善率≥20%，颈部和手臂目测类比评分改善率≥20%，健康状况调查简表评分改善率≥15%，临床效果显著。术中出现1例霍纳综合征，1例硬脑膜撕裂，1例手术过程中的假体大小需要调整。随访期间未发现与该假体相关的不良事件，目前关于该假体的临床经验较少，需要进一步研究。 "

2.4.2  国内进展    (1)“"形人工颈椎间盘：1984年长征医院赵定麟教授首次提出使用镍钛合金2医用记忆合金设计出""形人工颈椎间盘[37]，见图10。镍钛合金2是一种具有良好组织相容性的形状记忆合金，它具有很强的耐磨性和耐腐蚀性，允许在4-10 ℃的水中自由变形，并在正常体温(36-37 ℃)下恢复其原始形状。人工颈椎间盘由0.8 mm厚的合金片组成，其上臂长14或15 mm，宽11.5，12或12.5 mm，下臂长18，19，20 mm。双臂通过8 mm宽的弧形连接，从下臂伸出2个3 mm长的倒钩，底座宽1.8 mm，防止磁盘滑出；从下臂伸展的唇状凸起可以防止从椎间盘向向后突出压迫脊髓。YANG等[37]对37例使用舌状人工颈椎间盘进行置换的患者进行随访，平均时间为30年，随访结果表明，临床效果较为满意，平均手臂目测类比评分改善率为87%，平均颈部目测类比评分改善率为79%，平均颈椎功能障碍指数量表评分改善率为76%，健康状况调查简表评分改善率为62%。73%的置换节段的活动度与术前相比无明显差异，在随访期间未发现任何假体移位、松动或断裂，以及未发现与假体相关的不良事件。 "

(2)国产Pretic-Ⅰ人工颈椎间盘：近些年来，国内关于人工颈椎间盘的探索从未间断，2014-06-10华西医院刘浩教授将Pretic-Ⅰ人工颈椎间盘成功置入患者颈椎。 国产Pretic-Ⅰ人工颈椎间盘是依据国人的颈椎解剖特点进行设计[38]，见图11。产品材料与进口产品同样的优质，由2个相互对应的钛合金终板构成，假体上终板为球形凸面，假体下终板为球形凹面，上终板的凸面由超高分子量聚乙烯制做而成。上下终板背面上各有2条棘状突起，且其表面覆盖有羟基磷灰石涂层，以利于实现假体的即刻及长期稳定。刘浩等[39]对10例行 Pretic-Ⅰ人工椎间盘置换的患者随访12个月，随访期间没有发现神经症状加重、椎动脉损伤、血肿形成、切口感染、脑脊液漏、食管气管瘘、假体松动、脱落等并发症；术后各时间点目测类比评分、日本骨科协会评分及颈椎功能障碍指数量表评分均较术前明显改善；术后即刻及术后3个月手术节段椎间隙高度显著高于术前，术后6，12个月与术前比较差异无显著性意义。术后各时间点置换节段椎间隙及上、下相邻椎间隙活动度与术前比较均无显著差异。Pretic-Ⅰ人工颈椎间盘置换治疗颈椎病，其临床症状改善明显，同时较好地维持了手术节段及上、下相邻间隙的运动特征。 (3)钛合金金属橡胶人工颈椎间盘：柏传毅等[40]开创性的提出了新型钛合金金属橡胶人工颈椎间盘，见图12。它呈一体化设计，由0.2 mm粗的钛合金金属丝有序排放置在冲压模具中，然后用冷冲压方法而使其成型的，其内部有很多孔洞，是一种均质的弹性多孔物质，假体孔径90-500 μm，孔隙率为60%-80%，弹性模量平均值为7 MPa，前倾角为10°，呈现出类似橡胶材料的优良弹性和阻尼性能，又保持金属的优异特性。此外，其假体表面喷涂有TiO2加类磷灰石复合涂层，有利于骨质快速长入假体的上下接触面，实现长期稳定。 "

柏传毅等[41]将24个新鲜离体山羊颈椎分为C4/5完整标本、髓核摘除、椎间盘切除植骨融合内固定、假体置换4个组，进行试验处理，观察置换节段和邻近节段的运动范围，其结果表明，新型钛合金金属橡胶人工颈椎间盘不仅可以保留手术节段的活动度，而且对相邻节段活动度及力学影响较小。随后柏传毅等[40]将9只山羊随机分为置换组和正常对照组，分别在术前、术后即刻及术后4，8，12周，行正侧位、过伸过屈位X射线片拍摄，测量C4/5节段椎间隙椎间角度、椎间隙高度及活动度，并进行手术节段组织染色和电镜扫描，结果表明新型钛合金金属橡胶人工颈椎间盘置入C4/5节段椎间隙后短期可维持椎间隙高度和活动度，与椎体结合牢固，理论上可以成为较为理想的人工颈椎间盘假体。虽然目前金属橡胶应用于颈椎人工椎间盘的研制仅仅停留在动物实验上，但却提供了一种新颖的研究思路，值得重点关注。 2.5  颈椎间盘置换的适应证及禁忌证  2011年北美脊柱协会曾作出指南[42]。适应证：①C3-T1的脊椎退行性变； ②神经根型以及脊髓型颈椎病保守治疗失败的患者。禁忌证：①多于3个节段以上的颈椎退行性疾病；②既往颈椎融合术后邻近节段的退变；③局部或全身感染；④骨质减少或骨质疏松；⑤脊柱不稳(平移>3 mm差异或11°差异)；⑥对置入假体的敏感性或过敏性；⑦重度椎间盘病(>50%椎间盘高度丧失、桥接骨赘、运动障碍、严重的关节突关节病)；⑧强直性脊柱炎；⑨类风湿性关节炎；⑩创伤；?后纵韧带骨化；?恶病质。   在国内临床应用中，对人工颈椎间盘置换的适应证和禁忌证一直存在许多争论，目前国内观点尚未完全统一，鉴于临床需求、国人使用人工颈椎间盘经验，并参考北美标准总结如下，   适应证[43-44]：①存在神经根或锥体束受损的临床表现，且影像学检查支持临床表现；②无严重骨质疏松；③无继发性(后纵韧带、黄韧带肥厚或骨化等)颈椎管狭窄；④年龄<60岁；⑤术前未发现明显不稳的临床及影像学表现；⑥病变节段位于C3-7之间；⑦术前颈椎在矢状面上力线正常；⑧影像学存在髓核突出、椎间盘高度丢失< 4 mm；⑨年龄在20-60岁，没有手术相关禁忌证，经保守治疗(6-12周)无效的神经根型颈椎病或脊髓型颈椎病，或者累及C3-T1的一两个颈椎间盘退变的疾病。 禁忌证[45-48]：①可能为颈椎间盘退变、小关节炎导致的轴性颈痛；②伴有颈椎管狭窄的多节段颈椎病；  ③≥60岁的退变性颈椎病患者；④颈椎动力位拍片显示明显不稳定；⑤强直性脊柱炎、风湿性关节炎等所致的颈椎活动度丧失；⑥严重的骨质疏松症；⑦颈椎创伤、代谢性骨病、肿瘤患者；⑧伴有颈椎韧带、小关节损伤的患者；⑨长期使用皮质激素或胰岛素的患者。 2.6  人工颈椎间盘相关并发症  虽然人工颈椎间盘置换取得了令人满意的短期效果，但随着随访时间的延长，其带来的各种并发症亦不断出现，总结如下： 2.6.1  异位骨化  是颈椎间盘置换术后比较常见的并发症，其高危因素主要与男性、高龄、肌肉损伤、术前病变节段椎间高度过度丢失、手术时残留的骨屑、后纵韧带切除不彻底、假体尺寸不合适等有关[49]。KIM等[50]提出了术后生物力学改变，如人工椎间盘假体水平过高导致的椎间高度矫治过度，可能影响异位骨化的严重程度。JIN等[51]根据异位骨化在生物力学作用下形成的形态学特征，将异位骨化分为3种类型(终板型、泪滴型和牵引型)，着重强调术后生物力学因素在异位骨化形成中的重要性。HELLERX等[52]研究发现非类固醇消炎药可能降低异位骨化的风险，推荐围术期常规应用。 2.6.2  手术节段后凸畸形  假体置入角度、假体尺寸、后纵韧带是否彻底切除等都会对后凸畸形产生深远的影响[53-54]。 2.6.3  术后放射痛  术后出现颈肩、肩胛、胸前区疼痛，可能与骨赘咬除不彻底、钩椎关节减压不充分、假体下沉等有关[55]。 2.6.4  关节僵硬  其可能与假体尺寸过大、后纵韧带及黄韧带的骨化、椎间小关节的自发融合等有关[56]。在置换术后常规使用2周的非类固醇抗炎药可降低小关节自发融合的发生率。 2.6.5  假体下沉  可能与终板的过度打磨和骨质疏松有关，如果产生新的神经根症状，须行假体取出椎间融合术[57]。田伟等[58]研究认为假体下沉主要是由于假体的型号与患者解剖结构不匹配所致。 2.6.6  假体移位  可能与假体的位置、假体的尺寸等有关，如果移动的距离较小，而且没有症状就随访观察；如果出现吞咽困难、椎间孔狭窄以及新的放射痛，需行颈前路椎体减压融合术[59]。 2.6.7  相邻节段退变  邻近节段退变是多因素共同造成的：①相邻椎间盘的自然史；②融合引起的相邻层面的生物力学应力；③初始手术时相邻层面的解剖破坏[60-62]。相邻节段退变可分2种亚型，一种为症状性相邻节段退变，伴脊髓病、神经根病、失稳等相关临床表现；另一种是影像学相邻节段退变，表现为影像学改变，无相关症状。ZHU等[63]报道了14个随机对照试验的Meta分析结果，评估了颈椎间盘置换与颈椎前路减压植骨融合内固定患者的症状性相邻节段退变的发生率。他们发现颈椎间盘置换优于颈椎前路减压植骨融合内固定，表现出较少的相邻节段退变，且不需要再手术；他们认为颈椎间盘置换是一种较好的降低相邻节段退变发生率的手术方法。 "