台大醫院骨科／陳博光教授
骨科學是研究四肢骨骼、脊柱、肌肉及韌帶之科學。在醫學之領域中，它包括了基礎的解剖、生理及臨床上之病理與各種疾病之診斷與治療。舉凡四肢與脊柱之動作，均在研究之範圍內。其實骨科學是一門古老的學問，相信每一個民族在歷史之長廊中，均曾對骨科之疾病做過或多或少的貢獻。戰爭與交通工具之進步因此造成的各種肢體傷殘，都促使骨科學不停的進步。近三十年來，由於人工關節之出現，使得產業界對骨科之興趣，猛然增加，因此，使得生物力學與生醫材料，迅速加入骨科的領域中，對骨科病人之治療與診斷上，均有神速之改變，也因而造福許多傷者和病患。
基本上，骨科的範圍可以由下列諸疾病來概括之：
(1) 退化性疾病：如骨性關節炎(osteoarthritis)及退化性頸腰椎的毛病(degenerative spinal disorders)。
(2) 外傷(trauma)引起的骨折及關節損傷。
(3) 畸形：四肢及脊柱之先天性畸形。如扁平足、髖部發育不全脫臼、脊柱側彎，或是各種因疾病，或外傷所引致的肢體畸形，甚至殘障。
(4) 腫痛(tumor)，包括原發性及癌症移轉到骨骼種種。
(5) 類風濕性關節炎或是細菌性感染而來的。
(6) 骨質疏鬆症(osteoporosis)。
(7) 先天性疾患。
(8) 其他
外傷、交通事故、槍傷等等，造成的複雜性骨折，軟組織之大量破壞，或是神經血管之斷裂，要重建成原來完整肢體，並非容易。老年人因骨質疏鬆，雖是輕微的走路而跌倒，也容易造成大腿上端之骨折與手腕或脊柱體之壓迫性骨折，這類骨折的復原也不是很簡單的事。很自然的，合乎體內久置的金屬板，用來固定骨折的各式金屬物，如骨釘、骨板、骨桿也大量的使用在骨折的固定上。自1960初，英國的John Charnley醫師，首度成功的研發人工髖關節，用以替換老化性(退化性)的髖關節，一時之間，骨科有了革命性之變化。Charnley醫師稱這種發明為低磨耗人工置換術low friction hip arthroplasty(LFA)。他利用高分子的聚乙稀聚合物材(polyethylene polymer)製成碗狀的髖臼碗(acetabular cup)，又以316L生醫用不?鋼製成股骨幹(stem)與股骨頭部。手術方式是先將磨損變形的股骨頭(femoral head)自頸部切除以取代它損壞的髖臼及股骨頭，再將上述人工關節置入其間。其固定的方式，基本上是用壓克力（PMMA），即methyl-methacrylate拌成糊狀擠入髖臼與股幹骨縫中，分別來固定髖臼碗與人工股幹。手術完成後，病人仍然可以轉動關節，因此患者行動相當方便，且得以重拾生活之樂趣，而John，也因而受封為爵士(Sir)。由於上述科學之發展，從此骨科之植入物就分為二種：其一為上述人工關節之類的永久植入物(permanent implant)，另一類為用在骨折固定用之臨時性植入物(temporary implant)。前者之功能是要求終人之一生，均能服務到底，因此磨損與固定是否牢靠成為骨科學中最重要的課題。而後者則僅要求在骨折癒合之前，不要折斷，並能促使斷端癒合，就算功德圓滿。
人工關節之應用最成功的亦應屬髖(hip)與膝(knee)關節兩處，當然這兩大關節也是毛病最多的地方，在髖關節叫total hip arthroplasty(THA)，在膝關節則叫total knee arthroplasty(TKA)。其中以退化性的骨(性)關節炎(osteoarthritis,OA)及類風濕性關節炎(rheumatoid arthritis(RA))及hip的缺血性壞死(avascular necrosis(AVN))最為常見。其他則以肩關節(shoulder)及肘關節(elbow)居次。指關節之使用也常用到。在不同的部位所使用之材料也不盡相同。由於人工關節要經年累月之使用，必需考慮到材料之強度與人體之適應性(bio-compatibility)。目前最常被用來製造永久性植入物的金屬材料為鈦合金(titanium)，鈷鉻(cobalt-chromium)之合金與316L生醫用不銹鋼三種了。這三種材質各個不同，鈦合金輕，楊氐係數接近海綿骨(cancellous bone)，鈷鉻合金(co-cr)則硬得多，但正常情況下，它們均能長放置在體液中，與骨質接合，而無不良反應。生醫陶磁(bio-ceramics)中之氧化鋁(AL203)或是先前提到的polyethylene polymers也是很好的材料，可以用在THA中之acetabular cup或是TKA中之人工脛骨內板tibial insert. Bio-ceramics還可以做金屬之轉頭。因為metal-PE或是ceramic-ceramics之間所接觸引起的轉動，所產生的磨擦(friction)及磨耗量，均遠小於其他物質接觸之結果。目前也知道磨擦會造成金屬或是塑膠之碎層(debris)，這些debris在關節旁邊會積存，其清除則需要巨噬細胞(macrophage)來幫忙。不管macrophages將debris搬走或是吞食，如果過量，均會造成置入物(implant)周圍之組織壞死(tissue necrosis)，甚至骨質被吸收(bone resorption)，因而使人工關節鬆脫(loosening)，這種implant loosening是人工關節使用壽命有年限之主因。當然造成losening之原因，尚有implant之設計，固定方式病人選擇、手術之優良與否，是否有感染，再再均有關聯，但是與生物力學(biomechanics)與biologic consequences則絕對有直接而密切之關係。因此骨科醫師、生物力學、材料學與生物學家共同來研究解決問題之方式，就成了骨科近二十年來做研究之主流方式。這是一連串questions→joint solutions→long term observation→questions→solution的循環關係。因而各國各地域，也有骨科研究學會的成立，每年開學術研討，共同來發掘共同來解決這些難題了。
比如說implant fixation之方式，最初用骨水泥(PMMA)來固定，但由於鬆脫之病例很多，自然而然就對PMMA固定之方式再研究及再改良。比如或是將人工關節在設計上改良外型，並在表面上作特殊之處理，所造成的150-350u的表面空洞，有利成骨細胞之長入。當然其先決條件為手術固定之時，就要牢牢的將它固定在implant(rigid fixation)。不論以骨水泥(PMMA)或是其他方式來固定，兩者都有醫師採用。但是採用無骨泥的人工關節，一般都用在較年輕的病人，如六十歲以下之病人，或是骨質仍相當緻密的關節中。這種固定方式，也可以稱做生物法固定(biological fixation)，以別予前者之物理性崁頓(physical incarceration)。當然在不同之關節，固定之方式，會有一些差異，以膝人工關節之置換而言，其脛骨側之人工關節，目前均採鏍絲來固定，在脛骨平台(tibial plateau)接觸之面，加上有空洞之金屬纖維，或以金屬小珠所造成之孔隙，其大小約150-300micron之間，有利骨細胞之長入。
脊椎病變，也是骨科重要的領域，因此，脊柱手術也是重要的部門。脊柱手術所使用之植入物，在近二十年來也有長足的進展。比如說：脊柱可能造成各種之畸形，如側彎或佝僂，這些病況，尤以青少年最為多見。也有些病人因脊柱創傷，或是年長造成腰椎退化而造成脊柱變形，這種情形尤其在頸椎或腰椎部份特多，造成脊柱環節不穩定，甚至引起神經或脊髓之壓迫。
可以想見，有很多病可能需要手術，才可以矯正這類脊柱之畸形及減少疼痛。脊椎之手術及病變，沒能像四肢及關節病變來得那樣容易做診斷及治療，其原因如下：
1. 來自脊椎疾病之診斷較困難。
2. 來自療效的不確定性，無法百分百的痊癒。
3. 來自手術技術的複雜與困難度甚高，及花費時間之冗長。
4. 來自病人與家屬對手術後的過度期待。
5. 來自可能之手術不良結果，造成之生活不便。
縱然如此，近年來脊椎外科在手術面也有相當大的進展，比如：
(1)脊椎影像診斷之進步。
電腦斷層(CT) 及核磁共振(MRI)影像檢查，讓醫師們能更清晰的看到骨質與軟組織病理之變化經過、變化程度和波及之範圍。因此對術前手術之演練、布局及癒後之保養，均能做相當有效的措施。
(2)低壓麻醉之應用與麻醉技術之進步。
這些進步，可以使用術中失血量減少，麻醉機之改良、麻醉劑之進步，使插管更加容易，控制麻醉氣體之流量與安全監視心肺之生理變化，更加方便與迅速。輸血也可以減少。因此，術中之危險是大大減少。
(3)電氣診斷之應用。
利用術中刺激運動神經或感覺神經，可較早偵側出手術中脊髓功能之變化。尤其在做脊柱側彎手術或是其他複雜的脊椎手術，可以隨時審視神經系統潛在之可能傷害，雖然無法百分百完全偵測損傷的變化，但也能相當減少危險，達到手術安全之方法。
(4)脊椎固定器之大幅改良
近年來有很多脊柱固定器械之問世，其裝置方法比從前設計的款式更加簡單與穩定。以脊柱固定器為例，不論用在手術矯正畸形或是當穩固脊椎之目的來用，新一代的椎弓鉤(pedicle hook)或椎足螺絲，又各椎弓銀釘(pedicle screw)，均能達到簡化手術之要求，尤其本人與三總吳興盛主任共同設計的椎足螺絲甚至在術中，在脊柱側彎之矯正手術中，連脊腔也不必曝露。
目前用在脊柱手術之金屬，大部份用鈦或鈦合金。因為這種材質，相對於醫用不銹鋼而言，較接近骨質之機械性質。而且在必要做CT或MRI檢查時，其金屬造成之散射性較小，因為影像之變化，較易察驗。
近五年來，脊椎手術之方式，也有逐漸增加領域及迷你化之傾向。簡單而言，可分為兩大類：
(一) 手術之迷你化。
基於內視鏡之進步及改良，脊柱手術可以將器材直接插入病灶區，通過器材之亮度直接看視或投影在銀幕上操作，這方法與關節鏡之使用有相同之意義。用這種方法，傷口可以更小，復原更快。迷你手術最好的使用時機為椎間板突出(disc herniation)，尤其胸椎部位之突出，局部脊柱之炎症病灶，或是椎籠之置入用。部份專家也用這方法，做畸形矯正之用。迷你手術方興未艾，它就竟是手術方式之極大改變，或是部份手術之改良，仍在評估之中。其優點與缺點均應更客觀之評估。不宜過分渲染誇大。
(二) 對退化性椎間板退化性病變(degenerative disc disease, DDD)之治療。
腰酸背痛是成人最常見之疾病，因背痛所造成之社會成本及醫療費用支出，非常非常的高。治療背痛症之方法也相當多。也有不等程度的效果。但是很多方法，也沒有科學之依據，畢竟每個人疼痛的原因及程度各有不同。各人對疼痛之忍受度及社會因素，均影響到效果之客觀評估。
這類DDD利用干涉性行為(或侵入性)之治療，也有不等程度之方式。比如說，將類固醇及(或)局部麻藥注入脊椎膜上，或注入椎間板內，或利用加熱針放在椎間板內，造成椎板內蛋白之凝固，也有利用細針置入椎間內將椎核吸出或以雷射(Laser)氣化，用以止痛。
最近也有用人工椎間板(artificial disc prosthesis,ADP)取代椎間板。它的優點是腰椎或是頸椎術後仍能保持活動度。目前在歐洲有數種類似之產品，但長期之成果仍要密切評估。而短期之問題，仍然不少。也有用人工椎核取代病變退化之椎核。其情況與ADP類似。
總之，以手術為手段，做各種脊椎病變之治療是不得己之情況。其必要性與疾病之性質習習相關。但是手術之成效及危險性，不論醫療人員、患者及家屬均應詳知，互信互諒，才能達到最佳治療效果，並減少傷痛及無謂之紛爭。
台大醫院骨科／陳博光教授