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脊柱手术中需要在神经血管周围对骨组织进行大量操作。既往脊柱外科医生常用骨刀、咬骨钳、刮匙、环锯等器械对脊柱骨进行处理，但是由于脊柱骨组织不规则，且毗邻重要神经血管组织，手术难度和危险性很高，使用上述工具由于对骨组织振动冲击较大易造成重要结构损伤，组织创伤大。随着对脊柱手术精细程度及安全性的要求越来越高，磨钻逐渐在脊柱外科手术中得到越来越广泛的应用。作为当代脊柱外科的特征性工具，磨钻给手术带来了更大的动能，更快的速度，更精细的操作。将微型磨钻磨削技术大量应用于脊柱外科手术，大大增加了手术的安全性，减少了组织创伤。21世纪在超声波磨削方面进行了较多的研究，出现了不同的超声磨钻，由于超声磨钻对组织磨削具有选择性，手术安全性得以增加，被认为是一种比较理想的替代传统手术器械的工具[1]。
高速磨钻的出现是脊柱外科手术技术发展史中的一座丰碑。高速磨钻具有低振动、低冲击、安全系数高、减压较彻底等优点。它能够快速精细的对骨组织进行处理，处理过的骨表面光滑，没有锐边和尖刺。此外，磨削使骨表面温度升高，促进了凝血，减少了手术失血量。可以说，高速磨钻开创了脊柱外科手术新的篇章。高速磨钻根据动力来源不同可分为气动磨钻及电动磨钻。气动磨钻结构简单可靠，转速快扭矩大，动力强劲。新型的气动磨钻手柄由于采用了新的气动原理，通过冷气流循环，长时间使用不升温，转速最高达9万r/min。但这类磨钻相比电动磨钻而言噪音较大，并且由于手柄尾部与气动管道相连，部分医师抱怨不容易控制，容易导致疲劳及腕管综合征。这类磨钻最大的问题是正压供气系统，在国外，手术室一般都常规安装了压缩空气系统，但在国内很少，只能使用瓶装氮气，给使用带来了不便。电动磨钻结构简单，可靠性强，与手柄相连的是供电和控制电缆，手柄控制性最好，转速也比较理想，但长时间使用会引起电机发热，有时非常明显以至于影响了手术的进行。其需要控制单元，其价格高，但便携性是其他系统所不具备的。由于其操控性好和体积小的特点较适合微创通道或内镜手术。
无论是何种高速磨钻均由动力系统、控制系统、转接配件和钻头4个部分组成。有的设备还配备有冲洗系统，可提供智能同步冲洗，目的是给磨削部位组织降温，避免热损伤，同时保持视野清晰。但若没有该系统，简单的注射器冲洗也能达到同样效果。
尽管高速磨钻是一种低振动、低冲击、安全系数较高的设备，但如使用不当仍可导致严重并发症。使用高速磨钻必须经过相关的学习培训，并在有经验的医师指导下操作，才能正确了解其特性，熟练掌握高速磨钻的手术操作，减少手术并发症。
高速磨钻使用过程中常见的问题包括：(1)打滑现象：钻头打滑有可能损伤神经或血管。使用磨钻时，单手握持手柄的操作易导致钻头打滑。另外，持续长时间使用磨钻，因热效应使钻头沟槽内残存骨泥发生碳化，导致磨球表面变得光滑，不仅影响磨骨作用，同时也容易出现打滑现象，因此使用时应双手握持磨钻，并及时剔除钻头沟槽内的碳化骨泥，保持磨球锋利。(2)热效应：高速磨钻在骨的磨削过程中钻头与骨面摩擦产生高温，钻头的温度可高达一百多度，在接近神经组织的位置可能对神经产生高温灼伤。为防止术中灼伤皮缘、脊髓或神经根，应持续用冷生理盐水对局部及钻头进行冲洗冷却，以降低磨钻头部温度；柄部用冷盐水棉垫包裹，可吸收柄部热量，避免柄与软组织接触而造成皮缘灼伤。(3)组织结构损伤：使用磨钻过程中，需助手默契配合及时吸净骨屑及积血，使手术视野清晰，保证直视下操作，以免钻头过深误伤神经。同时应牵开气管、食管和大血管等，使运转的磨钻钻头与其保持一定距离以免发生软组织缠绕，造成撕裂损伤。
超声磨钻是一种独特的手术医疗器械，它主要利用超声波的机械、空化和热效应原理而进行工作。超声磨钻切割面整齐、刀具不损伤周围的软组织，止血效果好，长时间工作温升低、效率高。与传统手术器械相比，超声磨钻具有无法比拟的优势。
超声磨钻的基本工作原理是计算机控制信号发生器发出超声频率的电信号，经功率放大器放大后驱动超声换能器。超声换能器在电信号的作用下产生振动，变幅杆将振幅放大后带动刀具工作。它对骨组织的切割主要是利用超声波的机械、空化和热效应原理。(1)机械效应：超声切割就是利用超声刀具前端的高频振动加速度产生切割力，作用于生物组织时，被碰撞的组织就被破坏而切开。(2)空化效应：含水的生物组织在超声波作用下产生许多微小的气泡，这些气泡在超声波作用下做扩大和缩小的震荡，直至破裂。大量的气泡爆裂使得周围的组织乳化成乳胶体。超声吸引器就是主要利用空化效应和声流效应把组织乳化而通过泵吸出。由于空化效应与组织的含水量相关，因而对组织有选择性；对于含水量较大的软组织，超声辐射头可使其乳化，而不会损伤周围的神经和血管。这是其他手术器械所不及的。(3)热效应：超声能量射入生物组织后被吸收可以转化为热能，但更主要的是超声手术刀切割时的摩擦使局部产生大量热量，以及超声换能器的发热。热量积累到一定程度就会引起生物组织变性。切割骨骼时产生70～80 ℃的温度，可促使微血管收缩，提高凝血酶的活性，使手术中的失血量大大减小。边切割边止血，手术视野清晰。
在不同超声手术仪中，一般以一种效应为主，伴随其他效应。超声软组织切割和骨切割等主要基于机械效应，超声乳化、去脂、吸引和清创等主要基于空化效应。
超声磨钻的设备组成包括主机、脚踏开关、手柄和刀具、冷却系统。通过对主机相应软件调整超声输出的能量比，使超声磨钻具有普通切割和冷切割两种模式，前者切割效率高、止血效果好，后者因限制了超声能量的输出，热效应明显降低，不会对周围组织造成灼伤，组织不会碳化，术中无烟雾。
超声磨钻应用超声波的高频振荡能量所产生的机械效应将骨组织破碎为非常细小的微粒，达到切骨的目的，不需要钻头高速旋转，可降低手术风险。由于超声波对于骨组织的穿透性非常有限，因此高频振荡能量产生的空化效应仅局限于刀头和骨质的接触面，对深层组织不会产生任何影响。此外，空化效应与组织的含水量相关，因而对组织有选择性，对于含水量较大的软组织，超声辐射头可使其乳化，而不会损伤周围的神经和血管，这是其他手术器械所不及的。超声磨钻还可以识别不同密度的组织(如软组织和骨骼)，对密度大的骨骼输出的功率很大，对密度小的软组织，输出的功率小，在磨削骨骼时，对周围的软组织有良好的保护作用。通过控制超声波的高频振荡能量产生的热效应还可以产生良好的止血作用，尤其是对松质骨的出血，止血效果尤为明显。与电凝相比，少烟雾，无焦痂，手术视野清晰，在实现低温止血功能的同时无电流通过人体，使手术更安全。传统的磨钻在切割骨组织时，磨头与切割面之间的摩擦可产生高温，有损伤脊髓的风险，超声磨钻冷切割模式，切割时无热量积累，对切口无灼伤，创口温度低，对脊柱和周围神经、血管无热损伤，可大大缩短术后愈合时间。因此，超声磨钻是一种比较理想的替代传统手术器械的磨削工具。
目前，磨钻磨削技术几乎应用于脊柱外科的各种术式中，它帮助脊柱外科医生更精细、更安全地进行多种复杂手术，是脊柱外科发展史上的一个丰碑。
经口或经鼻切除齿状突常用于治疗单纯后路不能解决的先天性或炎症性寰枢椎脱位，以及颅底凹陷症。但经口鼻入路操作空间较为有限，传统器械如长柄尖嘴咬骨钳等有很大的局限性，而磨钻由于体积较小，操作灵活，磨削范围可控，特别是弯手柄磨钻相比传统器械而言具有明显优势[2,3]。
使用传统工具进行颈椎前路手术主要存在减压不充分或过度减压的问题。磨钻技术的应用彻底改变了前路手术的概念，使颈前路手术精确、安全、有效的神经减压和固定融合成为可能。目前颈椎前路磨削技术可以分为两大部分。
一种针对颈椎退变后，骨质增生造成的神经压迫。这一类压迫的特点是集中在椎间隙周围，采用的方法是对上下椎体后缘及钩椎关节的增生骨赘进行切除[4,5]。对这类病人在处理时一定要遵守磨削技术的原则，逐层磨削确认，逐渐深入，防止出现神经损伤。
另外一种是针对需要进行椎体次全切除的各种病例，使用磨钻可以更容易的解决相应问题。方法是先处理上下椎间隙。之后使用咬骨钳切除椎体前部，便于预留植骨用的自体骨。然后用磨钻逐层磨削直至椎体后缘，磨削至只剩很薄的骨片，再使用1 mm或2 mm椎板咬骨钳继续切除之[6]。
磨钻在颈椎后路手术中的应用可分为上颈椎和下颈椎。在上颈椎磨钻主要用于枕骨大孔减压以及寰椎后弓的减压[7]。此外，磨钻在上颈椎还可用于寰枕融合行改良Brooks术时在枕骨两侧打孔，作为枕骨侧钛缆的穿行通道；行Gallie或Brooks术时枢椎椎板及寰椎后弓或枕骨去皮质化，制作植骨床[8,9]。
在下颈椎手术中，磨钻主要用于颈椎管扩大成形术及颈椎板减压术。在颈椎管扩大成形术的发展过程中，磨钻的应用使治疗效果发生了革命性的提高。磨钻在颈椎管扩大成形术中的应用主要包括椎板磨除、穹窿制作以及侧沟打磨[10,11,12,13]。
对于胸椎黄韧带骨化症，传统常采用骨刀和椎板咬骨钳切除病变节段的椎板和骨化灶。但因为需要手术的患者脊髓压迫十分严重，脊髓后方已无多余空间供手术利用，使用骨刀时造成的振动和使用椎板咬骨钳时占据椎管空间可能会造成术中脊髓的进一步损伤，影响手术效果，甚至出现脊髓的不可逆性损伤。磨钻克服了传统手术工具的限制，是一种较理想的胸椎减压工具[14]。另一种常见的情况是胸椎后纵韧带骨化症，由于术后并发症较多，发生截瘫风险大，这种手术即使对于经验丰富的脊柱外科医生也是一个很大的挑战。前后路手术各有其优缺点。我院脊柱外科目前采用导航引导下磨钻磨削技术行后路椎管减压、后纵韧带骨化灶切除术。手术时分别从两侧沿椎弓根内侧部分至椎体用磨钻磨削，深处达椎体后部1/5至1/4，中央使两侧磨削骨槽相互贯通，之后分离胸椎后纵韧带骨化灶与脊髓硬膜的粘连，用反向刮匙将骨化灶压向椎体内，从侧后方取出，完成脊髓前方的减压[15]。
在腰椎管狭窄症的手术中，磨钻主要应用在3个方面：(1)如果需要使用椎弓根螺钉内固定，可以使用磨钻头在螺钉入点的皮质骨上打孔，这样可以防止用开路锥造成的移位；(2)做椎板开窗减压时，如果椎板异常增厚或者椎管异常狭窄，那么使用骨刀有造成神经损伤的风险，可以先用磨钻处理需要减压的椎板边界，一直磨到仅剩很薄的一层皮质骨板，这时可以用小号骨刀轻轻将残留的皮质骨打透，再用刮匙将椎板切除；(3)在做腰椎植骨融合时，除了可以植入椎间融合器，还可以用磨钻处理需要融合的小关节，尽量把关节软骨彻底磨除，这样做成的植骨槽在植入松质骨后，可以达到满意的融合率[16]。
截骨是脊柱手术中危险性较高的一类手术，尤其是仅仅使用骨刀、刮匙、椎板咬骨钳等这一类传统器械时，容易造成神经损伤及严重出血。磨钻的应用可以显著减少术中出血量，使操作更精确，同时可以更多的避免周围组织损伤，使此类手术在安全性上进入了一个崭新的时代[17,18,19]。
应用高速磨钻能扩大肿瘤手术切除的范围，达到边缘切除的效果，是减少骨肿瘤复发的有效手段。术中在直视下或导航引导下应用高速磨钻沿各个方向仔细磨除瘤腔内壁表面骨嵴，并额外磨除瘤腔皮质骨下部分骨组织，直至显露正常骨质[20,21,22]。
高速磨钻在脊柱肿瘤中的另一个应用体现在棘突椎板复合体揭盖式回植治疗椎管内良性肿瘤。传统手术方式为后路全椎板切除、肿瘤摘除术，手术暴露充分，但易导致术后脊柱不稳、瘢痕粘连[22]。
骨的磨削技术作为当代脊柱外科发展的里程碑，给许多手术带来了革命性的改良，并且大大提高了手术的精细程度及安全性。随着脊柱外科手术向微创化发展，通道及内镜技术将更加普及，这将进一步促进磨削技术的发展及推广，使越来越多的脊柱外科医生熟悉并掌握这项先进技术。
