经椎弓根椎体内植骨治疗胸腰椎骨折的影像学观察

刘建泉 于远洋 孔祥录 黄宝良 王传宇 崔成亮 高畔

经椎弓根椎体内植骨治疗胸腰椎骨折的影像学观察

刘建泉 于远洋 孔祥录 黄宝良 王传宇 崔成亮 高畔

目的 通过 38 例病例观察椎体内植骨的转归以及椎体内植骨术对胸腰椎骨折复位术后防止矫正度丢失的作用。方法 通过术前、术后即刻、术后 12 个月随访时的侧位 X 线片，测量伤椎前缘高度比和后缘高度比的变化，分析椎体内植骨在伤椎形态恢复、防止矫正度丢失中的作用；通过术前、术后和随访时的螺旋 CT 资料，应用 Photoshop CS 8.0 软件中的“磁性套索”工具对不同时期的植入骨块相对面积和骨缺损相对面积进行测量、比较，观察植入骨块和骨缺损的转归。结果 术后 12 个月时，椎体前、后缘高度比分别降低了 0.28% ( P＝0.071 ) 和 0.17% ( P＝0.086 )，差异无统计学意义；植入骨块相对面积逐渐缩小，由 34.12% 降低到 13.56%，无新生空腔；骨缺损相对面积逐渐缩小，由 18.53% 降低到 9.29%。结论 经椎弓根椎体内植骨可以切实有效地消除伤椎内的空隙，恢复伤椎的结构完整性和初始稳定性；植入的骨粒通过诱导骨愈合，能够维持伤椎的结构完整性和力学稳定性；椎体内的空隙不能完全自愈。

骨折固定术，内；假体植入；体层摄影术，X 线计算机；脊柱骨折；胸椎；腰椎

经椎弓根椎体内植骨是预防胸腰椎骨折后路复位、内固定术后椎体高度再丢失的一种方法，但目前学术界对此方法的疗效尚存在争议[1]。对我科2008 年 1 月至 2012 年 12 月，采用经椎弓根椎体内植骨治疗胸腰段脊柱骨折并资料完整的 38 例患者，进行影像学随访观察。

资料与方法

一、一般资料

本组男 23 例，女 15 例。年龄 17～51 岁，平均 39.5 岁。参照 Denis 分型[2]：爆裂型 34 例，压缩型 4 例。致伤原因：高处坠落 26 例，交通事故 10 例，压砸伤 2 例。其中 10 例有脊髓神经损伤。神经功能评分按 Frankel 分类：C 级 5 例，D 级8 例，E 级 25 例。损伤节段 T113 例，T1211 例，L119 例，L25 例。手术时间为急诊到伤后 10 天之内。

二、手术方法

全麻下进行，取后正中切口常规暴露伤椎及其上下各一个椎体的关节突，确定椎弓根进钉点部位，置入探针后 C 型臂透视证实无椎体定位错误和确定探针的在椎弓根内的位置是否合适。然后，置入椎弓根螺钉。根据术前 CT 片椎管内骨块占位和程度，对占位＞1 / 3 的病例行椎管减压，用骨刀把向后方压迫脊髓的骨片推向前方，解除致压因素。安装连接棒。伤椎经椎弓根定位，透视下导针尖端位于椎体塌陷一侧终板前缘，距终板约 2～4 mm，拔出导针，直径 4、5、6、7 mm 的系列导锥扩大椎弓根骨孔，导锥进入深度应达到椎体的前柱，随着扩口锥直径增大，逐渐翘拨、撑起塌陷的椎体终板。探子探明孔道的周边无破裂，大多数病例经复位后通过探子可感觉到空虚，将角度刮匙伸入锥体将塌陷的终板撬拨复位。将 6 mm 的植骨套管沿直径5 mm 的导棒插入椎弓根骨道内，套管进入骨道深度约 4.5～5.0 cm，拔出导棒，将漏斗状植骨器插入椎弓根隧道，事先制备的骨粒 ( 取自髂骨 ) 每次少量用金属棒推入，随着植入骨粒的增多，植骨器逐步后退，植骨量的多少可根据复位后撑开的多少及推入棒的阻力来确定，推入棒推入骨粒时用力不可过大。实施椎板切除减压病例再次探查椎管是否有骨块突入椎管。安装横连杆。术后卧床 2～6 周，进行背肌锻炼，腰部支具保护 3～4 个月。

三、X 线片测量方法

测量术前、术后即刻、术后 12 个月伤椎前后缘高度比变化。伤椎上下相邻正常椎体前缘高度的平均值代表伤椎的正常前缘高度 A，伤椎前缘高度为 A’，伤椎的前缘高度比＝A’ / A；同样方法计算伤椎后缘高度比。利用 SPSS 17.0 对术后和随访12 个月时的数值进行配对资料 t 检验 ( Paired-Samples t Test，P＜0.05 ) 统计。

四、CT 图像中骨块面积和骨缺损面积的确定方法

不同组织的 CT 值不同，植骨块是由松质骨和皮质骨混合的骨粒打压而成，所以其 CT 值高于松质骨而低于皮质骨；骨缺损处术后早期是由血肿填充，后期是由肉芽组织填充，其 CT 值接近于软组织，低于松质骨。这种 CT 值的不同体现在照片上就是亮度的不同。利用 Photoshop 中的“磁性套索”可以对不同亮度区域进行圈定，经过适当的手工修正，就可以大致确定照片中骨块面积和骨缺损面积。

五、CT 测量方法

将术后及随访期伤椎 CT 横断面资料导入电脑，根据定位片选择经过椎弓根中心的，并且平行于上终板的扫描平面，选择经过椎弓根中心平面的 CT 横断面，应用 Photoshop CS 8.0 软件 ( 美国 ) 打开，利用工具栏中的“磁性套索”工具测量伤椎面积 ( 椎体后缘以前的面积 )，打开“窗口”菜单中的“直方图”菜单获取伤椎面积像素值 a (图1，2 )，再分别套索伤椎内植入骨块的面积和骨缺损的面积，用同样的方法获取骨块面积的像素值b 和骨缺损面积的像素值 c (图3～6 )，这样，就可以获得：植入骨块的相对面积＝b / a，骨缺损的相对面积＝c / a。分别记录不同时期的植入骨块相对面积和骨缺损相对面积 ( 表2 )。

结 果

术后 12 个月 38 例获得随访。术前 B、C、D 级的感觉运动评分均有明显恢复，无死亡和神经症状加重病例，未发生伤口和深部组织感染并发症。

术前、术后及随访期伤椎前后缘高度比的变化见表1。随访期间，复位的伤椎得到很好地维持，术后椎体前、后缘高度与末次随访时相比，分别降低了 0.28% ( P＝0.071 ) 和 0.17% ( P＝0.086 )，此变化差异无统计学意义。

表1 术前、术后及随访期椎体前后缘高度 (±s，% )Tab.1 The ratios of anterior height and posterior height of the injured vertebral body preoperatively, postoperatively and in the follow-up (±s, % )

表1 术前、术后及随访期椎体前后缘高度 (±s，% )Tab.1 The ratios of anterior height and posterior height of the injured vertebral body preoperatively, postoperatively and in the follow-up (±s, % )

注：将所有病例术后 12 个月随访结果和术后结果相比，差异无统计学意义 ( P＞0.05 )Notice: The results were compared in all patients right now and at the 12 th month after the operation, and the differences were not statistically significant ( P＞0.05 )

项目 术前 术后即刻 12 个月 丢失 ( 末次随访 )前缘高度比值 51.82±5.68 95.07±1.73 94.89±1.44 0.0028±0.0071后缘高度比值 88.43±8.01 96.90±1.45 96.85±1.35 0.0017±0.0036

图1 像素值结果Fig.1 The pixel value results

图2 椎体横截面积Fig.2 The cross-sectional area of the vertebral body

图3 术后即刻植骨块面积Fig.3 The area of the grafted bone block right now after the operation

图4 术后即刻骨缺损面积1Fig.4 The area of the bone defect 1 right now after the operation

图5 术后即刻骨缺损面积2Fig.5 The area of the bone defect 2 right now after the operation

图6 术后 1 年植骨块面积Fig.6 The area of the grafted bone block at 1 year after the operation

在骨缺损相对面积的记录中，只对 9 例有明显骨缺损的病例进行记录。植入骨块面积逐渐缩小，被爬行替代，无新生空腔；骨缺损面积逐渐缩小，但不能完全自愈 ( 表2 )。植骨未进入椎管内。术后无 1 例发生内固定物断裂、骨道松动。

表2 术后及随访期伤椎植入骨块相对面积和骨缺损相对面积(±s，% )Tab.2 The relative areas of the grafted bone blocks and the bone defec-ts of the injured vertebral body postoperatively and in the followup (±s, % )

表2 术后及随访期伤椎植入骨块相对面积和骨缺损相对面积(±s，% )Tab.2 The relative areas of the grafted bone blocks and the bone defec-ts of the injured vertebral body postoperatively and in the followup (±s, % )

项目 例数 术后即刻 3 个月 6 个月 12 个月植入骨块相对面积 38 34.12±6.78 28.43±7.52 23.43±6.24 13.56±6.13骨缺损相对面积 9 18.53±9.46 23.54±6.38 20.41±5.84 9.29±8.76

讨 论

目前，严重胸腰椎骨折的常规治疗方法是后路复位、减压、椎弓根钉系统内固定。但单纯椎弓根钉系统固定远期断钉、断棒、螺钉松动、弯曲等并发症高达 50%[3]，这是由于骨折部位经椎弓根钉撑开复位后，虽然 X 线片上高度恢复，但椎体成“蛋壳”样改变，即椎体内松质骨压缩，伤椎内存在较大空隙。此空隙如较大，将由纤维结缔组织充填，难以完全骨愈合，由此造成椎体前、中柱抗压强度差，致使椎弓根钉系统承担较大应力。以至发生螺钉松动、断钉、断棒以及远期椎体高度的丢失、椎管容积减少、Cobb’s 角增大、后凸畸形，从而出现新的神经损害或原有神经损害加重。

法国学者 Daniaux 于 1986 年首先报道经椎弓根植骨以改善胸腰椎骨折后路减压、内固定术后椎体高度再丢失。以后，有很多文献支持此观点[4-5]。据我们观察，胸腰椎压缩或爆裂骨折多为 Danis I B、II B 型，即骨折仅累及上终板，而累及下终板的I C、II C 型和上下终板均累及的 I A、II A 型很少见。本组 38 例中，B 型 37 例，A 型 1 例，C 型0 例。刘团江[6]报道的 32 例中全是 B 型。B 型骨折经复位后，其椎体内的空隙绝大多数位于椎体前中柱的中上部，恰好位于椎弓根平面，从而为“经椎弓根植骨”这一术式提供了解剖学上的可能性。

经椎弓根往椎体内植入颗粒状松质骨，填充了伤椎复位后“蛋壳”样空隙，改善了其生物力学性质，在植骨充分的情况下能即时获得与正常椎体相似的强度。尹知训等[7]的生物力学研究发现，经椎弓根椎体内植骨可恢复骨折椎体的最大抗压强度，有强化骨折椎体的作用。王骅等[8]的生物力学研究显示，骨折后椎体的轴向刚度和强度分别是正常椎体的 67% 和 62%；而经过椎体内自体骨植骨后轴向刚度和强度分别提高到正常椎体的 84% 和 81%。从而，经过椎体内植骨的伤椎重新获得了结构上的完整性和力学上的初始稳定性，可以有效地减轻椎弓根螺钉系统所承受的负荷，预防螺钉松动、断钉、断棒以及远期椎体高度的丢失、Cobb’s 角增大等并发症的发生。在本组病例中，术后 12 个月时，椎体前、后缘的高度比术后即刻仅降低了 0.28% 和0.17%，无内固定失败病例。

植入的自体松质骨粒易于诱导骨融合，促进骨愈合，且无组织反应问题，不易漏出椎体，是理想的植骨方法。关于经椎弓根椎体内植骨转归的文献报道较少，临床文献一般认为植入骨经过“爬行替代”过程达到骨愈合，这一过程对松质骨来说需要6 个月至 1 年，而皮质骨则需要更长的时间。Tägil等[9]对术后 18～20 个月取出内固定的患者同时行植入自体骨部位活检，发现植入骨不完全融合，但未影响校正丢失及临床效果。这与本实验观察结果一致。根据我们对术后伤椎 CT 横断面的动态观察，植入的自体骨粒在术后 12～18 个月缩小到原始面积的26%～41%，被质地均匀的新生松质骨爬行替代；而在部分病例，因行单侧经椎弓根椎体内植骨和 ( 或 )初始植骨量不足，伤椎内残留部分骨缺损。造成这种骨缺损的原因有两种，一是伤椎撑开复位后压缩的骨小梁未恢复而形成的骨缺损，二是经椎弓根的植骨通道内未植骨而形成的骨缺损。我们发现，约在术后 3～6 个月伤椎内的骨缺损面积会一过性的增加，增加的程度大约在 29% 左右，这是由于在血管化过程中死骨被吸收所致。约在术后 12～19 个月，骨缺损面积缩小到原来的 45%～75%，说明伤椎内的骨缺损可以部分自愈，但术后 12 个月时，骨缺损仍然无法完全愈合。在临床上，存在骨缺损的伤椎有内固定失败或去除内固定后再塌陷的风险。

结论：( 1 ) 经椎弓根椎体内植骨可以切实有效地消除伤椎内的空腔，恢复伤椎的结构完整性和初始稳定性；( 2 ) 植入的自体松质骨粒通过诱导骨愈合，能够维持伤椎的结构完整性和力学稳定性；( 3 ) 植骨时尽量经双侧椎弓根植骨，并保证椎弓根通道内也要充分植骨，以保证足够的植骨范围和植骨量，彻底消灭伤椎内的空隙。

不足：( 1 ) 在选择 CT 层面时，虽然选择的标准为经过椎弓根中心的影像，但操作的误差和患者体位的变化并无法保证每次选定的层面绝对一致；( 2 )应用“像素法”测量面积时，植骨粒团块和骨缺损边界本身不规则，应用“磁性套索”工具套索时，难免受到手工操作的影响，精确度有限，只能一定程度上代表面积变化的趋势；( 3 ) 本组病例中，植骨后伤椎内仍有骨缺损的病例数少，对骨缺损变化无法进行统计分析，仅进行描述性分析；( 4 ) 随访时间较短，病例数少，没有取出内固定物后的病例的观察。

[1] Alanay A, Acaroglu E, Yazici M, et al. Short-segment pedicle instrumentation of thoracolumbar burst fractures: does transpedicular intracorporeal grafting prevent early failure? Spine, 2001, 26(2):213-217.

[2] 刘志雄. 骨科常用诊断分类方法和功能结果评定标准. 北京:北京科技出版社, 2005: 174-177.

[3] Butt MF, Farooq M, Mir B, et al. Management of unstable thoracolumbar spinal injuries by posterior short segment spinal fixation. Int Orthop, 2007, 31:259-264.

[4] Leferink VJ, Zimmerman KW, Veldhuis EF, et al. Thoracolumbar spinal fractures: radiological results of transpedicular fixation combined with transpedicular cancellous bone graft and posterior fusion in 183 patients. Eur Spine J, 2001 Dec, 10(6):517-523.

[5] 李利, 史亚民, 侯树勋, 等. 经椎弓根椎体内植骨与后外侧植骨治疗胸腰椎爆裂骨折的影像学比较. 中华外科杂志, 2011, 49(02):1-4.

[6] 刘团江, 郝定均, 王晓东, 等. 胸腰段骨折椎弓根钉复位固定术后骨缺损的CT研究. 中国矫形外科杂志, 2003, 11(10): 678-679.

[7] 尹知训, 丁红梅, 靳安民, 等. 胸腰椎骨质疏松压缩性骨折经椎弓根植骨的生物力学研究. 中国临床解剖学杂志, 2008, 26(2):196-198.

[8] 王骅. 经椎弓根植骨治疗腰椎骨折的生物力学研究. 扬州: 扬州大学, 2007.

[9] T☒gil M, Johnsson R, Str☒mqvist B, et al. Incomplete incorporation of morselized and impacted autologous bone graft: a histological study in 4 intracorporally grafted lumbar fractures. Acta Orthop Scand, 1999, 70(6):555-558.

( 本文编辑：马超 )

Imaging observation of transpedicular intracorporeal grafting in the treatment of thoracolumbar fractures

LIU Jian-quan, YU Yuan-yang, KONG Xiang-lu, HUAGN Bao-liang, WANG Chuan-yu, CUI Cheng-liang, GAO Pan. Department of Orthopaedics, Liangxiang Hospital, Yanjing Medical College, Capital Medical University, Beijing, 102401, PRC

ObjectiveTo observe the prognosis of intracorporeal grafting and its effects in preventing the loss of correction after the reduction of thoracolumbar fractures in 38 cases.MethodsThe ratios of anterior height and posterior height of the injured vertebral body were measured based on the lateral X-ray flms preoperatively, immediate after the surgery and at the 12th month after the operation. The effects of intracorporeal grafting were analyzed in promoting the recovery of the morphology of the injured vertebral body and preventing the loss of correction. Based on the spiral computed tomography ( CT ) results preoperatively, postoperatively and in the follow-up, the relative areas of the grafted bone blocks and the bone defects were measured and compared at different times with the Magnetic Lasso tool in the software of Photoshop CS 8.0, and the prognoses of the grafted bone blocks and the bone defects were observed.ResultsAt the 12th month after the operation, the ratios of anterior height and posterior height of the injured vertebral body were decreased by 0.28% ( P=0.071 ) and 0.17% ( P=0.086 ) respectively, and no statistical differences were found. The relative area of the grafted bone blocks was reduced gradually from 34.12% to 13.56%, without new cavities. The relative area of the bone defects was reduced gradually from 18.53% to 9.29%.ConclusionsTranspedicular intracorporeal grafting can effectively eliminate the space and restore the structural integrity and initial stability of the injured vertebral body. The bone healing which is grafted in the vertebral body can maintain the structural integrity and mechanical stability of the injured vertebral body. The bone cavities cannot completely heal naturally .

Fracture fxation, internal; Prosthesis implantation; Tomography, X-ray computed; Spinal fractures; Thoracic vertebrae; Lumbar vertebrae

10.3969/j.issn.2095-252X.2014.01.009

R683.2, R445

102401 北京，首都医科大学燕京医学院附属医院良乡医院

2013-02-27 )