经皮椎体成形术骨水泥与终板关系对术后椎体高度丢失的影响

林上进　林伟龙　潘依潇　许乐洋　朱越峰　曹旭海　范永前

(复旦大学附属华东医院骨科　上海　200040)

随着人口老龄化的发展,骨质疏松性椎体压缩性骨折(osteoporotic vertebral compression fracture,OVCF)的发生率日愈上升,全世界每年大约有140万患者发生OVCF,已成为影响老年人生活质量的最常见的疾病之一[1]。严格的保守治疗需要长时间绝对卧床休息,但大部分老年患者难以忍受且容易并发全身系统性疾病,如认知功能障碍、睡眠障碍、胃肠道功能障碍、肺栓塞等,严重者可导致患者死亡[2]。经皮椎体成形术(percutaneous vertebroplasty,PVP)是近年来广泛运用于治疗OVCF的脊柱外科技术,它是在局麻下经C形臂X线机透视的帮助将骨水泥聚甲基丙烯酸甲酯(polymethyl methacrylate,PMMA)均匀注入骨折椎体内的一项微创操作,对于恢复和稳固伤椎高度、矫正后凸畸形及明显缓解患者疼痛症状起到一定的作用[3]。

我们通过对行PVP术的老年椎体压缩性骨折患者的术后随访发现,术后出现伤椎椎体高度丢失的现象并不少见。这一现象已引起广大脊柱外科医师的关注,但目前对影响PVP术后椎体高度丢失的相关因素研究报道较少,而关注骨水泥与终板关系对术后椎体高度丢失影响的研究尚无报道。

本研究假设在PVP的手术过程中,经注射器注射的骨水泥与伤椎上下终板接触与否将影响PVP术后椎体高度的丢失率大小。根据术后伤椎正侧片显示术中所注射的骨水泥分布有无同时累及伤椎的上下终板,若伤椎正位片和侧位片同时显示骨水泥均已分布至上下终板则定义为骨水泥与终板接触(do-PMMA-endplate-contact,DPEC),否则定义为骨水泥与终板非接触(non-PMMA-endplate-contact,NPEC)。回顾性分析84例单一节段椎体压缩性骨折的老年女性患者行PVP术治疗OVCF的临床资料,比较DPEC和NPEC组术后椎体高度恢复值,术后3个月椎体高度丢失率,术后矢状面Cobb角变化值、术后骨水泥渗漏率等指标的差异性,研究骨水泥与终板关系对术后椎体高度丢失的影响。

资 料 和 方 法

一般资料回顾性分析2013年6月至2016年5月复旦大学附属华东医院骨科收治的骨质疏松性单节段的椎体压缩性骨折的女性患者84例,平均年龄(77.44±8.91)岁。根据术后的伤椎正侧位X片判断术中注射的骨水泥与上下终板的关系,分为骨水泥与终板接触组(DPEC,n=40)和骨水泥与终板非接触组(NPEC,n=44),骨折椎体分布在T10-L4 (表1)。所有患者均有明确的腰背部疼痛,查体伤椎椎体棘突有压痛及叩痛。所有患者入院后行血常规、生化电解质指标、凝血功能、骨密度检测、伤椎正侧位X片、CT及MRI等术前相关检查。

表1　DPEC组和NPEC组椎体压缩性骨折节段的分布Tab 1　Location of fractured vertebra between DPECgroup and NPEC group　[n (%)]

DPEC:Do-PMMA-endplate-contact;NPEC:Non-PMMA-endplate-contact.

纳入标准(1)单节段椎体压缩性骨折的女性患者;(2)年龄70～90岁;(3)新鲜的椎体压缩性骨折,即MRI检查显示在伤椎椎体内存在骨髓水肿现象;(4)没有出现严重的手术并发症,如骨水泥渗漏至椎管内导致脊髓神经的损伤等。

排除标准(1)多节段椎体压缩性骨折或随访期间出现其他椎体骨折者;(2)由非骨质疏松因素导致的椎体骨折,如全身感染、恶性肿瘤骨转移及病理性骨折;(3)CT检查提示伤椎后壁骨皮质不完整;(4)术后发生严重的全身系统疾病的患者,如心功能不全、肺部感染、肺栓塞等。

手术方法及术后处理所有患者均在局麻下进行手术,手术方法和技巧参考Garfin等[4]的记载。取俯卧体位,胸骨柄及髂前上棘水平垫横枕以保持胸腰椎过伸达到体位复位伤椎目的,C形臂X线机透视定位伤椎椎体节段;常规消毒铺巾后,在C臂机的定位帮助下由双侧正位椎弓根的外上方与矢状面成15°夹角方向,穿刺针穿刺达伤椎前1/3,透视确认穿刺针位置合适;去除针芯,将调试至黏稠状态的PMMA骨水泥吸入注射器,在正侧位透视监控下用注射器接穿刺针向伤椎体内缓慢推注,根据骨水泥在椎体的扩散速度调整推注速度,当骨水泥到达椎体后1/4或者出现骨水泥泄漏时立即停止推注。待骨水泥完全硬化后,拔出穿刺针,记录骨水泥灌注量和手术时间。术后嘱患者平卧 6 h,吸氧并心电监护观察患者的生命体征,术后第1天可在胸腰托支具保护下站立行走,并复查伤椎正侧位X片,术后3天左右出院,医嘱患者术后3个月来院门诊随访并复查伤椎正侧位X片。出院后常规应用抗骨质疏松药物,并建议骨质疏松科门诊行抗骨质疏松治疗。

影像学数据收集收集所有患者的术前、术后第1天、术后3个月的伤椎正侧位X片影像资料,通过影像存储与传输系统测量术前、术后、术后3个月伤椎侧位片的伤椎前缘高度、上邻椎和下邻椎前缘高度及术后矢状位Cobb角。所有数据均由两名经验丰富的影像科医师测量,最终测量值取两者平均值。不同时间点伤椎正侧位X片测量的正常椎体高度值可能会随着患者的拍摄体位、摄片球管与患者的距离的不同及球管中心对应点不同而变化,而即使这一误差值仅仅为1 mm也会对临床工作评估患者PVP术后椎体高度丢失的相关因素产生重大的影响。为了尽量减少这一误差,更好地评估患者的椎体高度变化情况,本研究用伤椎椎体前缘高度比值(anterior fractured vertebral height ratio,AFVHR)取代伤椎前缘高度(anterior fractured vertebral height,AFVH)的绝对测量值来反映椎体高度值。

伤椎前缘的参考高度(reference height,RH)RH为上邻椎前缘高度与下邻椎前缘高度的平均值。AFVHR=AFVH/RH。伤椎椎体的压缩率(vertebral compression rate,VCR):VCR=(RH-AFVH)/RH。椎体高度恢复率(vertebral height restoration rate,VHRR):VHRR为术后1天AFVHR与术前AFVHR的差值。

术后椎体高度的丢失率(vertebral height loss rate,VHLR)VHLR为术后1天AFVHR值与术后3个月AFVHR值的差值。

术后矢状位Cobb角的变化值术后矢状位Cobb角的测量采用Shim等[5]的方法,根据术后1天及术后3个月的伤椎正侧位X片,分别测量从伤椎上一个椎体的上终板到伤椎下一个椎体的下终板的Cobb角(图1)。两者测量值之差为术后矢状位Cobb角的变化值。

疗效评定术前、术后1天及术后3个月进行疼痛视觉类比评分(visual analogue scale,VAS),用于评估两组患者的疼痛程度。该评分满分10分,0分表示无痛,10分表示最大程度疼痛。骨水泥的渗漏判断以术中伤椎正侧位透视目测为准。

结　　　果

DPEC组与NPEC组术前临床资料、术前VAS及椎体骨折压缩程度两组患者的体重、年龄、体重指数(body mass index,BMI)、血钙和血磷等基本资料比较差异无统计学意义,并且反映骨质疏松程度的指标包括骨密度(全髋和股骨颈两个部位)、血碱性磷酸酶指标,差异也无统计学意义。DPEC组的伤椎压缩率为21.69%±12.57%,NPEC组为26.95%±13.55%,说明DPEC组的伤椎压缩程度较NPEC组小,但两组比较差异无统计学意义(P=0.069)。术前VAS值的比较,DPEC组为(6.95±1.41)分,NPEC组为(6.75±1.33)分,两组之间差异无统计学意义(P=0.506),详见表2。

DPEC group:A 83-year old female patient with L3 OVCF (A-D).Low signal of L3 vertebra in T1-weighted MRI (A) indicated fresh fracture;Preoperative lateral X-ray (B) showed L3 vertebral collapse and the local sagitta view Cobb angle was 11°.One-day postoperative X-ray (C) showed the height of L3 was restored and the PMMA that contacted the endplate was full of fractured vertebra.And the local sagitta view Cobb angle was 16°;Lateral X-ray at 3-month after surgery (D) showed little change in the local sagitta view Cobb angle and there was no collapse of L3 vertebra.NPEC group:a 87-year old female patient with T12 OVCF(E-H).Low signal of T12 vertebra in T1-weighted MRI (E) indicated fresh fracture;Preoperative lateral X-ray (F) showed T12 vertebral collapse and the local sagitta view Cobb angle was 35°;One-day postoperative X-ray (G) showed the height of T12 was restored and the local sagitta view Cobb angle was 27°;3-month postoperative X-ray (H) showed the recompression of T12 vertebra and large change in the local sagitta view Cobb angle.

图1DPEC组和NPEC组术后矢状位Cobb角变化值和椎体高度变化
Fig1ThechangeoflocalsagittaviewCobbangleandvertebralheightbetweenDPECgroupandNPECgroup

CharacteristicDPECNPECLSD/FPWeight(kg)61.08±5.5963.34±5.793.3150.072BMI(kg/m2)24.32±1.4924.59±1.850.5540.459Age(y)76.88±9.2177.96±8.690.3050.582Calcium(mmol/L)2.23±0.132.22±0.110.1250.724Phosphorus(mmol/L)1.12±0.211.09±0.180.6370.427Alkalinephosphatase(U/L)82.63±25.4588.91±28.051.1480.287Vertebralcompressionrate(%)21.69±12.5726.95±13.553.3780.069preoperativeVASscore6.95±1.416.75±1.330.4460.506FemoralneckBMD(g/cm2)0.61±0.130.54±0.092.0860.163TotalhipBMD(g/cm2)0.73±0.120.65±0.083.3550.081

DPEC:Do-PMMA-endplate-contact;NPEC:Non-PMMA-endplate-contact;BMI:Body mass index;BMD:Bone mineral density.

DPEC组与NPEC组临床疗效及影像学比较DPEC组较NPEC组手术时间长,骨水泥灌注量较NPEC组大,差异具有统计学意义(P=0.001)。两组的椎体高度恢复率比较差异无统计学意义(P=0.947),而DPEC组的术后椎体高度丢失率和术后Cobb角变化值较NPEC组明显减小,差异具有统计学意义(P=0.003)。两组术后1天VAS值差异无统计学意义,但术后3个月VAS值DPEC组较NPEC组明显减小,差异具有统计学意义(P=0.018),详见表3。

ParametersDPECNPECtPOperationtime(min)38.23±4.9430.71±4.867.0270.001Thevolumeofbonecement(mL)5.49±0.654.71±0.884.5960.001Vertebralheightrestorationrate(%)11.41±10.2311.26±9.150.0670.947ChangesinlocalsagittaviewCobbangle(°)3.25±2.565.43±3.87-3.0720.003Postoperativevertebralheightlossrate(%)6.99±6.3512.38±9.55-3.0110.0031-daypostoperativeVASscore2.11±0.872.05±0.960.2710.7873-monthpostoperativeVASscore2.85±1.383.59±1.42-2.4150.018

DPEC:Do-PMMA-endplate-contact;NPEC:Non-PMMA-endplate-contact.

DPEC组与NPEC组骨水泥渗漏率比较根据术中伤椎正侧位透视结果,DPEC组有22个椎体发生骨水泥渗漏,渗漏率55% (22/40),NPEC组有20个椎体发生渗漏,渗漏率为45.5% (20/44),两组骨水泥渗漏率的比较提示两者差异无统计学意义(χ2=0.764,P=0.382)。

讨　　　论

由于保守治疗会给OVCF患者带来严重的并发症,并且高龄的OVCF患者对开放手术难以耐受,越来越多的学者主张将PVP术这一微创技术作为高龄OVCF患者的首选治疗,一旦OVCF的诊断明确,应尽快行PVP术以消除患者的腰背部疼痛症状及稳固伤椎的结构,鼓励患者在胸腰托支具帮助下地行走,减少坠积性肺炎和深静脉血栓的发生率。Clark等[6]通过一项多中心、双盲、随机、对照试验研究证实PVP术在消除OVCF患者的急性疼痛方面具有一定的安全性和有效性。Layton等[7]对1 000例行PVP术治疗的OVCF患者进行回顾性研究,发现这一技术对于减轻或消除脊柱压缩性骨折患者的腰背部疼痛具有较高成功率,并且术后并发症的发生率较低。但随着这一技术的不断发展及广泛应用,术后发生伤椎椎体高度再压缩或邻椎骨折的现象越来越多,而且大多数病例再压缩的发生时间在术后1个月之内[8]。因此本研究设置的随访时间终点为术后3个月,同时术后的早期随访也是提高患者术后随访依从性的原因之一。

McKiernan等[9]在研究4种伤椎高度恢复值的测量法比较中提出,用测量的椎体高度恢复绝对测量值与相邻椎体高度的比值来反映椎体成形术后椎体高度的恢复程度,能够消除因为患者体位和球管与患者距离引起的放大效应误差。我们也发现正常人的同一椎体高度的测量结果在不同时间点拍摄的X片会因为患者的检查体位、拍摄球管与患者的距离、球管与患者身体纵轴所成的夹角以及球管中心定位的不同而变化,这些不确定因素将大大影响术后伤椎高度的真实变化值。田伟等[10]为了排除这一放大效应产生的误差,也将其所测量伤椎前缘高度除以邻椎上位椎体前缘高度进行标准化,结果同样以百分比表示伤椎高度。因伤椎原高度更接近于上下椎体高度的平均值,为了更加准确地反映椎体高度变化情况,本研究将测量伤椎前缘高度除以上下位椎体前缘高度平均值进行标准化,引入椎体高度比值的概念来代替椎体高度的绝对测量值。另外鉴于部分患者因严重的腰背部疼痛以致站立困难,本研究要求所有患者在3个时间点行伤椎正侧位X线检查的体位均采用仰卧位取代站立位,以保证体位的一致性。

为了更加准确地研究和比较DPEC组和NPEC组在术后椎体高度丢失率、术后Cobb角变化值及临床疗效有无差异性,本研究在筛选研究对象时只纳入单一节段椎体骨折的女性患者,排除了性别和多节段椎体对术后椎体高度丢失的影响;单因素方差分析结果也显示两组患者的年龄、体重、BMI、血钙和磷水平、碱性磷酸酶水平及股骨颈和全髋骨密度测量值差异无统计学意义(表2),这也排除了年龄、脊柱承受的自身压力、骨质疏松水平对伤椎高度丢失的影响;两组伤椎椎体压缩率和术前的VAS评分比较显示差异无统计学意义(表2),说明两组患者术前的受伤严重程度和椎体发生压缩程度相仿,这也进一步证实比较两组患者在术后影像学评估和临床疗效的结果更有临床意义。

我们发现DPEC组的术后伤椎高度丢失率为6.99%±6.35%,远远小于NPEC组的术后椎体丢失率12.38%±9.55%,差异具有统计学意义(P=0.003),而DPEC组术中推注的骨水泥灌注量明显大于NPEC组(P=0.001)。Chen等[11]认为伤椎体内骨水泥灌注量较低是术后椎体高度丢失的重要因素,足量的骨水泥灌注是预防椎体高度再压缩的关键因素,这与我们的研究结果相符。另外有学者认为在PVP术中向伤椎体内骨水泥未充填区域重新置入一根穿刺针注射足量骨水泥将有效降低远期伤椎再塌陷的发生率[12]。Clark等[6]也认为在对OVCF患者行PVP术时要求足量、充分灌注骨水泥,使得PMMA在伤椎体内均匀分布并且能够接触到上下终板,骨水泥椎体足量填充能够抵抗椎体的塌陷并且在有效恢复椎体高度和减少再骨折发生方面起到一定的作用。我们建议在行PVP术时,有经验的脊柱外科医师应该针对不同患者的伤椎压缩情况,不断调整凝固时相和控制骨水泥的推注速度,尽可能足量地将骨水泥推注至相应目标区域,直至骨水泥分布完全接触伤椎上下终板。

在手术时间方面,DPEC组的手术时间长于NPEC组,差异具有统计学意义(P=0.001),这可能与跟两组术中填充的骨水泥量不同及术中操作难度不同有关。但因为PVP术是局麻手术,手术时间的长短对于患者的全身状况和术后并发症的发生率影响较小,我们不建议为了节约几分钟的手术时间而造成患者伤椎体内骨水泥填充不充分而增加伤椎椎体高度的再压缩发生率。另外在骨水泥渗漏方面,我们通过χ2检验发现DPEC组的骨水泥渗漏率较NPEC组高,但差异无统计学意义(P=0.382),说明虽然DPEC组骨水泥灌注量较NPEC组显著增加,但并无明显增加骨水泥的渗漏率,这可能是因为骨水泥的注射过程是在C形臂X线机透视下监控操作,手术医师可根据透视结果不断调节穿刺针的方向、深度及注射压力大小,这也是DPEC组手术时间较NPEC组长的原因之一。

Shim等[5]回顾性研究23例行经皮椎体后凸成形术治疗的椎体骨折患者,发现术后伤椎后凸畸形角度(即术后矢状位Cobb角)较术前比较可纠正3.9°,但术后1年的后凸畸形角度较术后1天比较大4.0°。本研究只比较术后伤椎矢状位Cobb角的变化值,因为每个正常椎体的生理性矢状位Cobb角会随着不同节段椎体的位置而变化,单纯比较伤椎的矢状位Cobb角毫无意义。但随着伤椎再压缩的发生,该椎体的Cobb角会因为压缩程度的不同而产生变化,即术后椎体再压缩程度越大、该椎体矢状位的Cobb角变化越大,故我们通过术后矢状位Cobb角变化值的大小来反映术后伤椎高度丢失情况。结果显示DPEC组的术后Cobb角变化值为3.25°±2.56°,明显小于NPEC组5.43°±3.87°,差异具有统计学意义(P=0.003),说明DPEC组在矫正伤椎后凸畸形方面明显优于NPEC组,对局部的椎体稳定性产生一定的作用。

本研究结果发现DPEC组和NPEC组术后VAS评分较术前明显减少,说明两组患者的疼痛症状均获得明显缓解。两组在术后1天的VAS评分差异无统计学意义(P=0.947),但DPEC组术后3个月VAS值为(2.85±1.38)分,NPEC组术后3个月VAS值为(3.59±1.42)分,两者差异具有统计学意义,说明DPEC组在远期临床疗效上优于NPEC组,这可能与患者术后椎体高度丢失较少有关。

综上所述,PVP术中注射的骨水泥与上下终板的接触组在术后伤椎高度丢失率和术后3个月VAS评分方面明显较非接触组低,在矫正伤椎后凸畸形方面效果也较非接触组显著,且并不增加骨水泥的渗漏率。从解剖上考虑,椎体终板下松质骨质较多,骨水泥与上下终板接触可有效支撑和维持上下终板之间的高度。所以我们主张在行PVP术时在防止骨水泥渗漏的前提下,应该足量和充分注射骨水泥以充满整个伤椎体直至骨水泥接触上下终板为止。

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